基于電子舌和人工感官評價的菜用大豆食用品質特性分析

程 茜, 黃 璐, 沈 旭, 張曉燕, 袁星星, 薛晨晨,陳 新

(1.南京財經大學食品科學與工程學院,江蘇南京 210023; 2.江蘇省農業科學院經濟作物研究所,江蘇南京 210014)

我國作為最早馴化和種植大豆的國家,至少已有5 000年的栽培歷史。菜用大豆為豆科大豆屬中的一個栽培種,是指在R6(鼓粒盛期)至R7(初熟期)生育期間莢籽粒飽滿、豆莢和籽粒都呈翠綠色時采摘,以豆粒供食用的大豆[1-2]。因其莢上有細毛,人們俗稱為“毛豆”。菜用大豆因其獨特的風味、豐富的營養,受到消費者喜愛;此外,具有調理腸道、降血壓及膽固醇等藥理活性,對調節人們膳食結構和改善營養狀況具有重要作用[3]。近年來,菜用大豆的生產和市場得到迅速發展,市場供應期長、潛力大、經濟效益好。目前栽培面積和出口量均達世界前列[4]。菜用大豆符合我國農業未來的發展與要求,特別是在我國對農業供給側結構不斷地理解、深化、改革的階段,研究和種植菜用大豆都將有利于生態環境的保護,帶來較高的經濟效益。

根據多年的研究,菜用大豆品質主要包括外觀品質、營養品質和食用品質[5]。菜用大豆的外觀品質包括豆莢的飽滿程度、色澤的翠綠程度及豆粒的大小,決定了菜用大豆的商品性。營養品質是指菜用大豆中的營養成分含量和組成。食用品質是指消費者食用菜用大豆時所獲得的感官享受[6-7],一般體現在甜鮮度,其次是香味、口感、質地等方面。甜味是菜用大豆的食用品質之一,因個人差異,標準不一,但一般將甜味、鮮味、質地、香味作為評價菜用大豆的食味性狀的指標[8]。研究表明,消費者尤其是年青人喜歡甜度高的菜用大豆[9]。一般來說,甜度高的菜用大豆口感好,這主要取決于籽粒中的蔗糖含量[10],鮮味取決于游離氨基酸含量,質地和糯性主要受脂肪、蛋白質、淀粉等的影響,香味取決于揮發性成分,菜用大豆的食用品質與其化學成分存在著一定的相關性[11]。菜用大豆食用品質評價通常采用傳統的人工感官評價方法,受主觀因素(個人喜好、情緒等)和外部環境的影響較大,且當樣品量較大時,很難在一定程度上保證結果的準確性和客觀性[12]。近年來,電子舌作為一種智能感官分析技術,逐步替代感官評價應用到食品品質檢測領域中,具有操作簡單、檢測快速等優點,彌補了傳統人工感官品評法主觀性強且重復性差,費時費力、極易受環境因素影響的缺陷。電子舌自問世至今幾十年,目前已應用于食品生產加工檢測的產品的風味評價及比較[13-14]、產地溯源[15-17]、質量分級[18-19]、成熟前后風味變化[20-22]、食品加工[23-24]等各個領域。

江蘇省作為我國菜用大豆主要種植和出口省份,其菜用大豆產業發展對全國生產有著重要的影響,目前,對于菜用大豆品種食用品質研究及相關化學組成報道略少,且長期以來對口感的評價一直以傳統人工感官判斷為主,口感風味智能化檢測也缺少相應研究。本研究選擇江蘇省不同城市6種特色菜用大豆為研究對象(南通市、揚州市、泰州市、徐州市、鹽城市、南京市),解析了菜用大豆主要品質性狀組成(糖組分、氨基酸組分),采用電子舌和人工感官評價對菜用大豆食用品質進行分析,并分析二者之間的關聯性,旨在充分了解菜用大豆食用品質相關主要化學成分組成、不同品種差異與共性特征,為菜用大豆食用品質的智能化評判提供有效參考和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從江蘇省菜用大豆種植面積排行前6位的地級市中各選取1個菜用大豆品種,包括通7-391-1(南通市)、四粒黃(揚州市)、青棵圓豆(泰州市)、邳縣四粒糙(徐州市)、青6號(鹽城市)、蘇豆18號(南京市),于2020年6月種植于江蘇省農業科學院南京玄武區試驗田,2020年9月收獲。試驗種植在一個完整的區塊,設計為3個重復,種植7行,每行行長4 m,試驗收獲材料選自內層5行,外層作為隔離保護行。大豆種植行距為0.4 m,株距為 0.15 m。保持所選材料在灌概、施肥與病蟲防治等方面一致。所有的菜用大豆都是在種子發育的鼓粒盛期R6期收獲。選擇成熟且無物理損傷或感染、色澤均一的菜用大豆嫩莢為試驗材料。

