不同类型酒中味觉的辨识研究检测方案(感官智能分析)

2018年第37卷第7期总第317期中 国 酿 造·97研究报告 2018 Vol.37 No.7Serial No.317China Brewina98Research Report 电子舌对不同类型酒味觉的辨识研究 邓 莉 (武汉轻工大学食品科学与工程学院湖北省农产品加工与转化重点实验室，湖北武汉430023) 摘 要：为了研究电子舌对不同类型酒的识别能力。将所有样品按照酒：水=1：2(V/V进行稀释后，采用TS-5000Z味觉分析系统进行检测，再对传感器信号进行主成分分析(PCA)、雷达图分析和稳定性分析。结果表明，主成分1(PC1)为苦味，贡献率为91.5%：主成分2(PC2)为酸味，贡献率为5.8%。1*和4*样品味觉相近，分为一类：2*、3*和5*样品味觉相近，分为一类；6*、7样品与其他样品的味觉都不一样，各自单独分为一类。2样品酸味最强，涩味最弱；7样品酸味最弱、涩味最强、苦味最强：4*样品苦味最弱。可见电子舌能有效区分不同类型酒的味感差别。 关键词：电子舌：味觉分析系统；主成分分析；白酒 中图分类号：0652.9 文章编号：0254-5071(2018)07-0097-04 doi：10.11882/j.issn.0254-5071.2018.07.020 Identification of taste of different kinds of liquor by electronic tongue DENGLi (Hubei Key Laboratory of Processing and Conversion of Agricultural Products， College ofFood Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430023，China) Abstract： In order to study the identification ability of electronic tongue to different kinds of liquor， all samples were diluted according to the volumeratio of liquor：water 1：2 (V/V) and then detected by TS-5000Z taste analysis system. The sensor signal was analyzed by principal component analysis(PCA)， radar image analysis and stability analysis. The results showed that PC1 showed bitter taste and the contribution rate was 91.5%， PC2 showedsour taste and the contribution rate was 5.8%， sample I" and 4* had close taste， and they were classified into one category， sample 2，3" and 5" hadclose taste， and they were classified into one category. However， sample 6"and 7* were different from other samples and classified separately. Sample2" had the strongest sour taste and weakest astringency； sample 7" had the weakest sour taste， the strongest astringency and bitter taste； sample 4* hadthe weakest bitter taste. So it is clear that electronic tongue can effectively distinguish the taste difference of different wine. Key words；electronic tongue； taste analysis system； principal component analysis； liquor 白酒是由麦黍、玉米、高粱、红薯、米糠等粮食或其他果品发酵、曲酿、蒸馏而成的一种饮料，其无色透明，故称为白酒。