基于電子舌的果汁飲料貨架期品質研究

趙蕓，劉雄飛，吳偉莉，黃一珍，房子舒

（中糧營養健康研究院有限公司品牌食品研發中心，北京102209）

基于電子舌的果汁飲料貨架期品質研究

趙蕓，劉雄飛，吳偉莉，黃一珍，房子舒

（中糧營養健康研究院有限公司品牌食品研發中心，北京102209）

利用儀器快速并且準確評價果汁飲料產品的貨架期品質一直都是相關研究的熱點問題。本文利用電子舌設備對果汁飲料產品進行了貨架期評價試驗，采用主成分分析法（PCA）進行數據處理，結合理化指標，并通過感官評價小組評價對結果進行對比。試驗結果表明，電子舌可以很好地依據不同儲存時間及條件下的果汁飲料產品特征進行分類。電子舌作為一種新型的現代智能感官儀器，在果汁飲料產品貨架期評價中有較大的潛力。

果汁飲料；電子舌；貨架期；感官評定

0　引言

在飲料行業中產品的貨架期是重要的品質指標之一，產品貨架期是一個講時間長度的概念，在這個時間長度范圍，食品品質得到消費者認可；如果超過這個時間長度范圍，會大大增加食品品質被認可的風險。保質期是指預包裝食品在標簽指明的貯存條件下，保持品質的期限。保質期其實是一種提法，因為食品從原材料的摘取，到加工過程中一直在發生著物理、化學、微生物上的變化，并不能保證這個過程的品質是一致的。所以，從這個角度去理解，貨架期是一個講時間長度，這個時間長度是通過對所采用工藝、儲存方式等因素影響下的一個統計數據。

依據國內外文獻報道，果汁飲料產品的口感特征分析主要是指人工感官評價和理化指標這2個方面[1-2]。傳統的感官測評依據個人的主觀感覺和經驗，人為因素較大，這些專家必須擁有特殊的味覺判別能力，在品評時能夠比較準確地給出產品的品質等級。然而，培養專業的鑒別人員需要經過精心挑選，需要投入大量的費用和長時間的培訓，才能獲得到可靠的結果。如何利用電子舌對果汁飲料進行貨架期的有效監控，不僅是各個生產企業保持和穩定其品質的客觀要求，也是產品質量監管的迫切需求[3-4]。

本研究主要利用了Smar Tongue公司制造的電子舌技術，以不同儲存溫度和時間下的果汁飲料為研究對象，對產品進行貨架期品質評價并通過人工感官評價加以對比，同時結合理化指標測定，采用主成分分析法（PCA）對數據處理，對不同儲存條件下的果汁飲料進行區分，為電子舌在果汁飲料貨架期中的品質控制提供試驗依據。

1　材料與方法

1.1材料與設備

白砂糖，太古股份有限公司提供；檸檬濃縮漿，連豐食品有限公司提供；檸檬香精，芬美意香料（中國）有限公司提供；果膠，丹尼斯克（中國）有限公司提供；檸檬酸、檸檬酸鈉，安徽豐原生物化學股份有限公司提供。

APV-1000型高壓均質機，APV有限公司產品；T-18型分散器，德國IKA有限公司產品；Tm5型料理機，美善品多功能食品料理機公司產品；純水儀，密理博儀器公司產品；bsa2202s-cw/bsa323s-cw型天平，德國賽多利斯儀器公司產品；色差儀，美國Hunterlab儀器制造公司產品；電子舌，Smar Tongue公司產品。

1.2試驗方法

產品貨架期預測方法主要有品質損失模型、產品貨架期預測模型等。品質損失模型主要是描述食品品質衰敗速度和多種混合因素共同的作用結果，產品貨架期預測模型是將產品自身的品質損失和包裝材料影響相結合起來[5]。但是，以上2種方法對產品貨架期預測的時間較長、效率低、投入大等，為了增加銷售效益，生產廠家都在致力于研究延長貨架期，而加速破壞性試驗（ASLT），食品貨架期加速測試因此產生了[6]。把最終的產品儲存在比較惡劣的環境下，通過定期檢驗來確定產品保質期。在食品加速試驗上的手段主要有提高溫度、增加濕度、采用光照等，其中用提高溫度進行加速試驗的方法是目前使用最為廣泛的方法。將產品選擇放置在不同溫度條件下：4℃冷藏（標準樣品）、38℃下儲存1個月、38℃下儲存2個月，放置1～8周來模擬產品貨架期試驗。

1.2.1果汁飲料的工藝流程

白砂糖、檸檬濃縮漿等主料溶解→果膠穩定劑熱溶解（70～80℃）→檸檬酸、檸檬酸鈉、香精等輔料溶解→定容→預熱（60～70℃）→均質（18～20 MPa）→殺菌（105℃，30 s）→灌裝、冷卻。

