基于電子舌電子鼻分析紅糖風味的差異性

佘義勇 何群 陳光宇 饒智 謝夢洲 肖作為

摘?要：目的：運用電子鼻、電子舌對不同品牌紅糖風味進行檢測區分，建立一種有效鑒別不同品牌、等級、產地紅糖的方法。方法：對紅糖感官評定結果進行等級一致性檢驗;運用電子舌自帶軟件對數據進行主成分分析，運用電子鼻自帶軟件對數據進行主成分分析、傳感器區分度分析及線性判別分析;并利用DPS對電子舌數據進行方差分析及最小顯著差異（LSD）法多重比較，對電子鼻數據進行方差分析;建立滋味雷達圖觀察不同紅糖樣品對傳感器響應強度的差異性。結果：電子舌、電子鼻能夠區分不同品牌、等級、產地的紅糖，各紅糖樣品滋味差異主要是豐富性、咸味，香氣成分差異主要是氮氧化合物、甲烷等短鏈烷烴、有機硫化物和無機硫化物;感官評定等級一致性檢驗結果也顯示不同紅糖樣品的差異性顯著。結論：電子舌、電子鼻技術可用于區分不同品牌、產地、等級的紅糖，為紅糖品質鑒別提供技術支持。

關鍵詞：紅糖;電子舌;電子鼻;感官評定;差異性

不同企業生產紅糖的非離心過程會影響其物理和化學性質，導致紅糖的風味差異[1]。紅糖中的營養和酚類含量不同，也會影響紅糖風味[2-3]。因此，有必要探求一種簡便、準確的方法來鑒別市面上不同品牌紅糖品質。

目前，主要應用感官評定與儀器分析相結合的方法來評價食品風味。感官評價描述食品的感官特性，可以提供目標屬性的綜合、直接信息，而儀器分析可以獲得更具體的信息。電子舌、電子鼻是模擬人的舌頭和鼻子，利用多傳感陣列為基礎，能夠快速感知樣品的整體特征響應信號，對樣品進行模擬識別和定量定性分析的一種檢測技術。它們能夠提供更客觀、準確和敏感的滋味和氣味強度評估，通過進一步的多元統計分析就可以達到區分樣本的目的。這種智能風味傳感器技術安全性高、成本低且操作簡單，電子舌被廣泛應用于有效地評估食品材料的風味特征，如酒精和非酒精飲料、食用油和面條湯底料[4-6]，甘蔗的不同處理方式對紅糖的味覺特征的影響[7]，還被應用于監測蜂蜜糖漿摻假[8]以及不同種類的糖對肉制品風味的影響[9]。電子鼻早在1999年就被用來分析食糖的氣味[10-11]，近年來也被廣泛應用于水果蔬菜[12]、酒類[13-14]、蜂蜜[15]、茶葉[16]以及肉質品[17]的種類識別、品質區分以及成分定量預測，但目前利用電子舌、電子鼻對紅糖進行研究的報道并不多。本研究采用電子舌、電子鼻檢測不同紅糖樣品的風味特征，結合感官評定，對感官評定結果進行等級一致性檢驗，根據風味特征差異以及等級一致性檢驗結果，討論電子舌、電子鼻對不同紅糖樣品的區分效果，為有效鑒別不同紅糖品質提供方法學參考。

1?儀器與材料

1.1?儀器設備

SA-402B型電子舌，日本Insent公司;實驗中使用AE1澀味傳感器（可測澀味及澀味回味）、AAE鮮味傳感器（可測鮮味及鮮味回味）、CTO咸味傳感器、COO苦味傳感器（可測苦味及苦味回味）、CAO酸味傳感器、GL1甜味傳感器;TCS-100型電子臺秤，上海乾峰電子儀器有限公司;PEN3型電子鼻，德國。

