基于灰色關(guān)聯(lián)度分析肉味香精電子鼻響應(yīng)值與感官評(píng)分之間的相關(guān)性

魏代巍，魏超昆，張惠

摘? 要：為構(gòu)建肉味香精評(píng)價(jià)的客觀方法，以電子鼻響應(yīng)值為客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)彌補(bǔ)傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)隨意性較強(qiáng)、重復(fù)性、穩(wěn)定性較差等特點(diǎn)。通過(guò)美拉德反應(yīng)模擬2 種肉味香精（烤肉風(fēng)味和肉湯風(fēng)味香精），利用灰色關(guān)聯(lián)度、主成分分析和方差分析，建立烤肉、肉湯風(fēng)味香精感官評(píng)分與電子鼻響應(yīng)值之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：添加10.00 g/100 mL谷氨酸時(shí)，肉味香精表現(xiàn)出濃郁的肉湯風(fēng)味，傳感器W5S、W6S、W1S、W1W和W2S對(duì)肉湯風(fēng)味響應(yīng)值較高，灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.738、0.803、0.822、0.825和0.864;添加3.33 g/100 mL谷氨酸時(shí)，肉味香精表現(xiàn)出濃郁的烤肉風(fēng)味，傳感器W5S、W6S、W1S和W1W對(duì)烤肉風(fēng)味響應(yīng)值較高，灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.744、0.835、0.847和0.854;在此基礎(chǔ)上利用灰色關(guān)聯(lián)度較高傳感器的灰色關(guān)聯(lián)度與感官評(píng)分建立回歸模型，回歸方程均具有較高擬合度，能使感官評(píng)分更加客觀。

關(guān)鍵詞：美拉德反應(yīng);風(fēng)味;電子鼻;感官評(píng)價(jià);灰色關(guān)聯(lián)度

Grey Correlation Degree for Analysis of the Correlation between Electronic Nose Responses to Meat Flavors and Their Sensory Scores

WEI Daiwei， WEI Chaokun*， ZHANG Huiling*

（Ningxia Key Laboratory of Food Microbial Application Technology and Safety Control， College of Food and Wine， Ningxia University， Yinchuan? ?750000， China）

Abstract： To develop an objective evaluation method for meat flavors， electronic nose responses were employed as objective evaluation measures to compensate for the disadvantages of traditional sensory evaluation， such as strong randomness as well as poor repeatability and stability. In this study， Maillard reaction was used to prepare two meat flavors： barbecue-like and broth-like， and the correlation between sensory evaluation and electronic nose responses was established by using grey correlation degree， principal component analysis （PCA）， and analysis of variance （ANOVA）. The results showed that through Maillard reaction with 10.00 g/100 mL of glutamic acid， a strong broth-like flavor was obtained， and the sensors W5S， W6S， W1S， W1W， and W2S had higher response values to the broth-like flavor， and their correlation coefficients with the sensory evaluation scores were 0.738， 0.803， 0.822， 0.8220.825 and 0.864， respectively; when 3.33 g/100 mL of glutamic acid was added to the reaction system， a strong barbecue-like flavor was obtained， and the sensors W5S， W6S， W1S， and W1W had higher response values to the barbecue-like flavor， and their correlation coefficients with the sensory evaluation scores were 0.744， 0.835， 0.847， and 0.854， respectively. On this basis， a regression model was developed between the correlation coefficients of the sensor response values with higher grey correlation degree and the sensory scores， which had excellent goodness of fit.

Keywords： Maillard reaction; flavor; electronic nose; sensory score; grey correlation degree

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220120-004

中圖分類號(hào)：TS201.2? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：

引文格式：

魏代巍， 魏超昆， 張惠玲. 基于灰色關(guān)聯(lián)度分析肉味香精電子鼻響應(yīng)值與感官評(píng)分之間的相關(guān)性[J]. 肉類研究， 2022， 36（5）：? . DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220120-004.? ? http：//www.rlyj.net.cn

WEI Daiwei， WEI Chaokun， ZHUANG Huiling. Grey correlation degree for analysis of the correlation between electronic nose responses to meat flavors and their sensory scores[J]. Meat Research， 2022， 36（5）：? . DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220120-004.? ? http：//www.rlyj.net.cn

