感官评价结合电子鼻分析脱脂风味乳饮料

潘明慧，努尔阿里亚·阿力甫，张晓梅,2，艾娜丝，孙宝国

(1.北京工商大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，北京100048；2.北京三元食品股份有限公司，北京100163)

0 引 言

根据脂肪含量牛乳分为全脂乳和脱脂乳。通常，脱脂乳的脂肪含量低于0.5%(w/w)[1]。随着消费者对健康食品的追求，脱脂乳制品逐渐成为一种消费趋势。其中脱脂乳饮料具有营养丰富、低脂肪、低热量等特点，在我国乳饮料行业的市场份额呈迅速增长趋势[2-6]。一直以来，人们主要通过感官评价来评定乳饮料的感官质量，但是，单一的感官评价具有一定的人为主观性，易受感官评价人员身心状况及环境因素的干扰[7]。电子鼻(e-nose)分析技术是广泛应用于挥发性风味分析领域的新兴技术，主要集中在酒类[8]、肉制品[9]及茶叶[10]的风味分析方面，在鉴别样品的真伪的同时弥补了单一感官评价的局限性。本研究的目的是制备一款脱脂风味乳饮料，结合电子鼻和感官评价综合评估乳饮料的风味。

1 实 验

1.1 材料

纯净水，脱脂奶，柠檬酸钠(食品级)，稳定剂(食品级)，食用香精(食品级)，食用小苏打，白砂糖，食用盐。

1.2 仪器与设备

ME104电子分析天平，DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，PEN 2型电子鼻(e-nose)，APV-1000型高压均质机(实验型)。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

本研究共涉及脱脂奶的稀释倍数、白砂糖与食盐比例、柠檬酸钠添加量、稳定剂添加量和小苏打添加量5个因素，每一因素按产品感官评价结果的可接受性来确定最佳工艺参数，工艺流程如图1所示。

图1脱脂风味乳饮料的关键工艺流程

1.3.2 操作要点

(1)调整脱脂乳的稀释比。取5个250 mL蓝盖瓶(Fisher Scientific UK Ltd.)，固定200 mL纯净水，分别按纯净水与脱脂奶的体积比分别为200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，10∶1加入脱脂奶；(2)确定最佳稀释比后，调整白砂糖与食用盐的比例，按白砂糖与食用盐的质量比为200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，20∶1分别添加；(3)确定白砂糖与食用盐的最佳配比后，调整柠檬酸钠的添加量为0.18，0.36，0.44，0.89，1.8 g/L；(4)确定柠檬酸钠的最佳添加量后，调整稳定剂的添加量，为确保稳定剂充分溶解于样品并发挥作用，将样品预热到60°C，在所有样品中分别加入0.18，0.36，0.44，0.89，1.8 g/L稳定剂，并维持5 min；(5)确定稳定剂的最佳添加量后，调整小苏打的添加量，分别加入0.09，0.18，0.36，0.44，0.89 g/L食用小苏打；(6)均质、调香、灭菌、(4±1)°C保存备用。

1.3.3 感官鉴评

1.3.3.1 感官评价人员培训

感官人员的培训在北京工商大学食品与健康学院感官评价实验室进行，且保证评价室内无异味、无噪音。参与感官评价人员需熟悉和掌握脱脂风味乳饮料的风味属性特征，包括酸味、甜味、咸味、奶味和异味，这些风味属性参照Juliano和Elvira的方法[11-12]。培训人员共6名，其中男性4名，女性2名，年龄在21-30岁，所有评价人员均知情实验内容并志愿参与评价。

1.3.3.2 感官评价

受试样品在感官评价前置于4°C冰箱保存，感官评价时将受试样品30°C水浴10 min，使样品温度接近口腔温度。将受试样品装入感官评价杯中，以字母和三位随机数字组合标号，如M 359，按随机顺序摆放。经过培训的评价人员对样品进行评价并进行打分，在每个样品评价之后新的评价开始之前充分清洗口腔，直至余味全部消失[13-14]。收集6名感官评价人员的评价结果，统计并绘制测试样品的感官评价雷达图。感官评价实验中每一个属性的评分标准为0-9分，感官评价参照标准按照表1进行。