乙腈(色譜純),國藥集團化學試劑有限公司生產;磺基水楊酸、亞鐵氰化鉀三水合物,上海源葉生物科技有限公司生產;果糖、蔗糖、葡萄糖標準品(純度98%以上),北京索萊寶科技有限公司生產;氨基酸混合標準溶液,美國Sigma公司生產;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

ASTREE電子舌,法國Alpha M.O.S公司生產;L-8900氨基酸分析儀,日本株式會社日立制作所生產;1260 HPLC高效液相色譜儀,美國Agilent公司生產;GL-21M高速冷凍離心機,上海市離心機械研究所有限公司生產;JYL-C020E九陽打漿機,九陽股份有限公司生產。

1.3 試驗方法

1.3.1 糖組分分析 菜用大豆糖組分分析的參考GB 5009.8—2016《食品安全國家標準 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》,采用高效液相色譜法(HPLC)。精確稱取1 g菜用大豆凍干粉于50 mL離心管中,加入20 mL 80% 乙醇溶液,于70 ℃水浴鍋中提取1 h,待冷卻至室溫,5 000 r/min 離心10 min,吸取上清液,經0.22 μm微孔濾膜過濾,待測。每個樣品重復測定3次。

色譜參考條件為色譜柱:氨基柱(4.6 mm×250 mm×5 μm);柱溫:40 ℃;流動相:乙腈+水=70%+30%(體積分數);進樣體積:20 μL;流速:1.0 mL/min;洗脫時間:18 min。

定量方法:本試驗以果糖、葡萄糖和蔗糖為標準品,采用外標法定性定量分析菜用大豆糖組分含量。

1.3.2 游離氨基酸測定 參考方萍的方法[25],略有修改。稱取0.500 g凍干粉碎樣置于50 mL離心管中,加入30 mL 0.1mol/L HCl,渦旋振蕩2 min,以10 000 r/min離心10 min,取離心后的上清液 1.5 mL,加入10%的磺基水楊酸4.5 mL,混合后靜置15 min,再次以12 000 r/min離心10 min,吸取1.5 mL離心后的上清液,0.22 μm微孔濾膜過濾,待全自動氨基酸分析儀進行檢測。采用游離氨基酸標準物的混合物進行定量。每個樣品重復檢測3次。

1.3.3 感官評價 隨機稱取20個顆粒飽滿、形態相近的豆莢放入足量煮沸純凈水的電鍋中,煮沸 4 min,將豆莢撈出立即放入常溫的純凈水中冷卻,撈出置于白色瓷盤中備用。樣品以3位數編碼。采用9分嗜好法對菜用大豆進行感官評定。感官評定標準見表1,其指標包括鮮味、甜味、香味、硬度、糯性、整體接受度。1、5、9分分別表示極度不能接受、一般、非常喜歡。結果表示為評分的平均值。感官評定小組由江蘇省農業科學院豆類研究室的8名老師及研究生組成,年齡段為20～40歲。對各樣品分別進行品嘗,剝出豆粒,慢慢咀嚼,在咀嚼過程中品味其滋味和口感,根據口感品嘗評分的賦分標準評分。品評結束后,對各品評員的評定結果進行收集并統計分析。評定人員品嘗前不得食用辛、辣、苦、酸、甜味食物和酒等。品評時不得交流討論,每個樣品品嘗前用純凈水漱口。

表1 菜用大豆口感品嘗評分項目及其賦分標準

1.3.4 電子舌的測定 采用法國 Alpha M. O. S 公司生產的ASTREE電子舌系統,主要由味覺傳感器、信號采集器和模式識別系統3個部分組成,包括1個AlCl3參比電極和7個傳感器,7個傳感器分別為 AHS(酸味)、CTS(咸味)、NMS(鮮味)、ANS(甜味)、SCS(苦味)、PKS和CPS是感知復合味道的探頭。菜用大豆蒸煮至熟后,將籽粒和超純水以1 ∶3(質量比)的比例倒入打漿機中,打漿3 min,在 42 ℃ 的搖床中提取1 h,待樣品冷卻后離心10 min(10 000 r/min),離心2次,取出上清液待測。在分析之前,按照說明對儀器進行校準和診斷,以確保試驗的穩定性和可靠性。然后,設置樣品檢測方法、檢測順序和清洗程序。樣品采集和清洗交替進行。使用超純水來清洗傳感器。儀器參數設置如下:延遲=0 s,采集時間=120 s,間隔=1 s,清潔時間=120 s。在電子舌體系中味覺物質的信號由傳感器獲得,并以類似人味覺感受方式檢測出味覺物質,經數據分析處理獲得最終結果。

