電子舌對(duì)不同工藝制備的海帶調(diào)味品味感特征分析

曾艷，張穎，郝學(xué)財(cái)，鄧?yán)?，孫媛霞

(1.中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，天津 300308；2.天津春發(fā)生物科技集團(tuán)有限公司，天津 300300)

電子舌對(duì)不同工藝制備的海帶調(diào)味品味感特征分析

曾艷1，張穎1，郝學(xué)財(cái)2，鄧?yán)?，孫媛霞1*

(1.中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，天津 300308；2.天津春發(fā)生物科技集團(tuán)有限公司，天津 300300)

為研究不同工藝制備的海帶調(diào)味品的應(yīng)用可能性，采用電子舌SA402型味覺(jué)分析系統(tǒng)對(duì)1%(W/V)的海帶樣品進(jìn)行了味感差別分析。同時(shí)，為減少酚類物質(zhì)對(duì)樣品鮮味測(cè)試的干擾，使用聚乙烯吡咯烷酮對(duì)40%乙醇提取海帶樣品中的酚類物質(zhì)進(jìn)行了屏蔽。結(jié)果顯示：電子舌能較準(zhǔn)確地辨別不同工藝制備的海帶調(diào)味品，直觀反映各樣品的味感差異；5倍質(zhì)量當(dāng)量的聚乙烯吡咯烷酮能有效去除40%乙醇提取海帶樣品0.5%(W/V)中酚類物質(zhì)對(duì)電子舌鮮味傳感器的影響。

電子舌；味覺(jué)分析；海帶；多酚；聚乙烯吡咯烷酮

雖然目前我國(guó)海帶產(chǎn)量約占全球的50%，居世界首位[1]，但是其加工利用卻仍處于初級(jí)階段，以傳統(tǒng)的鹽漬海帶、海帶結(jié)、海帶卷和海帶絲等為主，再加工品及成品都很少[2]。海帶富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有消腫利尿、降脂降壓等多重功效，除直接食用和藥用外，海帶還具有良好的調(diào)味作用。日、韓利用海帶濃縮汁制取調(diào)味品的歷史悠久，其國(guó)內(nèi)早已有多種相關(guān)商品上市供應(yīng)[3]。近年海帶新型食品制備與海帶調(diào)味品應(yīng)用也受到我國(guó)行內(nèi)人士的廣泛關(guān)注[4,5]，制作工藝差異會(huì)造成海帶食品風(fēng)味不同，而風(fēng)味口感對(duì)海帶調(diào)味品的質(zhì)量監(jiān)控與市場(chǎng)推廣影響重大，因此有必要對(duì)開(kāi)發(fā)的海帶調(diào)味品進(jìn)行味感分析。

食品感官評(píng)價(jià)存在主觀性強(qiáng)、易受環(huán)境影響、精確度低等弊端[6]。電子舌作為一類模擬人體舌頭味覺(jué)機(jī)理的智能識(shí)別電子系統(tǒng)，由交互敏感傳感器陣列、信號(hào)采集電路、基于模式識(shí)別的數(shù)據(jù)處理方法組成，具有能整體選擇同類味覺(jué)物質(zhì)，體現(xiàn)味覺(jué)物質(zhì)間相互作用，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，重復(fù)性好，可對(duì)樣品進(jìn)行量化測(cè)試的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在茶類[7]、酒類[8]、飲料[9]、肉制品[10]、乳制品[11]等食品品質(zhì)的分析檢測(cè)上。

本實(shí)驗(yàn)采用電子舌技術(shù)測(cè)試了自制海帶調(diào)味品的鮮、咸、苦、澀、酸味，以考察不同制備工藝與海帶調(diào)味品味覺(jué)特征的聯(lián)系，為企業(yè)后續(xù)海帶調(diào)味品的開(kāi)發(fā)提供參考。此外，鑒于鮮味是水產(chǎn)調(diào)味品的重要指標(biāo)，而海帶的酚類物質(zhì)會(huì)干擾電子舌鮮味傳感器測(cè)試，以40%乙醇提取的海帶樣品為研究對(duì)象，考察了聚乙烯吡咯烷酮對(duì)酚類物質(zhì)鮮味干擾的屏蔽效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

利用不同制備工藝獲得6個(gè)海帶調(diào)味樣品：40%乙醇提取海帶樣品(S1)，60%乙醇提取海帶樣品(S2)，利用褐藻膠裂解酶、纖維素酶分別酶解海帶樣品(S3和S4)，利用本實(shí)驗(yàn)室篩選獲得的芽孢桿菌(CGMCC No.9391)、戊糖片球菌PC-5分別發(fā)酵海帶樣品(S5和S6)。所有樣品均為提取、酶解或發(fā)酵后離心所得上清液，經(jīng)冷凍真空干燥后冷藏用于實(shí)驗(yàn)。

