基于電子鼻和電子舌分析不同釀造階段檸檬果醋氣、味差異

賀羽，王帥*，姚俊勝，馮小剛，商學兵

(1.徐州工程學院 食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學院江蘇省食品資源開發與質量安全重點建設實驗室，江蘇 徐州 221018)

果醋主要是以果蔬或果蔬下腳料為原料，經酒精發酵、醋酸發酵釀制而形成的一種口味獨特、營養豐富的調味品[1]。其含有豐富的活性保健成分，同時也兼有食醋的獨特口感，是一種新型的保健食品[2,3]。檸檬(citrus limon)是一種營養價值很高，且具有一定藥用價值的營養保健型水果，具有降血壓、降血脂、抗氧化、抗癌、抗腫瘤、抗過敏、抗病毒、消炎和殺菌等生理功能[4,5]。檸檬果醋因富含維生素，保健腸胃，促進尿酸代謝等功效而越來越受到消費者的喜愛。然而在發酵過程中，檸檬果醋的氣、味處于一個動態的過程，隨著貯藏時間的推移，檸檬在醋酸的作用下，其自身的酸度、色度等指標也發生著一系列的變化。本研究以市售檸檬果醋成熟周期為基礎，選取本課題組研制的檸檬果醋為原料，輔以電子鼻、電子舌技術探究不同釀造階段檸檬果醋氣、味差異，揭示檸檬果醋儲藏過程中各項指標的變化規律。在更加科學地把控檸檬果醋的儲藏過程的基礎上，用以提高檸檬果醋的各項品質，進而促進檸檬果醋產品的發展。

1 材料與方法

1.1 實驗材料、試劑

新奇士檸檬醋：本實驗室研制并保存；氫氧化鈉、鹽酸、抗壞血酸、溴代萘、無水乙醇、酚酞：購自北京化工廠；丙酮：購自安徽合肥科技有限公司。

1.2 實驗儀器

電子天平、紫外分光光度計、酸度計、便攜色差儀、阿貝折射儀、電子鼻、電子舌。

1.3 實驗方法

1.3.1 感官評定

由10名具有食品感官經驗的專業人員組成評估小組，以產品的色澤、香味、滋味和澄清度作為手工自制檸檬果醋的評估標準的指標(見表1)并參考有關國家標準，綜合檸檬果醋的感官結果稍微糾正[6]。

表1 不同釀造階段檸檬醋感官品質評價表Table 1 Sensory quality evaluation table of lemonvinegar during brewing stages

1.3.2 pH值測定

pH值采用PHS-25型酸度計測定[7]，分別取適量3個時段檸檬果醋于燒杯中，用酸度計測定該樣品的pH值，并做出對比，繪制折線圖。

1.3.3 總酸含量的測定

分別稱取0.500 g檸檬果醋試液，置于250 mL三角瓶中。加50 mL左右的水，并滴加2滴1%酚酞指示劑，用0.1 mol/L氫氧化鈉標準滴定溶液，滴定至微紅色30 s不褪色。記下滴定管上的數據，讀數時應將視線與頁面最低處相平，將此時的數值標位(V1)進行3次平行試驗，同時做空白試驗V2[8]，計算方法見式(1)。

食品中總酸的含量以質最分數X計，數值以g/100 g表示：

X=[(V1-V2)×C×0.06]×100/0.500。

式(1)

式中：C為NaOH標準溶液的濃度(mol/L)；V1為滴定試液時NaOH消耗標準溶液的體積(mL)；V2為空白試驗時NaOH消耗標準溶液的體積(mL)；0.06為酸的換算系數，以醋酸計；0.500為取樣的重量(g)。

1.3.4 色度測定

使用便攜式色差儀分別對3個時段的檸檬果醋進行色度測定，觀察儲藏時間對色度的影響，并做出對比及結論[9]。

檸檬果醋的L值、a值和b值使用色差計進行測定。色差計使用前需要用較厚的白紙進行校準。ΔL值表示亮度；Δa值正值偏向紅色，負值偏向綠色；Δb值正值偏向黃色，負值偏向藍色。通過公式ΔE=(ΔL2+Δa2+Δb2)1/2來計算總色差。ΔE在0～0.5時，色差可以忽略，肉眼很難辨認；ΔE在0.5～1.0時，色差值很低，只有長期訓練的人才能觀察出；ΔE在1.0～1.5時，色差值屬于中等；ΔE>1.5時，色差嚴重。

