電子舌技術對市售不同品牌方便面調料的滋味識別

申慧珊，張國權，夏天雨，吳青蘭，田麗娜，江昊，鄭建梅

(西北農林科技大學 食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100)

第17屆中國方便食品大會指出，2016年方便面產量為362.4億包，銷售額為511.69億元，2017年方便面行業發展穩健[1]。各方便面廠家面餅質量差距不大，鮮濃、飄香和醇厚的調料成為方便面企業競爭的關鍵[2]。方便面調料是由多種原輔料復合而成為方便面增添滋味的調味料[3]。通常情況下，方便面調料的滋味分析是經過專業培訓的專家進行感官評定，但感官評定具有一定的主觀性，易受評定人員身心狀況等因素的影響，且費力耗時。

電子舌是一種基于多傳感器陣列和多元統計分析方法檢測液體樣品的味覺傳感器[4]。在電子舌體系中，傳感器捕獲方便面調料中味覺物質的信號傳送至電腦，由模式識別軟件分析并對不同調料進行辨別分類，得出調料的味覺信息[5]。電子舌在食品分析中的應用主要包括過程監測、新鮮度評估和貨架期調查、食品識別、定量分析、摻假鑒別及其他質量控制研究6個方面[6-10]。國內尚未見電子舌應用于方便面調料的報道，本試驗利用電子舌技術結合主成分分析(principal component analysis，PCA)和判別因子分析(discriminant factor analysis，DFA)等多元統計方法對不同品牌不同口味的方便面調料進行區分，為方便面調料種類辨別和品質評價提供方法和依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

3個品牌(品牌A，品牌B，品牌C)的香菇燉雞味、番茄牛腩味和紅燒牛肉味方便面：市售。

電子舌 法國Alpha MOS公司；電子天平 南京湯姆斯衡器有限公司；TD5W-WS臺式離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；SBH-Ⅲ循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；玻璃砂芯過濾裝置 廣州市晟科貿易有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品準備

準確稱量6 g粉包、8 g醬包、6 g粉包和8 g醬包樣品，分別溶解于400 mL熱水中，4000 r/min離心20 min，冷卻至室溫，先用紗布過濾，再用普通濾紙抽濾，最后用0.45 μm濾膜砂芯抽濾，取濾液備用[11]。

1.2.2 電子舌分析

本試驗采用法國α-ASTREE電子舌系統，配有ZZ，JE，BB，CA，GA，HA，JB共 7個傳感器，它們對樣品的鮮、咸、酸、甜和苦味敏感[12]。電子舌使用前對傳感器進行活化、校準和診斷，然后取80 mL方便面調料濾液按順序放入125 mL電子舌燒杯中。電子舌參數：采樣時間120 s，清洗時間10 s，采集周期1 s，攪拌速率3 r/s，平行檢測3次。

1.3 數據處理

測試數據用電子舌自帶軟件進行處理。采用PCA法對樣品進行辨識分類，采用DFA對模型進行驗證分析。PCA可以將傳感器采集的信息進行數據轉換及降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，得到一組新的數軸來捕捉整個數據集間的最大差異[13]。DFA是一種通過重新組合傳感器數據進而優化區分性的分類技術，它可以使組間距離最大的同時保證組內差異最小，能夠用于樣品的定性判別分析[14]。

2 結果與討論

2.1 電子舌對方便面調味粉包的響應信號曲線

品牌C香菇燉雞味方便面調味粉包的響應信號曲線見圖1。

圖1 電子舌傳感器對方便面調味粉包的響應信號曲線Fig.1 Response curve of electronic tongue sensors to instant noodles seasoning powder packets

由圖1可知，每根傳感器對同一方便面調味粉包的響應強度。傳感器HA的響應信號值最大，傳感器GA的響應信號值最小，各個傳感器的響應強度順序為HA>ZZ>CA>BB>JE>JB>GA。在0～20 s內，傳感器響應強度發生顯著變化，20～30 s內傳感器響應強度上升緩慢，30 s后傳感器響應強度趨于平衡，說明電子舌在分析方便面調料樣品時具有較好的穩定性，選取每個傳感器的120 s數值進行分析。

2.2 電子舌對方便面調味粉包的雷達指紋圖譜

3種不同品牌(品牌A、品牌B、品牌C)香菇燉雞味方便面調味粉包的雷達指紋圖譜見圖2。

圖2 電子舌傳感器對方便面調味粉包的雷達指紋圖譜Fig.2 Radar fingerprints of electronic tongue sensors to instant noodles seasoning powder packets