1.2?材料

實驗室用自來水;紅糖，1～7號紅糖購買于淘寶官方旗艦店、8號紅糖購買于紅糖生產廠（表1）。

2?方法

2.1?紅糖的溶解

稱取1～8號紅糖各50 g放入相同容積的透明玻璃杯，加沸水1 000 mL，攪拌使充分溶解，自然冷卻，供

2.2?不同品牌紅糖滋味感官評價

2.2.1?評價標準?對2.1所得的1～8號紅糖溶液參考借鑒QB/T 2343.2紅糖感官鑒別方法中的評價標準對紅糖風味進行評價，具體評價品質評語與因子評分見表2。

2.2.2?感官評價志愿者的篩選?從湖南中醫藥大學中醫學院2018級中醫藥膳學專業及中醫診斷學專業碩士研究生班招募志愿受試者，進行味覺敏感度，身體健康狀況，2周內未服過中、西藥物等在內的嚴格篩選，最終確定10名健康志愿者（男5名、女5名）作為受試對象，在湖南省藥食同源工程中心感官評定室進行感官評定。

2.2.3?感官評定試驗方法?參加感官評定的10個人，每個人負責8種紅糖樣品，按照2.2.1評價標準對這8種紅糖樣品進行評分。取2.1所制備的8種不同品牌的紅糖溶液各500 mL，放置在口嘗杯中，由學生評價員含于口中，計時15 s，此間口腔做漱口動作，以使舌根及舌測的味覺感受區能夠感受到樣品的味道，隔15 min后再同法測2次，每人根據3次品嘗結果進行評價及選擇。

2.3?電子舌測定基本方法

2.3.1?正極清洗液配制?準確稱量7.46 g氯化鉀，用500 mL蒸餾水攪拌溶解，然后準確加入300 mL無水乙醇溶液，邊攪拌邊加入準確稱量的0.56 g氫氧化鉀，溶解完畢后，轉移到1 000 mL的容量瓶，定容。

2.3.2?負極清洗液配制?準確量取300 mL無水乙醇，與500 mL蒸餾水振蕩混合，然后加入 8.3 mL的濃鹽酸，攪拌混合后轉移到1 000 mL的容量瓶，定容。

2.3.3?參比液配制?精密稱定2.24 g氯化鉀和0.045 g酒石酸，用500 mL蒸餾水溶解，轉移到1 000 mL的容量瓶，定容。

2.3.4?電子舌測試方法?將每個樣品的供試品溶液倒入電子舌測試專用塑料小杯中，每杯25 mL，每個供試品溶液倒2杯。首先在清洗液中清洗90 s，接著用參比液清洗2次，傳感器在平衡位置歸零30 s，達到平衡條件后，開始測試，測試時間30 s;在兩組參比液中分別短暫清洗3 s，傳感器插入新的參比液中測試回味30 s，循環測試4次，去掉第一循環，取后3次平均數據作為測試結果。每次清洗、平衡和測試回味的液體均分布在不同樣品杯中。記錄AE1澀味傳感器（可測澀味及澀味回味）、AAE鮮味傳感器（可測鮮味及鮮味回味）、CTO咸味傳感器、COO苦味傳感器（可測苦味及苦味回味）、CAO酸味傳感器、GL1甜味傳感器的響應值，收集3次平行測定數據。

2.4?電子鼻檢測方法

不同品牌紅糖樣品各取 5 g，分別裝入8個進樣瓶中，蓋緊瓶塞，靜置30 min，待進行電子鼻測定;參數設定：采樣時間為1 s/組，傳感器歸零時間為5 s，樣品準備時間為5 s，進樣流量為 600 mL/min，分析采樣時間為 60 s，采用直接頂空吸氣法，對樣品進行檢測，每個樣品做4個平行。

2.5?統計分析方法

采用DPS數據處理系統和電子舌、電子鼻自帶軟件對試驗數據進行統計分析。對感官評定結果進行等級一致性檢驗。電子舌試驗結果用DPS和其自帶軟件進行處理，試驗重復4次，去掉第1次，取平均值，對不同品牌紅糖風味對電子舌傳感器響應強度進行方差分析及LSD法多重比較;利用電子舌自帶軟件，對采集的不同紅糖樣品數據進行主成分分析（PCA）;電子鼻試驗結果用DPS進行方差分析，利用電子鼻自帶軟件，對采集的不同紅糖樣品數據進行PCA、傳感器區分度分析（lodings）、線性判別分析（LDA）。