表1脱脂风味乳饮料的感官评价属性及其感官评价标准

1.3.4 电子鼻分析

仪器采用德国Airsens公司的PEN 2型便携式电子鼻(Portable Electronic Nose)系统。该电子鼻系统是一种由一组复合化学传感器和识别软件组成的分析仪器。PEN 2电子鼻包含10个金属氧化物传感器阵列。本电子鼻系统主要包括下面几个硬件部分：传感器阵列、采样及清洗通道、吸附/解吸附单元、数据采集系统及计算机[15]。

PEN 2 E-nose设备由10种传感器组成，分别为W 1C，W 5S，W 3C，W 6S，W 5C，W 1S，W1W，W 2S，W 2W和W 3S；E-nose的10种传感器分别对不同的挥发性化合物组成响应。

所有测试样品分别取10 m L装入20 m L具橡胶塞样品瓶中，温度(40±2)°C转速为30 r/min磁力搅拌水浴5 min，水浴结束后将e-nose补空气针和样品吸收针同时插入样品瓶中，进行测试，仪器自动收集60 s内各传感器的响应值。挥发性物质在不同传感器中的吸附和解析并不是瞬间发生的。吸附时间为60 s而解析(清洗)时间为300 s。测试过程中，测量室的气流保持不变，在测试阶段，待测样品挥发性气体通过顶空以恒定速率6.67 mL/s吸入设备采样单元，最终使10种传感器响应值发生变化。

2 结果与分析

2.1 感官评价结果分析

由6名感官评价人员依次评价待测样品，并按照表1评分标准进行打分。最终结果取平均值并绘制感官评价雷达图，如图2所示。

为了突出本产品的饮料特性且与脱脂乳区分开，纯净水与脱脂奶的比例较大。有乳香味又不失特殊风味特性。纯净水与脱脂奶的比例分别为200∶1，100∶1，50∶1的三个样品奶味极弱，无法体现乳饮料的特性，同时可接受性低。纯净水与脱脂奶的比例为25∶1的样品奶味微弱，酸味和异味与其他样品基本一致。而且与其他因素相互作用本样品的甜度和爽口程度略胜一筹，同时可接受性高。纯净水与脱脂奶的比例为10∶1的样品奶香味强烈，掩盖了碳酸爽口感，没有了碳酸饮料的刹口感。本研究纯净水与脱脂奶的最佳体积比为25∶1。

白砂糖与食用盐的添加量较少，研究表明食用盐使饮料风味更加突出[16]。白砂糖与食用盐的质量比分别为20∶1，25∶1，50∶1时样品咸味大，影响口感，可接受性低。白砂糖与食用盐的质量比为100∶1时样品甜味，咸味适中，可接受性最高。白砂糖与食用盐的质量比为200∶1时甜味相对弱，可接受性低。本实验白砂糖与食用盐的最佳质量比为100∶1。

图2脱脂碳酸风味乳饮料的感官评价雷达

柠檬酸钠是调节脱脂乳饮料的特殊风味配料之一。柠檬酸钠的添加量为1.8 g/L时样品酸性强，影响饮料的组织状态，爽口性和接受性差。柠檬酸钠的添加量为0.89 g/L时样品组织状态很稳定，酸度适中，爽口度和接受性高。柠檬酸钠的量分别为0.44 g/L，0.36 g/L，0.18 g/L时，爽口性较差，未呈现特殊风味，可接受性低。本研究柠檬酸钠的最佳添加量为0.89 g/L。由于乳饮料性质不稳定，尤其是酸性乳饮料的酸度接近一些蛋白质的等电点，所以易沉淀或分层，因此研制酸性乳饮料时加稳定剂来增强稳定性是必要的。稳定剂能提高饮料的黏度，防止蛋白质粒子因重力作用而下沉，能减少游离水分子的含量，防止蛋白质沉淀[17]。稳定剂的量分别为1.8 g/L，0.89 g/L时样品组织状态差，且有异味产生，严重影响了口味，可接受性最低。稳定剂的量为0.44 g/L时样品组织状态稳定，符合饮料的标准，对口味影响最低，可接受性最强。稳定剂的量分别为0.36 g/L和0.18 g/L时，样品组织状态不稳定，可接受性相对较低。因此，本研究稳定剂的最佳添加量为0.44 g/L。