美拉德反應(yīng)是指氨基（氨基酸、肽或蛋白質(zhì)等）和羰基（還原糖等）相互之間的生化反應(yīng)，也被定義為非酶促褐變反應(yīng)，一般出現(xiàn)于食物熱加工和貯藏過(guò)程中[1]。美拉德反應(yīng)中，反應(yīng)底物對(duì)最終形成的風(fēng)味物質(zhì)影響較大，當(dāng)半胱氨酸作為反應(yīng)底物時(shí)，可以產(chǎn)生2-甲基-3-呋喃硫醇、二糠硫醇等具有肉香味的化合物[2];谷氨酸為反應(yīng)底物時(shí)，產(chǎn)生丁二酸、琥珀酸[3]等具有鮮味和“Kokumi味”的化合物;甘氨酸作為反應(yīng)底物時(shí)，產(chǎn)生2-乙基吡嗪、2-乙酰基呋喃等具有烤香味的物質(zhì)[4]。用美拉德反應(yīng)制備肉味香精，已被廣泛用于食品風(fēng)味的改善[5]。

谷氨酸作為一種常見(jiàn)的食品風(fēng)味劑[6]，主要用于改善肉類食品的鮮味[7]。谷氨酸參與半胱氨酸-木糖美拉德反應(yīng)體系后，會(huì)使得產(chǎn)物風(fēng)味有從烤肉風(fēng)味向肉湯風(fēng)味轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)[8]。在Cao Changchun等[9]的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，甘氨酸參與的半胱氨酸-木糖美拉德反應(yīng)體系也具有類似的趨勢(shì)。因此，通過(guò)調(diào)控“半胱氨酸-還原糖-其他氨基酸”美拉德反應(yīng)體系可以模擬制備烤肉、肉湯風(fēng)味香精。

目前，主要采用人工感官來(lái)對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià)，但其主觀隨意性較強(qiáng)，重復(fù)性、穩(wěn)定性較差。電子鼻通過(guò)傳感器、信號(hào)采集單元和模式識(shí)別[10]模擬人的嗅覺(jué)功能，來(lái)對(duì)氣味進(jìn)行感知、分析和判斷，具有檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)速度快、靈敏度高等特點(diǎn)。以電子鼻代替感官評(píng)價(jià)，具有客觀、快捷、重現(xiàn)性好、無(wú)疲勞感等特點(diǎn)[11]。Barbri等[12]用電子鼻對(duì)沙丁魚(yú)新鮮度和揮發(fā)性成分進(jìn)行快速檢測(cè);張迪雅等[13]利用氣相色譜-質(zhì)譜分析儀和電子鼻研究不同加熱溫度下不同部位牛肉揮發(fā)性物質(zhì)的氣味，發(fā)現(xiàn)造成它們之間差異的主要原因是醛類和醇類物質(zhì)的含量和種類不同;陳修紅等[14]用電子鼻對(duì)不同種類的花椒油樣品進(jìn)行分析和區(qū)分。有關(guān)電子鼻分析食品風(fēng)味與感官評(píng)價(jià)之間的相互關(guān)聯(lián)分析研究還較為有限，孟舒雨等[15]研究獅子頭電子鼻響應(yīng)值與感官評(píng)價(jià)之間的相關(guān)性;楊濤等[16]研究不同小麥品種餅干電子鼻響應(yīng)值與感官評(píng)價(jià)之間的相關(guān)性。通過(guò)建立二者之間的數(shù)學(xué)模型，使對(duì)食品風(fēng)味的感官評(píng)價(jià)可以用客觀方法進(jìn)行衡量，能夠避免人工評(píng)價(jià)的缺陷。

灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源[17]、生長(zhǎng)情況預(yù)測(cè)[18]、農(nóng)產(chǎn)品綜合評(píng)價(jià)[19]及中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面被廣泛應(yīng)用。本研究以通過(guò)美拉德反應(yīng)制備出的肉味香精為研究對(duì)象，應(yīng)用電子鼻和感官評(píng)價(jià)對(duì)其風(fēng)味分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上分別建立肉味香精的烤肉風(fēng)味和肉湯風(fēng)味與電子鼻響應(yīng)值之間的相關(guān)性。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料與試劑

