基于电子舌技术的市售苏打水滋味品质评价

杨成聪，蔡宏宇，王玉荣，向茜，王海燕，郭壮（湖北文理学院化学工程与食品科学学院鄂西北传统发酵食品研究所，湖北襄阳441053）

基于电子舌技术的市售苏打水滋味品质评价

杨成聪，蔡宏宇，王玉荣，向茜，王海燕，郭壮*
（湖北文理学院化学工程与食品科学学院鄂西北传统发酵食品研究所，湖北襄阳441053）

采用电子舌技术和多变量统计学方法相结合的手段，对市售苏打水的滋味品质进行评价分析。结果表明，市售苏打水样品间基本味觉和回味指标差异均非常显著（P＜0.01），通过主成分分析、非加权组平均法和多元方差分析发现黑龙江和河南地区产的苏打水滋味品质整体结构存在显著的差异，冗余分析发现该差异是由于涩味、后味A（涩味的回味）和丰度（鲜味回味）等3个指标导致的。经Mann-Whiney分析发现，河南地区产的苏打水上述3个指标均较之黑龙江地区高（P＜0.05）。由此可见，不同地区生产的苏打水其滋味品质存在较大差异。

苏打水；电子舌；多变量统计学；品质评价

作为一种健康大众型的碱性饮料，饮用苏打水可以有效改善人体酸碱平衡，同时可以缓解消化不良和便秘症状［1］。苏打水一般可以分为天然和人工合成两大类，我国市售的苏打水多以人工合成为主。人工合成的苏打水是在碳酸氢钠水溶液中添加少量食用香精和甜味剂制备而成，为了改善口感一般还会压入二氧化碳气体。虽然我国苏打水产品鲜见相关国家及行业标准，但以饮用天然矿泉水为参照我们可知，目前多从理化、污染物和微生物指标等维度对产品的品质进行评价，而对其滋味品质的评价相对较少。

目前研究人员多采用感官鉴评方法对食品的滋味品质进行评价，但该方法具有受主观因素影响大，在一定程度上较难保证结果准确性的缺点［2］。通过采用人工脂膜传感器技术，电子舌实现了味道的数字化评价，具有对味觉物质有高选择性且对一类味觉物质具有整体选择性的特点［3］，目前该技术已经在矿泉水［4］、果酒［5］、奶酪［6］、绿茶［7］和咖啡［8］等方面有了广泛的应用。

通过对襄阳市市售人工合成苏打水产品采集，本研究首先使用电子舌技术对其滋味品质进行评价，同时结合多元统计学方法对黑龙江和河南地区生产的苏打水产品滋味品质整体结构的差异性进行分析，并对与差异性显著相关的滋味指标进行鉴定。

1　材料、试剂与仪器

1.1材料

分别从襄阳市沃尔玛、天天福和好邻居等超市累计购买了29个苏打水产品。因部分产品中添加了水果汁和荞麦提取液等配料，将该部分样品予以剔除。最终纳入本研究的苏打水样品共有16个，其中7个苏打水产品产自黑龙江齐齐哈尔市，其余9个样品产自河南省漯河、开封、焦作和安阳等地区。

1.2试剂

内部溶液、参比溶液、阴离子溶液、阳离子溶液、味觉标准溶液和氯化钾溶液均由日本Insent公司提供。

1.3主要仪器

SA 402B味觉分析系统：日本Insent公司。

2　方法

2.1测试传感器和参比传感器的活化

测试传感器中加入200 μL内部溶液后，置于参比溶液中活化24 h备用。在参比电极中添加内部溶液至距顶端5 mm后，置于3.33 mol/L氯化钾溶液中活化24 h备用。

2.2电子舌数据采集

在电子舌系统进行传感器自检和诊断后，将100mL未经任何处理的苏打水样品均匀的倒在两个样品测试杯中，按照以下的步骤进行样品的测定［9］：

1）AAE（鲜味）、CTO（咸味）和CAO（酸味）3个传感器在阴离子溶液中浸没90 s，同时COO（苦味）和AE1（涩味）两个传感器在阳离子溶液中浸没90 s，以便清洗去除传感器上的吸附物质；

