基于电子舌电子鼻分析红糖风味的差异性

佘义勇 何群 陈光宇 饶智 谢梦洲 肖作为

摘 要：目的：运用电子鼻、电子舌对不同品牌红糖风味进行检测区分，建立一种有效鉴别不同品牌、等级、产地红糖的方法。方法：对红糖感官评定结果进行等级一致性检验;运用电子舌自带软件对数据进行主成分分析，运用电子鼻自带软件对数据进行主成分分析、传感器区分度分析及线性判别分析;并利用DPS对电子舌数据进行方差分析及最小显著差异（LSD）法多重比较，对电子鼻数据进行方差分析;建立滋味雷达图观察不同红糖样品对传感器响应强度的差异性。结果：电子舌、电子鼻能够区分不同品牌、等级、产地的红糖，各红糖样品滋味差异主要是丰富性、咸味，香气成分差异主要是氮氧化合物、甲烷等短链烷烃、有机硫化物和无机硫化物;感官评定等级一致性检验结果也显示不同红糖样品的差异性显著。结论：电子舌、电子鼻技术可用于区分不同品牌、产地、等级的红糖，为红糖品质鉴别提供技术支持。

关键词：红糖;电子舌;电子鼻;感官评定;差异性

不同企业生产红糖的非离心过程会影响其物理和化学性质，导致红糖的风味差异[1]。红糖中的营养和酚类含量不同，也会影响红糖风味[2-3]。因此，有必要探求一种简便、准确的方法来鉴别市面上不同品牌红糖品质。

目前，主要应用感官评定与仪器分析相结合的方法来评价食品风味。感官评价描述食品的感官特性，可以提供目标属性的综合、直接信息，而仪器分析可以获得更具体的信息。电子舌、电子鼻是模拟人的舌头和鼻子，利用多传感阵列为基础，能够快速感知样品的整体特征响应信号，对样品进行模拟识别和定量定性分析的一种检测技术。它们能够提供更客观、准确和敏感的滋味和气味强度评估，通过进一步的多元统计分析就可以达到区分样本的目的。這种智能风味传感器技术安全性高、成本低且操作简单，电子舌被广泛应用于有效地评估食品材料的风味特征，如酒精和非酒精饮料、食用油和面条汤底料[4-6]，甘蔗的不同处理方式对红糖的味觉特征的影响[7]，还被应用于监测蜂蜜糖浆掺假[8]以及不同种类的糖对肉制品风味的影响[9]。电子鼻早在1999年就被用来分析食糖的气味[10-11]，近年来也被广泛应用于水果蔬菜[12]、酒类[13-14]、蜂蜜[15]、茶叶[16]以及肉质品[17]的种类识别、品质区分以及成分定量预测，但目前利用电子舌、电子鼻对红糖进行研究的报道并不多。本研究采用电子舌、电子鼻检测不同红糖样品的风味特征，结合感官评定，对感官评定结果进行等级一致性检验，根据风味特征差异以及等级一致性检验结果，讨论电子舌、电子鼻对不同红糖样品的区分效果，为有效鉴别不同红糖品质提供方法学参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器设备

SA-402B型电子舌，日本Insent公司;实验中使用AE1涩味传感器（可测涩味及涩味回味）、AAE鲜味传感器（可测鲜味及鲜味回味）、CTO咸味传感器、COO苦味传感器（可测苦味及苦味回味）、CAO酸味传感器、GL1甜味传感器;TCS-100型电子台秤，上海乾峰电子仪器有限公司;PEN3型电子鼻，德国。

1.2 材料

实验室用自来水;红糖，1～7号红糖购买于淘宝官方旗舰店、8号红糖购买于红糖生产厂（表1）。

2 方法

2.1 红糖的溶解

称取1～8号红糖各50 g放入相同容积的透明玻璃杯，加沸水1 000 mL，搅拌使充分溶解，自然冷却，供

2.2 不同品牌红糖滋味感官评价

2.2.1 评价标准 对2.1所得的1～8号红糖溶液参考借鉴QB/T 2343.2红糖感官鉴别方法中的评价标准对红糖风味进行评价，具体评价品质评语与因子评分见表2。

2.2.2 感官评价志愿者的筛选 从湖南中医药大学中医学院2018级中医药膳学专业及中医诊断学专业硕士研究生班招募志愿受试者，进行味觉敏感度，身体健康状况，2周内未服过中、西药物等在内的严格筛选，最终确定10名健康志愿者（男5名、女5名）作为受试对象，在湖南省药食同源工程中心感官评定室进行感官评定。

2.2.3 感官评定试验方法 参加感官评定的10个人，每个人负责8种红糖样品，按照2.2.1评价标准对这8种红糖样品进行评分。取2.1所制备的8种不同品牌的红糖溶液各500 mL，放置在口尝杯中，由学生评价员含于口中，计时15 s，此间口腔做漱口动作，以使舌根及舌测的味觉感受区能够感受到样品的味道，隔15 min后再同法测2次，每人根据3次品尝结果进行评价及选择。