由圖2可知，方便面調味粉包在ZZ，CA，HA，JB傳感器上的響應強度存在顯著差異，在JE，BB，GA傳感器上的響應強度無顯著差異，說明所測定的香菇燉雞味方便面調味粉包在5種味覺屬性(鮮味、咸味、酸味、甜味、苦味)上均具有差異，其中鮮味和酸味上差異顯著，在咸味、甜味和苦味上差異不顯著。由以上分析可知，雷達指紋圖譜可以辨別不同品牌方便面調料，電子舌是辨別不同品牌方便面調料的有效工具。

2.3 電子舌對方便面調料的PCA分析

2.3.1 電子舌對香菇燉雞味方便面調料的PCA分析

對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風味進行電子舌檢測，對電子舌傳感器響應值進行PCA分析，其結果見圖3～圖5。

圖3 電子舌對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調味粉包的PCA分析圖Fig.3 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖4 電子舌對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調味醬包的PCA分析圖Fig.4 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖5 電子舌對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調料混合后的PCA分析圖Fig.5 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with chicken and Lentinus edodes flavor

由圖3可知，PC1和PC2的貢獻率分別為98.525%和1.131%，累積貢獻率達99.656%，判別指數DI=84，區分度高。由圖4可知，PC1和PC2的貢獻率分別為94.148%和4.495%，累積貢獻率達98.643%，判別指數DI=88，區分度比粉包高。由圖5可知，PC1和PC2的貢獻率分別為94.400%和4.935%，累積貢獻率達99.335%，判別指數DI=94，區分度比粉包和醬包高[15]。上述圖中每個多邊形代表每種樣品的整體特性，相互連接的6個記號點分別代表此樣品的6個重復樣品，每個多邊形之間的距離代表每種樣品之間的整體差異性。上述數據表明PC1和PC2基本包含了原始數據的大多數信息，能夠反映樣品的整體信息。在PCA分析圖中，不同品牌的方便面調料明顯分為3個區域，相互間互不干擾，表明電子舌對不同品牌香菇燉雞味方便面調料具有良好的區分效果，為電子舌定性系統的建立提供了可能。

2.3.2 電子舌對番茄牛腩味方便面調料的PCA分析

對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風味進行電子舌檢測，采用PCA 法對采集到的數據進行分析，其結果見圖6～圖8。

圖6 電子舌對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調味粉包的PCA分析圖Fig.6 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖7 電子舌對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調味醬包的PCA分析圖Fig.7 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖8 電子舌對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調料混合后的PCA分析圖Fig.8 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with braised beef brisket and tomato flavor

由圖6可知，PC1和PC2的貢獻率分別為90.486%和6.636%，累積貢獻率達97.122%，判別指數DI=94，區分度高。由圖7可知，PC1和PC2的貢獻率分別為99.216%和0.547%，累積貢獻率達99.763%，判別指數DI=87，區分度比粉包低。由圖8可知，PC1和PC2的貢獻率分別為95.933%和2.688%，累積貢獻率達98.621%，判別指數DI=93，區分度比醬包高。上述PC1和PC2的累計貢獻率均大于85%，這說明PC1和PC2已經包含了很大的信息量，能夠反映樣品的整體信息[16]，3個品牌的方便面調料明顯分為3個區域，相互間互不干擾，表明電子舌結合PCA分析能夠辨別不同品牌番茄牛腩味方便面調料。

2.3.3 電子舌對紅燒牛肉味方便面調料的PCA分析

對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風味進行電子舌檢測，對電子舌傳感器響應值進行PCA分析，其結果見圖9～圖11。

圖9 電子舌對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調味粉包的PCA分析圖Fig.9 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with stewed beef flavor

圖10 電子舌對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調味醬包的PCA分析圖Fig.10 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with stewed beef flavor

圖11 電子舌對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調料混合后的PCA分析圖Fig.11 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with stewed beef flavor

由圖9可知，PC1和PC2的貢獻率分別為94.655%和5.036%，累積貢獻率達99.691%，區別指數DI=89。由圖10可知，PC1和PC2的貢獻率分別為94.544%和4.792%，累積貢獻率達99.336%，區別指數DI=89，區分度高。由圖11可知，PC1和PC2的貢獻率分別為98.47%和1.386%，累積貢獻率達99.856%，區別指數DI=97，區分度比粉包和醬包高。可以看出，不同品牌紅燒牛肉味方便面調料的主成分得分值不僅有各自特定的分布區域，而且得分值的分布較為密集。PC1和PC2均保持了原始數據大于99%的信息量，說明電子舌可實現對不同品牌紅燒牛肉味方便面調料混合后的辨別。