1.3.5 可溶性固形物的測定

使用阿貝折射儀按照說明書進行測定[10]，每個樣品測定3次，取平均值，并對比不同時段檸檬果醋可溶性固形物的差異，并做出相應的分析。

1.3.6 Vc含量的測定

配制100 μg/mL Vc標準溶液[11]：稱取標準Vc粉末10 mg(準確至0.1 mg)，用蒸餾水進行溶解，轉移到100 mL容量瓶中，并加蒸餾水稀釋到刻度，混勻，此Vc溶液的濃度為100 μg/mL。

Vc吸光度為A，試劑空白吸光度為A0，計算吸光度差ΔA=A-A0的值。以吸光度差值ΔA對Vc濃度C繪制校準曲線，見圖1[12]。

圖1 Vc標準曲線Fig.1 Vc standard curve

由圖1得出方程 y=0.0873x+0.0374，R2=0.9981，Vc濃度和吸光度線性關系良好。

取5.00 mL提取液，放入盛有1.00 mL 10%鹽酸的25 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度后搖勻。以蒸餾水為空白，在265 nm處測定吸光值。

1.3.7 電子舌、電子鼻分析樣品

1.3.7.1 電子鼻測定

將樣品進行包裝分類，并添加標記，檸檬原液為標位A0，釀造1個月的樣品標為A1，釀造2個月的樣品標為A2，釀造3個月的樣品標為A3。將整理好的樣品送于上海海洋大學進行電子舌電子舌分析。

采用Fox 4000對檸檬果醋的整體氣味進行區分，該電子鼻系統包括18根傳感器[13]，包括A組：T30/1，P10/1，P10/2，P40/1，T70/2，PA/2；B組：P30/1，P40/2，P30/2，T40/2，T40/1，TA/2；C組：LY2/LG，LY2/G，LY2/AA，LY2/GH，LY2/gCTL，LY2/gCT。

取(2.00±0.01) g樣品于15 mL頂空瓶中，置于自動進樣系統的低溫托盤中(防止測定時間較長引起的變質，溫度控制在4 ℃左右)。測定前在50 ℃金屬浴中震搖600 s(保證樣品的中心溫度穩定在50 ℃)，進樣器溫度設置為60 ℃，進樣體積2500 mL，1 s內注射到進樣管路中，進樣載氣為干凈的空氣，流速150 mL/min，記錄18根傳感器在120 s內的最高響應值，用于后續分析。單個樣品進樣完畢后以干凈空氣吹掃10 min，防止上一個樣品氣味的殘留，而后自動進行下一個樣品的分析[14]。

1.3.7.2 電子舌測定

準確稱取(5.00±0.01) g待測樣品，加入50 mL超純水，勻漿均質2 min，超聲5 min，室溫下靜置30 min。取均質液于12000 r/min下4 ℃離心15 min，吸取上層清液，沉淀，再次用30 mL超純水溶解，重復上述步驟，合并上清液。靜置后取下層水溶液50 mL定容至100 mL待測。

該Astree電子舌系統配備了UMS、GPS、SWS、SRS、STS、SPS和BRS7根傳感器，其中UMS、SRS和STS為3根專一性傳感器，分別對鮮味、酸味和咸味具有專一相應，其余4根為特異性傳感器，采用Ag/AgCl作為參比電極[15-17]。測定時每個樣品的數據采集時間為120 s，記錄第120 s時傳感器的響應值，用于后續分析。

2 結果與分析

2.1 感官評定結果及分析

圖2 不同時段檸檬果醋感官評定得分Fig.2 Sensory evaluation scores of lemona vinegar at different periods of time

