甘薯雪花粉中滋味检测方案(感官智能分析)

食品安全质量检测学报Journal of Food Safety and Quality第11卷第24期2020年12月Vol. 11 No. 24Dec.，2020 食品安全质量检测学报第11卷9202 基于电子舌技术的不同甘薯雪花粉滋味品质评价 朱 红，孙 健，钮福祥*，徐 飞，岳瑞雪，张 毅，张文婷，王洪云 (江苏徐淮地区徐州农业科学研究所/中国农业科学院甘薯研究所，徐州 221131) 摘 要：目的 利用电子舌味觉识别系统建立稳定、便捷的甘薯雪花粉滋味品质评价方法。方法 采用电子舌分析技术和多元统计学方法相结合，对6个甘薯雪花粉的滋味品质进行了评价分析。结果 不同品种甘薯雪花粉滋味品质指标存在显著差异性，除甜味外，各滋味指标间呈极显著的相关性；采用主成分分析法建立综合得分数学模型对不同品种甘薯雪花粉滋味品质进行综合评价，甘薯雪花粉滋味品质得分由高到低依次是：徐紫薯602，湛紫薯2号，徐紫薯8号，齐宁21，阜甜1号，徐薯55-1。结论 电子舌适用于不同甘薯雪花粉滋味品质评价。 关键词：甘薯雪花粉；电子舌；多元统计学；主成分分析 Evaluation of taste quality of sweet potato flour from different varieties basedon electronic tongue technology ZHU Hong， SUN Jian， NIU Fu-Xiang，Xu Fei， YUE Rui-Xue， ZHANG Yi，ZHANG Wen-Ting， WANG Hong-Yun (Xuzhou Institute ofAgricultural Sciences in Jiangsu Xuhuai District/Sweetpotato Research Institute of Chinese AcademyofAgricultural Sciences， Xuzhou 221131， China) ABSTRACT： Objective To establish a stable and convenient method for evaluating the taste quality of sweetpotato flour by electronic tongue and taste recognition system. Methods The taste quality of 6 sweet potatosnowflake powder was evaluated and analyzed by using electronic tongue analysis technique and multivariatestatistical method. Results The overall taste quality of sweet potato flour from different varieties were significantlydifferent. There was a highly significant positive correlation among the taste indexes， in addition to sweetness. Thecomprehensive score mathematical model was established by principal component analysis to evaluate the tastequality of sweet potato flour， and the scores of sweet potato snow pollen taste quality from high to low were： Xuzishu602， Zhanzishu 2， Xuzishu 8， Qining 21， Futian 1， Xushu 55-1. Conclusion Electronic tongue is suitable forevaluating the taste quality of different sweet potato flour. KEY WORDS： sweet potato flour； electronic tongue； multivariate statistics； principal component analysis ( 基金项目：国家 重 