2.3 电子舌测定基本方法

2.3.1 正极清洗液配制 准确称量7.46 g氯化钾，用500 mL蒸馏水搅拌溶解，然后准确加入300 mL无水乙醇溶液，边搅拌边加入准确称量的0.56 g氢氧化钾，溶解完毕后，转移到1 000 mL的容量瓶，定容。

2.3.2 负极清洗液配制 准确量取300 mL无水乙醇，与500 mL蒸馏水振荡混合，然后加入 8.3 mL的浓盐酸，搅拌混合后转移到1 000 mL的容量瓶，定容。

2.3.3 参比液配制 精密称定2.24 g氯化钾和0.045 g酒石酸，用500 mL蒸馏水溶解，转移到1 000 mL的容量瓶，定容。

2.3.4 电子舌测试方法 将每个样品的供试品溶液倒入电子舌测试专用塑料小杯中，每杯25 mL，每个供试品溶液倒2杯。首先在清洗液中清洗90 s，接着用参比液清洗2次，传感器在平衡位置归零30 s，达到平衡条件后，开始测试，测试时间30 s;在两组参比液中分别短暂清洗3 s，传感器插入新的参比液中测试回味30 s，循环测试4次，去掉第一循环，取后3次平均数据作为测试结果。每次清洗、平衡和测试回味的液体均分布在不同样品杯中。记录AE1涩味传感器（可测涩味及涩味回味）、AAE鲜味传感器（可测鲜味及鲜味回味）、CTO咸味传感器、COO苦味传感器（可测苦味及苦味回味）、CAO酸味传感器、GL1甜味传感器的响应值，收集3次平行测定数据。

2.4 电子鼻检测方法

不同品牌红糖样品各取 5 g，分别装入8个进样瓶中，盖紧瓶塞，静置30 min，待进行电子鼻测定;参数设定：采样时间为1 s/组，传感器归零时间为5 s，样品准备时间为5 s，进样流量为 600 mL/min，分析采样时间为 60 s，采用直接顶空吸气法，对样品进行检测，每个样品做4个平行。

2.5 统计分析方法

采用DPS数据处理系统和电子舌、电子鼻自带软件对试验数据进行统计分析。对感官评定结果进行等级一致性检验。电子舌试验结果用DPS和其自带软件进行处理，试验重复4次，去掉第1次，取平均值，对不同品牌红糖风味对电子舌传感器响应强度进行方差分析及LSD法多重比较;利用电子舌自带软件，对采集的不同红糖样品数据进行主成分分析（PCA）;电子鼻试验结果用DPS进行方差分析，利用电子鼻自带软件，对采集的不同红糖样品数据进行PCA、传感器区分度分析（lodings）、线性判别分析（LDA）。

3 结果与分析

3.1 感官评价结果

根据感官评定分数表中的结果，将8种红糖样品分为8个等级，等级越高，表明风味越好，等级越低，风味越差，进行等级一致性检验。将表3中数据带入S=ΣR12-（ΣR1）2/n及c2=12S/mn（n+1），对本试验m=10、n=8，得S=2 001.9、c2=33.36，又自由度U=7，查表c20.05（7）=14.07，可知c2>c20.05（7），进而P<0.05，检验结果有统计意义，可认为其等级具有一致性倾向，即8种不同红糖样品风味有显著性差异。

3.2 不同红糖样品电子舌分析结果

3.2.1 红糖样品电子舌传感器味觉电位差响应值分析结果 根据电子舌测试结果，记录传感器AE1、AAE、CTO、COO、CAO、GL1的响应值，对收集3次平行测定数据，求得平均值，进行方差分析及LSD法多重比较。如表4所示，方差分析结果中，9个传感器的味觉电位差响应值均有显著差异（P<0.05），表明电子舌对红糖气味敏感，可以有效分析不同品牌的红糖样品。LSD法多重比较结果用英文字母a、b、c、d、e、f、g、h来表示不同样品之间差异显著性，平均数间字母相同者为差异不显著，凡无相同字母的，为差异显著。甜味、鲜味传感器响应值较高，丰富性传感器响应值差异较大，不同红糖样品之间存在显著差异（P<0.05），这说明电子舌能够有效区分不同品牌红糖。

3.2.2 不同红糖样品滋味雷达图分析结果 不同品牌紅糖样品经电子舌味觉特征分析，收集3次平行的传感器响应值后求得平均值，建立雷达图。图1显示，8种红糖样品对电子舌9个传感器的响应强度，在酸味、后涩味及后苦味3个传感器上的响应值差异不大;在甜味、苦味、鲜味及涩味3个传感器上的响应值存在差异;在丰富性、咸味2个传感器上响应值差异最明显，建立电子舌滋味雷达图在一定程度上可以有效鉴别不同红糖样品。

