基于電子舌技術(shù)的食用檳榔滋味分析

巢雨舟 柳 毅 趙志友 夏延斌

(1. 湖南賓之郎食品科技有限公司工程技術(shù)研究中心，湖南 湘潭 411201；2. 湖南省檳榔加工與食用安全工程技術(shù)研究中心，湖南 湘潭 411201；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128)

檳榔是一種熱帶經(jīng)濟作物，含有多種營養(yǎng)和活性物質(zhì)，具有多種生理活性功能[1-3]，在中國，有95%的檳榔被加工成食用檳榔，湖南檳榔產(chǎn)業(yè)近30年發(fā)展迅速，已實現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)?；同F(xiàn)代化生產(chǎn)[4-5]。對于湖南這種特定的食用干檳榔而言，滋味是影響其品質(zhì)的最關(guān)鍵因素，目前國內(nèi)外沒有對食用檳榔滋味的評價研究，而行業(yè)內(nèi)檳榔滋味的評價方法僅為感官評價，評價標準較籠統(tǒng)，又易受評價者主觀影響，其結(jié)果有失準確性、客觀性和重復性。

電子舌利用仿生原理，使用人工脂質(zhì)膜傳感器技術(shù)可以檢測食品的各種味覺指標，并將測試結(jié)果輸送至電腦中[6-8]。儀器評價技術(shù)比傳統(tǒng)評價技術(shù)更快速、客觀和準確[9-11]，此外，多元統(tǒng)計學分析方法近幾年被廣泛應用于食品領(lǐng)域，對于分析多變量的電子舌味覺指標有較大幫助[12-15]。研究擬利用電子舌和感官評價技術(shù)對8個檳榔強勢企業(yè)共12個優(yōu)勢品牌進行檢測，并結(jié)合多元統(tǒng)計學方法分析結(jié)果，探討檳榔產(chǎn)品滋味的差異性，為分析檳榔產(chǎn)品的滋味提供一種更為科學、客觀和準確的評價方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

食用檳榔：市售；

電子舌專用內(nèi)部液、參比電極液、陽離子溶液和陰離子溶液：日本Insent公司。

1.2 主要儀器設備

味覺分析系統(tǒng)：TS-SA402B型，日本Insent公司；

超純水機：ZWM-HLBA1-10型，湖南中沃水務環(huán)保科技有限公司；

手提式粉碎機：XL-06A型，廣州市旭朗機械設備有限公司；

數(shù)控超聲波清洗器：KQ-700DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

水浴恒溫振蕩器：SHY-2A型，常州上特儀器制造有限公司；

臺式低速離心機：TDZ4A-WS型，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；

高效液相色譜儀：1260infinity型，美國安捷倫科技公司。

1.3 電子舌檢測方法

1.3.1 樣品采集 從超市購買12種品牌的檳榔產(chǎn)品，來源于8個不同企業(yè)，考慮到商業(yè)機密，不公開企業(yè)名和品牌名，只對樣品進行編號，具體情況見表1。

表1 12種檳榔樣品情況表

1.3.2 電子舌樣品預處理 將檳榔鹵水刮下，備用。將去鹵水后的檳榔進行粉碎，稱取5.00 g粉碎檳榔和3.00 g鹵水于錐形瓶中，加入250 mL超純水，保鮮膜封口，25 ℃ 水浴40 min，50 ℃超聲20 min，4 000 r/min離心10 min，取上層清液備用。

1.3.3 電子舌檢測方法

(1) 稱取80 mL上清液樣品于電子舌專用燒杯中。

(2) 將味覺傳感器浸沒于參比溶液中，得到參比溶液電勢Vr。

(3) 將味覺傳感器浸沒于樣品溶液中，得到樣品電勢Vs，樣品與參比液的電勢差Vs—Vr可以評價甜、酸、咸、苦、澀、鮮。

(4) 將味覺傳感器浸沒于參比溶液清洗后再測試樣品，得到電勢Vr1，電勢差Vr1—Vr可以評價苦、澀、鮮的回味指標。

(5) 為使結(jié)果更加準確，減少儀器首次因平衡帶來的測量誤差，酸、咸、苦、澀、鮮、苦味回味、澀味回味和鮮味回味測定4次，取后3次結(jié)果，因儀器對甜味的平衡較弱，甜味測定5次，取后3次結(jié)果。

