功能飲料滋味電子舌與感官評價相關性分析

王鵬，韓穎

（1.成都工業學院，四川成都610000；2.四川旅游學院，四川成都610100）

隨著社會生活節奏的加快，人們面對更多的生存與競爭壓力，以疲勞為代表的亞健康問題越來越突出，具有抗疲勞作用的功能飲料逐漸受到消費者的青睞。市售的抗疲勞功能飲料按其功效成分可分為3類：以天然咖啡因、氨基酸為主要功效成分；以維生素、合成咖啡因為功能成分；以天然鮮雞精華為功效成分[1]。目前，關于功能飲料的研究主要集中在工藝優化[2-4]、功能成分檢測、功能成分生理特性評價[5-7]等。功能飲料在被消費前，飲料的感官品質（外觀、滋味、氣味）是影響消費者購買欲望的主要因素，其中，以滋味最為重要，而關于功能飲料滋味品質的研究極少。

關于食品滋味的研究多采用感官評價的方法，但感官評價受環境及人為因素影響較大，結果的重復性及客觀性較低，逐漸被高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）、免疫層析（Im－munochromatographic Assay）、電子舌（E-tongue）等新技術所替代。HPLC常用來檢測食品滋味物質的差異，主要指小分子肽、氨基酸、糖類、酸類、堿類物質等[8]，雖然HPLC在結果的重復性及客觀性上具有優勢，但測定過程耗時且需要復雜的前處理。電子舌是一種模仿動物舌頭功能的儀器，以敏感膜作傳感器的材料，當傳感器與味覺物質接觸時，膜材料的電勢發生變化并產生響應值，根據響應值變化來檢測樣品滋味間的差異[9]，而非一一列舉，此外樣品檢測不必進行前處理，簡化了試驗操作過程，提高了工作效率。目前，電子舌技術已經廣泛應用到食品領域，包括啤酒[10]、肉類[11]、橄欖油[12]、大米[13]、白酒[14]等，但在功能飲料滋味品質的研究中鮮有報道。

試驗以不同品牌功能飲料的滋味品質為研究對象，采用電子舌與感官評價，結合主成分（Principal Component Analysis，PCA）、聚類（Cluster Analysis，CA）及相關性（Person）分析，探究人工感官評價與電子舌間的相關性。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

8種功能飲料均為市售，其編號、品牌、廠家、產地及配方見表1。

FALLC4N型分析天平：常州市衡正電子儀器有限公司；α-ASTREE型電子舌：法國AlphaMOS公司，該電子舌由7根非專一性傳感器和一個Ag/AgCl參比電極組成，每根傳感器對酸、咸、甜、苦和鮮味敏感程度不一樣[15]，其傳感器特性及檢測限值見表2。

表2 電子舌傳感器性能特性及檢測限值Table 2 The performance characteristics and detection limits of electronic tongue sensor

1.2 電子舌測定

準確量取待測樣品80 mL于120 mL電子舌專用燒杯中，按設定的順序放在自動進樣器上。試驗采用清洗溶液和飲料樣本交替檢測的序列進行測定，清洗溶液為蒸餾水。分析條件：自動進樣，用穩定狀態下的信號進行分析，每個樣品用傳感器采集120 s，各測5次，取后3次采集的數據求均值用于分析。

1.3 感官評價

食品的感官分為外觀、滋味、香味、特征性4個方面，試驗僅以滋味品質為參考，10名以上受過專業培訓的感官評價人員對8種功能飲料進行評分，其評分標準見表3。

表3 功能飲料感官評價標準Table 3 The sensory evaluation of functional beverages

1.4 數據分析

試驗數據分析采用SPSS 22.0，圖形繪制采用Origin9.1。

2 結果與分析

2.1 電子舌與感官評價測定結果

電子舌是一種模仿生物嗅覺器官的設備，通過膜材料電勢變化產生的響應值來反映樣品滋味變化。8種市售功能飲料在電子舌上產生的響應值如圖1所示。

圖1 電子舌雷達圖Fig.1 The radar map of electronic tongue

飲料在電子舌探頭GA、HA、JB、ZZ上存在差異，其中，探頭GA上差異最大，而該探頭對酸味比較敏感，探頭HA、JB、ZZ主要對酸、咸、甜味敏感。因此8種功能飲料滋味的差異主要是由酸味的不同造成的，其次是咸、甜味。8種市售功能飲料感官評價結果如圖2所示。

功能飲料在酸味上差異最大，其次是咸味，最后是甜、苦、鮮味，這與電子舌測定結果基本一致。綜上所述，市售功能飲料滋味差異主要表現為酸、甜、咸味不同，可能是因為飲料中呈酸味（檸檬酸、冰醋酸等）、甜味（主要為白砂糖）、咸味物質的種類及含量不同所致。

2.2 電子舌與感官評價PCA分析

主成分分析是一種把多個指標通過降維轉化為幾個綜合指標的方法[16]。8種功能飲料的電子舌主成分分析二維圖見圖3。

主成分1、2的貢獻度分別為51.19%、22.59%，累計方差貢獻度為73.78%，兩個主成分包含了樣品的大部分信息，從二維圖上看，8個樣品可分為3類：1、2、4 為第一組；3、5、8 為第二組；6、7 為第三組。8 種功能飲料的感官評價的主成分分析二維圖見圖4。

圖2 感官評價雷達圖Fig.2 The radar map of sensory evaluation

圖3 電子舌PCA分析二維圖Fig.3 The two-dimensional map of electronic tongue by PCA analysis

圖4 感官評價PCA分析二維圖Fig.4 The two-dimensional map of sensory evaluation by PCA analysis