2）所有传感器在参比溶液1和2中分别洗涤120s；

3）所有传感器在参比溶液3中浸泡30 s，得到参比溶液电势Vr；

4）所有传感器在苏打水样品中浸泡30 s得到电势Vs，通过Vs-Vr对5个基本味进行测定；

5）所有传感器在参比溶液4和5中分别洗涤3 s；

6）AE1、AAE和COO传感器在参比溶液6中浸没30 s，分别测得电势Vr’，通过Vr’-Vr的电势差可检测样品涩味、鲜味或苦味的回味。

每个苏打水样品重复测4次，选取后3次测量的数据进行后续分析。

2.3统计分析

使用方差分析对苏打水各滋味指标的差异性进行分析；使用主成分分析法（principal component analysis，PCA）、非加权组平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）和多元方差分析法（MANOVA）对不同地区产苏打水滋味品质整体结构的差异进行分析；使用Mann-Whiney分析和冗余分析对与不同地区产苏打水滋味品质整体结构差异显著相关的指标进行分析。除RDA分析采用canoco 4.5软件（Microcomputer Power，NY，USA）外，所有分析均采用Matlab 2010b软件（The MathWorks，Natick，MA，USA）。

3　结果与分析

3.1苏打水样品各滋味差异性分析

苏打水样品各滋味差异性分析见表1。

表1　不同苏打水样品各滋味指标的差异性分析（n=16）Tabel 1　The significance analysis of each taste index of soda water produced from two regions（n=16）

由表1可知，纳入本研究的16个苏打水样品其苦味、涩味、酸味、咸味和鲜味等5个基本味觉指标及后味A（涩味回味）、后味B（苦味回味）和丰度等3个回味指标差异均非常显著（P＜0.01）。由总变异值的大小可知，苏打水样品在酸味上的差异最大，其次咸味和涩味的差异也较大。上述8个指标的极差值均大于1，即部分苏打水样品在某一个指标上的差异通过感官鉴定是可以区分出来的。

3.2不同地区产苏打水滋味品质整体结构的差异性分析

作为无监督的多元统计学方法，主成分分析法根据各指标间的相关性可将多个指标转化为几个彼此不相关的综合指标，从而达到降维的目的［10］。通过主成分分析发现，第一和第二主成分分别占全部变量53.08%和21.58%的权重，两个地区产苏打水滋味品质的主成分1与主成分2因子得分图见图1。

图1　两个地区产苏打水滋味品质的主成分1与主成分2因子得分图Fig.1　Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions showing PC1 vsPC2：factor scores

由主成分因子得分图（图1）可知，黑龙江和河南地区生产的苏打水在空间排布上各自呈现出明显的聚类趋势，因此我们可以定性的认为两个地区生产的苏打水滋味品质存在差异。河南地区生产的苏打水其在X轴和Y轴的分布较之黑龙江地区要分散，由此可以定性的认为河南地区生产的苏打水其组间差异要大于黑龙江地区。

把多个响应变量看成一个整体的基础上，多元方差分析可以分析因变量对多个响应变量整体的影响，进而发现不同总体的最大组间差异［11］。本研究进一步采用多元方差分析对第一和第二主成分所代表的变异度进行了检验，结果发现当以苏打水的产地为分组依据时，MANOVA检验P值非常显著（P=0.005 5），这一结果说明，根据苏打水产地划分的黑龙江地区/河南地区的分组确实是造成因子得分图中各样本空间排布呈现明显区分的原因。

作为一种常用的聚类方法，非加权组平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）可以用来解决样品的分类问题［12］。为了进一步验证PCA分析的结果，我们采用UPGMA对两个地区产苏打水的滋味整体结构进行了分析，结果见图2。

由图2可知，UPGMA结果与PCA结果一致，即黑龙江和河南地区生产的苏打水在空间排布上各自呈现出明显的聚类趋势。

两个地区产苏打水滋味品质的主成分1与主成分2因子载荷图见图3。

图2 基于UPGMA聚类分析的两个地区产苏打水滋味品质评价Fig.2　The cluster analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions based on UPGMA

图3　两个地区产苏打水滋味品质的主成分1与主成分2因子载荷图Fig.3　Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions showing PC1 vs.PC2：factor loading