点研发计划项目(2019YFD1001300，2019YFD1001302)、国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-10-B20)、 徐州市科技项目(KC19243) ) ( Fund： Supported by the National Key R & D Program of Ch i na (2019YFD1001300，2019YFD1001302)， the Earmarked Fund for China AgricultureResearch System (CARS-10-B20)， and the Science and Technology Project of Xuzhou City (KC19243) ) ( *通讯作者：钮福祥，研究员，主要研究方向为农产品加工。E-mail： n iufuxiang@sina.com ) ( *Corresponding author： NI U Fu- X iang， Pro f essor， Xu z hou Institute of Agricultural Sciences in J iangsu X uhuai District， Xuzhou X uhai RoadHigh-speed Railway Station North Xuzhou Academy of Agricultural Sciences， Xuzhou 221131， China. E-mai l ： niufuxiang@sina.co m ) 引 言 甘薯雪花粉是新鲜甘薯经蒸煮、制泥、滚筒干燥、铲粉、粉碎等主要工序加工而成的片状产品，复水后呈现良好的薯泥状态，并具有新鲜甘薯的营养、风味和口感感。因此可以作为优良的食品原料和食品添加剂，在调味品、糕点、膨化食品、汤料、冲服剂、早餐食品、婴儿食品等领域均可应用。 食品的滋味品质普遍采用传统感官鉴评的方法进行评价，然而该方法受主观因素和外界环境影响较大，在一定程度上较难保证结果的准确性和客观性2。电子舌检测技术模拟人类唾液及味觉感知机制，由传感器阵列获取电流信号，通过信号模式识别处理及专家系统学习识别，对样品进行定性或定量分析，从而实现对待测样的客观、可靠分析13.4。电子舌检测技术作为一种快速检测味觉品质的新技术，能够以类似人的味觉感受方式检测出味觉物质，可以对样品进行量化，同时可以对一些成分含量进行测量，具有高灵敏度、可靠性、重复性的优点[5，6]。目前，电子舌被广泛地应用在乳品I7.8]、酒饮料[9，10]、茶饮料[11，12]、肉制品[13，14]及调味品儿15-18]等食品的滋味品质评价中，但在甘薯滋味评价方面的应用报道较少。本研究以不同品种甘薯雪花粉为原料，采用电子舌味觉识别系统，并结合多元统计学方法对电子舌响应转化值进行相关性分析和主成分分析，以期为甘薯雪花粉的滋味品质评价提供一种高效、稳定、便捷的方法。 2 材料与方法 2.1 实验材料 徐紫薯602、徐紫薯8号、湛紫薯2号、齐宁21、阜甜1号、徐薯55-1，6种甘薯雪花粉(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所)；阴离子和阳离子溶液、内部液、参比溶液、6种味觉标准溶液(苦味、酸味、涩味、咸味、鲜味、甜味)(日本 Insent 公司)。 2.2 仪器设备 SA402B 电子舌(日本 Insent公司)； CY-DJ32L 型打浆机(佛山市南海区乐优机械加工厂)； JA3003电子天平(上海天平仪器厂)； TD5M-WS 离心机(上海卢湘仪离心机仪器有限公司)。 2.3 实验方法 2.3.1 样品预处理 分别称取不同品种甘薯雪花粉各 50 g， 加入 250 mL蒸馏水打成浆状，3500 r/min 离心15 min，过滤，取上清液备用。 2.3.2 SA402B 味觉分析系统 SA402B味觉分析系统由主机、传感器、操作电脑组 成。传感器由味觉传感器、陶瓷参比电极和温度传感器组成。味觉传感器薄膜的电势是根据和参比电极相变化检测出的。数据处理部分将传感器发出的模拟电子信号转化为数字信号，然后将信信转移至 TS-5000Z仪器的中央处理器(central processing unit， CPU)中进行数据处理。电子舌味觉传感器特点及性能见表1。 (1)传感器活化 活化测试传感器法：将Ag/AgCl电极从测试传感器电极端中取出，加入内部液，重新装上传感器，置于参比溶液中，活化24 h， 备用。 活化参比电极法：将电极从参比电极的玻璃管中取出，加入内部液，重新装上参比电极，置于3.33 mol/L KCl溶液中，活化24h，备用。 