3?結果與分析

3.1?感官評價結果

根據感官評定分數表中的結果，將8種紅糖樣品分為8個等級，等級越高，表明風味越好，等級越低，風味越差，進行等級一致性檢驗。將表3中數據帶入S=ΣR12-（ΣR1）2/n及c2=12S/mn（n+1），對本試驗m=10、n=8，得S=2 001.9、c2=33.36，又自由度U=7，查表c20.05（7）=14.07，可知c2>c20.05（7），進而P<0.05，檢驗結果有統計意義，可認為其等級具有一致性傾向，即8種不同紅糖樣品風味有顯著性差異。

3.2?不同紅糖樣品電子舌分析結果

3.2.1?紅糖樣品電子舌傳感器味覺電位差響應值分析結果?根據電子舌測試結果，記錄傳感器AE1、AAE、CTO、COO、CAO、GL1的響應值，對收集3次平行測定數據，求得平均值，進行方差分析及LSD法多重比較。如表4所示，方差分析結果中，9個傳感器的味覺電位差響應值均有顯著差異（P<0.05），表明電子舌對紅糖氣味敏感，可以有效分析不同品牌的紅糖樣品。LSD法多重比較結果用英文字母a、b、c、d、e、f、g、h來表示不同樣品之間差異顯著性，平均數間字母相同者為差異不顯著，凡無相同字母的，為差異顯著。甜味、鮮味傳感器響應值較高，豐富性傳感器響應值差異較大，不同紅糖樣品之間存在顯著差異（P<0.05），這說明電子舌能夠有效區分不同品牌紅糖。

3.2.2?不同紅糖樣品滋味雷達圖分析結果?不同品牌紅糖樣品經電子舌味覺特征分析，收集3次平行的傳感器響應值后求得平均值，建立雷達圖。圖1顯示，8種紅糖樣品對電子舌9個傳感器的響應強度，在酸味、后澀味及后苦味3個傳感器上的響應值差異不大;在甜味、苦味、鮮味及澀味3個傳感器上的響應值存在差異;在豐富性、咸味2個傳感器上響應值差異最明顯，建立電子舌滋味雷達圖在一定程度上可以有效鑒別不同紅糖樣品。

3.2.3?不同紅糖樣品電子舌PCA結果?不同紅糖樣品電子舌味覺電位差響應值PCA分析結果，如圖2所示，第1主成分貢獻率為57.98%，第2主成分貢獻率為33.77%，累積貢獻率達到了91.75%，表明這兩個主成分包含了樣本的大部分信息，因此可作為樣本分析的兩個主要成分。所有紅糖樣品分布在三個不同象限內，且相隔距離較遠，彼此之間無重疊，其中2、7、8號與其他樣品相隔最遠，區別最大，表明電子舌能夠較好地區分不同品牌紅糖。

3.3?不同紅糖樣品電子鼻分析結果

3.3.1?電子鼻傳感器不同紅糖樣品的響應?提取8種紅糖樣品對電子鼻傳感器的響應值，應用方差分析及LSD多重比較進行分析。由表5可見，10個傳感器響應值方差分析結果中，不同紅糖樣品除了對W1C、W6S（P>0.05）2個傳感器的響應影響不顯著，對W5S、W3C、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S等8個傳感器的響應影響均顯著（P<0.05），這表明電子鼻對紅糖揮發性氣味敏感，可用于分析不同品牌紅糖。紅糖樣品對W5S、W1S傳感器響應值差異較大，對W1W、W2W傳感器響應值較高且差異較大，由表6可知，W5S傳感器對氮氧化合物靈敏，W1S傳感器對甲烷等短鏈烷烴靈敏，W1W傳感器對有機硫化物靈敏，W2W傳感器對芳香成分、無機硫化物靈敏，說明紅糖揮發性氣味中含有氮氧化合物、甲烷等短鏈烷烴、有機硫化物和無機硫化物等物質，可能對區分不同品牌的紅糖有更加重要的作用。

