電子鼻和電子舌技術(shù)在排骨湯風(fēng)味評價中的應(yīng)用

摘 要：以豬排骨為原料，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化排骨湯煮制的工藝條件。利用電子鼻和電子舌對排骨湯的風(fēng)味變化進行研究，對所獲得的數(shù)據(jù)進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。結(jié)果表明：排骨湯熬制的最佳工藝條件為料液比1∶3（m/m）、煮沸時間3 min、熬制時間75 min；PCA結(jié)果表明，9 組正交試驗樣品的氣味有明顯差異，滋味具有一定的相似性。

關(guān)鍵詞：排骨湯；風(fēng)味；電子鼻；電子舌

Electronic Nose and Electronic Tongue for Flavor Evaluation of Pork Chop Soup

LIU Shuping

（College of Tourism and Cuisine， Harbin University of Commerce， Harbin 150076， China）

Abstract： One-factor-at-a-time and orthogonal array design methods were employed in conjunction to optimize the cooking condition of pork chop soup. Electronic nose and electronic tongue were used to investigate the flavor of pork chop soup. The obtained data were analyzed by principal component analysis （PCA）. The results indicated that the optimum processing conditions were obtained as follows： material-to-water ratio 1：3， boiling time 3 min and simmering time 75 min. The results of PCA displayed that the samples obtained from 9 experimental runs showed obvious differences in terms of volatile flavor and similarity in terms of taste.

Keywords： pork chop soup； flavor； electronic nose； electronic tongue

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201801010

中圖分類號：TS251.1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2018）01-0058-06

引文格式：

劉樹萍. 電子鼻和電子舌技術(shù)在排骨湯風(fēng)味評價中的應(yīng)用[J]. 肉類研究， 2018， 32（1）： 58-63. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201801010. http：//www.rlyj.pub

LIU Shuping. Electronic nose and electronic tongue for flavor evaluation of pork chop soup[J]. Meat Research， 2018， 32（1）： 58-63. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201801010. http：//www.rlyj.pub

排骨是我國傳統(tǒng)菜肴中非常重要的烹飪原料，以味道鮮美、富含營養(yǎng)而受到人們的喜愛[1-4]。排骨的烹飪方法很多，如紅燒排骨、糖醋排骨、蒜香排骨等[5-7]。排骨湯是以排骨為原料，采用慢火熬制而成的重要菜肴[8-9]，其湯汁醇厚，具有補鈣壯骨、促進消化、提供能量的作用[10-12]。近年來，已有研究人員對排骨湯的工藝和營養(yǎng)特性進行了研究[11-13]。瞿明勇等[14]研究不同蒸煮參數(shù)對豬排骨湯營養(yǎng)成分及感官品質(zhì)的影響，確定了豬排骨湯的最佳制作工藝；李小華等[15]通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化排骨湯煮制的工藝條件，得出了傳統(tǒng)瓦罐煲湯、壓力鍋燉湯和酶解制湯對蛋白質(zhì)溶出率的影響；張靜妍等[16]采用電壓力鍋和紫砂鍋煮制排骨藕湯，通過對壓力和時間進行控制，得到了與紫砂鍋煲湯品質(zhì)相同的高壓煲湯工藝條件。

目前對排骨湯的研究主要集中在工藝優(yōu)化和營養(yǎng)特性方面，而對排骨湯加工過程中風(fēng)味的形成規(guī)律還缺乏系統(tǒng)的研究。本研究對排骨湯熬制過程中感官和風(fēng)味等食用品質(zhì)的變化規(guī)律進行研究，探索加工關(guān)鍵節(jié)點對排骨湯品質(zhì)的影響，從而為進一步開發(fā)高品質(zhì)的排骨湯產(chǎn)品提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選用6 月齡的長白豬豬排骨，肥瘦度適中，購于哈爾濱市家樂福超市。

1.2 儀器與設(shè)備

JA系列電子天平 上海方瑞儀器有限公司；砂鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司；Inose型電子鼻和Smarttongue型電子舌 上海瑞玢國際貿(mào)易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 排骨湯的熬制

將豬排骨清洗干凈后，剁成均勻的4 cm×6 cm的排骨段，每鍋用量約150 g。沸水下鍋焯水2 min，撈出，瀝干水分；將豬排骨與一定量的水放入砂鍋中，先用大火煮至沸騰，煮制一定時間，再改文火熬制。排骨湯烹制好后，將排骨和湯汁分開，備用。