1.4 感官評價方法

由技術(shù)中心10名檳榔專業(yè)技術(shù)人員進行感官評分，對12個檳榔產(chǎn)品的甜味、酸味、咸味、苦味、澀味、鮮味、苦味回味、澀味回味和鮮味回味進行評分；分3個檔次：味感強烈21～30分，味感一般11～20分，味感較弱1～10分；6個基本味覺指標在口腔中咀嚼3～5 min后評價，3個回味指標咀嚼≥8 min后評價。

1.5 甜味劑測定方法

1.5.1 甜蜜素 參照GB 5009.97—2016。

1.5.2 糖精鈉 參照GB 5009.28—2016。

1.5.3 三氯蔗糖 參照GB 22255—2014。

1.5.4 安賽蜜 參照DBS 13/006—2016。

1.6 數(shù)據(jù)分析與處理

對采集到的數(shù)據(jù)進行差異性分析、主成分分析、因子分析、系統(tǒng)聚類法分類和單因素方差分析。數(shù)據(jù)分析使用SPSS 19.0軟件，圖形處理使用Origin 9.5軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 各滋味指標的差異性分析

由表2可知，每個指標的組間均方根誤差遠大于組內(nèi)，說明檳榔味覺指標的差異主要來自于不同的樣品，而并非樣品本身檢測時的誤差。從顯著性分析可知，不同樣品的各項味覺指標差異顯著(P<0.01)，說明不同品牌的檳榔產(chǎn)品對電子舌各傳感器響應信號值有極顯著影響(P<0.01)，電子舌可以區(qū)別不同檳榔樣品，與王銀誠等[14]的結(jié)果一致。從味覺指標的極差可知，甜味(5.17)、酸味(6.44)、咸味(4.10)、苦味(4.88)和澀味(4.38)比較大，而鮮味(1.68)、苦味回味(2.84)、澀味回味(2.30)和鮮味回味(0.83)相對較小。檳榔滋味中，甜、酸、咸、苦、澀均是比較重要的指標，對產(chǎn)品口感有較大影響，其余的指標影響較小。

表2 檳榔產(chǎn)品各滋味指標差異性分析

2.2 各滋味指標的主成分分析

對12個檳榔產(chǎn)品進行主成分分析，提取特征值λ>1以上的主成分有3個，前3個主成分的累計方差貢獻率達85.30%，可以反映樣本的真實情況。由表3可知，成分1主要包含了甜味、苦味、澀味和澀味回味的信息，成分2主要包含了酸味、鮮味和鮮味回味的信息，成分3主要包含了咸味和苦味回味的信息。由圖1可知，12個檳榔產(chǎn)品可以得到很好地區(qū)分。從各產(chǎn)品的位置來看，F(xiàn)1、H1呈聚類趨勢，D1、E1、G1、A2、A3和B2呈聚類趨勢，C2、B1、A1、C1相距較遠，區(qū)別明顯，說明PCA能在空間排布上進行一定的分析，與吳進菊等[16]的結(jié)果一致，為進一步探討12個產(chǎn)品的聚類關(guān)系，采用系統(tǒng)聚類法進行分析。

圖1 主成分因子得分圖Figure 1 The factor score picture of principalcomponent

表3 成分矩陣表

2.3 各滋味指標的聚類分析

對12個檳榔產(chǎn)品進行聚類分析，采用平方Euclidean距離的度量標準得到如圖2所示的樹狀圖，當距離取3時可以分為三大類。A1、B1和C2為第一類，A2、D1、G1、E1、A3、B2和C1為第二類，F(xiàn)1和H1為第三類，說明電子舌可以對相似滋味的檳榔產(chǎn)品進行聚類，檳榔滋味的分類與檳榔種類、生產(chǎn)企業(yè)并沒有直接關(guān)系，煙果、青果檳榔以及同一企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，滋味上并沒有呈聚類關(guān)系，決定檳榔滋味差異的主要原因是配方的不同。這與吳進菊等[17]的結(jié)論一致。

