电子舌对果酱的区分识别研究

杨天意，蒋云升，吴鹏，吴丹枫，谢静，王恒鹏，夏育成

(扬州大学 旅游烹饪(食品科学与工程)学院，江苏 扬州 225000)

果酱的制成主要是以新鲜果蔬为原料，其中加入糖、酸、增稠剂等辅料，经软化、去皮、打浆、浓缩等一系列工艺流程加工而成的凝胶状食品，因果酱中含有天然的果酸，有着增强食欲、帮助消化、促进消化液分泌之功效，所以深受大众消费者的喜爱。除此之外，果酱还有增加血色素，对缺铁性贫血有辅助治疗的功效[1]。

电子舌作为新兴的现代化分析仪器，凭借其灵敏度高、可靠性、重复性逐渐引起了国内外科研人员的重视，餐饮市场急需新技术、新设备及新方法来对食品进行检测和改良，从而电子舌被运用到烹饪生产的各个环节中。经过一系列的发展应用，电子舌已能用于区分和识别多种可用于烹饪的原料，如食用油、食醋、豆瓣、醋豆等[2]。在烹饪原料的安全检测中，电子舌可用于检测农产品中的重金属污染和农药残留情况。在菜肴品质安全问题上发挥着重要作用[3-5]。

本文介绍了电子舌在烹饪基础上的应用，以果酱为例，分析了电子舌在区分和识别同种品牌不同口味果酱和同种口味不同品牌果酱方面的结果，并对电子舌技术的应用进行了展望，以期为电子舌在调味料的检测方面提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设备

试验所使用的系统为上海康德有限公司的智舌系统(见图1)，作者将其应用于不同种类果酱之间的区分识别，取得良好效果。Android微型电子秤：珠海云麦科技有限公司；SDHCB-210电磁炉：绍兴苏泊尔生活电器有限公司；烧杯等实验设备。

图1 智舌系统

1.2 试验材料

试验所选取的果酱在国内市场的占有率均较高,是当今市场上具有一定代表性的产品，规格及种类见表1。

表1 产品规格与种类

1.3 试验方法与步骤

取电子舌专用量杯若干，洗净后在其表面分别贴上标签纸并标注①，②，③，④，⑤，⑥待用。用微型电子秤分别称取①号丘比黑加仑果酱、②号味好美黑加仑果酱、③号丘比蓝莓果酱、④号丘比蓝莓苹果果酱、⑤号味好美蓝莓果酱、⑥号丘比桑葚果酱各5 g至相对应序号的烧杯中并用纯净水定容至50 mL，然后用玻璃棒充分均匀搅拌后静置5 min待用。并用滤纸将充分溶解的样品溶液过滤至相对应的电子舌专用量杯中，并取相同的量均为10 mL。每个样本测3次，共测量6组，一共得到18个数据点，并对数据进行记录和保存，利用主成分分析(PCA)和判别函数分析(DFA)对结果进行数据分析。

2 数据处理与分析

2.1 主成分分析(PCA)

主成分分析中主成分的贡献率代表主成分所包含的原始信息量，贡献率越大，说明主成分可以越充分地反映原来多指标的信息。而后续生成的图中每1个点代表1个检测的样品，每3个点代表此样品的3个重复样品，同种检测样品用同种颜色标出。点之间的距离表示不同样品之间的特征差异，点越靠近则表示越相似，点分布越散则表示差异越大[6-9]。

2.2 判别函数分析(DFA)

判别函数分析(DFA)是通过多种因素对事物的影响，来判断其类型归属，通过分析可以建立判别模型，见图2。

图2 判别模型

DI即辨别值，它是辨识程度的一个标志。一般用于主成分分析图。DI的计算情况一般有2种：

其中，S1，S2分别表示各自封闭区域的面积，S3表示区域的总面积。从而得到：DI值为正数，则表示样品能良好区分，且DI值越大表示区分的效果越理想，2种样品之间的距离越远；DI值为负数，表示2种样品区分不开。

3 结果与分析

3.1 不同种类果酱主成分信息判别值

图3 不同种类果酱主成分得分图(主成分得分95.8%)

由图3可知，区域的不同代表着样品的不同，每3个记号点代表此样品的3个重复样品，区域面积的大小反映电子舌对该种果酱的区分识别能力。面积越大说明误差越明显，面积越小则反映电子舌对该样品的识别越稳定。每一类样品在各自所在区域中未发生重叠，则说明电子舌能较好地区分不同类型的果酱[10]。同时，经分析软件处理所得到的果酱的主成分判别值DI=95.8%，其结果远远大于80% ，由此可见，对果酱来说，电子舌可以清晰地识别不同种类果酱之间的差异。

3.2 果酱的主成分分析(PCA)

图4 果酱主成分得分图(主成分得分95.8%)

由图4可知，各个样品之间都能较为明显地被区分开，不同点间的距离反映着差异的情况，距离越近则代表其差异性越小；距离越远，则差异性越大。电子舌可以很好地将其分类，其中样品1、样品3、样品6都是丘比品牌的果酱，而样品2、样品4、样品5则为味好美品牌的果酱，电子舌对其分析识别的结果显示，同品牌之间更趋向在一起，这说明不同品牌的果酱制作工艺存在差异，相同品牌不同口味的果酱主要制作工艺流程较为相同，但口味添加成分不同，样品4和样品5都含有蓝莓口味成分，其中样品4为复合型果酱，它们相似度较高。

图5 丘比黑加仑与桑葚主成分对比分析

由图5可知，利用电子舌单独对同种品牌不同口味的样品进行成分对比分析，主成分DI=71.1%+11.5%=82.6%>80%，可见对于同种品牌的果酱，电子舌对其识别能力较好，同时发现有部分重合，说明同种品牌果酱之间存在相似之处，通过查询丘比同一品牌不同种类配料表我们不难发现，该公司在不同种类果酱上，除了主料的不同外，其他添加料基本相同，这说明电子舌能够很好地对同品牌不同种类果酱进行区分和识别。

3.3 不同果酱的判别函数分析(DFA)

图6 不同果酱的判别函数分析(DFA)

我们在PCA分析结果的基础上对试验样品进行DFA分析，由图6可知，在电子舌传感器(DFA)响应数据的各区域内，点离散度较小，这一点与PCA图所反映的结果相似[11-13]。这说明判别函数分析法可以更好地区分同一品牌不同口味的果酱，加大了对样品鉴定的准确性。

4 结论

本试验采用电子舌系统对不同果酱，共计6组样本进行了检测试验，试验研究表明该电子舌对于果酱具有较高的识别精确度，取得了较为理想的识别效果。试验数据经过提取后，采用了2种不同的方法进行分析，主成分分析在选取2个主成分绘制成得分图时，能够取得较好的区分，而判别函数分析加大了对样品分析的准确性。进一步说明了电子舌能够较好地区分不同类型的果酱，在调味料检测方面有着较为广阔的应用前景，对烹饪中起关键因素的调味有着十分重要的指导意义。