基于電子舌對(duì)不同類(lèi)型白酒味覺(jué)的研究

賈春琪，杜艷紅，聶建光，李婷婷，譚 昊，李斯邁

（北京紅星股份有限公司，北京 101400）

白酒是中國(guó)人最常飲用的一種蒸餾酒，其原料主要為高粱等谷物，通過(guò)固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)蒸餾、貯存陳釀制得。根據(jù)糖化發(fā)酵劑可分為大曲酒、小曲酒、麩曲酒等；根據(jù)香型可分為清香型、濃香型、醬香型等。目前，白酒的感官評(píng)價(jià)方法以人工為主，主要參考香氣和口感等方面的感官特性。

電子舌（味覺(jué)分析系統(tǒng)）是模仿人體味覺(jué)機(jī)理制成的一種新型現(xiàn)代化分析檢測(cè)儀器，主要評(píng)價(jià)樣品的酸味、甜味、苦味、咸味、澀味、鮮味及苦味回味、澀味回味和豐富性。味覺(jué)傳感器模擬了生物活體的味覺(jué)感受機(jī)制，由傳感器表面的人工雙層脂質(zhì)膜（類(lèi)似人的舌頭）與各種呈味物質(zhì)之間產(chǎn)生靜電作用或疏水作用。這種作用確保了傳感器對(duì)味覺(jué)物質(zhì)的選擇性，使電勢(shì)發(fā)生變化，這種變化被分析器（類(lèi)似于人的大腦）所捕獲，依據(jù)內(nèi)部分析模型，直接對(duì)響應(yīng)的味覺(jué)指標(biāo)進(jìn)行定量分析，不同類(lèi)型的人工雙層脂質(zhì)膜，確保了對(duì)不同味覺(jué)物質(zhì)的良好選擇性，從而達(dá)到定性分析的效果。電子舌具有重復(fù)性好、測(cè)量迅速、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在食品研發(fā)、味覺(jué)質(zhì)量檢測(cè)、制作產(chǎn)品味覺(jué)特征圖等方面。

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)電子舌對(duì)味覺(jué)指標(biāo)的量化功能，從味覺(jué)上對(duì)不同種類(lèi)的白酒進(jìn)行差異分析，旨在檢驗(yàn)電子舌對(duì)白酒樣品的區(qū)分能力，為日后儀器品評(píng)結(jié)合人工品評(píng)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器

酒樣：9 種白酒樣品（1—9#）包括麩曲清香型白酒、大曲清香型白酒、大曲醬香型白酒、大曲濃香型白酒，見(jiàn)表1。

表1 白酒樣品列表

超純水（電導(dǎo)率＞18.2 MS/cm）：由超純水儀器Milli-QAdvantage A10制備。

儀器設(shè)備：酒精測(cè)量?jī)x（Anton Paar Snap 41）；日本INSENT 公司的味覺(jué)分析系統(tǒng)，型號(hào)TS-5000Z。實(shí)驗(yàn)使用的電子舌配置由5 根脂質(zhì)膜傳感器（詳見(jiàn)表2）和3 根參比電極組成。

表2 電子舌傳感器介紹

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

準(zhǔn)備9 個(gè)白酒樣品各50 mL 于試管中，使用酒精計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量各樣品的酒精度，之后用超純水分別將9個(gè)白酒樣品稀釋到酒精度為43%vol，搖勻后再次使用酒精計(jì)測(cè)量確認(rèn)，保證誤差在±0.5%vol。樣品密封狀態(tài)下在室內(nèi)放置72 h。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)操作

將9 個(gè)白酒樣品倒入電子舌專(zhuān)用測(cè)試杯，依次放入電子舌進(jìn)樣定位板孔中，測(cè)試程序設(shè)定為每個(gè)樣品循環(huán)檢測(cè)4次。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

TS-5000Z 味覺(jué)分析系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)PostgreSQL8，對(duì)測(cè)得的味覺(jué)指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 味覺(jué)差異結(jié)果分析

味覺(jué)指標(biāo)雷達(dá)圖可快速查看每個(gè)樣品間味覺(jué)指標(biāo)的差異，各味覺(jué)指標(biāo)以輪狀坐標(biāo)軸形式標(biāo)明，一個(gè)坐標(biāo)軸代表一種味覺(jué)。坐標(biāo)軸的正方向?yàn)槲队X(jué)值增大方向，當(dāng)同軸上的味覺(jué)差值大于一個(gè)刻度即為多數(shù)人可明顯感受到的味覺(jué)差異。

從圖1 可以看出，9 種白酒樣品在甜味上差異明顯，其中咸味、酸味、苦味、澀味差異較明顯，苦味回味和澀味回味基本無(wú)差異。9#、8#為大曲濃香型白酒，樣品甜味突出、咸味較強(qiáng)；6#、7#為大曲醬香型白酒，酸味突出。