3.3.2?不同紅糖樣品電子鼻PCA、傳感器區分貢獻率分析（lodings）結果?利用PEN3電子鼻自帶軟件對數據進行PCA，主成分1為橫坐標，方差貢獻率為99.28%，主成分2為縱坐標，方差貢獻率為0.48%，2個主成分累積方差貢獻率達到99.76%，高于95%，表明這兩個主成分包含了樣本的所有原始信息，表明不同品牌紅糖之間揮發性氣味差異明顯，其中第一主成分起主要區分作用。圖3右上角文本框顯示樣品間的區分度，數值越接近于1，說明區分度顯著，從文本框中可以看出樣品間的區分度數值都接近于1，表明電子鼻可準確區分不同的紅糖樣品。由圖4可知，W1W傳感器對第一主成分區分貢獻率最大，W2W傳感器對第二主成分區分貢獻率最大。

3.3.3?不同紅糖樣品線性判別分析結果?LDA利用每組樣品的信息，兼顧了樣品組內分布和它們之間的距離。因此，LDA收集了所有傳感器的信息盡力提高樣品組間的差異，盡可能使每個數據點進行最大化地區分。LDA識別結果類似于PCA，顯示樣品數據設置的二維圖。由圖5可知，主成分1貢獻率為82.43%，主成分2貢獻率為11.64%，總區分貢獻率為94.07%，代表不同樣品的數據點之間間隔較遠，彼此無重疊，表明不同品牌紅糖的氣味差異較大，其中4、5號樣品為同一品牌不同等級的紅糖，二者之間也無重疊，表明電子鼻可以區分不同品牌和不同等級的紅糖，其中主成分1在區分不同紅糖氣味的過程中起關鍵作用。

4?結論

電子舌對不同紅糖樣品的研究顯示，電子舌的甜味、酸味、苦味、澀味、后澀味、后苦味、鮮味、豐富性、咸味等9個傳感器對不同品牌紅糖樣品的響應強度具有顯著差異，說明8種紅糖的滋味成分物質及含量存在差異，電子舌能夠有效區分不同品牌、產地的紅糖。電子鼻研究結果顯示，不同紅糖樣品對W1C及W6S兩個傳感器的響應強度無差異，對W5S、W3C、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S這8個傳感器的響應強度差異顯著，說明8種紅糖的氣味差異明顯，不同品牌紅糖的氣味差異主要表現在氮氧化合物、甲烷等短鏈烷烴、有機硫化物及無機硫化物等物質上。紅糖感官評定結果進行等級一致性檢驗結果也表明不同品牌紅糖的風味差異顯著。電子舌、電子鼻測定結果與感官評定結果一致，都能夠對不同品牌的紅糖進行有效區分。

綜上所述，本研究運用電子舌、電子鼻技術將紅糖風味特征轉化為客觀數據，結合感官評定可以快速、有效并客觀地對不同品牌的紅糖進行區分，也能夠對同一品牌、不同等級以及不同執行標準的紅糖進行有效區分，可為紅糖品質鑒別提供新的參考。目前市場存在的紅糖品牌種類繁多，僅憑外觀很難區分其品質好壞，如果將電子舌、電子鼻技術應用于紅糖品質鑒別，將有利于減輕紅糖產品質量監督難度，為食品安全提供保障;食品行業可以運用該方法篩選品質最優紅糖制作相關產品，提升其產品競爭優勢;紅糖生產企業也可以將電子舌、電子鼻技術應用到紅糖的不同生產工段以及成品質量檢測當中去，為其優化生產工藝、提高紅糖的風味品質提供評定依據。電子舌、電子鼻技術在紅糖產業與紅糖品質鑒別方面的應用前景廣闊。

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