圖2 各檳榔產(chǎn)品的聚類分析圖Figure 2 The cluster analysis of areca products

2.4 不同聚類檳榔產(chǎn)品的滋味指標方差分析

為進一步分析3個聚類的檳榔產(chǎn)品滋味差異，對3個聚類的檳榔產(chǎn)品進行單因素方差分析，結(jié)果見表4。由表4可知，聚類1的鮮味和鮮味回味顯著高于其他兩個類別；聚類2的咸味和苦味顯著低于其他兩個類別；聚類3的甜味顯著高于其他兩個類別，但澀味和澀味回味顯著低于其他兩個類別。3個不同聚類的產(chǎn)品均有其獨特的滋味優(yōu)勢，與李建美等[13]的結(jié)果一致。

表4 不同聚類檳榔產(chǎn)品的滋味指標方差分析?

2.5 電子舌和感官指標對比分析

由表5可知，線性回歸中，甜味的R2值最小，鮮味回味的R2值為0.872，其余指標的R2值均在0.9以上，說明在甜味分析上，電子舌和感官評價差異較大，鮮味回味的差異一般，其余指標的差異較??；在Pearson相關(guān)性分析中，只有甜味的相關(guān)性不顯著，其余指標均顯著，進一步說明電子舌和感官評價分析上甜味差異較大。

表5 相關(guān)性分析?

由表6可知，聚類1的鮮味和鮮味回味顯著高于其他兩個類別；聚類2的咸味和苦味顯著低于其他兩個類別；聚類3的澀味和澀味回味顯著低于其他兩個類別。除甜味指標外，感官評價與電子舌的味覺指標差異性一致。檳榔的主要優(yōu)勢味覺指標為甜味，各生產(chǎn)企業(yè)的不同產(chǎn)品，甜味劑的選擇和配比均不相同，對甜味影響較為復雜，可能是造成電子舌和感官分析結(jié)果不一致的主要原因。

表6 不同聚類檳榔產(chǎn)品的感官指標方差分析?

2.6 不同聚類檳榔產(chǎn)品的甜味劑差異性分析

采用HPLC法測定檳榔產(chǎn)品中主要的甜味劑含量，結(jié)果如表7所示。由表7可知，4種甜味劑的質(zhì)量濃度與其峰面積呈良好的線性相關(guān)性，與董蘊等[18]研究的有機酸結(jié)果一致，其回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2值均>0.999。聚類3的4種甜味劑含量均最高，且除糖精鈉外，其余3種甜味劑含量均顯著高于其他兩類，這可能是電子舌和感官評價的結(jié)果均顯示聚類3的甜味是最高的原因。聚類1的甜蜜素和糖精鈉含量顯著高于聚類2的，聚類1的三氯蔗糖則顯著低于聚類2的，安賽蜜含量兩者差異不顯著。甜蜜素和糖精鈉是檳榔行業(yè)使用時間最長、最有經(jīng)驗的兩種甜味劑，而三氯蔗糖的甜味最純正，甜度倍數(shù)高，但其用量較低，這可能是聚類1與聚類2的電子舌與感官評價分析存在差異的原因。

表7 不同聚類檳榔產(chǎn)品的甜味劑含量差異分析?

3 結(jié)論

試驗表明，電子舌可以很好地區(qū)分各檳榔產(chǎn)品，不同檳榔產(chǎn)品中，對口感影響大的味覺指標差異也大；電子舌可以聚類有相似味覺特征的檳榔產(chǎn)品，各聚類產(chǎn)品有其特有的滋味優(yōu)勢；除甜味以外，電子舌和感官評價的味覺指標差異性均一致，但造成甜味差異的具體原因尚未明確。后續(xù)可根據(jù)電子舌的測定結(jié)果與市場強勢檳榔產(chǎn)品品質(zhì)建立聯(lián)系，為改進檳榔配方提供參考。