白酒芳香浓郁，醇和软润，风味多样。目前白酒中被发现的香味组分总数已经达到350多种，其香型包括酱香型、清香型、浓香型、米香型和其他香型等112。白酒成分主要包括醇类化合物、酸类化合物、低分子有机酸及其酯类、高分子有机酸及其酯类、氨基酸、吡嗪类化合物、多元醇、微量元素等。 电子舌是模仿人体味觉机理制成的一种新型的现代化分析检测仪器，主要评价价品的酸、甜、苦、涩、鮮、咸及苦味回味、涩味回味和丰富性，具有重复性好、测量迅速、操作简单等优点。由于样品不需要前处理，对样品不存在破坏，现已广泛应用在饮料、酒类、茶类、肉制品、乳制品等食品质量分析检测的方面5。 本试验通过电子舌对酸、咸、苦、涩、鲜、苦味回味、涩味回味、丰富性味觉指标的量化，对不同品牌、不同香型 ( 收稿日期：2018-04-26 修回日期：2018-07-05 ) 及不同种类的白酒进行差异分析，旨在检验电子舌对白酒样品的区分能力，为白酒工业进一步发展提供依据。 1材料与方法 1.1材料与试剂 7种酒样品均为市售，编号为1*~7"。1*样品为兼香型白酒，酒精度42%vol；2样品为清香型白酒，酒精度43%vol；3"样品为浓香型白酒，酒精度42%vol；4*样品为酱香型白酒，酒精度43%vol；5"样品为米香型白酒，酒精度52%vol：6*样品为黄酒，酒精度12%vol；7样品为保健酒，酒精度35%vol。 1.2仪器与设备 TS-5000Z味觉分析系统：日本Insent公司。TS-5000Z味觉分析系统由测试系统、服务系统和数据分析系统三部分组成。该设备采用人工脂膜传感技术，与人的舌头的味觉细胞工作原理类似。在测量过程中，传感器上的脂膜通过疏水作用和静电作用与呈味物质发生反应，导致脂膜上的膜电势发生变化，然后通过数字电压转化为数字信号， ( 基金项目：武汉轻工大 学 校立项目 (2 0 1 5y12) ) ( 作者简介 ： 邓莉(1985 - ) ， 女，实验师， 硕 士，研究方向为食品检测。 ) 被传感器输出终端的计算机检测到。TS-5000Z可以直观地表达食品或者药品等物质中的酸味、甜味、苦味、涩味、鲜味、咸味以及苦味回味、涩味回味、鲜味丰富性等味觉指标。 本试验运用了酸味、苦味、涩味、鲜味、咸味5种不同类型的传感器来检测样品，各传感器的特点及性能见表1。 表1.55种脂膜传感器特点及性能 Table 1 Characteristics and performance of 5 kinds oflipid membrane sensors 传感器名称 可评价的味道 本味 回味 酸味传感器 酸味(醋酸、柠檬酸、酒石酸等 无 (CAO) 引起的酸味) 成味传感器 咸味(食盐等无机盐引起的 无 (CTO) 咸味) 苦味传感器 苦味(苦味物质引起的味道， 苦味回味(啤酒、咖啡 (COO) 在低浓度下被感知为丰富性) 等一般食品的苦味) 涩味传感器 涩味(涩味物质引起的味道， 涩味回味(茶、红酒等 (AED 低浓度下感知为刺激性回味) 呈现的涩味) 鲜味传感器 咸味(氨基酸、核苷酸引起的 鲜味丰富性(可持续 (AAE) 鲜味) 感知的鮮味) 1.3方法 1.3.1样品处理 准确量取每种酒样30mL，分别置于7个150mL锥形瓶中，用蒸馏水稀释至90mL，混合均匀。移取稀释后的酒样80 mL置于电子舌专用杯静置3 min后进行检测。每个样品循环检测4次，5个味觉传感器将分别获取4组数据，去掉第1次循环，取后面3次循环测试的数据。 1.3.2数据处理与分析 运用TS-5000Z味觉分析系统配置的数据库管理系统(database management system，DBMS)和APACHE2网络服务器，对测得的味觉值进行主成分分析(principal componentanalysis，PCA)，然后根据试验日的选择合适的图形展示试验结果。 2结果与分析 2.1主成分分析结果 主成分分析是一种考察多个变量间相关性的统计方法，主要研究如何通过少数几个主成分来揭示多个变量间的内部结构。基本思想是将原始数量较多的具有一定相关性的指标线性组合成一组新的互不相关的综合指标，通常把新的指标称作主成分，主成分中贡献率最大的为第一主成分，贡献率次之的为第二主成分，总的贡献率越大，说明主成分越能反映原来多指标的信息。通过主成分分析发现，PC1为苦味，贡献率为91.5%；PC2为酸味，贡献率为5.8%，二者总的贡献率是97.3%，说明PC1和PC2包含了PCA转换中绝大部分的贡献率，能较好地反映原本多指标的信息。