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基于部分专一传感器电子舌和Heracles Ⅱ电子鼻评价川式相似复合味型(鱼香、荔枝和糖醋味)
发布日期:2023-08-07
        本文以川式相似复合味型中鱼香味、荔枝味和糖醋味为研究对象,采用电子舌、电子鼻进行分析,并结合主成分及其载荷图分析其在滋味和气味维度上的差异,为川式复合味的指纹图谱及工业化生产提供参考。
        材料与方法
        样品配方
        见表1
表1   配料表
表1
        仪器
        电子舌:Astree公司;HeraclesⅡ超快速气相电子鼻:法国Alpha MOS公司;全自动顶空进样器:PAL RSI瑞士CTC公司;其他实验室常用仪器设备及玻璃器皿。
        方法
        电子舌、电子鼻样品处理及检测方法
        蔗糖、咖啡因滋味强度曲线的建立   
        将标准品(蔗糖、咖啡因)分别溶解在100 mL烧杯中,溶液移至250 mL容量瓶,溶解标准品的烧杯洗涤4次,洗涤液移至容量瓶,然后定容至250 mL,摇匀备用。每个样品需80 mL进行电子舌检测,分别取适量蔗糖溶液定容至0 mg/mL(R)、0.03mg/mL(S)、0.06 mg/mL(T)、0.12 mg/mL(U)、0.24 mg/mL(V)。每个样品需80 mL进行电子舌检测,分别取适量咖啡因溶液定容至0 mg/mL(R)、0.03 mg/mL(S)、0.06 mg/mL(T)、0.12 mg/mL(U)、0.24 mg/mL(V)。
        在电子舌自动进样器的2、4、6、8、10位分别放置装有80 mL不同蔗糖浓度溶液(R、S、T、U、V)的电子舌检测专用烧杯,在1、3、5、7、9位放置装有100 mL蒸馏水的电子舌专用烧杯。每个样品检测5次、120 s,取后3次检测结果作为分析数据。咖啡因的电子舌检测同蔗糖。
        电子舌样品处理
        将样品用搅拌机搅匀,取样品20.0 g,用蒸馏水定容至250 mL,用中性滤纸过滤,取滤液80 mL放入电子舌检测专用烧杯,待测。在电子舌自动进样器的2、4、6位分别放置样品A、B、C,在1、3、5位放置装有100 mL蒸馏水的电子舌专用烧杯。每个样品检测9次、120 s,取后3次检测结果作为分析数据。
        电子鼻样品处理及检测方法
        将样品用搅拌机搅匀,取样品2.0 g置于20 mL电子鼻分析专用顶空瓶,密封并置于电子鼻自动进样器上,待测。每个样品检测3次,取平均值进行分析。样品分析条件见表2。
表2 电子鼻分析参数
 表2
        数据处理
        使用电子舌、电子鼻系统自带的Alphasoft软件采集及分析数据,作图采用Origin 2018。甜味、苦味滋味强度分析:利用Alphasoft软件将样品检测的结果分别与甜味/苦味强度检测结果建立分析任务,进行甜味/苦味滋味强度分析。
        结果与分析
        电子舌分析
        电子舌酸、咸、鲜强度比较
图1
         图1 电子舌酸、咸、鲜味强度比较雷达图
        图1是电子舌酸、咸和鲜味强度雷达图。图中3个样品的滋味强度排序为:酸味,C>B>A;咸味,B>A>C;鲜味,B>A>C。酸味一般是由氢离子引起。样品中C(糖醋)中酸味最强,原料中能提供酸味的物质主要是醋,料酒、白糖也可能有一定贡献。咸味最强的为样品B(荔枝味),这可能与添加食盐的量有关。食品鲜味的产生与鲜味剂和食盐关系密切,一般认为鲜味剂溶于水中电离出阴离子,尽管阴离子有一定鲜味,但与足够钠离子(阳离子)结合,其鲜味才会更加明显、突出,这足够的钠离子必须由食盐提。在鲜味维度上A(鱼香味)、B(荔枝味)差异较小,尽管B(荔枝味)并未添加味精,但食盐添加量明显高于其他2个样品,这或许能解释A(鱼香味)、B(荔枝味)在鲜味维度差异小的现象。仅从单一呈味特点推断,A(鱼香味)、B(荔枝味)样品较为相似,即鱼香和荔枝味在滋味上较为相似,与C(糖醋味)差异明显。
        苦味、甜味比较