L-半胱氨酸（純度99%）、L-谷氨酸（純度98%）、D-木糖（純度98%）? ?上海麥克林科技有限公司;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉? ?北京生化藥物試劑有限公司。

1.2? ?儀器與設(shè)備

PHSJ-5型pH計(jì)? ?上海雷磁儀器有限公司;FA2004型電子天平? ?上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;ZNCL-GS190*90型恒溫油浴鍋? ?鞏義市科瑞儀器有限公司;DF-11型冷凍干燥機(jī)? ?常州愛(ài)華儀器制造有限公司;PEN3型電子鼻? ?德國(guó)Airsense公司。

1.3? ?方法

1.3.1? ?美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備

向30 mL、pH 7、0.2 mol/L磷酸緩沖溶液中加入木糖10 g/100 mL、半胱氨酸0.67 g/100 mL、谷氨酸1.67、3.33、5.00、6.67、8.33、10.00、11.67 g/100 mL，分別編號(hào)1～7，使其混合均勻后加入20 mL安瓿瓶中，在110 ℃條件下反應(yīng)90 min。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在-80 ℃預(yù)凍24 h后經(jīng)冷凍干燥機(jī)凍干，4 ℃冰箱冷藏備用。

1.3.2? ?電子鼻測(cè)定

用分析天平稱取0.1 g樣品，將樣品分別裝于20 mL頂空瓶中，螺帽中帶有特氟隆/硅隔膜，加入5 mL蒸餾水溶解，樣品在25 ℃下平衡30 min。電子鼻傳感器通常由10 個(gè)不同的金屬氧化物構(gòu)成[20]，每根感應(yīng)器對(duì)某一大類化學(xué)物質(zhì)的響應(yīng)顯著[21]，如表1所示。

電子鼻檢測(cè)參照宮雪等[22]的方法，并作一定的修改。采樣時(shí)間1 s/組，傳感器清洗時(shí)間300 s，歸零時(shí)間10 s，流速300 mL/min，分析采樣時(shí)間120 s。采用直接頂空吸氣法，在室溫25 ℃條件下對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)樣品重復(fù)3 次。

1.3.3? ?感官評(píng)價(jià)

挑選9 名食品專業(yè)的學(xué)生組成感官評(píng)定小組，對(duì)肉味香精進(jìn)行感官評(píng)分，評(píng)分指標(biāo)為肉湯味、烤肉味、鮮味、焦糖味、醇厚感、總體接受性，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

1.3.4? ?灰色關(guān)聯(lián)度分析

1.3.4.1? ?確定分析數(shù)列

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論和分析方法的要求，將7 組樣品視為一個(gè)整體，即為灰色系統(tǒng)。而電子鼻的各傳感器作為灰色系統(tǒng)的子系統(tǒng)，把傳感器的響應(yīng)值作為一個(gè)因素進(jìn)行分析計(jì)算[23]。選擇參考數(shù)列時(shí)[24]，感官評(píng)分記為Y0，Y0=[Y0（1），Y0（2），Y0（3），…，Y0（x）]，其中x為肉味香精樣品編號(hào)，x=1，2，3，…，7。選擇比較數(shù)列時(shí)[25]，電子鼻傳感器響應(yīng)值記為Yi，Yi=[Yi（1），Yi（2），Yi（3），…，Yi（x）]，其中i為電子鼻傳感器編號(hào)，i=1，2，3，…，10，x=1，2，3，…，7。

1.3.4.2? ?計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

（1）

式中：εi（x）為第x組樣品的子序列Yi與母序列Y0的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù);minimink|Y0（x）-Yi（x）|為兩級(jí)最小差值;maximaxk|Y0（x）-Yi（x）|為兩級(jí)最大差值;|Y0（x）-Yi（x）|為母序列與子序列的絕對(duì)差值;ρ為分辨系數(shù)，為了減小|Y0（x）-Yi（x）|太大而引起的失真，引入ρ[26]，ρ的取值范圍為0～1，在本研究中，ρ取0.5。當(dāng)ρ取0.5時(shí)，灰色關(guān)聯(lián)度大于0.6，結(jié)果較好[27]。