其中咸味传感器、涩味传感器、鲜味传感器、苦味传感器和酸味传感器5个测试传感器及2个参比电极进行活化24 h， 甜味传感器和参比电极活化 48 h。 (2)电子舌测定 参比溶液为氯化钾和酒石酸的混合溶液，是用来模拟人体口腔中只有唾液时的状态，所有样品均以参比溶液作为对照。在电子舌系统完成传感器状态自检后开始检测，每种样品测量前后，传感器都进行清洗和标准化；为减少系统误差，每个样品平行测定5次，选取后3次每个样品测量的数据转化值用于后续的统计分析。 2.4 统计分析 以6个样品的6个基本味和3个回味指标的测量转换数据为评价指标，使用方差分析对各滋味指标的差异性进行分析；使用皮尔逊(Pearson)相关性分析对不同滋味指标之间的相关性进行分析；使用主成分分析法(principalcomponent analysis， PCA)对不同甘薯雪花粉滋味品质的差异进行分析。数据采用统计分析软件(statistic package forsocial science， SPSS)25.0软件完成，作图使用Origin 9.0软件完成。 3 结果与分析 3.1 不同品种甘薯雪花粉的各滋味间差异性分析 电子舌通过6个传感器的检测，获得了6个不同品种甘薯雪花粉的酸味、苦味、涩味、咸味、鲜味、甜味、苦味回味、涩味回味、鲜味丰富度9组滋味指标转化值。从表2中可以看出不同甘薯品种的苦味、涩味、鲜味、咸味、苦味回味、涩味回味和鲜味丰富度之间都存在显著差异(P<0.05)，酸味和甜味之间无显著差异。徐紫薯602雪花粉的甜味、咸味和鲜味丰富度最高，苦味最低，说明该品种明显优于其他品种雪花粉。 对甘薯雪花粉各滋味指标值进行相关性分析(表3)，由表3中数据可知，甘薯雪花粉不同滋味指标之间呈现出 较高的相关性，其中酸味与鲜味、苦味与涩味、苦味回味、涩味回味、鲜味、鲜味丰富度、咸味均呈极显著负相关，涩味与鲜味、苦味回味、涩味回味、鲜味丰富度、咸味呈极 显著正相关，苦味回味与涩味回味、鲜味、鲜味丰富度、咸味呈极显著正相关，涩味回味与鲜味、鲜味丰富度呈极显著正相关，鲜味、鲜味丰富度与咸味呈极显著正相关。 表1 电子舌味觉传感器特点及性能 Table 1 Characteristics and performance of electronic tongue sensors 传感器名称 可评价的味道 基本味(相对值) 回味 鲜味传感器 鲜味(氨基酸、核酸引起的鲜味) 鲜味丰富度(可持续感知的鲜味) 咸味传感器 咸味(食盐等无机盐引起的咸味) 无 酸味传感器 酸味(醋酸、柠檬酸、酒石酸等引起的酸味) 无 苦味传感器 苦味(苦味物质引起的味道，在低浓度下被感知为丰富性) 苦味回味(啤酒、咖啡等一般食品的苦味) 涩味传感器 涩味(涩味物质引起的味道，在低浓度下感知为刺激性回味) 涩味回味(茶、红酒等呈现的涩味) 甜味传感器 甜味(糖或糖醇引起的甜味) 无 表2不同品种甘薯雪花粉的各滋味指标的差异性分析 Table 2 Significance analysis of taste indexes in sweet potato flour from different varieties 酸味 苦味 涩味 苦味回味 涩味回味 鲜味丰富度 鲜味 咸味 甜味 徐紫薯 602 -20.75±0.01-0.31±0.01° 17.43±0.01” 0.52±0.01 9.47±0.01 14.79±0.01 12.11±0.01 14.07±0.01 17.84±0.01 徐紫薯 8号 -23.02±0.26° 0.55±0.12° 17.84±0.11° 0.29±0.02° 7.88±0.10° 9.75±0.69° 13.54±0.01 11.31±0.25° 16.45±0.13° 湛紫薯 2号 -19.63±0.60" 0.83±0.05° 13.84±0.07° 0.48±0.02° 6.67±0.16° 9.27±0.60° 10.35±0.01° 10.06±0.01° 15.59±0.31 齐宁21-20.35±0.63* 6.64±0.04 4.61±0.08 0.19±0.01 1.84±0.23° 6.19±0.58° 9.14±0.17 4.03±0.05° 15.01±0.94° 阜甜 1号 -20.35±0.87° 6.59±0.06° 5.87±0.05 0.11±0.03° 1.73±0.25 5.84±0.65 8.61±0.16° -3.41±0.11° 16.32±0.87° 徐薯 55-1 -20.84±1.04 4.24±0.06° 5.49±0.05° 0.13±0.02 2.01±0.26° 5.04±0.80° 9.25±0.15 -6.29±0.75' f 17.72±0.91° 注：标以不同字母的同一行数据间差异显著(P<0.05)，有相同字母的表示样品之间没有显著差异。 