小苏打也是乳饮料的特殊风味的直接来源之一。部分碳酸氢钠在水中分解生成二氧化碳，赋予乳饮料特殊口感。同时小苏打呈碱性，调节溶液p H值，从而防止蛋白质沉淀。小苏打的添加量为0.89 g/L和0.44 g/L时的样品有异味产生，从而影响口感，且爽口性和可接受性低。小苏打添加量为0.36 g/L时的样品无异味，酸味和爽口度适中，可接受性较高。小苏打添加量为0.18 g/L的样品无异味，酸度适中，爽口度高，可接受性最高。小苏打添加量为0.09 g/L的样品，没有异味，酸味较大，爽口性和接受度较低。因此本实验小苏打最佳添加量为0.18 g/L。

2.2 电子鼻分析

电子鼻的工作原理是当由多个气体传感器组成传感器阵列同时测量多种成分组成的气味时，就会在多维空间中形成响应模式。在建立数据库的基础上，对每个样品进行数据计算和识别，可得到样品的“气味指纹图”，从而达到对挥发性气体的分析和检测[15]。各传感器的检测性能如下：W 1C(芳香族化合物)、W 5S(氮 氧 化 合 物)、W 3C(氨、芳 香 族 化 合 物)、W 6S(氢)、W 5C(脂肪族芳香化合物)、W1S(甲烷、碳氢化合物)、W 1W(硫化物)、W2S(醇类化合物)、W 2W(硫、氯化合物)、W 3S(甲烷)[18]。

在工艺不断调整过程中，10种传感器对不同样品的响应情况及样品分类情况采用主成分分析的方法进行分析，分别如图3和图4所示。主成分分析通过对提取的传感器多指标信息进行数据转换和降维，并对降维后的特征向量进行线性分类，最后在主成分分析的三点图上显示主要的二维散点图，其中主成分1(PC1)和主成分2(PC2)上包含了在主成分分析转换中得到的第1主成分和第2主成分的贡献率，贡献率越大，说明主要主成分可以较好地反映原来多指标的信息[19]。有文献指出[20]，主成分总贡献率超过70%～85%，说明此方法适用。

图3中，PC1和PC2两个主成分的总贡献率均大于80%，因此，可以认为PC1和PC2两个主成分可以代表传感器的整体信息。根据工艺调整不同参数的过程中，电子鼻对各风味乳饮料的响应情况显示出明显的差别，尤其是在调整小苏打的添加量时，PC1的贡献率为98.55%，说明在第一主成分上各个传感器对于区分不同小苏打添加量的脱脂风味乳饮料香气的贡献较大。

图3各个传感器对样品响应情况的主成分分析结果

图4中，不同工艺调整下样品主成分分析结果的PC1和PC2的总贡献率均大于95%，表明区分效果很好，且第一主成分的贡献率远远大于第二主成分，说明PC1在区分过程中占主导地位。图5中，PC1和PC2的总贡献率均大于95%，且各样品间独立，说明5种因素对脱脂风味乳饮料的风味均有关键性作用，同时每个因素的影响具有明显差异。

图4(a)中:a1,a2,a3,a4,a5分别表示纯净水与脱脂奶的体积比为200∶1，100∶1，50∶1，25:1，10∶1；图4(b)中:b1,b2,b3,b4,b5分别表示白砂糖与食用盐的质量比为200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，20∶1；图4(c)中:c1,c2,c3,c4,c5分别表示柠檬酸钠添加量为0.18,0.36,0.44,0.89,1.8g/L；图4(d):d1,d2,d3,d4,d5分别表示稳定剂的添加量为0.18,0.36,0.44,0.89,1.8g/L；图4(e)中:e1,e2,e3,e4,e5分别表示小苏打的添加量为0.09,0.18,0.36,0.44,0.89g/L。

图5最优条件下的5个样品PCA分布

图5中，A为纯净水与脱脂奶配比；B为白砂糖与食盐配比；C为柠檬酸钠的添加量；D为稳定剂的添加量；E为小苏打的添加量。

3 结 论

本试验由脱脂乳为原料优化并制备一款风味乳饮料。分别固定一个变量因素，调整5个关键工艺参数，并通过感官评价的可接受性结果筛选最佳工艺。在此基础上，运用电子鼻对工艺调整后的样品进行检测并分析各传感器对样品的响应情况。综合分析后，确定最佳工艺条件为纯净水与脱脂奶的体积比为25∶1，白砂糖与食用盐的质量比为100∶1，柠檬酸钠的添加量为0.89g/L，稳定剂的添加量为0.44g/L，小苏打的添加量为0.18g/L。