1.2.2可溶性固形物含量測定

通過糖度計測定。

1.2.3酸度測定

稱取5.00 g飲料樣品，置于150 mL三角瓶中，加入100 mL蒸餾水，加入3滴0.5%酚酞指示劑，混勻后用0.100 1 mol/L的NaOH標準溶液滴定至粉紅色，并且在30 s內顏色不退后，記錄消耗的NaOH標準溶液的體積，代入計算公式[7]。

計算飲料的酸度含量：

式中：X——果汁中總酸含量，g/100 g（或g/100 mL）；V1——樣品滴定耗用NaOH標準溶液的體積，mL；

V0——空白試驗耗用NaOH標準溶液的體積，mL；

C——NaOH標準溶液的濃度，mol/L；

m——樣品的質量，g；

K——換算果汁中適當酸的系數，以檸檬酸計0.07。

1.2.4pH值測定

用pH計測定。

1.2.5顏色穩定性測定

用色差儀測定顏色的變化。對于許多液體來說，顏色都是一個重要指標，是新鮮度和純度的指標，包括L值（明亮度）、a值（紅綠值，正值為紅色，負值為綠色）和b值（黃藍值，正值為黃色，負值為藍色）。

1.2.6電子舌測定

電子舌是現代化定性定量分析檢測儀器，利用味覺傳感器或味覺指紋分析儀，由交互敏感傳感器陣列、信號調理系統、測試平臺和應用軟件4個部分組成[8]。傳感器陣列由6個電極（鉑電極、金電極、鈀電極、鎢電極、鈦電極、銀電極）和1個輔助電極組成一個獨立單元機構，再與一個參比電極共同組成一個完整的傳感器陣列；信號調理系統由信號激發單元、信號調理單元以及數據采集單元組成；測試平臺為樣品安置、檢測提供嚴格的工作環境；應用軟件是在電腦上運行的用于控制電子舌檢測、分析數據、輸出結果的應用程序[9]。

電子舌激發電勢和電流響應信號見圖1。

圖1　電子舌激發電勢和電流響應信號

通過電子舌對3款不同儲存條件的產品電信號圖進行分析，比較產品之間的差異。樣品直接倒入電子舌專用燒杯中，在室溫條件下進行測定，每杯樣品15 mL，每個樣品設定5個重復。

1.2.7消費者對貨架期間產品的喜好度和接受度影響

通過對感官評價員測試，了解對貨架期間產品的接受程度及產品在不同儲存時間和不同儲存溫度時各屬性的變化區分情況，并與電子舌結果進行比較，為電子舌在果汁飲料貨架期中的品質控制提供試驗依據。

評價員是感官評價小組成員，并且在過去3個月內喝過且購買過果汁飲料產品，飲用頻率在每月1次及以上的；測試基數為42人；樣本量設計：評價員測試3個產品；3個產品采用循環測試的順序，可以避免因測試順序帶來的偏頗。

樣本量設計見表1，產品測試具體評價指標見表2。

表1　樣本量設計

表2　產品測試具體評價指標

1.2.8感官評定小組人員組成

感官評定小組成員，通過基本味覺識別對甜味的區別能力來進行篩選確定。感官評定小組由50位公司員工擔任評定員（30位女生和20位男生），年齡在25～40歲，都有感官評定經驗。過去3個月內喝過且購買過果汁、果汁飲料產品，飲用頻率在每月1次及以上。

1.2.9感官評定樣品準備

配制樣品使用二級純水，配制所有的溶液在感官測定前2 h配好，常溫放置。配制的樣品溶液放在50 mL的一次性小杯，每次提供30～40 mL，并用隨機3位數字進行編碼，如585，348等。采用隨機順序上樣。評價員在評定樣品后可以將樣品吐出在水槽內，在品嘗每個樣品間隙休息大約1 min，每組樣品間休息10 min左右，以此來減少上次品嘗樣品余味的影響。評定時，使用純凈水或蘇打餅干來去除樣品殘留味道。

感官評定在公司的感官測評室內進行，測評室的溫度恒定在25℃。

1.3數據處理與分析

采用主成分分析法進行研究。主成分分析（Principal component analysis，PCA）是一種多元統計分析技術，是以排除眾多化學信息共存中互相重疊的信息，將原變量進行轉換，使少數幾個新變量是原變量的線性組合，同時這些變量要盡可能多地表征原變量的數據結構特征而不丟失信息[10]。通過對數據的分析，從中得到不同貨架期產品之間的差異，作為進一步研究的基礎。

