基于電子舌技術(shù)的有機(jī)低鈉鹽配方呈味特性研究

惠延波，白薇薇，樊留強(qiáng)，孫思佳，陽(yáng)雨妍

(1.河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，鄭州 450001;2.河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，鄭州 450001; 3.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210094)

基于電子舌技術(shù)的有機(jī)低鈉鹽配方呈味特性研究

惠延波1，白薇薇1，樊留強(qiáng)1，孫思佳2，陽(yáng)雨妍3

(1.河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，鄭州 450001;2.河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，鄭州 450001; 3.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南京 210094)

食鹽是人類生活中的重要調(diào)劑品，在日益注重生活品質(zhì)與生活健康的今天，低鈉鹽成為更多人的選擇。文章采用法國(guó)Alpha M.O.S公司ASTREE電子舌采集樣品溶液的味覺信息，研究低鈉鹽配方的呈味特性，分析了氯化鉀、葡萄糖酸鈉的呈味屬性，利用DFA和PCA兩種模式識(shí)別方法對(duì)低鈉鹽配方及其他樣品溶液進(jìn)行定性分析評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩種模式識(shí)別方法均能夠?qū)Σ煌外c鹽配方的呈味特性進(jìn)行有效判別，電子舌為不同配方的低鈉鹽呈味特性研究提供了一種快速的檢測(cè)方法。

有機(jī)低鈉鹽；電子舌；咸味；判別因子法(DFA)；主成分分析法(PCA)

食鹽是烹飪中的一種必不可少的調(diào)味品，也對(duì)維持身體健康有著重要作用[1]。但食鹽的過量攝入會(huì)導(dǎo)致高血壓、骨質(zhì)疏松、腎結(jié)石等疾病，對(duì)人體健康構(gòu)成威脅[2]，因此在保證咸味的前提下，開發(fā)出低鈉又具有保健作用的食鹽替代物就顯得十分重要[3]。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)、市面售賣的品種及預(yù)實(shí)驗(yàn)初篩的結(jié)果，選取氯化鉀和葡萄糖酸鈉作為食鹽的部分替代物。氯化鉀咸味純正，咸度高于同濃度的氯化鈉，但口感較差，苦澀味明顯，葡萄糖酸鈉作為一種新型的功能呈味調(diào)料，能夠改善食品呈味特性，掩蓋不良苦味、澀味，但咸度較低，不能大量食用。尋找一種咸味與口感俱佳的低鈉鹽配方[4]，可以降低每日的鈉元素?cái)z取量。

電子舌[5-8]作為一種能快速檢測(cè)味覺品質(zhì)的新技術(shù)，可以對(duì)樣品進(jìn)行味覺的量化，克服感官評(píng)價(jià)易受主觀影響的不足，具有重復(fù)性、高靈敏性、可靠性等優(yōu)勢(shì)。本文采用法國(guó)Alpha M.O.S公司ASTREE電子舌的電勢(shì)型味覺傳感器來(lái)采集樣品溶液信號(hào)[9]，對(duì)不同配方的低鈉鹽呈味特性進(jìn)行定性分析評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)材料、儀器與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)樣品為氯化鈉、氯化鉀、葡萄糖酸鈉、奎寧以及7種低鈉鹽配方溶液。配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉和奎寧溶液，分別作為咸味和苦味的標(biāo)準(zhǔn)參比液。分別配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鉀、葡萄糖酸鈉溶液。根據(jù)市面上已存在的低鈉鹽品種及食鹽產(chǎn)業(yè)的相關(guān)規(guī)定確定低鈉鹽配方中3種物質(zhì)的配比范圍，考慮到人體內(nèi)存在的鈉鉀平衡以及氯化鉀和葡萄糖酸鈉的咸度和口感，以復(fù)配鹽的總量為1設(shè)計(jì)的低鈉鹽最終的因素和水平是氯化鈉為0.5～0.6，氯化鉀為0.2～0.3，葡萄糖酸鈉為0.1～0.2。根據(jù)復(fù)配鹽中各物料的最低值與最高值，借助試驗(yàn)軟件Design Expert進(jìn)行低鈉鹽配方設(shè)計(jì)，給出7種配方，見表1，所測(cè)樣品一共為30種。