圖1 不同類(lèi)型白酒的味覺(jué)指標(biāo)雷達(dá)圖

2.2 味覺(jué)測(cè)試穩(wěn)定性分析

電子舌味覺(jué)測(cè)試程序設(shè)定為每個(gè)樣品循環(huán)檢測(cè)4 次，為減少誤差，數(shù)據(jù)分析時(shí)去掉第一次循環(huán)檢測(cè)值，保留第二次、第三次、第四次循環(huán)檢測(cè)值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2 可以看出，三次循環(huán)檢測(cè)值基本一致，重復(fù)性良好，說(shuō)明電子舌味覺(jué)測(cè)試穩(wěn)定性好。

圖2 電子舌味覺(jué)測(cè)試值

2.3 傳感器分辨能力

電子舌的傳感器分辨能力主要依據(jù)m1 和m2值判斷。m1 值越小，結(jié)果越準(zhǔn)確，當(dāng)m1＞10 時(shí)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較低；m2 值越小，則分辨樣品的味覺(jué)指標(biāo)能力越強(qiáng)，樣品間差異大，m2＞50 時(shí)，傳感器分辨能力誤差可能較大。

從表3 可知，酸味、甜味、苦味、咸味、澀味、苦味回味、澀味回味的味覺(jué)指標(biāo)的m1 值均小于10，說(shuō)明傳感器測(cè)試的數(shù)據(jù)重復(fù)性好、準(zhǔn)確性較高；m2值均小于15，可見(jiàn)電子舌傳感器響應(yīng)穩(wěn)定，對(duì)樣品的所有味覺(jué)指標(biāo)能有效識(shí)別。

表3 電子舌傳感器分辨能力分析

2.4 主成分分析結(jié)果

主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）主要研究將原始數(shù)量較多且具有一定相關(guān)性的指標(biāo)線性組合成一組新的互不相關(guān)的綜合指標(biāo)。通常把新的指標(biāo)稱(chēng)作主成分，主成分中貢獻(xiàn)率最大的為第一主成分，貢獻(xiàn)率次之的為第二主成分，總的貢獻(xiàn)率越大，說(shuō)明主成分越能反映原來(lái)多指標(biāo)的信息。主成分得分圖是以散點(diǎn)圖為基礎(chǔ)，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)樣品的一次檢驗(yàn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離代表樣品之間特征差異的大小。不同類(lèi)型白酒的主成分分析圖見(jiàn)圖3。

通過(guò)主成分分析發(fā)現(xiàn)，PC1 貢獻(xiàn)率為70.45%，PC2 貢獻(xiàn)率為23.64 %，二者占原始數(shù)據(jù)的94.09 %，說(shuō)明PC1 和PC2 包含了PCA 轉(zhuǎn)換中絕大部分的貢獻(xiàn)率，說(shuō)明前兩個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征向量可以用來(lái)表示整體的信息。

從圖3 中可以明顯看出，各樣品能夠較好地落在各自的區(qū)域范圍內(nèi)而不互相干擾。其中清香型的1#、2#、3#、4#和5#樣品分布相近，醬香型的6#和7#樣品分布較相近，濃香型的8#和9#樣品同樣分布較相近。綜上可知，電子舌味覺(jué)測(cè)試可以將不同類(lèi)型的白酒較明顯的區(qū)分。

圖3 不同類(lèi)型白酒的主成分分析圖

從表4 可以看出，苦味、澀味和苦味回味對(duì)第一主成分的貢獻(xiàn)較大（絕對(duì)值越大貢獻(xiàn)越大），酸味、甜味對(duì)第二主成分的貢獻(xiàn)較大，可見(jiàn)9 種不同類(lèi)型的白酒在味覺(jué)上的差異主要表現(xiàn)在苦味、澀味、苦味回味、酸味和甜味這幾個(gè)指標(biāo)上。

表4 樣品的PCA主成分貢獻(xiàn)表

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用電子舌味覺(jué)分析系統(tǒng)對(duì)9 種不同類(lèi)型的白酒進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果顯示，味覺(jué)指標(biāo)雷達(dá)圖中清楚、客觀的展現(xiàn)了不同白酒樣品的具體味感特征及差異；味覺(jué)測(cè)試穩(wěn)定性分析顯示電子舌測(cè)試值重復(fù)性良好，測(cè)試穩(wěn)定；味覺(jué)測(cè)試誤差率中m1＜10、m2＜15，說(shuō)明電子舌傳感器分辨能力強(qiáng)且準(zhǔn)確，對(duì)樣品的味覺(jué)指標(biāo)都能有效識(shí)別；通過(guò)主成分分析，發(fā)現(xiàn)電子舌能較準(zhǔn)確地將不同類(lèi)型的白酒進(jìn)行聚類(lèi)分析，不同香型的酒類(lèi)得以區(qū)分。本實(shí)驗(yàn)結(jié)論為電子舌味覺(jué)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于白酒品評(píng)方面的研究提供了一定理論基礎(chǔ)。