鮮味標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)谷氨酸鈉(monosodium glutamate，MSG)，咸味標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氯化鈉(NaCl)，苦味標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鹽酸奎寧，澀味標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鞣酸，酸味標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)酒石酸，F(xiàn)olin-Ciocalteu試劑，多酚標(biāo)準(zhǔn)樣品沒(méi)食子酸，聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)，購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

味覺(jué)分析試驗(yàn)在日本Insent公司SA402型味覺(jué)分析系統(tǒng)上進(jìn)行。該系統(tǒng)以類脂膜作為味覺(jué)傳感器，當(dāng)類脂薄膜的一側(cè)與味覺(jué)物質(zhì)接觸時(shí)，膜電勢(shì)發(fā)生變化而產(chǎn)生響應(yīng)值。儀器加載5種傳感器電極AAE，CT0，C00，AE1，CA0和2個(gè)參比電極，分別用于測(cè)試食物的鮮、咸、苦、澀、酸5種味道及其回味。

多酚含量測(cè)試在日本島津公司UV-1800型紫外分光光度計(jì)上進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 味覺(jué)分析試驗(yàn)

將100 mL沸水與1 g海帶樣品混合，常溫靜置10 min，過(guò)濾。移取冷卻的濾液35 mL進(jìn)行電子舌檢測(cè)。檢測(cè)流程為系統(tǒng)設(shè)定程序，包括參比溶液電勢(shì)測(cè)定→樣品溶液電勢(shì)測(cè)定(味覺(jué)測(cè)試)→電極簡(jiǎn)單清洗→參比溶液電勢(shì)再次測(cè)定(回味測(cè)試)→電極徹底清洗。每個(gè)樣品檢測(cè)4次, 運(yùn)用系統(tǒng)自帶數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，對(duì)后3次的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行味覺(jué)特征分析[12]。

不同濃度的味覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，也按照相同的檢測(cè)流程與數(shù)據(jù)分析流程進(jìn)行味覺(jué)測(cè)試分析。

1.3.2 海帶樣品中的多酚含量測(cè)定

多酚含量的測(cè)試采用Folin-Ciocalteu 比色法[13]進(jìn)行。移取10 mg/mL海帶樣品水溶液0.5 mL于試管中，加入2.5 mL的0.2 mol/L福林酚試劑，振蕩?kù)o置5 min后，加入2 mL的7.5% (W/V) Na2CO3溶液振蕩，室溫靜置60 min。測(cè)定765 nm處的吸光度。使用10，20，30，40，50 μg/mL的沒(méi)食子酸溶液為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，根據(jù)同樣步驟測(cè)試的結(jié)果繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同海帶調(diào)味品的味覺(jué)品質(zhì)與其制備工藝的關(guān)系

雷達(dá)圖可以清晰、直觀地反映由電子舌測(cè)定的不同海帶調(diào)味品的味覺(jué)響應(yīng)[14]。

圖1 不同海帶調(diào)味樣品的味覺(jué)雷達(dá)圖

由圖1可知，除戊糖片球菌發(fā)酵的海帶樣品S6外，其他5種海帶調(diào)味品測(cè)試的味覺(jué)響應(yīng)具有相似的輪廓，鮮味、苦味與澀味的響應(yīng)強(qiáng)度接近，而在酸味、咸味上的響應(yīng)強(qiáng)度有所差異。

進(jìn)一步使用三維散點(diǎn)圖分析水產(chǎn)調(diào)味品上比較關(guān)注的鮮味以及樣品在味覺(jué)響應(yīng)強(qiáng)度上有所差異的咸味、酸味。

