电子舌技术对市售不同品牌方便面调料的滋味识别

申慧珊，张国权，夏天雨，吴青兰，田丽娜，江昊，郑建梅

(西北农林科技大学 食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

第17届中国方便食品大会指出，2016年方便面产量为362.4亿包，销售额为511.69亿元，2017年方便面行业发展稳健[1]。各方便面厂家面饼质量差距不大，鲜浓、飘香和醇厚的调料成为方便面企业竞争的关键[2]。方便面调料是由多种原辅料复合而成为方便面增添滋味的调味料[3]。通常情况下，方便面调料的滋味分析是经过专业培训的专家进行感官评定，但感官评定具有一定的主观性，易受评定人员身心状况等因素的影响，且费力耗时。

电子舌是一种基于多传感器阵列和多元统计分析方法检测液体样品的味觉传感器[4]。在电子舌体系中，传感器捕获方便面调料中味觉物质的信号传送至电脑，由模式识别软件分析并对不同调料进行辨别分类，得出调料的味觉信息[5]。电子舌在食品分析中的应用主要包括过程监测、新鲜度评估和货架期调查、食品识别、定量分析、掺假鉴别及其他质量控制研究6个方面[6-10]。国内尚未见电子舌应用于方便面调料的报道，本试验利用电子舌技术结合主成分分析(principal component analysis，PCA)和判别因子分析(discriminant factor analysis，DFA)等多元统计方法对不同品牌不同口味的方便面调料进行区分，为方便面调料种类辨别和品质评价提供方法和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

3个品牌(品牌A，品牌B，品牌C)的香菇炖鸡味、番茄牛腩味和红烧牛肉味方便面：市售。

电子舌 法国Alpha MOS公司；电子天平 南京汤姆斯衡器有限公司；TD5W-WS台式离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司；SBH-Ⅲ循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司；玻璃砂芯过滤装置 广州市晟科贸易有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品准备

准确称量6 g粉包、8 g酱包、6 g粉包和8 g酱包样品，分别溶解于400 mL热水中，4000 r/min离心20 min，冷却至室温，先用纱布过滤，再用普通滤纸抽滤，最后用0.45 μm滤膜砂芯抽滤，取滤液备用[11]。

1.2.2 电子舌分析

本试验采用法国α-ASTREE电子舌系统，配有ZZ，JE，BB，CA，GA，HA，JB共 7个传感器，它们对样品的鲜、咸、酸、甜和苦味敏感[12]。电子舌使用前对传感器进行活化、校准和诊断，然后取80 mL方便面调料滤液按顺序放入125 mL电子舌烧杯中。电子舌参数：采样时间120 s，清洗时间10 s，采集周期1 s，搅拌速率3 r/s，平行检测3次。

1.3 数据处理

测试数据用电子舌自带软件进行处理。采用PCA法对样品进行辨识分类，采用DFA对模型进行验证分析。PCA可以将传感器采集的信息进行数据转换及降维，并对降维后的特征向量进行线性分类，得到一组新的数轴来捕捉整个数据集间的最大差异[13]。DFA是一种通过重新组合传感器数据进而优化区分性的分类技术，它可以使组间距离最大的同时保证组内差异最小，能够用于样品的定性判别分析[14]。

2 结果与讨论

2.1 电子舌对方便面调味粉包的响应信号曲线

品牌C香菇炖鸡味方便面调味粉包的响应信号曲线见图1。

图1 电子舌传感器对方便面调味粉包的响应信号曲线Fig.1 Response curve of electronic tongue sensors to instant noodles seasoning powder packets

由图1可知，每根传感器对同一方便面调味粉包的响应强度。传感器HA的响应信号值最大，传感器GA的响应信号值最小，各个传感器的响应强度顺序为HA>ZZ>CA>BB>JE>JB>GA。在0～20 s内，传感器响应强度发生显著变化，20～30 s内传感器响应强度上升缓慢，30 s后传感器响应强度趋于平衡，说明电子舌在分析方便面调料样品时具有较好的稳定性，选取每个传感器的120 s数值进行分析。

2.2 电子舌对方便面调味粉包的雷达指纹图谱

3种不同品牌(品牌A、品牌B、品牌C)香菇炖鸡味方便面调味粉包的雷达指纹图谱见图2。

图2 电子舌传感器对方便面调味粉包的雷达指纹图谱Fig.2 Radar fingerprints of electronic tongue sensors to instant noodles seasoning powder packets