由圖2可知，隨著時間的推移，檸檬果醋的感官評定得分呈上升趨勢，且三月的檸檬果醋樣品得分最高。隨著發酵時間的加長，檸檬果醋的滋味逐漸變得柔和，由最初的難以接受到酸味調和；顏色更加鮮艷，且亮度有所提高；氣味也變得醇厚起來，香味更加誘人；澄清度有所提升，果醋更加清澈。考慮到隨著貯藏時間的推移，檸檬中的芳香性物質逐漸萃出，且果醋進行著一系列緩慢的反應，萃出的物質被逐漸溶解于果醋中，從而使果醋更為清澈且香味風味濃郁。

2.2 pH的變化

圖3 pH值的變化Fig.3 The changes of pH values

pH值作為衡量果醋飲品的一個重要指標，本文采用PHS-25酸度計對不同時段的檸檬果醋進行測量，并做出比較。由圖3可知，檸檬果醋的pH值在釀造不同階段的樣品中并未產生過大的變化，由最初的2.77下降到2.66，而后緩慢下降到2.63。表明其pH值的隨儲藏時間的推移而增大，酸性增強，表明檸檬果醋的口感逐漸變得醇厚起來。

2.3 總酸含量的變化

取0.500 g檸檬果醋試液加適量蒸餾水混勻，用酸堿滴定法測定檸檬果醋試液中的總酸含量，結果見表2。

表2 檸檬果醋中的總酸含量Table 2 Total acid content in lemon fruit vinegar

總酸含量作為衡量果醋飲品的另一個重要指標，本文采用酸堿滴定法測定不同時段的檸檬果醋的總酸度，并做出比較。由表2可知，本文中手工自制檸檬果醋的總酸含量總體較為穩定，隨發酵時間的推移而逐漸有所升高，但幅度較小，并趨于穩定，可推斷是由于檸檬中的有機酸被逐漸萃出導致。

2.4 色度的變化

表3 檸檬果醋的色度Table 3 The chrominance of lemon fruit vinegar

色度作為檸檬果醋的外在因素，很大一部分影響著檸檬果醋的售賣。對表3進行數據處理，計算得出ΔE21=2.01，ΔE32=0.22。可知釀造2個月的檸檬果醋較1個月的檸檬果醋的色差嚴重，而釀造3個月的樣品較2個月的樣品的色差可忽略不計。由此可推斷出釀造時間超過3個月后，檸檬果醋的色度將不再有大幅度改變。可得檸檬果醋的L值隨發酵時間的增加有遞增趨勢且趨于平穩，即亮度值不斷增加，產品更加鮮艷。

2.5 可溶性固形物的測定

表4 檸檬果醋的可溶性固形物(20 ℃)Table 4 Soluble solids of lemon fruit vinegar (20 ℃)

由表4可知，隨著檸檬果醋貯藏時間的推移，檸檬果醋的可溶性固形物含量不斷增加，但到3個月時又有所下降。這是因為檸檬在貯藏過程中，檸檬中的有機物被部分萃取出來，但進入貯藏后期可溶性固形物又有所下降，可能是萃取出的部分有機物質被罐內的氣體與醋酸所氧化，也可能是受到外界環境條件如光照的影響。

2.6 Vc含量的測定

表5 檸檬果醋中Vc含量的變化Table 5 Changes of Vc content in lemon fruit vinegar

Vc含量作為衡量檸檬果醋品質的又一重要指標，表明檸檬果醋的保健價值，本文通過紫外分光光度法測量檸檬果醋的Vc含量。由表5可知，檸檬果醋的Vc含量隨發酵時間的推移而逐漸降低，但基本保持不變。推斷可能是由于外界因素導致Vc含量的降低，如光照、溫度等。

2.7 電子鼻、電子舌分析結果

2.7.1 電子鼻分析結果

圖4 不同成熟度檸檬果醋氣味的PCA圖Fig.4 PCA charts of different ripeness degrees of lemonfruit vinegar with different flavors