图2
        图2 苦味强度图
        电子舌无苦味和甜味的专一传感器,需要添加标准物质进行强度比较。图2是添加标准物质咖啡因比较样品苦味的结果。样品中的苦味物质可能与泡辣椒中的辣椒籽等有关。图中苦味强度趋势:A>B>C>T,T为空白样品,即A(鱼香味)最苦,其次B(荔枝味)和C(糖醋味)。
图3
        图3 甜味强度比较
        图3是样品甜味强度比较图。图中,B(荔枝味)的甜度最强,其次为C(糖醋味),A(鱼香味)最弱,R为空白样品。分析样品配方,B(荔枝味)的白糖含量为12.61%,为最高;C(糖醋味)的含量为8.88%,A(鱼香味)含量为5.98%。甜味味觉强度与蔗糖百分含量匹配。
        电子舌主成分及载荷图分析
图4
图4   电子舌主成分及载荷分析图
        主成分分析是化学计量学中常用的一种降维分析方法,它利用数据变换,将几个相关变量转换为几个不相关的综合变量,然后根据实际情况在综合变量中选择较少的几个能够尽可能多地反映原始变量的分析方法。图4中3种调味汁在第一主成分上为87.360%,第二主成分为10.722%,第一、二主成分累积为98.082%。说明其能够很好地反映3个样品的整体滋味轮廓。图中,A(鱼香味)和B(荔枝味)分别处于二维坐标的第一、四象限,二者的差异主要来源于第二主成分,2个样品相似度高。有研究表明,在主成分分析中,横坐标代表第一主成分,纵坐标代表第二主成分;第一主成分所占权重较大,即样品在第一主成分上即使距离很小,其差异也会很大;而第二主成分所占权重较小,样品在第二主成分上的距离即使很大,其差异也不大。A(鱼香味)、B(荔枝味)和C(糖醋味)差异明显。
        识别指数也成为区别指数,是主成分分析中用于表示样品之间区分度的参考值。它是根据被测样品和参照样品的传感信号分散百分比与图谱峰面积的比例转化而来,主要用于明确比较样品间区分度[18]。一般认为识别指数在80~100之间,其识别是有效的。识别指数越大,说明识别效果越好。图中,识别指数为96,说明3个样品之间差异明显,识别效果好。
        载荷图是将对第一、二主成分贡献大的影响因子在主成分分析的二维图中表示出来,影响因子越靠近样品所在的二维坐标(x,y),则说明载荷因子对其影响越大。图中传感器CPS、ANS、AHS均指向A(鱼香味),NMS_Umami(鲜)、PKS指向C(糖醋味)。说明CPS、ANS、AHS对A(鱼香味)的识别贡献较大,NMS_Umami(鲜)、PKS对C(糖醋味)的识别贡献较大。
        电子鼻分析
        电子鼻定性、定量分析
        表3是3种样品电子鼻检测3次取平均值的定性、定量分析结果。
表3   电子鼻物质定性、定量分析
表3
        电子鼻检测使用FID质量检测器,故同种物质出峰面积大则含量高。结合保留时间、保留指数和Aro Chem base数据库对样品中可能含有的化合物进行定性分析。化合物的保留指数是指在某种固定相上使用正构烷烃作为标准来衡量化合物在色谱柱上保留程度的量化值。化合物的保留指数对于色谱柱固定相是恒定的,即针对同一种色谱柱的某一化合物的保留指数是恒定的。化合物的保留指数可经由正构烷烃的保留时间和化合物的保留时间计算而得到,利用2根色谱柱不同的保留指数可达到在无标准物质的情况下定性化合物的效果。阈值大小则表示化合物气味的强弱。含量相同,阈值低的气味强烈。表3以色谱柱MXT-5为首选峰面积(保留指数-1)并计算平均值,同时以保留指数排序。表中共检测到19种化合物(醇类5种,酯类4种,烯类5种,醛类2种,呋喃、酮类、吡嗪各1种),A、B、C共有物质13种;非共有物质6种,其中A(鱼香味)样品独有物质4种,分别为己醛、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇、3-庚烷-2-酮、2-乙酰基吡嗪。这几种物质含量不高,但阈值较低,故对鱼香味的气味形成有较大贡献,也可能是区别于B(荔枝味)、C(糖醋味)的重要物质。B(荔枝味)、C(糖醋味)共有物质1种(2-己醇),均无独有物质。在共有物质中,A(鱼香味)样品的大多数化合物的含量均高于B(荔枝味)、C(糖醋味)样品,说明A(鱼香味)样品的气味较B(荔枝味)、C(糖醋味)浓郁。可以推测A(鱼香味)、B(荔枝味)、C(糖醋味)在基本气味上一致,但由于A(鱼香味)在大多数共有物质上的含量均高于B(荔枝味)、C(糖醋味),所以导致A(鱼香味)样品的气味较B(荔枝味)、C(糖醋味)更为浓郁。
