電子鼻及QDA法分析 在膠原蛋白肽固體飲料感官品質(zhì)中的應(yīng)用

高曉雪，宮建輝，徐熙明，王勝男，董彥博，徐宇明

（北京姿美堂生物技術(shù)有限公司，北京 100041）

膠原蛋白是一種高分子功能性蛋白質(zhì)，具有多種生物活性、高生物利用度和良好的生物相容性，因此常被用作重要的活性成分添加于食品中[1-2]。口服膠原蛋白類的產(chǎn)品對(duì)保持皮膚濕潤(rùn)、減少皮膚皺紋、改善面部皮膚彈性等具有明顯作用，這已被很多研究證明[3-4]。目前，由于鱈魚魚皮中分離的膠原蛋白易被人體吸收，且利用率較高，其生物安全性方面也表現(xiàn)得比較優(yōu)異，因此市售的膠原蛋白多來源于深海鱈魚，且已被廣泛應(yīng)用于保健食品、美容護(hù)膚、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域[2-4]。

固體飲料是指以食品或植物提取物為原料，通過添加合適的食品輔料或添加劑制成的粉末狀、顆粒狀的固態(tài)產(chǎn)品，具有風(fēng)味獨(dú)特、貯存期長(zhǎng)、易攜帶等特點(diǎn)[5-6]。相比于普通飲料，固體飲料中固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，營(yíng)養(yǎng)更豐富，更易包裝，風(fēng)味保持更久，且不易腐敗變質(zhì)[7-8]。近年來，膠原蛋白肽類相關(guān)功能性食品深得消費(fèi)者的厚愛，而果汁產(chǎn)品由于其營(yíng)養(yǎng)和工藝特性而適合于功能性食品的生產(chǎn)，因此膠原蛋白類的果味固體飲料產(chǎn)品在市場(chǎng)中一直占據(jù)著強(qiáng)勢(shì)地位[9]。

通常采用人工感官來評(píng)價(jià)食品品質(zhì)，而人工感官常伴有心理和生理狀況的影響，造成主觀性誤差的感官評(píng)價(jià)[10]。相較于人工感官，電子鼻技術(shù)是檢測(cè)揮發(fā)性風(fēng)味領(lǐng)域的新興技術(shù)，其是一種由氣敏傳感器陣列和模式識(shí)別系統(tǒng)組成的智能識(shí)別氣體的儀器,具有客觀性[11]。目前，電子鼻技術(shù)已成功地應(yīng)用于茶[12]、果汁[13]、肉制品[14]等其他食品的風(fēng)味分析中，電子鼻彌補(bǔ)了感官評(píng)價(jià)的局限性[10]。目前，關(guān)于QDA聯(lián)合消費(fèi)者口味測(cè)試和電子鼻技術(shù)在固體飲料感官評(píng)定方面的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道。果味的膠原蛋白肽固體飲料，也成為各飲料生產(chǎn)商爭(zhēng)相推出的功能性產(chǎn)品。風(fēng)味作為固體飲料感官屬性中最重要的組成部分，主要指沖調(diào)后的固體飲料入口后隨著咀嚼和吞咽，所感受到的氣味、滋味和視覺的綜合感覺。本文采用QDA及電子鼻技術(shù)對(duì)5款不同果味配方的膠原蛋白肽固體飲料風(fēng)味進(jìn)行感官分析，并結(jié)合消費(fèi)者感官測(cè)試結(jié)果，為膠原蛋白肽選擇合適配料，提高產(chǎn)品質(zhì)量及新產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純凈水；5種不同果味配方的膠原蛋白肽固體飲料，其主要原料由膠原蛋白肽、柳橙粉、蔓越莓粉和草莓粉等成分組成。本實(shí)驗(yàn)樣品由北京姿美堂生物技術(shù)有限公司提供，固體飲料樣品為純膠原蛋白肽、柳橙味膠原蛋白肽、蔓越莓味膠原蛋白肽和兩款草莓味膠原蛋白肽的產(chǎn)品作為樣品分別標(biāo)記為樣品A、B、C、D和E。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3電子鼻，德國(guó)AIRSENSE；感官審評(píng)設(shè)備：樣品盤；審評(píng)碗；審評(píng)杯；天平；計(jì)時(shí)器；攪拌匙；廢液桶；燒水壺。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