1.4 數據處理

單項試驗重復3次,結果表示為“平均值±標準差”;使用Excel 2016軟件整理試驗數據;使用SPSS 26.0統計軟件進行單因素方差分析和顯著性分析。由Origin 2021進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 糖組分分析

如表2所示,不同菜用大豆樣品間糖組分含量存在顯著性差異,蔗糖在菜用大豆中均檢測出且在糖組分中占比最高,含量范圍為75.32～108.56 mg/g。青6號的葡萄糖含量最高,為5.86 mg/g,邳縣四粒糙果糖含量最高,為2.31 mg/g。菜用大豆食用品質主要體現在甜度方面,其次是香味、口感、質地等方面。甜味是菜用大豆的食用品質之一,研究表明,消費者一般喜歡有甜味的菜用大豆,[26]。甜度主要取決于籽粒中的蔗糖含量[27]。一般甜度高的菜用大豆口感相對較好,王丹英等把菜用大豆的甜味得分與糖組分含量、游離氨基酸含量進行相關分析,相關系數最高的為蔗糖,其次是葡萄糖,可以把蔗糖含量作為評價菜用大豆食用品質中甜味的指標[28]。由圖2可知,6種菜用大豆樣品之間存在顯著性差異。品種通7-391-1的蔗糖含量最高,為108.56 mg/g,其次依次為蘇豆18號為 95.45 mg/g、邳縣四粒糙為93.70 mg/g、青6號為89.08 mg/g、青棵圓豆為81.23 mg/g、四粒黃為75.32 mg/g。表明通7-391-1可能具有最高的甜味值,需要進一步進行味覺屬性鑒定。

表2 菜用大豆糖組分比較

2.2 氨基酸組分分析

由表3可以看出,共檢測出15種氨基酸,其中,通 7-391-1均檢測出。檢測出來的氨基酸在不同菜用大豆品種間都表現出顯著差異性(P<0.05)。氨基酸總量范圍為720.02～838.82 mg/100 g,與Song等的報道[29]相一致。通7-391-1的總游離氨基酸含量最高,為838.82 mg/100 g,其次是青棵圓豆,為817.11 mg/100 g,青6號為808.50 mg/100 g。蘇豆18號的總游離氨基酸含量最低,為 720.02 mg/100 g。15種氨基酸中,絲氨酸含量相對較高,最高的品種是通7-391-1,含量為 248.99 mg/100 g。此外,通7-391-1的丙氨酸含量也最高,為44.04 mg/100 g。這些都是菜用大豆甜味的主要貢獻者。氨基酸組成及含量是消費者在意的營養成分,游離氨基酸含量也影響菜用大豆鮮味[30],王艷等報道,進行菜用大豆氨基酸營養評價時,應以氨基酸總含量為主要評價指標[31]。由于菜用大豆是在相同的氣候條件和相同的管理因素(灌溉、施肥、害蟲管理)下種植的,本試驗游離氨基酸的含量主要由品種因素決定,根據分析結果,通 7-391-1 食用品質更佳。

表3 菜用大豆游離氨基酸組成

2.3 感官評價結果

菜用大豆感官評價結果見圖1,對于不同的評估項目,菜用大豆樣品間顯著性P(P<0.05)分別為 0.138、0.045、0.521、0.401、0.029、0.079,即除鮮味和糯性方面,其他均無顯著性差異。不同類型的菜用大豆的感官評價得分存在較大的差異性。通7-391-1甜味值最高,為5.50,甜味明顯。蘇豆18號在鮮味(6.25)、香味(5.75)、糯性(6.75)、硬度(6.75)方面得分最高,而且綜合平均得分最高,為6.25,說明從整體來看,蘇豆18號具有菜用大豆固有的香氣,鮮味,口感軟糯滋味相對較好。四粒黃得分最低,為3.67,且與其他樣品的得分離散程度最大,說明口感滋味不符合大眾喜歡。味道是味覺器官受到食物的刺激后所產生的一種感覺,目前人類對于味覺的分類并沒有一致的看法,但都包含了酸、甜、苦、咸這4種味感。菜用大豆的食用品質主要是通過風味和口感而被區分,外觀對菜用大豆的食用品質影響不明顯[30]。人工感官評價是在食品風味評定中常用的方法之一,受主觀因素影響較大,特別是當樣品量較大時,結果的準確性和客觀性很難保證,還需采用智能感官評價方式電子舌對菜用大豆口感進行進一步鑒定。