注：A0為檸檬原液；A1為檸檬果醋釀造1個月的樣品；A2為檸檬果醋釀造2個月的樣品；A3為檸檬果醋釀造3個月的樣品。

PCA是將電子鼻傳感器的數據轉換及降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，從而最大程度體現不同樣品之間的差異。判別指數(discrimination index，DI)是指進行PCA時樣品區分程度的表征值，當DI在 80%～100%之間時說明區分有效。

DI值=100×[1-(面積A0+面積A1+面積A2+面積A3)/總面積]。

由圖4可知，在不同成熟度檸檬果醋氣味的PCA圖中 ，第一主成分(PC1)的貢獻率為80.121%，第二主成分(PC2)的貢獻率為17.569%，兩者之和高達97.69%，表明PC1和PC2的總貢獻率幾乎包含了樣品的所有信息。DI值為94.3%，這表明不同成熟度的檸檬果醋可以用電子鼻區分，不同樣品間的差異明顯。檸檬原液落于第二象限，與不同時段檸檬果醋的中心相距較遠，表明檸檬果醋與原液的芳香性物質已經有了很大變化。釀造1個月的樣品位于第三象限，與釀造2個月、3個月的樣品相距較遠，能夠明顯區分開。釀造2個月與3個月的檸檬果醋都位于第四象限，且相距較近，說明它們的揮發性物質差距不大。

2.7.2 電子舌分析結果

圖5 不同成熟度檸檬果醋滋味的PCA圖Fig.5 PCA charts of different ripeness degrees of ripe lemon and fruit vinegar with different taste

由圖5可知，在不同成熟度檸檬果醋滋味的PCA圖中 ，第一主成分(PC1)的貢獻率為96.219%，第二主成分(PC2)的貢獻率為2.157%，兩者之和高達98.376%，表明PC1和PC2的總貢獻率幾乎包含了樣品的所有信息。DI值為89.6%，這表明不同成熟度的檸檬果醋可以用電子舌區分，彼此之間互不干擾。檸檬原液落于第一象限，與不同時段檸檬果醋的中心相距較遠，表明檸檬果醋與原液的芳香性物質已經有了很大變化。釀造1個月的樣品位于第二象限，與釀造2個月、3個月的樣品相距較遠，能夠明顯區分開。釀造2個月與3個月的檸檬果醋都位于第四象限，且相距較近，說明它們的滋味的相似性很高。

3 結論與展望

通過實驗結果表明，隨著時間的推移，檸檬果醋的氣、味存在著一系列的變化。通過感官評定可知，檸檬果醋隨時間的推移，氣、味都有著正向的改變，且逐漸趨于穩定，更容易為消費者們所接受。在指標方面，檸檬果醋的pH逐漸降低,且趨于穩定，表明檸檬果醋的酸味更為柔和；總酸含量逐漸增加，表明檸檬中的有機酸被逐漸萃出，且逐漸趨于穩定；可溶性固形物，呈現先上升后下降，并趨于穩定，考慮是由于檸檬中的萃出物質逐漸增多后與產生的醋酸反應而溶于果醋之中；色度方面，釀造1個月的樣品較之后樣品差距較大，可直接分辨出，釀造2個月、3個月的樣品差距不大，表明檸檬果醋的色度也趨于穩定；Vc含量有所下降，考慮是由于光照或溫度等因素導致。通過結合電子鼻與電子舌技術，可知檸檬果醋較檸檬原液的氣、味已有了很大的變化，且隨著時間的推移，檸檬果醋的氣、味也處于一個動態的變化過程，釀造1個月的樣品與釀造2個月、3個月的樣品的氣、味差異較大，容易區分，釀造2個月、3個月的樣品的氣味差異較小，趨于穩定。這一結果與實驗結果有著相當程度的匹配性，可以表明本文有著很高的正確性。

通過以上實驗結果，可推斷手工自制檸檬果醋的成品時間為3個月前后，此時的產品氣、味達到一個高值，且色澤、澄清度等屬性也較好，最容易被顧客接受。這表明電子舌、電子鼻能夠不同成熟度檸檬果醋的風味物質是否存在差異，本實驗結果可以為評價檸檬果醋的品質提供依據，有利于推進果醋產業進程。