將5款不同果味配方的膠原蛋白肽分別稱取6 g，使用100 mL、40 ℃左右的水沖調(diào)，攪拌均勻至溶解完全后分發(fā)給每個(gè)人一份。

1.3.2 感官評(píng)價(jià)方法

參照金婷等[15]方法，采用QDA法對(duì)樣品進(jìn)行人工感官評(píng)價(jià)。招募100人作為感官評(píng)價(jià)候選成員，通過問卷調(diào)查篩選，參照《感官分析 選拔、培訓(xùn)與管理評(píng)價(jià)員一般導(dǎo)則 第1部；優(yōu)選評(píng)價(jià)員》 (GB/T 16291.1—2012)，對(duì)招募的人員進(jìn)行感官辨別能力、靈敏性及描述能力等方面的測(cè)試，最終挑選12人組成感官評(píng)價(jià)小組并進(jìn)行培訓(xùn)。將樣品沖調(diào)后置于透明玻璃杯中，在9:00開始本實(shí)驗(yàn)。參照《感官分析 通過多元分析方法鑒定和選擇用于建立感官的描述詞》（GB/T 16861—1997），感官人員進(jìn)行討論并確定樣品描述詞及其定義，使用9點(diǎn)標(biāo)度來表示樣品強(qiáng)度，1表示強(qiáng)度最弱，9則表示極強(qiáng)。感官實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)得分[15]。

1.3.3 電子鼻檢測(cè)

取3 g不同口味的膠原蛋白粉置于100 mL燒杯中，并加入50 mL水沖調(diào)混勻穩(wěn)定后，使用雙層保鮮膜封口，每個(gè)樣品做3組平行，利用頂空吸氣法進(jìn)行電子鼻測(cè)定。電子鼻測(cè)樣條件：傳感器歸零時(shí)間為5 s；樣品進(jìn)樣流量為400 mL/min；測(cè)量時(shí)間為80 s；空氣為載氣；穩(wěn)定時(shí)間為5 s；清洗時(shí)間為 100 s[16]。電子鼻性能描述見表1。

表1 電子鼻傳感器性能描述

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

利用軟件WinMuster對(duì)電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用IBM SPSS Statistics 26軟件對(duì)不同果味膠原蛋白肽固體飲料的感官特征進(jìn)行方差分析，采用origin2019b32Bit軟件對(duì)不同口味膠原蛋白肽固體飲料的感官特征進(jìn)行主成分分析和雷達(dá)圖分析。利用TBtools軟件進(jìn)行熱圖分析及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同膠原蛋白肽固體飲料的感官描述詞匯表的建立

感官人員通過重復(fù)觀察及品嘗3～4輪，讓其熟悉膠原蛋白肽固體飲料產(chǎn)品的感官特性，提倡感官品評(píng)人員選擇自己理解和表述清晰、恰當(dāng)?shù)脑~語(yǔ)來評(píng)價(jià)產(chǎn)品，感官評(píng)價(jià)小組對(duì)樣品的感官描述詞進(jìn)行討論，然后確定描述產(chǎn)品的關(guān)鍵感官形容詞[17]。最終建立11個(gè)描述詞用以描述不同果味膠原蛋白肽固體飲料的外觀、氣味和滋味的感官特征指標(biāo)（表2）。

表2 不同口味膠原蛋白固體飲料的感官描述詞匯表

2.2 定量描述分析結(jié)果

由品評(píng)員依據(jù)建立的詞匯表對(duì)樣品各感官特征指標(biāo)進(jìn)行打分，收集3輪評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，并進(jìn)行ANOVA分析，結(jié)果如表3所示，根據(jù)感官?gòu)?qiáng)度平均分繪制的雷達(dá)圖，見圖1。