表1 測(cè)量樣品及編號(hào)

續(xù) 表

1.2 試驗(yàn)儀器與方法

利用法國(guó)ASTREE電勢(shì)型電子舌對(duì)7種不同濃度的氯化鈉溶液、5種不同濃度的氯化鉀溶液、5種不同濃度的葡萄糖酸鈉溶液、6種不同濃度的奎寧溶液以及7種低鈉鹽配方溶液進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用的電子舌是由16位自動(dòng)進(jìn)樣器、傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集和控制器、模式識(shí)別軟件等部分組成。其中，傳感器陣列由7根具有交互敏感性的生物膜傳感器(ZZ，JE，BB，CA，GA，HA和JB)和1個(gè)Ag/AgCl參比電極組成。數(shù)據(jù)采集前，電子舌系統(tǒng)需完成活化、自檢、初始化、校準(zhǔn)和診斷試驗(yàn)。

將配制好的樣品溶液按對(duì)應(yīng)編號(hào)放入電子舌專用燒杯中，蒸餾水作為洗液，按照待測(cè)液→洗液→待測(cè)液的交替順序放入電子舌進(jìn)樣器。樣品數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為120 s，每個(gè)樣品重復(fù)采集10次。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

判別函數(shù)分析(DFA)[10-12]是通過重新組合傳感器數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化區(qū)分性的分類技術(shù)，DFA在保存現(xiàn)有信息的前提下，使同類數(shù)據(jù)間的差異性盡量縮小，不同類數(shù)據(jù)間的差異盡量擴(kuò)大。主成分分析法(PCA)是一種降維處理技術(shù)，能夠把原來(lái)多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)綜合指標(biāo)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法。主成分分析的主要目的是壓縮變量個(gè)數(shù)，用較少的變量去解釋原始數(shù)據(jù)中的大部分信息，剔除冗余信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)價(jià)

從對(duì)咸味和苦味敏感的專業(yè)人員中篩選出10名身體健康、嗅、味覺敏感性好的感官評(píng)價(jià)員(男女比例為 1∶1)組成品嘗小組。評(píng)價(jià)員身上不帶有氣味，其自身也不在饑餓或是疲憊的狀態(tài)下進(jìn)行感官品評(píng)，并且評(píng)價(jià)員之間不能進(jìn)行交流。分別稱取一定量的低鈉鹽配方溶液，每次品嘗前用30 ℃溫水漱口，2次品嘗間隔25 min，然后由品嘗小組依據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見表2)，分別對(duì)低鈉鹽配方溶液的咸度和口感進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)分結(jié)果取10人評(píng)分的平均值。

表2 鹽溶液的咸度、口感評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

不同配方的低鈉鹽溶液咸度和口感得分值見表3。

表3 低鈉鹽配方的咸味與口感得分值

由表3可知，配方3,6,7的咸味得分值較高，但是配方6,7的口感得分值較低。

2.2 DFA分析

對(duì)不同梯度濃度的氯化鈉、氯化鉀、葡萄糖酸鈉、奎寧和低鈉鹽配方溶液樣本建立DFA模型，DFA分析方法使樣品組間重心距離最大的同時(shí)保證組內(nèi)差異最小，從而建立判別函數(shù)和判別準(zhǔn)則，將距離最近的兩類樣品判定為相似樣品?；谂袆e因子分析法建模，得到各樣品的區(qū)分圖，見圖1。