        主成分及载荷图分析
图5
图5   电子鼻主成分及载荷图分析
        图5是超快速气相电子鼻主成主成分及载荷图分析结果。图中,PC1为82.60%,PC2为12.36%,累积为94.96%,能够反映样品的整体气味轮廓。易宇文等认为第一、二主成分累积超过80%即可反映样品的主要整体气味轮廓。A(鱼香味)样品分布在第四象限,B(荔枝味)样品分布在第三象限,C(糖醋味)样品分布在二象限。从图中可以看出,B(荔枝味)、C(糖醋味)差异较小;B(荔枝味)、C(糖醋味)与A(鱼香味)差异较大。易宇文等[20]认为如果PC1与PC2差异大,样品差异主要体现在PC1上,则样品差异大,相似度低;如果样品差异体现在PC2上,则差异小,相似度高。这与电子鼻定性定量分析中的结果类似。在电子鼻定性定量检测中,A(鱼香味)独有物质4种,而B(荔枝味)、C(糖醋味)并无独有物质,可能这能够说明A(鱼香味)与B(荔枝味)、C(糖醋味)差异大。分析载荷图,己醛(70.80-1)、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇(77.07-1)、3-庚烷-2-酮(120.35-2)、甲硫醇(22.83-1)、巴豆醛(53.25-2)、乙酸甲酯(27.92-1)、醋酸异丙酯(36.74-1)、2-甲基呋喃(33.88-2)、柠檬烯(151.87-1)可能对A(鱼香味)样品风味的形成有重要贡献。甲硫醇(21.61-2)对样品B(荔枝味)风味的形成可能有较大贡献。2-己醇(73.40-1)对样品C(糖醋味)风味的形成可能有较大贡献。
        结论
        为探究川式相似复合味型(鱼香、荔枝和糖醋味)在滋味和气味维度上的差异,实验采用电子舌和电子鼻进行测定,并结合主成分及载荷图分析。实验结果表明,C(糖醋味)的酸味最强,其次为B(荔枝味)、A(鱼香味);在咸和鲜味维度上B(荔枝味)最强,其次为A(鱼香味)和C(糖醋味);在苦味维度上A(鱼香味)最强,其次为B(荔枝味)和C(糖醋味);在甜味维度上B(荔枝味)最强,其次为C(糖醋味)和A(鱼香味)。A(鱼香味)和B(荔枝味)在整体滋味维度上相似度高,C(糖醋味)与A(鱼香味)相似度。电子鼻分析表明,3个样品共检测到19种化合物,共有化合物13种;在共有物质中,A(鱼香味)的共有物质含量(2-甲基呋喃、2-甲基丁酸乙酯除外)明显高于其他2个样品,A(鱼香味)的气味较B(荔枝味)和C(糖醋味)浓郁。A(鱼香味)检测到的独有物质(己醛、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇、3-庚烷-2-酮、2-乙酰基吡嗪),可能是A(鱼香味)区别于B(荔枝味)和C(糖醋味)的重要物质。电子鼻主成分及载荷图分析显示,C(糖醋味)和B(荔枝味)较为相似,与A(鱼香味)差异明显;己醛、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇、3-庚烷-2-酮、甲硫醇、巴豆醛、乙酸甲酯、醋酸异丙酯、2-甲基呋喃、柠檬烯可能对A(鱼香味)的形成及区别于B(荔枝味)和C(糖醋味)有重要贡献;甲硫醇对B(荔枝味)的形成有重要贡献,2-己醇与C(糖醋味)的形成有重要贡献。实验结果可为川式复合味型指纹图谱的构建及工业化生产提供参考。
       参考文献:胡金祥,何莲,王林等.基于部分专一传感器电子舌和Heracles Ⅱ电子鼻评价川式相似复合味型(鱼香、荔枝和糖醋味)[J].食品科技,2021,46(08):244-250.DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2021.08.037.
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