1.3.4.3? ?計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度

灰色關(guān)聯(lián)度是所有灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的算術(shù)平均數(shù)[15]，按照式（2）計(jì)算。

（2）

式中：ri為母序列Y0與子序列Yi之間的灰色關(guān)聯(lián)度;n為子序列的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，n=7。

1.3.4.4? ?數(shù)據(jù)來(lái)源

以電子鼻傳感器中的W5S傳感器作為參照[28]，分別計(jì)算不同谷氨酸添加量樣品的相對(duì)傳感器響應(yīng)值。傳感器響應(yīng)值的前處理結(jié)果如表3所示。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2021和Excel 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）以及對(duì)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行函數(shù)和數(shù)據(jù)分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?肉味香精感官評(píng)分

由表4可知，2號(hào)樣品，即添加3.33 g/100 mL谷氨酸時(shí)，烤肉味、焦糖味評(píng)分最高。隨著谷氨酸添加量逐漸增加，烤肉味評(píng)分顯著降低（P<0.05），肉湯味評(píng)分顯著增加（P<0.05），當(dāng)谷氨酸添加量超過(guò)10.00 g/100 mL時(shí)，肉湯味評(píng)分顯著降低（P<0.05）。當(dāng)過(guò)量加入谷氨酸時(shí)，鮮味比較刺鼻，產(chǎn)生一些不愉快的氣味。結(jié)合烤肉味、肉湯味評(píng)分可知，2號(hào)樣品中的谷氨酸添加量最利于產(chǎn)生烤肉風(fēng)味，是烤肉風(fēng)味香精中谷氨酸最佳添加量;6號(hào)樣品谷氨酸添加量最有利于產(chǎn)生肉湯風(fēng)味，是肉湯風(fēng)味香精中谷氨酸最佳添加量。

2.2? ?肉味香精電子鼻檢測(cè)結(jié)果的PCA

PCA是對(duì)原始數(shù)據(jù)線性轉(zhuǎn)化的一種分析方法[29]。為了更直觀比較各個(gè)組別間的差別，對(duì)不同谷氨酸添加量的樣本進(jìn)行PCA。由圖1可知，PC1的方差貢獻(xiàn)率為63.2%，PC2的方差貢獻(xiàn)率為28.3%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為91.5%，大于85%，能夠代表樣品的整體信息[30]。7 個(gè)樣品大多分布在第1、3、4象限。烤肉風(fēng)味樣品（1、2、3號(hào)樣品）主要分布在第2象限，并且距離較近，表明它們之間風(fēng)味相似;肉湯風(fēng)味樣品（4、5、6號(hào)樣品）主要分布在3、4象限，烤肉、肉湯風(fēng)味樣品之間距離較遠(yuǎn)，表明烤肉、肉湯風(fēng)味具有明顯差異。7號(hào)樣品分布在第1象限，距離其他樣品較遠(yuǎn)，與其他樣品風(fēng)味差異明顯，這與其感官評(píng)分中總分最低相對(duì)應(yīng)（表4），導(dǎo)致它們之間差異的原因可能是谷氨酸添加量較多，產(chǎn)物具有較重的甜味和鮮味，導(dǎo)致綜合評(píng)分降低。

2.3? ?肉味香精感官評(píng)價(jià)與傳感器響應(yīng)值灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.3.1? ?無(wú)量綱化處理

將7 組樣品的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)為參考數(shù)列[31]，電子鼻的10 根傳感器響應(yīng)值設(shè)為比較數(shù)列，將子序列與母序列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。首先，采用均值化變換的方法對(duì)所有數(shù)列進(jìn)行無(wú)量綱化處理[32]，先求出表3每個(gè)傳感器響應(yīng)值的樣本均值，再將實(shí)際值與該均值相比，結(jié)果如表5所示。

2.3.2? ?電子鼻響應(yīng)值與感官指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和灰色關(guān)聯(lián)度

7 組樣品烤肉風(fēng)味評(píng)分兩級(jí)最大差值55.19，肉湯風(fēng)味評(píng)分兩級(jí)最大差值58.50;烤肉風(fēng)味評(píng)分兩級(jí)最小差值27.74，肉湯風(fēng)味評(píng)分兩級(jí)最小差值30.14，將上述數(shù)值依次引入公式（1）可以得出傳感器響應(yīng)值與烤肉風(fēng)味評(píng)分和肉湯風(fēng)味評(píng)分的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，再將灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)引入公式（2）可以得出電子鼻傳感器響應(yīng)值與感官指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度。