圖2 不同海帶調(diào)味樣品的味覺(jué)指標(biāo)三維散點(diǎn)圖

由圖2可知，戊糖片球菌發(fā)酵的海帶樣品S6酸味強(qiáng)度高，鮮味強(qiáng)度低；乙醇水溶液提取的海帶樣品S1和S2咸味響應(yīng)值高；而褐藻膠裂解酶酶解海帶樣品S3、纖維素酶酶解海帶樣品S4以及芽孢桿菌發(fā)酵海帶樣品S5三者味覺(jué)響應(yīng)差別不大，這一結(jié)果與各樣品的制造工藝息息相關(guān)。戊糖片球菌發(fā)酵海帶過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生如乙酸、乳酸等酸類物質(zhì)，同時(shí)其還能將谷氨酸轉(zhuǎn)化為γ-氨基丁酸，降低海帶中鮮味物質(zhì)谷氨酸鈉的含量[15]，因此戊糖片球菌發(fā)酵樣品相對(duì)酸味強(qiáng)，鮮味低。與酶解或發(fā)酵海帶樣品相比，乙醇水溶液提取的樣品蛋白與多糖含量少，主要成分為鹵化鹽，因此咸味重。實(shí)驗(yàn)所用纖維素酶和褐藻膠裂解酶是復(fù)合酶體系，對(duì)海帶可能具有相似的水解作用，而自篩的芽孢桿菌被證實(shí)在產(chǎn)生褐藻膠裂解酶外，還分泌纖維素酶，因此這三者作用的海帶調(diào)味品的味覺(jué)品質(zhì)類似。

2.2 主成分分析與聚類分析

主成分分析(principle component analysis，PCA)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，將多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)互不相關(guān)綜合變量的統(tǒng)計(jì)分析方法，其能排除眾多共存信號(hào)中的重疊信息[16]。6種海帶調(diào)味品的味覺(jué)品質(zhì)主成分分析得分圖見(jiàn)圖3。

圖3 不同海帶調(diào)味樣品味覺(jué)指標(biāo)的主成分分析圖

主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的方差貢獻(xiàn)率分別為59.86%和39.15%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為99.01%，超過(guò)85%，說(shuō)明PC1和PC2可以充分反映樣品原有的指標(biāo)信息[17]。6種海帶調(diào)味品3次重復(fù)的味覺(jué)測(cè)試指標(biāo)沒(méi)有完全重合區(qū)域，存在一定的差異，而相似工藝制備的海帶調(diào)味品味覺(jué)測(cè)試指標(biāo)靠近，說(shuō)明SA402型味覺(jué)分析系統(tǒng)的重復(fù)性好，可以較好地區(qū)分由不同工藝制備的海帶調(diào)味品。

聚類分析(cluster analysis，CA)將一批樣品或指標(biāo)按照它們?cè)谛再|(zhì)上的親疏、相似程度進(jìn)行分類，使類間相似性盡量小，類內(nèi)相似性盡量大，通過(guò)分類分析不同樣品間的相似度。對(duì)6個(gè)海帶調(diào)味品進(jìn)行聚類分析的結(jié)果見(jiàn)圖4。橫坐標(biāo)的標(biāo)度由距離比例進(jìn)行重新標(biāo)定，不影響分類結(jié)果[18]。

圖4 不同海帶調(diào)味樣品味覺(jué)指標(biāo)的聚類分析圖

由圖4可知，纖維素酶水解、褐藻膠裂解酶水解以及芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)的海帶調(diào)味樣品在標(biāo)度為1左右就聚為一類，說(shuō)明這3種樣品的味感品質(zhì)極其相似，這一結(jié)果與樣品制備工藝的先前分析吻合。用不同濃度乙醇提取的海帶樣品在標(biāo)度為2左右聚為一類。而戊糖片球菌的發(fā)酵樣品與這5種樣品的味覺(jué)特征評(píng)價(jià)相差甚遠(yuǎn)[19]。

2.3 PVPP對(duì)鮮味測(cè)試干擾的屏蔽作用

根據(jù)先前報(bào)道，茶葉中兒茶素類多酚物質(zhì)會(huì)對(duì)SA402型味覺(jué)分析系統(tǒng)的鮮味測(cè)定造成干擾，而適量的PVPP能有效去除多酚，降低干擾[20]。在測(cè)定各海帶調(diào)味品多酚含量的基礎(chǔ)上，針對(duì)制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、鮮咸味評(píng)價(jià)指數(shù)高、酚類含量低的40%乙醇提取海帶樣品S1(多酚含量為0.126%)，進(jìn)行了PVPP對(duì)鮮味測(cè)試干擾的屏蔽作用實(shí)驗(yàn)。首先測(cè)試了40%乙醇提取海帶樣品在不同濃度下的鮮味電極電勢(shì)響應(yīng)值，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 40%乙醇海帶提取物在不同濃度下的鮮味電極電勢(shì)響應(yīng)

40%乙醇提取海帶樣品在鮮味電極上的電勢(shì)響應(yīng)值隨濃度的變化呈指數(shù)擬合趨勢(shì) (y =-34.33+34.15ex/0.133)，濃度越大，電勢(shì)響應(yīng)值越小。在超過(guò)1%(W/V)濃度下電勢(shì)響應(yīng)值趨于極值-34.33 mV，因此，選擇0.5%(W/V)為考察PVPP屏蔽作用的樣品濃度。

