基于电子舌技术结合聚类/相关性分析 食盐品质的研究

苏智敏，吴 振，师 萱，贾凤霞，周 瑶，黄婧禹

（重庆市中药研究院 中药健康学重庆市重点实验室，重庆 400065）

食盐不仅是人们生活中常用的食品调味剂，还能通过调节肌肉、神经的正常兴奋性和细胞外液渗透压保持人体正常生理活动[1]。目前研究表明，无机元素作为食盐组成的重要物质基础，不同的无机元素对味觉的表达起至关重要的作用[2-4]。我国食盐感官试验多采用国家标准要求味咸、无异味，因咸味对评价员心理状况及味觉疲劳效应等因素影响，此评价标准无法定量表述且重现性极低[5-7]。

因此，本研究利用近几年在食品风味检测中广泛应用基于生物仿生学原理的电子舌传感检测技术，客观、可靠分析待测样通过产生的电流信号表达出的滋味品质[8-17]。同时在不破坏食盐晶型结构、水溶性的条件下，利用X射线荧光光谱分析检测其中9种主要元素的含量[18-19]。通过对电子舌和XRF检测结果分别进行主成分和聚类分析，探讨食盐产品基本属性、元素含量及其滋味品质之间相关性，有利于对我国食盐生产工业的个性化发展有积极地促进作用，能进一步推动工业盐生产的不断进步[20-23]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

（1）本试验供试12种食盐均购于京东超市网上超市，按主要原料不同来源区分为湖盐、井矿盐、海盐作为样本单元[24-25]。样品基本信息见表1。

表1 食盐基本信息

（2）娃哈哈纯净水，杭州娃哈哈集团；硼酸（分析纯），成都市科隆化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

电子分析天平AUW220D，日本岛津；SHIMADZU赛默飞3600 X射线荧光光谱仪（XRF），美国Thermo Scientific；电子舌系统TS-5000Z，日本Insent公司；低速离心机TD-6M，四川蜀科仪器。

1.3 试验方法

1.3.1 电子舌试验

准确称取0.5 g食盐试样置于250 mL烧杯中，加入纯净水搅拌至完全溶解后，低速离心取其上层清液，定容到100 mL容量器中。取待测试样上机进行测试。本试验采用的电子舌系统要求每种样品测量前均需对采集电流信号的传感器进行标准化清洗，待测样品循环测试3次后，结果取平均值。

1.3.2 X射线荧光光谱分析测定元素含量

称取0.5 g待测试样，均匀加入4.5 g粉末状硼酸，将其置于压力机上，缓慢升压后，停留片刻，减压取出样品，需保证样品表面平整、无裂纹。每个样品分别压片、上机测试3次，结果取平均值。

1.3.3 数据处理

由SPSS 22.0软件系统和电子舌检测仪器自带DBMS系统数据库，对电子舌检测系统和XRF采集到的数据进行主成分分析、系统聚类法分类分析，对两种检测方法的聚类分析结果进行比较。采用SAS 8.2软件对食盐中12种主要的无机元素、电子舌滋味指标及产品属性进行相关性分析，相关性用皮尔逊（Pearson）相关系数表示，判定食盐产品基本属性、元素含量及其滋味品质之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 电子舌检测各滋味指标分析

12个食盐产品电子舌滋味指标结果见图1，对其结果进行主成分分析结果见图2，提取3个特征值λs＞0.1以上的主成分进行分析可知，前3个主成分的累计方差贡献率达99.12%，可以反映样本的真实情况。由图1可知，主成分1主要包含了酸味、丰富性的信息，主成分2主要包含了苦味回味、苦味的信息，主成分3主要包含了丰富性和苦味的信息。由图2可知，12个食盐产品可以得到较好的区分。从各产品的位置来看，样品编号1、3、4、6、9、10和11呈聚类趋势，5、8和12呈聚类趋势，2、7相距较远，说明PCA能在空间排布上进行一定的区别。采用系统聚类分析法进一步探讨12个食盐产品的聚类关系，具体见图3，当距离取5时可以分为4类。1、3、5、6、9、10和11为第1类，4、8、12为第2类，2、7聚为第3、4类。

图1 食盐电子舌滋味品质检测结果（n=3）

图2 电子舌滋味检测聚类分析图

图3 主成分得分因子图

2.2 食盐中主要无机元素含量聚类分析

12种食盐的主要无机元素含量XRF检测结果列于表2。由表2可知，12种食用盐的中氯元素、钠元素等主要元素含量均符合GB 2721—2015相关规定。12种食用盐的无机元素检测结果中，海盐的氯元素含量最高、井矿盐次之、湖盐最低，海盐中钾元素含量明显高于井矿盐、湖盐；对12种食用盐主要元素含量指标进行聚类分析，得到如图4所示的树状图。当距离取4时可以分为以下4类，1、2、3、6、7、8、9、10为第1类（其中1、3、10、6、9与2、7、8分别来自两个小类），11、12聚为第2类，4、5聚为第3、4类。

表2 不同食盐中无机元素含量（单位：%）（n=3）

图4 无机元素含量检测聚类分析图

2.3 相关性分析

分析电子舌和XFR检测结果的聚类对比情况，具体见表3，两种不同的检测方式，仅对样品1、3、6、9、10、12的聚类分析结论相同，其样品聚类分析结果的相似度达到50%。

表3 不同检测方法聚类分析结果

由相关性分析图5可知，Cl含量与鲜味呈显著正相关（P＜0.01）、产品类别呈显著正相关（P＜0.01），Si含量与Al含量、Al含量与K含量均呈正相关性，K含量与鲜味、咸味呈正相关性，Zn含量与涩味、苦味回味、涩味回味呈显著正相关，苦味与产地区域呈正相关性，涩味与苦味回味、涩味回味呈正相关性，苦味回味与涩味回味、产品生产标准呈正相关性，鲜味与咸味呈正相关性。Na含量与Si含量、Zn含量、涩味、苦味回味及涩味回味呈负相关性，酸味与苦味、丰富性、产地区域呈负相关性，涩味与丰富性呈负相关性，涩味回味与丰富性呈负相关性，咸味与产地标准呈负相关性。

3 结论

（1）通过对电子舌滋味响应值的检测结果进行主成分分析和聚类分析，结果表明，电子舌结果能将食盐产品准确分为3类，且电子舌检测结果的主成分分析中前3个主成分的累计方差贡献率为99.12%，主成分1主要包含了酸味、丰富性的信息，主成分2主要包含了苦味回味、苦味的信息，主成分3主要包含了丰富性和苦味的信息，可以用来区分食盐的味觉品质。

（2）XRF检测发现，12种食盐中海盐的氯元素含量最高、井矿盐次之、湖盐最低，与相关性分析中Cl含量与产品类别呈显著正相关（P＜0.01）的结论一致，表明Cl含量可以作为判断产品原料来源的主要依据。

（3）结合XRF仪器检测结论海盐中钾元素含量明显高于井矿盐、湖盐，以及食盐所表现的主要味觉咸味与K含量呈正相关（P＜0.05）、鲜味呈正相关（P＜0.01），为健康食盐开发、主要原料来源的选择提供理论依据。