由图2可知，方便面调味粉包在ZZ，CA，HA，JB传感器上的响应强度存在显著差异，在JE，BB，GA传感器上的响应强度无显著差异，说明所测定的香菇炖鸡味方便面调味粉包在5种味觉属性(鲜味、咸味、酸味、甜味、苦味)上均具有差异，其中鲜味和酸味上差异显著，在咸味、甜味和苦味上差异不显著。由以上分析可知，雷达指纹图谱可以辨别不同品牌方便面调料，电子舌是辨别不同品牌方便面调料的有效工具。

2.3 电子舌对方便面调料的PCA分析

2.3.1 电子舌对香菇炖鸡味方便面调料的PCA分析

对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调味粉包、酱包、粉包和酱包混合后的风味进行电子舌检测，对电子舌传感器响应值进行PCA分析，其结果见图3～图5。

图3 电子舌对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调味粉包的PCA分析图Fig.3 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with chicken and Lentinus edodes flavor

图4 电子舌对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调味酱包的PCA分析图Fig.4 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with chicken and Lentinus edodes flavor

图5 电子舌对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调料混合后的PCA分析图Fig.5 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with chicken and Lentinus edodes flavor

由图3可知，PC1和PC2的贡献率分别为98.525%和1.131%，累积贡献率达99.656%，判别指数DI=84，区分度高。由图4可知，PC1和PC2的贡献率分别为94.148%和4.495%，累积贡献率达98.643%，判别指数DI=88，区分度比粉包高。由图5可知，PC1和PC2的贡献率分别为94.400%和4.935%，累积贡献率达99.335%，判别指数DI=94，区分度比粉包和酱包高[15]。上述图中每个多边形代表每种样品的整体特性，相互连接的6个记号点分别代表此样品的6个重复样品，每个多边形之间的距离代表每种样品之间的整体差异性。上述数据表明PC1和PC2基本包含了原始数据的大多数信息，能够反映样品的整体信息。在PCA分析图中，不同品牌的方便面调料明显分为3个区域，相互间互不干扰，表明电子舌对不同品牌香菇炖鸡味方便面调料具有良好的区分效果，为电子舌定性系统的建立提供了可能。

2.3.2 电子舌对番茄牛腩味方便面调料的PCA分析

对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调味粉包、酱包、粉包和酱包混合后的风味进行电子舌检测，采用PCA 法对采集到的数据进行分析，其结果见图6～图8。

图6 电子舌对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调味粉包的PCA分析图Fig.6 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with braised beef brisket and tomato flavor

图7 电子舌对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调味酱包的PCA分析图Fig.7 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with braised beef brisket and tomato flavor

图8 电子舌对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调料混合后的PCA分析图Fig.8 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with braised beef brisket and tomato flavor

由图6可知，PC1和PC2的贡献率分别为90.486%和6.636%，累积贡献率达97.122%，判别指数DI=94，区分度高。由图7可知，PC1和PC2的贡献率分别为99.216%和0.547%，累积贡献率达99.763%，判别指数DI=87，区分度比粉包低。由图8可知，PC1和PC2的贡献率分别为95.933%和2.688%，累积贡献率达98.621%，判别指数DI=93，区分度比酱包高。上述PC1和PC2的累计贡献率均大于85%，这说明PC1和PC2已经包含了很大的信息量，能够反映样品的整体信息[16]，3个品牌的方便面调料明显分为3个区域，相互间互不干扰，表明电子舌结合PCA分析能够辨别不同品牌番茄牛腩味方便面调料。

2.3.3 电子舌对红烧牛肉味方便面调料的PCA分析

对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调味粉包、酱包、粉包和酱包混合后的风味进行电子舌检测，对电子舌传感器响应值进行PCA分析，其结果见图9～图11。

图9 电子舌对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调味粉包的PCA分析图Fig.9 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with stewed beef flavor

图10 电子舌对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调味酱包的PCA分析图Fig.10 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with stewed beef flavor

图11 电子舌对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调料混合后的PCA分析图Fig.11 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with stewed beef flavor

由图9可知，PC1和PC2的贡献率分别为94.655%和5.036%，累积贡献率达99.691%，区别指数DI=89。由图10可知，PC1和PC2的贡献率分别为94.544%和4.792%，累积贡献率达99.336%，区别指数DI=89，区分度高。由图11可知，PC1和PC2的贡献率分别为98.47%和1.386%，累积贡献率达99.856%，区别指数DI=97，区分度比粉包和酱包高。可以看出，不同品牌红烧牛肉味方便面调料的主成分得分值不仅有各自特定的分布区域，而且得分值的分布较为密集。PC1和PC2均保持了原始数据大于99%的信息量，说明电子舌可实现对不同品牌红烧牛肉味方便面调料混合后的辨别。