由因子载荷图（图3）可知，第一主成分由回味A（涩的回味）、涩味和丰度（鲜味的回味）等3个指标构成，而第二主成分由鲜味、咸味和酸味构成。由因子得分图（图1）可知，在X轴方向上，河南地区生产的苏打水的排布较之黑龙江地区整体偏右，因此结合图3我们可以定性的认为河南地区生产的苏打水其回味A（涩的回味）、涩味和丰度（鲜味的回味）较之黑龙江地区高。在Y轴方向上，两类样品的空间排布没有呈现出一定的规律。

作为一种常用的距离定义方法，通过计算样品在m维空间中的真实聚类，可以采用欧式距离（Euclidean distance）来反应两个样品间的亲疏程度［13］。本研究采用欧式距离分别计算了黑龙江地区（1.62±0.09，±SD）和河南地区（1.75±0.55，±SD）生产的苏打水样品间滋味品质整体结构的平均距离，然而经Mann-Whiney分析发现两组数据差异显著（P=0.289）。

3.3与两个地区产苏打水滋味品质整体结构差异显著相关指标的鉴定

作为一种有监督的多元统计学方法，冗余分析（Redundancy analysis，RDA）通过解释变量的线性组合可以尽最大可能解释响应变量的变异度［14］。本研究进一步以不同地区分组（黑龙江地区/河南地区）作为起约束作用的解释变量，用于预测和解释苏打水样品中5个基本味觉和3个回味指标数据组成的响应变量。分析结果表明，有35.4%的变异度能够被黑龙江地区/河南地区这一分组所解释，而通过蒙特卡罗置换检验（MonteCarlo permutation test）进一步分析发现这一约束因素具有显著性（P=0.002），RDA双序图见图4。

图4RDA双序图Fig.4　Diplot of the RDA

由图4可知，涩味、后味A（涩味的回味）和丰度（鲜味回味）等3个指标与RDA排序图约束轴上的样本赋值良好相关，由此可见，正是涩味、后味A（涩味的回味）和丰度（鲜味回味）等3个指标代表了不同地区产苏打水滋味品质总体结构差异显著相关的关键滋味。

由图4亦可知，涩味、后味A（涩味的回味）和丰度（鲜味回味）等3个指标均位于第二三象限，这说明河南地区产苏打水的涩味、后味A（涩味的回味）和丰度（鲜味回味）要显著高于黑龙江地区，而我们进一步采用Mann-Whitney检验也证实了这一结果。Mann-Whitney检验亦发现，河南地区产苏打水的后味B（苦的回味）和咸味显著高于黑龙江地区，而其他指标差异不显著（P＞0.05）。

4　结论

本研究采用电子舌技术和多变量统计学方法相结合的手段，对市售苏打水的滋味品质进行了评价，结果发现河南和黑龙江地区生产的苏打水滋味品质整体结构存在显著的差异，而这种差异是由于涩味、后味A（涩味的回味）和丰度（鲜味回味）等3个指标导致，且河南地区涩味、后味A涩味的回味和丰度（鲜味回味）等3个指标的丰度较之黑龙江地区高。

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Taste Profile Characterization of Commercial Soda Water by Electronic Tongue Analysis

YANG Cheng-cong，CAI Hong-yu，WANG Yu-rong，XIANG Xi，WANG Hai-yan，GUO Zhuang*
（Northwest Hubei Research Institute of Traditional Fermented Food，College of Chemical Engineering and Food Science，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，Hubei，China）

The taste profile characterizations of commercial soda water were studied by electronic tongue and multivariate statistics.The results showed that there were significant difference in basic taste and aftertaste among all these samples（P＜0.01）.All principal component analysis（PCA），unweighted pair-group method with arithmetic means（UPGMA）and MANOVA analysis showed that there were significant differences in the taste profile characterizations of soda water produced from Henan and Heilongjiang regions，astringency，richness and aftertaste-A were identified by redundancy analysis（RDA）as key variables significantly associated with the taste profile difference.Meanwhile，these three indexes were significantly more abundant in the soda water samples produced from Henan（Mann-Whitney test，P＜0.05）.Thus，we could conclude that the original areas have significant effects on the taste profile characterizations of soda water.

soda water；electronic tongue；multivariate statistics；quality evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.034

湖北文理学院教务处PRP资助项目（201510519002）；湖北文理学院食品新型工业化学科群建设项目（2016）

杨成聪（1996—），男（汉），在读本科生，主要从事食品生物技术研究。
*

郭壮（1984—），男（汉），讲师，博士，主要从事食品生物技术研究。

2015-05-06