由表6～7可知，電子鼻10 根傳感器響應(yīng)值與烤肉、肉湯風(fēng)味感官評(píng)分的灰色關(guān)聯(lián)度，除W1C、W2W、W3S灰色關(guān)聯(lián)度較低外，其余的傳感器灰色關(guān)聯(lián)度均在0.700以上。說(shuō)明烤肉、肉湯風(fēng)味感官評(píng)分與電子鼻響應(yīng)值之間存在較高的相關(guān)性。依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的差異，不同電子鼻傳感器對(duì)各風(fēng)味指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度不同，其中與烤肉風(fēng)味灰色關(guān)聯(lián)度最高的是W1W，灰色關(guān)聯(lián)度為0.854，傳感器W1W對(duì)硫化物類敏感;與肉湯風(fēng)味灰色關(guān)聯(lián)度最高的是W2S，灰色關(guān)聯(lián)度為0.864，傳感器W2S對(duì)醇類、醛酮類敏感。

2.4? ?肉味香精感官評(píng)分與電子鼻傳感器響應(yīng)值的回歸模型

由電子鼻傳感器響應(yīng)值和感官評(píng)分的灰色關(guān)聯(lián)度分析可得，不同風(fēng)味、感官品質(zhì)在其所對(duì)應(yīng)的傳感器上的響應(yīng)值不同。所以，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度的差異可分別建立電子鼻傳感器響應(yīng)值與烤肉評(píng)分、肉湯評(píng)分之間的相關(guān)關(guān)系。分別對(duì)烤肉風(fēng)味評(píng)分、肉湯風(fēng)味評(píng)分與電子鼻的10 根傳感器響應(yīng)值間的灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行回歸分析，y代表烤肉風(fēng)味評(píng)分或肉湯風(fēng)味評(píng)分，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10分別代表電子鼻的W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3W 10 個(gè)傳感器響應(yīng)值與對(duì)應(yīng)感官評(píng)分的灰色關(guān)聯(lián)度[33]。肉湯風(fēng)味評(píng)分與電子鼻傳感器響應(yīng)值灰色關(guān)聯(lián)度的回歸模型為y=38.43-69.45X2-5.38X4+26.4X6+17.58X7+9.68X8;烤肉風(fēng)味評(píng)分與電子鼻傳感器響應(yīng)值灰色關(guān)聯(lián)度的回歸模型為y=46.44-92.03X2-9.23X4+28.07X6+39.63X7，均通過(guò)F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，其決定系數(shù)R2分別為0.980和0.998，說(shuō)明回歸方程具有較高的擬合度。

3? ?結(jié)? 論

通過(guò)控制羰基與氨基的質(zhì)量比，可以模擬制備烤肉、肉湯風(fēng)味香精，由感官評(píng)分可知，當(dāng)添加3.33 g/100 mL谷氨酸時(shí)，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物表現(xiàn)出濃郁的烤肉風(fēng)味，添加10.00 g/100 mL谷氨酸時(shí)，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物表現(xiàn)出濃郁的肉湯風(fēng)味。根據(jù)PCA可以很好區(qū)分烤肉、肉湯風(fēng)味香精。電子鼻傳感器響應(yīng)值與香精烤肉、肉湯風(fēng)味感官評(píng)分的灰色關(guān)聯(lián)度除W1C、W2W、W3S外都在0.700以上，說(shuō)明用電子鼻響應(yīng)值代替感官評(píng)分具有可行性。在此基礎(chǔ)上建立香精烤肉、肉湯風(fēng)味感官評(píng)分與電子鼻傳感器響應(yīng)值灰色關(guān)聯(lián)度的回歸模型，分別為：y=46.44-92.03X2-9.23X4+28.07X6+39.63X7、y=38.43-69.45X2-5.38X4+26.4X6+17.58X7+9.68X8。通過(guò)數(shù)學(xué)模型可使感官評(píng)分更加客觀，對(duì)后期進(jìn)行工藝優(yōu)化具有重要意義。

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