表3不同品种甘薯雪花粉的滋味间相关性分析(n=6) Table 3 Correlation analysis between different sweet potato flour fromdifferent varieties (n=6) 酸味 苦味 涩味 苦味回味 涩味回味 鲜味 鲜味丰富度 咸味 甜味 酸味 1.000 苦味 0.286 1.000 涩味 -0.409 -0.948 1.000 苦味回味 0.064 -0.855 0.811** 1.000 涩味回味 -0.326 -0.956 0.982** 0.885* 1.000 鲜味 -0.669** -0.843* 0.926 0.597 0.886** 1.000 鲜味丰富度 -0.211 -0.827** 0.863** 0.881** 0.932** 0.743* 1.000 咸味 -0.212 -0.797** 0.877** 0.872 0.906** 0.796 0.867** 1.000 甜味 -0.389 -0.340 0.241 0.140 0.290 0.264 0.373 -0.064 1.000 注：**表示极显著相关(P<0.01)；*表示显著相关(P<0.05)。 3.2 不同品种甘薯雪花粉各滋味指标雷达图 雷达图可以客观、具体地反映不同品种之间的滋味差异大小。由图1可知，6个味觉传感器对不同品种甘薯雪花粉的滋味均有响应，但敏感度有差异，甘薯雪花粉的甜味、咸味、苦味、涩味、鲜味的数值均高于参比溶液，而酸味值低于参比溶液。不同品种甘薯雪花粉之间整体滋味存在明显差异(见表2)，其中咸味、鲜味、涩味和苦味差异较显著，而几个紫薯雪花粉的涩味、涩味回味、鲜味和鲜味丰富度明显大于其他品种雪花粉，而苦味明显低于其他品种雪花粉。 图1 电子舌滋味雷达图 Fig.1 Radar chart of response intensity of electronic tongue sensor 3.3 不同品种甘薯雪花粉滋味品质主成分分析 使用主成分分析对不同品种甘薯雪花粉整体滋味的差异性进行了分析，由表4可知，前2个主成分的初始特征值分别为6.362、1.453，均大于1，其方差贡献率分别为 70.688%、16.142%，累积方差贡献率为86.831%，大于85%，表明第1主成分和第2主成分包含了甘薯雪花粉滋味品质的大量数据信息，可以反映甘薯雪花粉滋味的整体情况。因此提取前2个主成分代替原来的9个指标评价甘薯雪花粉滋味品质，达到降维的目的1191。 主成分1与主成分2的因子载荷图如图2所示，第一主成分主要由雪花粉的特征性滋味(苦味、涩味、苦味回味、涩味回味、鲜味、鲜味丰富度和咸味)；第二主成分主要由雪花粉的特征性滋味(酸味和甜味)。 从主成分因子得分图上可以看出(图3)，不同品种甘薯雪花粉多数呈现分散状态，有较明显的区分，说明不同品种雪花粉的滋味是不相同的，证明使用电子舌味觉分析系统完全可以区分不同品种甘薯雪花粉的滋味品质。徐紫薯8号和徐薯55-1雪花粉的甜味较高；徐紫薯602雪花粉的涩味、涩味回味、苦味回味、鲜味、鲜味丰富度和咸味比较高；湛紫薯2号的酸味比较高；齐宁21和阜甜1号雪花粉的苦味比较高，涩味、鲜味、苦味回味、涩味回味和鲜味丰富度都比较低。 3.4 不同品种甘薯雪花粉滋味品质综合评价 为消除不同单位和数据的影响，对各指标原始数据进行标准化处理，转化成均值为0、标准差为1的无量纲数据(Zxj~Zxg)。用各指标变量的主成分载荷值除以主成分相对应的初始特征值，便得到2个主成分中每个指标所对应的得分系数，主成分得分=2主成分得分系数×相对应的标准化变量，建立各因子得分数学模型如下120： 表4 各个主成分的特征值和贡献率 Table4 Eigenvalue and contribution rate of each principal component 主成分 初始特征值 提取载荷平方和 特征值 方差贡献率/% 累计方差贡献率/% 特征值 方差贡献率/% 累计方差贡献率/% 6.362 70.688 70.688 6.362 70.688 70.688 2 1.453 16.142 86.831 1.453 16.142 86.831 3 0.868 9.642 