2.4 電子舌對方便面調味的DFA分析

2.4.1 電子舌對香菇燉雞味方便面調料的DFA分析

對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風味進行電子舌檢測，對電子舌傳感器響應值進行DFA分析，其結果見圖12～圖14。

圖12 電子舌對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調料粉包的DFA分析圖Fig.12 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖13 電子舌對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調料醬包的DFA分析圖Fig.13 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖14 電子舌對3種不同品牌香菇燉雞味方便面調料混合后的DFA分析圖Fig.14 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with chicken and Lentinus edodes flavor

由圖12可知，DF1和DF2的貢獻率分別為98.423%和1.577%，累積貢獻率達100%。由圖13可知，DF1和DF2的貢獻率分別為86.048%和13.952%，累積貢獻率達100%。由圖14可知，DF1和DF2的貢獻率分別為83.883%和16.117%，累積貢獻率達100%，前2個主成分包含了原始數據的全部信息。與PCA分析圖相比，DFA 分析圖中樣品分布更集中，離散度更小，樣品間的區別更顯著[17]。PCA分析、DFA分析均能將樣品顯著地區分開，并且DFA區分效果更好，表明電子舌有足夠的靈敏度區分這些不同品牌香菇燉雞味方便面調料。

2.4.2 電子舌對番茄牛腩味方便面調料的DFA分析

對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風味進行電子舌檢測，對電子舌傳感器響應值進行DFA分析，其結果見圖15～圖17。

圖15 電子舌對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調料粉包的DFA分析圖Fig.15 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖16 電子舌對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調料醬包的DFA分析圖Fig.16 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖17 電子舌對3種不同品牌番茄牛腩味方便面調料混合后的DFA分析圖Fig.17 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with braised beef brisket and tomato flavor

由圖15可知，DF1和DF2的貢獻率分別為86.525%和13.475%，累積貢獻率達100%。由圖16可知，DF1和DF2的貢獻率分別為99.79%和0.21%，累積貢獻率達100%。由圖17可知，DF1和DF2的貢獻率分別為97.283%和2.717%，累積貢獻率達100%，前2個主成分包含了原始數據的全部信息。DFA 分析圖中樣品的主成分得分值均落在互不干擾的區域內，說明通過電子舌測定可實現不同品牌番茄牛腩味方便面調料的識別，而且電子舌數據采用DFA分析比PCA分析能更好區分不同品牌番茄牛腩味方便面調料。

2.4.3 電子舌對紅燒牛肉味方便面調料的DFA分析

對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風味進行電子舌檢測，對電子舌傳感器響應值進行DFA分析，其結果見圖18～圖20。

圖18 電子舌對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調料粉包的DFA分析圖Fig.18 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning powder packets withstewed beef flavor

圖19 電子舌對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調料醬包的DFA分析圖Fig.19 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning sauce packets withstewed beef flavor

圖20 電子舌對3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調料混合后的DFA分析圖Fig.20 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning mixture with stewed beef flavor

由圖18可知，DF1和DF2的貢獻率分別為96.98%和3.02%，累積貢獻率達100%。由圖19可知，DF1和DF2的貢獻率分別為80.532%和19.468%，累積貢獻率達100%。由圖20可知，DF1和DF2的貢獻率分別為89.152%和10.848%，累積貢獻率達100%，前兩個主成分已能很好地反映原來多指標的信息，說明DFA法能夠更好地區分3種紅燒牛肉味方便面調料之間的差異，表明電子舌技術結合DFA法可以準確地區分不同品牌的紅燒牛肉味方便面調料。

3 結論

電子舌技術是一種新型味覺分析檢測技術，它操作簡便、檢測時間短、速度快、重復性好。本文以3種不同品牌不同口味方便面調料為研究對象，應用電子舌技術對調料的味感特征進行分析，對所得數據進行PCA分析和DFA分析。結果表明：PCA法和DFA法都能將不同樣品顯著區分開，并且DFA法區分效果好于PCA法，說明電子舌結合多元統計分析方法具有辨別不同品牌方便面調料的能力，可用于不同品牌方便面調料的種類辨別和品質評價。

為了研究不同品牌不同口味的方便面調料之間的差異，可以使用氣相色譜-質譜聯用儀(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)檢測樣品中醇類、酸類、醛類、酮類、烯烴類等物質的含量，并與電子舌技術相結合分析樣品之間的差異，為方便面調料種類的辨別提供方法和依據，為企業控制方便面調料的品質提供理論指導。