圖1 感官評(píng)分雷達(dá)圖

這5款膠原蛋白肽固體飲料在風(fēng)味特征上主要?dú)w納為以下4類屬性，即口感、果味、外觀及整體強(qiáng)度，其中口感具體表現(xiàn)為酸、甜、澀、鮮和腥，氣味具體表現(xiàn)為草莓味、柳橙味、蔓越莓味等。由表3、圖1可知，這5款樣品在上述屬性上各有特點(diǎn)。①口感：E和D樣品的酸甜味最強(qiáng)，腥味最弱；C樣品酸甜味適中，澀味最強(qiáng)；A樣品腥味最強(qiáng)，甜酸澀味最弱；B樣品的腥味適中，其他味較弱。②果味：B樣品表現(xiàn)出明顯的柳橙味，蔓越莓味和草莓味稍帶適中；C樣品則表現(xiàn)出明顯的蔓越莓味，柳橙味和草莓味稍帶適中；D和E樣品表現(xiàn)出明顯的草莓味，柳橙味和蔓越莓味稍帶適中；A樣品相比較于其他膠原蛋白固體飲料，帶有的果味最弱。③外觀：A樣品的透明度最強(qiáng)，色澤最弱；B樣品的透明度最弱，色澤較弱；C、D和E的色澤相近，透明度適中。④整體強(qiáng)度：D和E樣品的整體口感和風(fēng)味度最強(qiáng)，其次是B和C樣品，最弱是A樣品。說明添加了果粉的膠原蛋白肽固體飲料在色澤、滋味和氣味方面更豐富。

表3 膠原蛋白肽固體飲料的主要感官屬性強(qiáng)度評(píng)分的方差分析

2.3 不同膠原蛋白肽固體飲料的感官屬性的PCA分析

主成分分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，排除眾多信息中互相重疊部分，在主成分分析的分圖上可以對(duì)不同被測(cè)樣品進(jìn)行區(qū)分[18]。本研究對(duì)不同果味的膠原蛋白肽固體飲料的透明度、色澤、甜味、酸味、澀味、鮮味、腥味、蔓越莓味、柳橙味、草莓味和整體強(qiáng)度進(jìn)行了主成分分析，當(dāng)提取到2個(gè)主成分，累積的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到91.77%，說明這2個(gè)主成分可以涵蓋不同果味膠原蛋白固體飲料的大部分信息。如圖2所示，不同果味膠原蛋白固體飲料分散在各個(gè)區(qū)域，兩點(diǎn)之間距離越長(zhǎng)，說明兩個(gè)樣品的整體感官品質(zhì)差異越大；同時(shí)兩點(diǎn)距離越短，說明兩個(gè)樣品間感官品質(zhì)含量差異越小，感官品質(zhì)較為相近。從PCA圖中，可以直觀地看到5款樣品的感官屬性各具特點(diǎn)。其中A樣品與其他樣品差異最大，故分布于F1的負(fù)半軸，風(fēng)味特征主要表現(xiàn)為腥味強(qiáng)、透明度高，其他感官屬性不明顯。這是由于膠原蛋白肽來源于鱈魚，所以帶有濃郁的腥味。純膠原蛋白肽的固體飲料透明度高是由于膠原蛋白的分子是兩性的，即有帶正、負(fù)電荷的區(qū)域，表現(xiàn)出良好的相容性，因此膠原蛋白作為澄清劑在果汁、飲料中應(yīng)用[19]。B樣品的風(fēng)味特點(diǎn)主要為柳橙味比較強(qiáng)，故分布在F2的負(fù)半軸；C、D和E樣品分布距離比較近，其特征表現(xiàn)為透明度、色澤和甜度等感官屬性比較接近。

圖2 膠原蛋白肽固體飲料感官屬性的主成分分析

2.4 不同膠原蛋白肽固體飲料的感官屬性熱圖聚類分析

對(duì)不同果味膠原蛋白肽固體飲料的感官屬性強(qiáng)度進(jìn)行熱圖聚類分析的結(jié)果見圖3。5種樣品大致可分為3類，即C、D和E最先聚為一類，其透明度、色澤和甜味等方面的感官性質(zhì)較為相似，說明蔓越莓味和草莓味在感官上整體相似；第二類為B樣品，其柳橙味和色澤較為突出；第三類為A樣品，其在透明度表現(xiàn)最突出，這與主成分分析呈現(xiàn)了相同結(jié)果。同時(shí)發(fā)現(xiàn)A樣品為純膠原蛋白肽粉呈現(xiàn)出的腥味較濃，而B、C、D、E這4款膠原蛋白肽固體飲料樣品腥味較淡，這4款產(chǎn)品配方中添加了果粉，說明果粉有效掩蓋了膠原蛋白肽的腥味。目前掩腥原料多用果粉或乳粉等物質(zhì)，也有研究采用果味香精復(fù)配姜汁去腥，為改良腥味產(chǎn)品提供了參考[20]。B、C、D、E樣品帶有的果香味多來源于果粉中醛類化合物和酯類物質(zhì)的存在[21]。果粉添加對(duì)改善膠原蛋白肽固體飲料色澤和口感具有重要作用。