圖1 氯化鈉、氯化鉀、葡萄糖酸鈉和奎寧溶液的DFA分析

由圖1可知，判別因子DF1和DF2貢獻(xiàn)率分別為95.54%，3.774%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到99.314%，氯化鉀溶液與氯化鈉溶液樣品的距離最小，葡萄糖酸鈉溶液樣品與氯化鈉、奎寧溶液樣品均有一定距離。根據(jù)DFA判別可得氯化鉀與氯化鈉最為接近，即氯化鉀呈咸味明顯，而葡萄糖酸鈉呈咸味和苦味均不明顯。驗(yàn)證了氯化鉀咸味純正、葡萄糖酸鈉咸度較低的呈味屬性。

7種配方溶液和不同梯度濃度的氯化鈉溶液的DFA分析結(jié)果見圖2。

圖2 配方溶液和氯化鈉溶液的DFA分析

由圖2可知，判別因子DF1和DF2貢獻(xiàn)率分別為67.671%,17.633%，總貢獻(xiàn)率為85.304%，能將不同種類的樣品溶液區(qū)別開。7種配方溶液均與氯化鈉溶液距離近，這與配方中含有的氯化鉀咸味純正、咸度高于同濃度的氯化鈉是相符合的。在咸度方面，各配方可以作為氯化鈉的替代物，而配方中的苦澀味(氯化鉀苦澀味明顯)能否被掩蓋，則需要進(jìn)一步研究。

7種配方溶液和奎寧溶液的DFA分析結(jié)果見圖3。

圖3 配方溶液和奎寧溶液的DFA分析

由圖3可知，7種配方溶液分布區(qū)域集中，相互之間的距離較小，說明各配方在奎寧作為標(biāo)準(zhǔn)苦溶液的DFA分析下，苦味差異不大。而配方溶液與奎寧溶液距離較遠(yuǎn)，這與配方中含有一定量的葡萄糖酸鈉(可以掩蓋不良苦味、澀味)有關(guān)，表明配方中的苦澀味已經(jīng)不明顯了。

7種低鈉鹽配方溶液和不同梯度濃度的氯化鈉、奎寧溶液的DFA分析結(jié)果見圖4。

圖4 配方溶液、氯化鈉和奎寧溶液的DFA分析

由圖4可知，判別因子DF1和DF2貢獻(xiàn)率分別為98.833%，0.6743%，總貢獻(xiàn)率為99.507%。7種配方溶液均分布在氯化鈉溶液周圍，與奎寧溶液相距較遠(yuǎn)，進(jìn)一步說明了所測(cè)配方溶液較為接近鹽溶液，呈咸味明顯。其中配方3,6,7與氯化鈉溶液的距離較小，表明這3種配方在咸度方面與氯化鈉溶液較為相近，可作為最佳配方的選擇。

2.3 PCA分析

主成分分析能夠壓縮變量個(gè)數(shù)，用較少的變量去解釋原始數(shù)據(jù)中的大部分信息，剔除冗余信息?；谥鞒煞址治龇?，得到各樣品主成分得分圖，見圖5。

圖5 氯化鈉、氯化鉀、葡萄糖酸鈉和奎寧溶液的PCA分析

由圖5可知，主成分PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為90.014%,9.764%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到99.778%，不同濃度的氯化鉀和氯化鈉溶液幾乎分布在同一區(qū)域，且距離奎寧溶液較近，可知氯化鉀具有咸味和苦味。而葡萄糖酸鈉溶液與氯化鈉溶液、奎寧溶液完全區(qū)分開，可得葡萄糖酸鈉呈咸味和苦味均不明顯。PCA分析驗(yàn)證了氯化鉀咸味純正，同時(shí)呈一定苦味，葡萄糖酸鈉咸味寡淡、無(wú)苦澀味的呈味屬性。

7種配方溶液和氯化鈉溶液的PCA分析結(jié)果見圖6。

圖6 配方溶液和氯化鈉溶液的PCA分析

由圖6可知，前2個(gè)主成分PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為79.356%,10.074%，總貢獻(xiàn)率為89.430%。各配方溶液與氯化鈉溶液咸味較為相近，配方呈咸味明顯，這與氯化鉀咸度純正相符合，證實(shí)了氯化鉀為增加配方的咸度起到了很大的作用。