3.2.3 不同红糖样品电子舌PCA结果 不同红糖样品电子舌味觉电位差响应值PCA分析结果，如图2所示，第1主成分贡献率为57.98%，第2主成分贡献率为33.77%，累积贡献率达到了91.75%，表明这两个主成分包含了样本的大部分信息，因此可作为样本分析的两个主要成分。所有红糖样品分布在三个不同象限内，且相隔距离较远，彼此之间无重叠，其中2、7、8号与其他样品相隔最远，区别最大，表明电子舌能够较好地区分不同品牌红糖。

3.3 不同红糖样品电子鼻分析结果

3.3.1 电子鼻传感器不同红糖样品的响应 提取8种红糖样品对电子鼻传感器的响应值，应用方差分析及LSD多重比较进行分析。由表5可见，10个传感器响应值方差分析结果中，不同红糖样品除了对W1C、W6S（P>0.05）2个传感器的响应影响不显著，对W5S、W3C、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S等8个传感器的响应影响均显著（P<0.05），这表明电子鼻对红糖挥发性气味敏感，可用于分析不同品牌红糖。红糖样品对W5S、W1S传感器响应值差异较大，对W1W、W2W传感器响应值较高且差异较大，由表6可知，W5S传感器对氮氧化合物灵敏，W1S传感器对甲烷等短链烷烃灵敏，W1W传感器对有机硫化物灵敏，W2W传感器对芳香成分、无机硫化物灵敏，说明红糖挥发性气味中含有氮氧化合物、甲烷等短链烷烃、有机硫化物和无机硫化物等物质，可能对区分不同品牌的红糖有更加重要的作用。

3.3.2 不同红糖样品电子鼻PCA、传感器区分贡献率分析（lodings）结果 利用PEN3电子鼻自带软件对数据进行PCA，主成分1为横坐标，方差贡献率为99.28%，主成分2为纵坐标，方差贡献率为0.48%，2个主成分累积方差贡献率达到99.76%，高于95%，表明这两个主成分包含了样本的所有原始信息，表明不同品牌红糖之间挥发性气味差异明显，其中第一主成分起主要区分作用。图3右上角文本框显示样品间的区分度，数值越接近于1，说明区分度显著，从文本框中可以看出样品间的区分度数值都接近于1，表明电子鼻可准确区分不同的红糖样品。由图4可知，W1W传感器对第一主成分区分贡献率最大，W2W传感器对第二主成分区分贡献率最大。

3.3.3 不同红糖样品线性判别分析结果 LDA利用每组样品的信息，兼顾了样品组内分布和它们之间的距离。因此，LDA收集了所有传感器的信息尽力提高样品组间的差异，尽可能使每个数据点进行最大化地区分。LDA识别结果类似于PCA，显示样品数据设置的二维图。由图5可知，主成分1贡献率为82.43%，主成分2贡献率为11.64%，总区分贡献率为94.07%，代表不同样品的数据点之间间隔较远，彼此无重叠，表明不同品牌红糖的气味差异较大，其中4、5号样品为同一品牌不同等级的红糖，二者之间也无重叠，表明电子鼻可以区分不同品牌和不同等级的红糖，其中主成分1在区分不同红糖气味的过程中起关键作用。

4 结论

电子舌对不同红糖样品的研究显示，电子舌的甜味、酸味、苦味、涩味、后涩味、后苦味、鲜味、丰富性、咸味等9个传感器对不同品牌红糖样品的响应强度具有显著差异，说明8种红糖的滋味成分物质及含量存在差异，电子舌能够有效区分不同品牌、产地的红糖。电子鼻研究结果显示，不同红糖样品对W1C及W6S两个传感器的响应强度无差异，对W5S、W3C、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S这8个传感器的响应强度差异显著，说明8种红糖的气味差异明显，不同品牌紅糖的气味差异主要表现在氮氧化合物、甲烷等短链烷烃、有机硫化物及无机硫化物等物质上。红糖感官评定结果进行等级一致性检验结果也表明不同品牌红糖的风味差异显著。电子舌、电子鼻测定结果与感官评定结果一致，都能够对不同品牌的红糖进行有效区分。

综上所述，本研究运用电子舌、电子鼻技术将红糖风味特征转化为客观数据，结合感官评定可以快速、有效并客观地对不同品牌的红糖进行区分，也能够对同一品牌、不同等级以及不同执行标准的红糖进行有效区分，可为红糖品质鉴别提供新的参考。目前市场存在的红糖品牌种类繁多，仅凭外观很难区分其品质好坏，如果将电子舌、电子鼻技术应用于红糖品质鉴别，将有利于减轻红糖产品质量监督难度，为食品安全提供保障;食品行业可以运用该方法筛选品质最优红糖制作相关产品，提升其产品竞争优势;红糖生产企业也可以将电子舌、电子鼻技术应用到红糖的不同生产工段以及成品质量检测当中去，为其优化生产工艺、提高红糖的风味品质提供评定依据。电子舌、电子鼻技术在红糖产业与红糖品质鉴别方面的应用前景广阔。

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