1.3.2 實驗設(shè)計

采用單因素試驗和L9（34）正交優(yōu)化試驗[17]考察料液比（m/m）、煮沸時間和熬制時間對排骨湯熬制的影響，確定排骨湯的熬制工藝。單因素試驗水平如表1所示。

1.3.3 排骨湯的感官評價

選擇10 名感官靈敏的同學(xué)作為評價員，每次評定由評價員獨立完成，成員之間不相互交流，取10 人評定結(jié)果的平均值[18]。排骨湯的感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

1.3.4 排骨湯的風(fēng)味測定

電子鼻檢測：將5 mL樣品裝入樣品瓶中，加蓋密封，平衡后測試。傳感器清洗時間120 s，樣品準(zhǔn)備時間10 s，進樣流量500 mL/min，檢測時間60 s。

電子舌檢測：將樣品冷卻至室溫，待油脂凝固后，抽濾除去湯中大部分的油脂；取除脂后的樣品15 mL裝入電子舌專用杯內(nèi)，測試過程采用自動進樣系統(tǒng)，即探頭先在清洗溶液（蒸餾水）中清洗，然后自動進入樣品中進行測試，循環(huán)往復(fù)收集數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Statistix 8.1軟件中的Tukey HSD程序?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行差異顯著性分析（P=0.05）；采用Origin軟件作圖；電子鼻和電子舌測定數(shù)據(jù)采用自帶的軟件系統(tǒng)進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 排骨湯熬制工藝的單因素試驗結(jié)果

2.1.1 料液比對排骨湯品質(zhì)的影響

小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。下同。

由圖1可知，隨著料液比的增加，排骨湯的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當(dāng)料液比1∶3時，排骨湯的感官評分最高，且不同料液比對排骨湯品質(zhì)的影響有顯著性差異（P<0.05）。當(dāng)降低排骨湯中水的比例時，排骨中的風(fēng)味成分和營養(yǎng)物質(zhì)難以完全溶出，排骨湯稠度偏高；當(dāng)增加水的比例時，排骨湯中的可溶性固形物濃度降低，使得湯汁風(fēng)味偏淡，稠度較低[19]。

PCA是將電子鼻傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，從而最大程度體現(xiàn)不同樣品之間的差異[20-22]。判別指數(shù)（discrimination index，DI）是指進行PCA時樣品區(qū)分程度的表征值，當(dāng)DI在80%～100%之間時說明區(qū)分有效[23-24]。

由圖2可知，在不同料液比烹制排骨湯的電子鼻PCA圖中，第一主成分（PC1）的貢獻率為81.2%，第二主成分（PC2）的貢獻率為10.2 %，二者之和達91.4%，表明PC1和PC2的總貢獻率幾乎包含了樣品的所有信息[25-27]。DI為93.6%，說明不同料液比的排骨湯可以用電子鼻區(qū)分，不同樣品間的揮發(fā)性香氣成分差異明顯。1號樣品橫跨第二、三象限，但是其中有3 個點落在第三象限，可以推測1號樣品的重心落在第三象限[28]。且1號樣品與2、3、4號樣品距離均較遠(yuǎn)，能夠明顯區(qū)分開，表明其整體香氣成分與其他組樣品存在差異。結(jié)合感官評價結(jié)果分析，這可能是由于1號樣品中水的比例最低，影響了風(fēng)味物質(zhì)的浸出。2、3、4號樣品分別分布在第二、第一和第四象限，彼此在圖譜中距離相對較近，說明它們的揮發(fā)性氣味差異相對較小。

由圖3可知，第一主成分的貢獻率為93.7%，第二主成分的貢獻率為3.3%，二者的累計貢獻率為97.0%，能夠反映樣品的整體特性。4 組樣品分別分布在4 個象限，DI為96.7%，彼此間互不干擾，表明電子舌可以明顯區(qū)分不同料液比熬制的排骨湯的滋味。1號樣品與其他3 組樣品區(qū)域間距均較大，表明1號樣品的味道明顯區(qū)別于其他3 組樣品；3、4號樣品的區(qū)域間距較小，說明二者滋味的相似性較高[29]。