圖3 膠原蛋白肽固體飲料感官屬性的熱圖聚類分析

2.5 電子鼻分析結(jié)果

電子鼻中的傳感器能針對(duì)食品揮發(fā)性成分產(chǎn)生不同信號(hào)響應(yīng)并進(jìn)行區(qū)分，利用電子鼻對(duì)5種不同果味膠原蛋白肽固體飲料的揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定后，將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果如圖4所示。第1和第2主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到99.99%，說明電子鼻的10個(gè)傳感器對(duì)其揮發(fā)性成分表現(xiàn)出較高的識(shí)別度和靈敏度?？傮w看，各樣品的揮發(fā)性成分有各自的分布位置，基本沒有重合，說明電子鼻對(duì)于5種樣品氣味的區(qū)分度總體較好，所有樣品的風(fēng)味相對(duì)獨(dú)立，原因可能是因?yàn)椴煌赌z原蛋白肽固體飲料的配方組成存在一定差異，所以在不同果味膠原蛋白肽固體飲料形成的揮發(fā)性成分亦有所不同。C、D和E樣品在第1主成分上的相距較近，但在第2主成分上能完全區(qū)分開，說明草莓味和蔓越莓味的膠原蛋白肽固體飲料的氣味上略有相似，而B樣品在第1主成分上與其他樣品相聚甚遠(yuǎn)，說明柳橙味的膠原蛋白肽固體飲料氣味與其他樣品差異最為明顯。根據(jù)感官結(jié)果發(fā)現(xiàn)A樣品在氣味上主要呈現(xiàn)腥味，B樣品為柳橙味的膠原蛋白肽固體飲料與A樣品在氣味上相差甚遠(yuǎn)，從電子鼻分析結(jié)果得出，柳橙味的果粉相比較蔓越莓和草莓味的果粉的掩腥效果更好，這也為后期產(chǎn)品開發(fā)提供了參考。

圖4 電子鼻主成分分析圖

3 結(jié)論

本研究利用QDA及電子鼻對(duì)不同果味膠原蛋白固體飲料進(jìn)行感官品質(zhì)分析，建立了感官描述詞匯表及感官評(píng)價(jià)標(biāo)尺，通過采用雷達(dá)圖、PCA和熱圖聚類分析技術(shù)全面且直觀地展示5款膠原蛋白固體飲料的風(fēng)味特點(diǎn)及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。發(fā)現(xiàn)膠原蛋白肽類的產(chǎn)品從鱈魚中提取，本身具有腥味，而果味配料的加入明顯掩蓋了膠原蛋白不良感官的腥味，同時(shí)給膠原蛋白固體飲料整體感官帶來豐富的色澤、氣味和滋味，而柳橙果粉在氣味上的掩腥效果優(yōu)于蔓越莓和草莓的果粉。

從電子鼻結(jié)果可知，5款不同果味膠原蛋白肽樣品的揮發(fā)性物質(zhì)存在明顯的差異，其中B樣品在第1主成分上區(qū)分明顯，C、D和E樣品間的差異較小。電子鼻分析產(chǎn)品氣味相對(duì)人工感官評(píng)價(jià)更客觀，而人工感官對(duì)產(chǎn)品整體風(fēng)味識(shí)別綜合且貼近于生活，兩者結(jié)合能夠更加全面地研究膠原蛋白固體飲料的感官品質(zhì)，對(duì)于具體風(fēng)味物質(zhì)的分析則可在后期通過GC-MS、氨基酸自動(dòng)分析儀等儀器方法進(jìn)行深入研究，以期為該類固體飲料開發(fā)提供參考。