2.4 菜用大豆電子舌味覺屬性分析

菜用大豆酸味、苦味、甜味、鮮味及咸味5種味覺屬性值見圖2-a。菜用大豆各滋味值之間存在顯著性差異(P<0.05),其中在5個味覺屬性中,鮮甜咸味突出。從鮮味值來看,蘇豆18號的鮮味的響應值為2 947.47,高于其他5個品種的響應值。在甜味的響應值上,響應值范圍在2 975.50～ 3 472.11,各樣品甜味響應值從大到小依次為通 7-391-1 為 3 472.11、蘇豆18號為3 427.22、邳縣四粒糙為 3 352.83、青6號為3 344.78、青棵圓豆為3 297.19、四粒黃為2 975.50,與感官評價各樣品鮮甜味數值大小排序一致。從味覺響應值數據可以看出,電子舌分析的結果和感官評價評分的結果有一定相關性,但需要進行進一步的相關性分析。

此外,本研究對6種不同品種菜用大豆的電子舌響應值進行了主成分分析(圖2-b)。第1主成分貢獻率為71.7%,第2主成分貢獻率為18.9%,第1主成分、第2主成分的累計貢獻率達到90.6%,幾乎包含了樣品的全部信息,可很好地表征各菜用大豆樣品間的差異性。不同區域代表不同菜用大豆樣品的整體味覺特性分布,不同區域間的距離表明菜用大豆樣品間的差異性。在PCA得分圖中,根據樣品在橫坐標、縱坐標軸上的距離判斷樣品之間的差異性:橫坐標表示第1主成分貢獻率的大小,通常情況下,第1主成分貢獻率較大,因此,如果不同樣品之間在橫坐標上的距離差距較大,說明它們之間的差異較明顯;而樣品在縱坐標上的距離即使很大,由于第2主成分的貢獻率較小,不同樣品之間的實際差異可能較小。從圖2-b可以看出,不同品種菜用大豆所在區域互不重疊,說明利用電子舌可很好地區分不同菜用大豆樣品,差異顯著,其中青棵圓豆和蘇豆18號較類似,與其他樣品味覺有較大差異。四粒黃分布區域和其他樣品距離較遠,差異尤其明顯,與感官評價結果一致。

2.5 電子舌和感官評價相關性分析

為了探究菜用大豆感官評價與電子舌響應值的相關性,利用皮爾遜系數對菜用大豆電子舌評價值和人工感官評價得分進行相關性分析,結果(圖3)表明,電子舌酸味與咸味和苦味呈極顯著正相關,相關系數分別為0.919、0.996。咸味與苦味呈極顯著正相關,r>0.930。同時,在感官評價中,發現對菜用大豆的整體評價與其甜味、鮮味、風味、硬度和糯性均呈現高度相關性。說明整體食用品質較好的菜用大豆,必然呈現鮮甜軟糯,具有大豆固有的清甜香味。菜用大豆主要味覺差異表現在甜味和鮮味上。值得注意的是,電子舌鮮甜味與人工感官評價的鮮甜味關聯度較高,電子舌鮮甜味與感官評價鮮甜味呈極顯著正相關,鮮味相關系數達0.926,甜味的相關系數達到0.983。說明電子舌與感官評價對菜用大豆的滋味品評具有一致性,尤其體現在菜用大豆的甜味和鮮味2個味覺屬性,采用電子舌技術可以實現對甜味、鮮味的精準測定和評價。

3 討論與結論

菜用大豆作為我國農業的重要模塊,近年來,國內外研究學者對其遺傳育種研究較為關注,但對其食用品質特性研究較少。本研究旨在從營養組成探討江蘇省不同地區特色菜用大豆品種之間差異,同時以傳統人工感官評價結合電子舌技術,對菜用大豆食用品質進行定量表征。結果表明,6種菜用大豆蔗糖含量為75.32～108.56 mg/g。共檢出15種游離氨基酸,品種通7-391-1中均檢出,不同品種在氨基酸組成和含量上差異顯著,總游離氨基酸含量為720.02～838.82 mg/100 g。在人工感官評價中,通7-391-1甜味值最高,為5.50。蘇豆18在鮮味(6.25)、香味(5.75)、糯性(6.75)、硬度(6.75)方面得分最高,而且綜合平均得分最高,為6.25。從整體來看,蘇豆18號更易受消費者歡迎。此外,電子舌分析結果顯示,蘇豆18號的鮮味的電子舌響應值最高,為2 947.47,甜味響應值最高的品種是通7-391-1,為3 472.11。主成分分析結果表明,電子舌技術能很好地區分不同品種菜用大豆。通過人工感官評價和電子舌滋味響應值數值進行相關性分析,二者在鮮甜味方面呈現極顯著相關性,鮮味相關系數達0.926,甜味的相關系數達0.983,說明電子舌與人工感官評價的結果在菜用大豆甜味和鮮味上具有高度一致性。由此可見,電子舌在不同品種菜用大豆滋味區分鑒別上具有較大的應用潛力,可以實現菜用大豆甜鮮味智能化評判,提高優質品種篩選和選育效率。