為了探究配方的苦味特性，將奎寧作為標(biāo)準(zhǔn)苦溶液，對(duì)各配方進(jìn)行PCA分析結(jié)果見圖7。

圖7 配方溶液和奎寧溶液的PCA分析

由圖7可知，各配方的落點(diǎn)區(qū)域較近，表明其苦味相當(dāng)。而配方溶液與奎寧溶液能完全區(qū)別開，說明各配方苦味不明顯，同時(shí)證實(shí)了葡萄糖酸鈉可以掩蓋苦澀味的作用，為配方的可行性提供了一定的依據(jù)。

7種配方溶液、不同梯度濃度氯化鈉溶液和不同梯度濃度奎寧溶液的主成分分析結(jié)果見圖8。

圖8 配方溶液和氯化鈉、奎寧溶液的PCA分析

由圖8可知，前2個(gè)主成分PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為96.513%,2.421%，總貢獻(xiàn)率為98.934%，各種配方與氯化鈉溶液的分布較近，而與奎寧溶液區(qū)分開。其中，配方3、配方6和配方7在咸度上與氯化鈉溶液更為接近。運(yùn)用該方法可快速分析低鈉鹽配方的呈味特性，為最佳配方的選擇提供一定的指導(dǎo)作用。

3 結(jié)論

本文采用法國(guó)Alpha M.O.S電子舌對(duì)不同梯度濃度的氯化鈉、氯化鉀、葡糖糖酸鈉、奎寧以及7種由不同比例氯化鈉、氯化鉀、葡糖糖酸鈉組成的配方溶液進(jìn)行檢測(cè)，分別采用判別因子分析(DFA)和主成分分析(PCA)兩種模式識(shí)別方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用DFA和PCA法分析數(shù)據(jù)，得出氯化鉀溶液呈咸味明顯，且具有苦味；而葡萄糖酸鈉溶液呈咸味不明顯，呈苦味也不明顯；判別出7種低鈉鹽配方溶液均呈咸味明顯，呈苦味不明顯；結(jié)合感官評(píng)價(jià)得分，建議選擇配方3為最佳的低鈉鹽配方。電子舌應(yīng)用為不同配方的低鈉鹽呈味特性研究提供了一種快速的檢測(cè)方法。

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Study on Sensory Characteristics of Organic Low Sodium Salt Formula Based on Electronic Tongue Technology

HUI Yan-bo1, BAI Wei-wei1, FAN Liu-qiang1, SUN Si-jia2, YANG Yu-yan3

(1.College of Electrical Engineering,He'nan University of Technology, Zhengzhou 450001, China;2.College of Biotechnology,He'nan University of Technology, Zhengzhou 450001, China;3.College of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094,China)

Salt is an important condiment in human's daily life, as people focusing on the quality and health of life increasingly, more and more people prefer to choose low sodium salt. The taste information of sample solution is collected by French ASTREE electronic tongue of Alpha M.O.S., and the sensory characteristics of the low sodium salt formula are also studied. Analyze the flavor properties of potassium chloride and sodium glucose. The methods of discriminant function analysis(DFA) and principal component analysis(PCA) are used for the qualitative analysis of low sodium salt formula and other samples. The results show that two recognition methods can effectively distinguish the sensory characteristics of different low sodium salt formulas. Electronic tongue provides a rapid method to study the sensory characteristics of different low sodium salt formulas.

organic low sodium salt; electronic tongue; salty; discriminant function analysis(DFA); principal component analysis(PCA)

2016-12-05

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃(2012BAF12B13)；糧食信息處理與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(KF11-2015-101)

惠延波(1964-)，男，教授，博士，研究方向：制造業(yè)信息化、糧油食品檢測(cè)技術(shù)與裝置； 白薇薇(1992-)，女，傣族，碩士，研究方向：糧油食品檢測(cè)技術(shù)與裝置。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.05.023

1000-9973(2017)05-0107-04