主成分1、2的貢獻度分別為48.29%、28.65%，累計方差貢獻度為76.94%，基本上包含了樣品的大部分信息，從其二維圖上看，8個樣品可分為3類：1、2、4、7、8 為第一組；3、5 為第二組；6 為第三組。綜上所述，8種功能飲料按電子舌與感官評價的差異可獲得較為一致的分組效果：1、2、4為第一組；3、5為第二組；6為第三組，但7、8號樣品的分類存在差異。王俊魁等[17]在采用感官評價和電子舌區分不同品牌韭菜花醬時，認為兩種方法對韭菜花醬滋味品質區分效果相似，這與本文結論基本一致。

2.3 感官評價與電子舌聚類分析

聚類分析是按研究對象的個體特征將特性相近的變量或觀察單位進行歸類。8種功能飲料的電子舌和感官評價聚類分析見圖5、圖6。

圖5 電子舌的聚類分析Fig.5 Cluster analysis of electronic tongue

圖6 感官評價的聚類分析Fig.6 Sensory evaluation cluster analysis

由圖5和圖6可知：若以電子舌指標為參考，當距離為1.28時，可將8種功能飲料分為3類，分組情況如下：1、2、4、6 為第一組，3、5、8 為第二組，7 為第三組，這與主成分分析結果基本一致，僅6號樣品分組情況無法確定。若以感官指標為參考，距離為2時，可將8 種功能飲料分為 3 類，則分組情況如下：1、2、4、7、8為第一組，3、5為第二組，6為第三組，這與感官評價主成分分析結果一致。綜上所述，采用聚類分析，8種功能飲料按電子舌與感官評價差異可獲得較為一致的分組：1、2、4 為第一組，3、5 為第二組，但 6、7、8 號樣品分組情況有差異。

表4 電子舌探頭與感官評價Person相關系數分析Table 4 The Person correlation coefficient analysis of electronic tongue probes and sensory evaluation

2.4 感官評價與電子舌相關性分析

通過對8種功能飲料的感官與電子舌進行主成分與聚類分析，試驗發現感官與電子舌測定可對大部分樣品（1、2、3、4、5號）進行分組，但部分樣品（6、7、8號）分組存在差異。為進一步探究導致這種差異的原因，試驗對感官評價與電子舌七個探頭進行Person相關系數分析，結果見表4。

由表4可知：探頭ZZ與咸味極顯著相關，相關系數為0.860；探頭BB與鮮味極顯著相關，相關系數為0.851；探頭HA與甜味顯著相關，相關系數為0.709；探頭JB與苦味顯著相關，相關系數為0.720。電子舌7個探頭與酸味品質的相關性不顯著，但酸味是影響功能飲料滋味品質差異的一個重要指標，這可能導致人工感官與電子舌測定對樣品的分組存在差異。

Kang B S等采用非專一性電子舌區分幾種韓國米酒時，認為酸味、咸味、鮮味、甜味與電子舌測定結果顯著相關，相關系數分別為 0.75、0.80、0.70、0.73，這與本文結論基本一致[18]。但牛云蔚等[19]對5種櫻桃酒進行了感官評價和電子舌分析，認為傳感器ZZ與澀、苦味的相關性較好，傳感器JB與酸味相關性較強，而傳感器HA、CA與甜味的相關性較好，這與本研究中不同傳感器與不同滋味品質的相關性存在差異，可能與電子舌探頭的非專一性及不同食品呈味物質的復雜作用機制有關。

3 討論

研究對8種不同品牌功能飲料的滋味品質進行感官評價及電子舌檢測，結合主成分、聚類及Person相關系數分析，探究人工感官評價與電子舌測定間的相關性。結果表明：采用主成分、聚類分析，電子舌與感官評價對8種品牌功能飲料具有較為一致的分組效果。采用Person相關系數分析，電子舌探頭ZZ、BB與咸、鮮味極顯著相關，相關系數分別為0.860、0.851；探頭HA、JB與甜、苦味顯著相關，相關系數分別為0.709、0.720。

在本研究中，感官評價及電子舌對6、7、8號樣品的分組存在差異，并且電子舌不存在與酸味品質顯著相關的探頭。針對上述問題，可能原因是：1）相對于電子舌，感官評價受環境及人為因素影響較大，其結果存在較大的波動；2）食品中滋味的形成不僅與呈味物質種類（氨基酸、多肽類、核苷酸、還原糖等）有關，還受呈味機制（相乘作用、掩蔽作用、消殺作用等）的影響。試驗采用非專一性的電子舌探頭，該類探頭是根據呈味物質建立的模型來預測樣品滋味相對強度，但對于單一滋味，其預測效果可能不太理想，使探頭與某些重要的滋味品質的相關性不顯著。

通過本研究證明：電子舌與人工感官評價在區分不同品牌功能飲料方面具有較好的一致性。電子舌是一種可快速區分食品滋味品質的儀器，其檢測方法快捷、簡便，提高了感官評價的效率，避免了人工感官造成的誤差，是一種可替代人工感官評價的理想設備。黃星奕等[20]以20種品牌橙汁為研究對象，采用電子舌技術對橙汁感官品質進行快速定量評價，認為通過BP神經網絡模型，可實現電子舌對感官評價的定量預測。肖立中等[21]利用改進的BP算法建立人工感官評價與電子舌評價的映射模型。今后的研究將圍繞電子舌與人工感官評價映射模型的建立開展，以實現電子舌對功能飲料滋味品質的智能化預測。

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