于常溫下向0.5%(W/V)的40%乙醇提取海帶樣品中加入不同質(zhì)量當(dāng)量的PVPP，每隔10 min攪拌5 min，持續(xù)總時(shí)長(zhǎng)達(dá)1 h后過(guò)濾，所得過(guò)濾清液用于鮮味味覺(jué)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 40%乙醇海帶提取物(0.5%，W/V)在不同當(dāng)量PVPP存在下的鮮味電極電勢(shì)響應(yīng)

隨著PVPP添加量的增加，鮮味電極的電勢(shì)響應(yīng)值增加，兩者呈指數(shù)擬合趨勢(shì)(y=-19.85-12.27ex/1.26)，在添加5倍質(zhì)量當(dāng)量的PVPP時(shí)，鮮味電極的電勢(shì)響應(yīng)值趨于穩(wěn)定。根據(jù)MSG在不同濃度下的鮮味電勢(shì)響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線可知，在不添加PVPP時(shí)，40%乙醇提取海帶樣品在0.5%(W/V)濃度下的鮮味與1 mmol/L的MSG持平，而在加入足量PVPP屏蔽干擾物質(zhì)后，其鮮味僅與0.55 mmol/L的MSG持平。這說(shuō)明雖然多酚在40%乙醇提取海帶樣品中的含量不高，卻能對(duì)鮮味味覺(jué)響應(yīng)造成大的干擾。

3 結(jié)論

首次采用電子舌智能系統(tǒng)對(duì)海帶調(diào)味品進(jìn)行了味覺(jué)檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵制備的海帶樣品酸味強(qiáng)度高，鮮味強(qiáng)度低；乙醇水溶液提取的海帶樣品咸味重；而通過(guò)褐藻膠裂解酶酶解、纖維素酶酶解以及芽孢桿菌發(fā)酵制備的3種海帶樣品，由于復(fù)合酶系的酶解作用相似，味覺(jué)響應(yīng)差別不大。主成分分析與聚類分析結(jié)果說(shuō)明電子舌設(shè)備能較好地辨別根據(jù)不同工藝原理制備的海帶調(diào)味品味覺(jué)差異，有望在海帶調(diào)味品風(fēng)味分析上進(jìn)行推廣。此外，使用PVPP對(duì)40%乙醇海帶提取物中的多酚進(jìn)行了絡(luò)合屏蔽，發(fā)現(xiàn)其能有效去除多酚對(duì)電子舌SA402型味覺(jué)分析系統(tǒng)鮮味測(cè)試的干擾。這一結(jié)果說(shuō)明使用電子舌進(jìn)行味覺(jué)分析時(shí)，應(yīng)對(duì)電子舌的工作原理與待分析物質(zhì)的組成多加了解把握，以期獲得更為準(zhǔn)確的儀器味覺(jué)分析信息。

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Analysis of Taste Characteristics ofLaminariajaponicaCondiment Prepared by Different Process with Electronic Tongue

ZENG Yan1, ZHANG Ying1, HAO Xue-cai2, DENG Li2, SUN Yuan-xia1*

(1.Tianjin Institute of Industrial Biotechnology, Chinese Academy of Sciences, Tianjin 300308, China; 2.Tianjin Chunfa Bio-Technology Group Co., Ltd., Tianjin 300300, China)

To explore the application possibility ofLaminariajaponicacondiment prepared by different process, SA402 taste analysis system is used to detect the taste difference ofLaminariajaponicacondiment with the concentration of 1% (W/V). At the same time, to reduce the interference of phenols to umami test, phenols inLaminariajaponicacondiment being extracted with 40% ethanol is removed by polyvinylpyrrolidone. The result shows that electronic tongue could distinguishLaminariajaponicacondiment prepared by different methods. At the concentration of 0.5% (W/V), 5 equivalent polyvinylpyrrolidone could solve the interference well to the umami measurement of the sample extracted with 40% ethanol.

electronic tongue; taste analysis;Laminariajaponica; polyphenols; polyvinylpyrrolidone

2016-07-12 *通訊作者

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2013AA102105)；國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2014GB2A100504)

曾艷(1982-)，女，助理研究員，博士，研究方向：天然活性物質(zhì)；

孫媛霞(1963-)，女，研究員，博士，研究方向：功能糖與天然活性物質(zhì)。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.01.018

1000-9973(2017)01-0080-05