7种酒味觉的PC1、PC2因子得分图见图1。 图1 7种酒味觉的PC1、PC2因子得分图 Fig. 1 Factor score diagram of PC1 and PC2 of taste ofseven kinds of liquor 由图1可知，1"和4"样品味觉比较接近，被区分为同一类；2*、3"和5样品的味觉比较接近，被区分为同一类：6*、7样品与其他样品的味觉都不一样，各自单独分为一类。可见不同味觉的样品能够很好地落在各自的区域类内，味觉相近的样品相隔的近，差别大的样品相隔的远。这些分类与实际情况相吻合，说明了TS-5000Z电子舌对样品的区分辨识能力较强。 2.2不同类型的酒具体味觉特征的雷达图 雷达图可以客观、具体地反映各个样品之间的味觉差异大小，雷达图横坐标和纵坐标的单位表示味觉的单位，一个单位表示样品之间浓度相差20%，相关研究表明，相差20%的浓度正常人能够感觉到，但如果相差低于20%的浓度，也就是低于一个单位，正常人则不能感觉到样品之间的差异。不同类型的酒味觉特征雷达见图见图2。 图27种酒的味觉雷达图 Fig.2 Rader chart of taste of seven kinds of liquor 由图2可知，7种酒中的酸味、涩味、苦味差别明显，2样品酸味最强，7*样品酸味最弱；7样品涩味最强，2样品涩味最弱；7样品苦味最强，4样品苦味最弱。 2.3不同类型的酒酸味和苦味的二维散点图 通过不同因素试验对比分析，苦味和酸味是对味觉指 标影响最大的两个因素，选择横坐标代表酸味，纵坐标代表苦味作二维散点图，结果见图3。 图3不同类型的酒味觉指标的二维散点图 Fig.3 Two-dimensional scatter plot of taste index of differentkinds of liquor 由图3可知，散点图显示了不同酒在酸味和苦味的区别，2*和3酒样酸味和苦味相近，7样品酸味最弱，苦味最强，6号样品次之；4样品苦味最弱。这与雷达图的结果一致。 2.4稳定性试验数据分析 每个样品测试4次，去掉第1次循环测试的数据，其他的结果与1样品进行对比，结果见表3。 表3样品测定稳定性试验结果 Table 3 Experimental results of stability of samples 样品 编号 酸味 苦味 涩味 咸味 鲜味 苦味 回味 涩味 回味 丰富 性 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 非 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.65 0.37 -2.84 1.66 -0.93 -0.04 -0.36 -0.16 2 2.28 0.21 -2.84 1.86 -1.14 -0.09 -0.36 -0.08 2.10 0.13 -2.88 2.17 -1.31 -0.08 -0.34 -0.08 1.85 0.45 -2.25 1.63 -0.82 -0.03 -0.16 -0.14 3 2.4S 0.37 -2.33 1.85 -0.96 -0.09 -0.22 -0.21 2.43 0.44 -2.05 1.65 -1.29 -0.07 -0.17 0.04 0.12 -1.89 -1.34 1.70 -0.10 0.18 -0.06 -0.03 -0.18 ~1.91 -1.35 1.73 -0.29 0.12 -0.07 -0.04 -0.68 -2.02 -1.53 2.00 -0.42 0.16 -0.06 -0.02 1.57 0.20 -2.60 3.33 -02 -0.18 -0.33 -0.20 5 1.21 0.17 -1.95 3.27 -0.51 -0.23 -0.33 -0.03 0.89 0.12 -2.31 3.5 -0.65 -0.14 -0.29 -0.01 -6.91 1.97 3.82 1.22 1.81 -0.03 0.06 -0.4 6 -6.07 1.87 3.13 1.44 1.59 -0.17 -0.05 -0.4 -5.61 1.77 2.50 1.73 1.28 -0.03 0.07 -0.41 -11.62 2 5.69 4.17 3.35 1.71 0.33 -0.04 -0.07 7 -10.9 5.72 3.67 3.5 1.57 0.42 -0.03 -0.01 -10.33 5.43 3.01 3.92 1.45 0.59 0 0 由表3可看出，同种样品同一种味觉值第2次、第3次和第4次循环测试的数据差别不大，说明传感器响应稳定，重现性好。 