2.4 电子舌对方便面调味的DFA分析

2.4.1 电子舌对香菇炖鸡味方便面调料的DFA分析

对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调味粉包、酱包、粉包和酱包混合后的风味进行电子舌检测，对电子舌传感器响应值进行DFA分析，其结果见图12～图14。

图12 电子舌对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调料粉包的DFA分析图Fig.12 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with chicken and Lentinus edodes flavor

图13 电子舌对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调料酱包的DFA分析图Fig.13 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with chicken and Lentinus edodes flavor

图14 电子舌对3种不同品牌香菇炖鸡味方便面调料混合后的DFA分析图Fig.14 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with chicken and Lentinus edodes flavor

由图12可知，DF1和DF2的贡献率分别为98.423%和1.577%，累积贡献率达100%。由图13可知，DF1和DF2的贡献率分别为86.048%和13.952%，累积贡献率达100%。由图14可知，DF1和DF2的贡献率分别为83.883%和16.117%，累积贡献率达100%，前2个主成分包含了原始数据的全部信息。与PCA分析图相比，DFA 分析图中样品分布更集中，离散度更小，样品间的区别更显著[17]。PCA分析、DFA分析均能将样品显著地区分开，并且DFA区分效果更好，表明电子舌有足够的灵敏度区分这些不同品牌香菇炖鸡味方便面调料。

2.4.2 电子舌对番茄牛腩味方便面调料的DFA分析

对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调味粉包、酱包、粉包和酱包混合后的风味进行电子舌检测，对电子舌传感器响应值进行DFA分析，其结果见图15～图17。

图15 电子舌对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调料粉包的DFA分析图Fig.15 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with braised beef brisket and tomato flavor

图16 电子舌对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调料酱包的DFA分析图Fig.16 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with braised beef brisket and tomato flavor

图17 电子舌对3种不同品牌番茄牛腩味方便面调料混合后的DFA分析图Fig.17 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with braised beef brisket and tomato flavor

由图15可知，DF1和DF2的贡献率分别为86.525%和13.475%，累积贡献率达100%。由图16可知，DF1和DF2的贡献率分别为99.79%和0.21%，累积贡献率达100%。由图17可知，DF1和DF2的贡献率分别为97.283%和2.717%，累积贡献率达100%，前2个主成分包含了原始数据的全部信息。DFA 分析图中样品的主成分得分值均落在互不干扰的区域内，说明通过电子舌测定可实现不同品牌番茄牛腩味方便面调料的识别，而且电子舌数据采用DFA分析比PCA分析能更好区分不同品牌番茄牛腩味方便面调料。

2.4.3 电子舌对红烧牛肉味方便面调料的DFA分析

对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调味粉包、酱包、粉包和酱包混合后的风味进行电子舌检测，对电子舌传感器响应值进行DFA分析，其结果见图18～图20。

图18 电子舌对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调料粉包的DFA分析图Fig.18 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning powder packets withstewed beef flavor

图19 电子舌对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调料酱包的DFA分析图Fig.19 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning sauce packets withstewed beef flavor

图20 电子舌对3种不同品牌红烧牛肉味方便面调料混合后的DFA分析图Fig.20 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning mixture with stewed beef flavor

由图18可知，DF1和DF2的贡献率分别为96.98%和3.02%，累积贡献率达100%。由图19可知，DF1和DF2的贡献率分别为80.532%和19.468%，累积贡献率达100%。由图20可知，DF1和DF2的贡献率分别为89.152%和10.848%，累积贡献率达100%，前两个主成分已能很好地反映原来多指标的信息，说明DFA法能够更好地区分3种红烧牛肉味方便面调料之间的差异，表明电子舌技术结合DFA法可以准确地区分不同品牌的红烧牛肉味方便面调料。

3 结论

电子舌技术是一种新型味觉分析检测技术，它操作简便、检测时间短、速度快、重复性好。本文以3种不同品牌不同口味方便面调料为研究对象，应用电子舌技术对调料的味感特征进行分析，对所得数据进行PCA分析和DFA分析。结果表明：PCA法和DFA法都能将不同样品显著区分开，并且DFA法区分效果好于PCA法，说明电子舌结合多元统计分析方法具有辨别不同品牌方便面调料的能力，可用于不同品牌方便面调料的种类辨别和品质评价。

为了研究不同品牌不同口味的方便面调料之间的差异，可以使用气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)检测样品中醇类、酸类、醛类、酮类、烯烃类等物质的含量，并与电子舌技术相结合分析样品之间的差异，为方便面调料种类的辨别提供方法和依据，为企业控制方便面调料的品质提供理论指导。