2　結果與討論

2.1貨架期期間產品的品質變化

果汁飲料產品貨架期儲存期間的品質變化見表3。

定期測得其可溶性固形物、酸度、pH值等理化指標。可溶性固形物含量在貨架期內約為9.37，酸度為0.26%～0.28%，pH值為3.56～3.59，沒有明顯變化。

表3　果汁飲料產品貨架期儲存期間的品質變化

產品在儲存期間L值的變化見圖2，產品在儲存期間△DE值變化情況見圖3。

圖2　產品在儲存期間L值的變化

圖3　產品在儲存期間△DE值變化情況

果汁飲料產品的顏色在貨架期內一直有變化著。由圖2可知，在4℃，38℃下存儲1個月，38℃下存儲2個月條件下，L值（明亮度）一直在變化并下降著，樣品顏色由淡黃色慢慢變化顏色加深呈下降趨勢，顏色變化較明顯。圖3中DE（總色差）是基于L值，a值，b值色差，并作為一個單獨的指標來表示產品在儲存期間色差變化情況，可看出產品在不同儲存溫度的貨架期間顏色變化差異明顯。

2.2基于電子舌區分果汁飲料產品貨架期

電子舌數據結果見表4，不同貨架期果汁飲料產品電子舌數據主成分分析見圖4。

表4　電子舌數據結果

表4中的特征值為6個電極值，數據為5次重復測試樣品的測量平均值；圖4中6個記號點連成的圖形代表此樣品的整體特征，不同樣品的類別間品質的不同點、差異可以通過主成分得分的距離表征，樣品距離越近說明樣品品質特征越近似。

圖4　不同貨架期果汁飲料產品電子舌數據主成分分析

圖4中橫坐標主成分1貢獻率為54.4%，縱坐標主成分2貢獻率為36.6%，累計2個成分的貢獻率為91.0%。當貢獻率累計達到85%以上時，就認為基本上能用這2個主成分組成的二維圖來表示整體的信息情況。

從圖4中可以看出，3款不同貨架期產品間PCA分析（主成分分析）中能很好地落在各自的范圍內而互不干擾；并且各個區域內點的離散度比較小，不同儲存條件下的產品之間沒有重合區域，存在一定的差異，說明電子舌系統可以很好地區分3種不同儲存條件下貨架期的樣品。

2.3對果汁飲料產品貨架期喜好度及接受度的評價

果汁飲料產品的總體喜好度及接受度情況見表5，果汁飲料產品在儲存期間各屬性變化情況見圖5。

表5　果汁飲料產品的總體喜好度及接受度情況

圖5　果汁飲料產品在儲存期間各屬性變化情況

通過對評價員測試，樣品選擇在避光的環境下測試，避免由于顏色對評價員造成的干擾，評價員對不同儲存條件下的果汁飲料產品進行喜好度和接受度評價，并與電子舌結果進行比較。得出3個樣品的喜好度得分介于一般和有點喜歡之間且在95%置信度下有顯著性差異，接受度得分均介于一般和有點接受之間且在95%置信度下有顯著性差異。產品在4℃，38℃下儲存1個月、38℃下儲存2個月條件下，花香氣味上有明顯差異。

3　結論

電子舌設備作為一種新的現代化智能仿生系統，具有很大的靈活性和可擴展性，高靈敏性和信息量豐富，在很多領域顯示出巨大的應用潛力。利用電子舌對果汁飲料產品進行貨架期品質評價，并通過人工感官評價加以對比，同時進行理化指標測定。3款不同貨架期的果汁飲料產品在感官評價分析得出具有不同的感官屬性且具有顯著性差異。數據進行主成分分析法（PCA）處理，通過果汁飲料味覺和口感特征的模式識別分析，電子舌可以對不同儲存條件下的果汁飲料進行完全區分，并與人工感官評價相結合對比。通過以上2個方面的數據可以更全面合理地分析不同貨架期果汁飲料產品的口感特點，說明電子舌設備具有辨別不同果汁飲料貨架期區分的能力，為電子舌在果汁飲料貨架期中的品質控制提供試驗依據，也為食品感官評價方法提供了新的研究思路。

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[10]何曉群.多元統計分析[M].北京：中國人民大學出版社，2004：135-165.◇

Classification of Shelf Life Quality of Fruit Juice Usin an Electronic Tongue

ZHAO Yun，LIU Xiongfei，WU Weili，HUANG Yizhen，FANG Zishu
（Brand Food R&D Center，COFCO Nutrition&Health.，Beijing 102209，China）

Use the instrument to fast and accurately evaluate the shelf life of fruit juice drinks products has always been the hot issues in the research.Shelf life of fruit juice beverage products is evalued by using an electronic tongue，the acquired data are analyzed by principal component analysis（PCA），with the physical and chemical index and by sensory panel evaluation results are compared.Results from these analyses demonstrate that electronic tongue technique can be used to distinguish different shelf life of fruit juice from products feature.Electronic tongue as a new type of modern intelligent sensory instrument，has great potential in the fruit juice drinks products shelf life evaluation.

fruit juice drinks；electronic tongue；shelf life；sensory evaluation

TS255.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.10.032

2016-08-26

趙蕓（1987—），女，在讀碩士，研究方向為食品科學與工程。

1671-9646（2016）10b-0012-05