2.1.2 煮沸時間對排骨湯品質(zhì)的影響

由圖4可知，隨著湯汁煮沸時間的增加，排骨湯的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當(dāng)煮沸時間為3 min時，排骨湯的感官評分最高，且與其他煮沸時間有顯著性差異（P<0.05）。當(dāng)煮沸時間較短時，湯汁的總體滋味和氣味較弱；當(dāng)煮沸時間較長時，湯汁的風(fēng)味和滋味偏濃，這可能是由于水分大量蒸發(fā)，出湯量明顯減少，影響了湯汁的品質(zhì)。

由圖5可知，第一主成分與第二主成分的貢獻率分別為96.2%和3.0%，二者的累積貢獻率達99.2%，說明這2 個主成分能夠反映排骨湯樣品的整體信息。DI為89.5%，說明不同煮沸時間的排骨湯氣味有明顯差異。1、3號樣品均主要分布在第一象限，2、4號樣品分別分布在第四和第二象限。1、2、3號樣品均分布在Y軸右側(cè)，且在橫坐標(biāo)方向上的距離較近，表明3 組樣品的揮發(fā)性氣味成分比較相近[30]。4號樣品的分布區(qū)域與其他樣品相距最遠(yuǎn)，整體風(fēng)味與其他樣品差異明顯，這可能是由于4號樣品的煮沸時間最長，排骨與水能夠形成強烈的對流，提高了排骨中水溶性物質(zhì)的溶出速率。

由圖6可知，第一主成分的貢獻率為71.8%，第二主成分的貢獻率為19.2%，總貢獻率為91.0%，說明這2 個主成分構(gòu)成的二維平面可以表征不同煮沸時間排骨湯滋味的差異。DI達94.6%，說明4 組樣品的滋味有明顯差異。4 組樣品分布在3 個不同的象限，且均能被很好地區(qū)分。1、4號樣品分布在第一象限，3號樣品分布在第四象限，距離較近，表明3 組樣品的整體風(fēng)味比較接近。2號樣品分布在Y軸左側(cè)，其他3 組樣品分布在Y軸右側(cè)，表明2號樣品中的一些特有物質(zhì)可能對氣味產(chǎn)生了影響，湯汁中的呈味物質(zhì)增加，滋味更加鮮美。

2.1.3 熬制時間對排骨湯品質(zhì)的影響

由圖7可知，隨著湯汁熬制時間的增加，排骨湯的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當(dāng)熬制時間為1.0 h時，排骨湯的感官評分最高，與熬制0.5 h和1.5 h的樣品沒有顯著差異（P>0.05），但與熬制2.0 h的樣品存在顯著差異（P<0.05）。當(dāng)熬制時間較短時，湯汁鮮味不足，香氣淡?。唤?jīng)過長時間的熬煮，湯汁口感醇厚，肉香味濃，這可能是由于排骨中的呈味和營養(yǎng)物質(zhì)充分溶解到湯中，增強了湯的后味；當(dāng)熬制時間過長時，湯汁量減少，顏色加深，口感過于油膩。

由圖8可知，第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為98.5%和0.8%，總貢獻率為99.3%，能夠描述揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)隨熬制時間變化的趨勢。DI為90.9%，圖譜中各組分?jǐn)?shù)據(jù)均分布在各自的區(qū)域內(nèi)，沒有重疊現(xiàn)象。3號樣品橫跨一、四象限，4 個數(shù)據(jù)點所構(gòu)成圖形的重心落在第一象限；4號樣品橫跨一、二象限，推測其重心同樣落在第一象限。2、3、4號樣品位于Y軸右側(cè)，且3 組樣品在第一主成分方向上變化不大，表明它們的氣味成分差異相對較小[31]。1號樣品的數(shù)據(jù)分布在第三象限，且在第一主成分方向上的得分與其他3 組樣品差別很大，表明1號樣品的氣味明顯區(qū)別于其他3 組樣品，這可能是由于1號樣品的熬制時間最短，原料中的水溶性物質(zhì)溶出量少，揮發(fā)性香氣明顯不足。

由圖9可知，2 種主成分的累計貢獻率為96.4%，能夠反映樣品的整體信息。1、2、3、4號樣品分別分布在第四、第一、第二和第三象限，不同熬制時間樣品的數(shù)據(jù)點在第一主成分方向上的變化很大。4 組樣品的DI達97.3%，區(qū)域距離均較遠(yuǎn)，表明4 組樣品的滋味差異非常明顯。結(jié)合感官評價結(jié)果，當(dāng)熬制時間為1.0 h時，能夠增加湯汁中風(fēng)味物質(zhì)的濃度，湯汁中保存了骨湯的特有香味；當(dāng)熬制時間增加到2.0 h時，可能會破壞骨塊表層，風(fēng)味物質(zhì)難以繼續(xù)溶解到骨湯中，湯汁中呈味物質(zhì)不足。