2.5传感器分辨能力分析 传感器分辨能力分析结果见表4. 表4 传感器分辨能力分析 Table 4 Resolution capability analysis of sensor 味觉指标 酸味苦味 涩味 苦味回味涩味回味鲜味丰富性咸味 0.36 0.07 0.29 0.05 0.03 0.16 0.05 0.16 4.93 2.36 2.49 0.20 0.19 1.04 0.17 2.27 s2 4.65 2.18 2.47 0.19 0.14 1.04 0.13 1.12 ml 7.2 3.17 11.87 26.49 12.91 15.22 27.09 7.12 m2 7.65 3.43 11.94 26.79 17.43 15.23 35.98 14.43 注：g为重复测定的误差平均值：s1为同种样品不同浓度的误差值；s2为不同样品的误差值：ml为同种样品不同浓度对测定影响误差率，m2为不同样品对测定影响的误差率。 ml=g/s1x100%；m2=g/s2x100%。 当m2-100%时，表明传感器不能有效识别；一般认为m2≤50%时，传感器能有效识别样品的味觉指标，测试结果有效，否则判定测试数据无效。由表4可知，本试斌酸、甜、苦、涩、、苦味回味、涩味回味及丰富性所有的味觉指标的m2均<50%，说明传感器对样品进行了有效地分析。 3结论 本试验采用TS-5000Z对不同类型的7种酒检测分析。由主成分分析可知，PC1为苦味，贡献率为91.5%；PC2为酸味，贡献率为5.8%。1和4*样品味觉相近，分为一类；2*、3*和5样品味觉相近，分为一类：6*、7样品与其他样品的味觉都不一样，各自单独分为一类。可见电子舌能有效地进行不同类型的酒聚类分析 雷达图和二维散点图清楚客观的反映了7种酒的具体味感特征，2样品酸味最强，涩味最弱；7*样品酸味最弱、涩味最强、苦味最强；4样品苦味最弱。 试验中同一样品多次测得的数据差别不大，且所有的味觉指标误差率m2<50%，可见电子舌传感器响应稳定，重现性好，对样品的所有味觉指标能有效识别。 ( 参考文献： ) ( [ 1 ] 牛云 蔚 ，陈晓 梅 ， 肖 作 兵 ， 等.3 种 不同年 份 五粮液的关键香气成分分析 [.食 品 科 学 ，201 7 ，38(18 ) ：1 26 -1 3 0. ) ( [ 2 ] 周玮 婧 ，江 小 明 . 气相色谱法 测 定 不同香 型 白 酒 中 醇类 与 醛类物质含 量 []. 中 国酿造，20 1 7，36 ( 4 ) ： 1 80-183. ) ( [3 ] 巴 特 尔 达 赖 ，王 锡 昌，吴娜 ， 等. 电 子舌 技 术 在 真 假 伊 力 老 陈 酒鉴别 中的 应用 [ .食品工 业 科技 ，2 0 17 ， 3 8(9)：290-293. ) ( [ 4 ] 田 婷 ，邱树毅， 文 聆 吉， 等 . 电子 舌 在不 同 轮 次酱香型 白 酒 区 分 识 别 中 的应用.中国酿 造 ， 2 0 16，35(12)： 1 4 5- 14 8 . ) ( [S ] 装姗媚. 基于 电 子 、电 子 舌及其融合 技 术 对柑 橘品质的检测[D].杭 州 ：浙江大 学 ，2 0 16. ) ( [6 ] 张 瑜，罗 显， 刘 芳舒 ， 等 ， 不 同 脱 苦涩处理刺梨果 汁 风味品质分析. 食 品科学，2 0 1 6 ，37(4)：1 1 5-119. ) ( [7]丛艳君 ， 易红 ， 郑 福 平 ，等. 基 于 电 子舌技术 不同 超 声 处理时间的奶 ) ( 酪滋味分析 ] .食品科 学 ， 2015， 36(6)： 1 1 4- 1 1 8. ) ( [8]谢 靓，蒋 立文 ， 涂 彬 ， 等 . 电 子舌 - 固 相微 萃取 - 气 相色谱-质谱联用 比较 3 种不 同 干 燥 方 式对浏阳 豆 鼓品 质 的 影 响 [].食品科学， 2 0 1 6， 3 7( 2 2) ： 9 2-98. ) ( [9]张 航，赵松林， 陈 卫 军 ， 等 ， 电 子舌 传 感器快速检测油茶籽油 中 掺 杂 棕榈油刀.食品科学，20 1 3 ， 34(1 4 )：21 8 - 222. ) ( [10] 贾 洪 峰，梁爱 华， 何 江红 ， 等.电 子 鹅 对 啤酒 的 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