96.473 4 0.215 2.394 98.867 5 0.069 0.765 99.632 6 0.024 0.266 99.898 7 0.008 0.084 99.982 8 0.002 0.017 99.999 9 5.641×10 0.001 100 图2不同品种甘薯雪花粉滋味品质的主成分1与主成分2因子载荷图 Fig.2! PC1 and PC 2 factor loading diagram of flavor quality ofsnowflake powder of different sweet potato varieties 图3 不同甘薯雪花粉滋味品质的主成分1与主成分2因子得分图 Fig.3Factor scores graphical representation of PC 1 and PC 2 ofthe principal component analysis of sweet potato flour from differentvarieties 主成分因子的权重=因子贡献率/入选因子的累积贡献率，从而建立综合得分数学模型， F=0.814F1+0.186F2。 根据综合得分模型计算不同品种甘薯雪花粉滋味品质的综合得分，得分越高，说明该品种的甘薯雪花粉的综合品质越好。由表5中可以看出不同品种甘薯雪花粉滋味品质得分由高到低依次是：徐紫薯602、湛紫薯2号、徐紫薯8号、齐宁21、阜甜1号、徐薯 55-1。 4 结 论 利用电子舌味觉分析系统和多元统计学方法相结合的手段，发现6个不同品种甘薯雪花粉的滋味指标存在明显差异和较高的相关性。各滋味指标中苦味、涩味、咸味 差异较大，徐紫薯602雪花粉的甜味、咸味和鲜味丰富度显著高于其他品种(P<0.05)，苦味显著低于其他品种(P<0.05)，说明该品种雪花粉明显优于其他品种雪花粉；除甜味外，各滋味指标间呈极显著的相关性。 通过主成分分析得到2个初始特征值均大于1的主成分，第一主成分代表苦味、涩味、苦味回味、涩味回味、鲜味、鲜味丰富度和咸味，其方差贡献率为 70.688%；第二主成分代表酸味和甜味，其方差贡献率为 16.142%，2个主成分的累积方差贡献率为86.831%。建立了直观的甘薯雪花粉滋味品质综合评价模型，得出不同品种甘薯雪花粉的综合评分值排列顺序，可客观反映不同品种甘薯雪花粉滋味品质。由此可见，电子舌在不同品种甘薯雪花粉的滋味品质评价中可能具有较大的应用潜力。 表5不同品种甘薯雪花粉滋味品质评价得分情况 Table 5 Edible quality evaluation scores of sweet potato flourfrom different varieties F1 F2 F 徐紫薯602 1.362 0.146 1.136 徐紫薯8号 0.972 -1.079 0.591 湛紫薯2号 0.457 1.405 0.633 齐宁21 -0.876 0.652 -0.592 阜甜1号 -1.049 -0.126 -0.878 徐薯55-1 -0.866 -0.998 -0.891 ( 参考文献 ) ( [1]周虹，张超凡，黄光荣， 等 .甘薯全粉的加工 与应 用 [ J].湖南农业科学 ， 2006，(5)：106- 1 08.Zhou H ， Zhang CF， Hu a ng GR， et a l . 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Foo d Sci， 2 019，40(10)： 2 43 - 2 50 . ) ( (责责任编辑：王 E 欣) ) ( 作者简介 ) ( 朱 红 ， 副研究员 ， 主要研究方向为 甘薯产后加工。 ) ( E - mail： zhuh- 1 35@ 1 63.com ) ( 钮福祥 ， 研究员 ， 主要研究方向为农 产品加工。 ) ( E - mail： niufuxiang @s ina.com ) 实验摘要：目的利用电子舌味觉识别系统建立稳定、便捷的甘薯雪花粉滋味品质评价方法。方法采用电子舌分析技术和多元统计学方法相结合，对6个甘薯雪花粉的滋味品质进行了评价分析。实验设备：电子舌实验样品：甘薯雪花粉实验结果：不同品种甘薯雪花粉滋味品质指标存在显著差异性，除甜味外，各滋味指标间呈极显著的相关性；采用主成分分析法建立综合得分数学模型对不同品种甘薯雪花粉滋味品质进行综合评价，甘薯雪花粉滋味品质得分由高到低依次是：徐紫薯602，湛紫薯2号，徐紫薯8号，齐宁21，阜甜1号，徐薯55-1。结论电子舌适用于不同甘薯雪花粉滋味品质评价。