2.2 排骨湯熬制工藝的正交試驗結(jié)果

由表3～4可知，影響排骨湯品質(zhì)的各因素主次順序為熬制時間>料液比>煮沸時間。從每個因素的k1、k2、k3中選取最大值，得出的最優(yōu)方案為A2B2C3，即料液比1∶3.0、煮沸時間3.0 min、熬制時間1.25 h，按此配方制得的排骨湯口感醇厚、滋味圓潤、回味持久、后味足。

熬制時間對排骨湯品質(zhì)的影響最大，熬制時間過短，營養(yǎng)物質(zhì)和風(fēng)味物質(zhì)浸出不足，香味不夠濃郁；熬制時間過長，風(fēng)味物質(zhì)會有一定的破壞，口感上稍顯油膩。料液比也對排骨湯的品質(zhì)具有重要影響，水的添加比例太小，不利于排骨中風(fēng)味成分的釋放；水的比例太大，湯汁中的可溶性固溶物會被稀釋，使得湯汁味道變淡。對排骨湯品質(zhì)影響最小的是煮沸時間，合適的煮沸時間有利于提高湯汁的風(fēng)味。

由圖10可知，第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為96.9%和2.4%，累計貢獻率為99.3%，說明2 種主成分能夠反映9 組排骨湯的整體信息。9組樣品分布在4 個象限，DI為97.2%，說明9 組排骨湯的氣味有明顯差異[32]。

2、3、4號樣品均分布在第三象限，且樣品間相距較近，說明這3 組樣品的氣味成分差異相對較小。結(jié)合實驗條件可知，3 組樣品的熬制時間相差不大，使得它們的揮發(fā)性氣味物質(zhì)比較接近。5號～9號樣品均位于Y軸右側(cè)，7、8號樣品均分布在第一象限，且這2 組樣品在PCA圖中相距最近，說明二者風(fēng)味差異最小。5、6、9號樣品均分布在第四象限，3 組樣品的數(shù)據(jù)點在第一主成分方向上變化不大，在第二主成分方向上基本無變化，表明3 組樣品的整體風(fēng)味接近。1號樣品分布在第二象限，在PCA圖中明顯遠(yuǎn)離其他8 組樣品，表明它與其他樣品的氣味成分差異很大，這是由于1號樣品采用的實驗條件均為最小值，湯汁成分的差異造成了風(fēng)味的差異。

由圖11可知，第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為84.2%和11.6%，總貢獻率為95.8%。9 組排骨湯樣品分布在4 個象限，樣品數(shù)據(jù)有部分重疊。1、2、3、5、8號樣品數(shù)據(jù)有部分重疊，尤其是1～3號樣品的重疊區(qū)域較大，不能得到區(qū)分，說明3 組樣品的滋味具有一定的相似性；5號和8號樣品也有重疊區(qū)域，二者的區(qū)分度不高。4、7號樣品分布在第四象限，6、9號樣品分別分布在二、一象限，這4 組樣品數(shù)據(jù)分布較為分散，其中6、9號樣品與其他樣品差異較大，這可能是由于這4 組樣品的滋味成分明顯不同。

3 結(jié) 論

本研究結(jié)合感官評價，利用電子鼻和電子舌識別不同熬制工藝排骨湯的風(fēng)味物質(zhì)變化。結(jié)果表明，排骨湯熬制的最佳工藝條件為料液比1∶3、煮沸時間3 min、熬制時間75 min，在此條件下制得的排骨湯口感醇厚、滋味圓潤、回味持久、后味足。電子鼻的PCA結(jié)果表明，9 組正交試驗樣品分布在4 個象限，DI為97.2%，排骨湯氣味有明顯差異；電子舌的PCA結(jié)果表明，9 組正交試驗樣品分布在4 個象限，樣品數(shù)據(jù)有部分重疊，排骨湯滋味具有一定的相似性。電子鼻和電子舌的數(shù)據(jù)能夠判別不同熬制工藝條件下排骨湯的風(fēng)味物質(zhì)是否存在差異。本研究結(jié)果可以為排骨湯的品質(zhì)評價提供理論依據(jù)，有助于推進排骨湯的產(chǎn)業(yè)化進程。

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