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新稿速递基于电子舌技术对市售生抽酱油滋味品质的评价

楼主:食品与发酵工业杂志 时间:2018-09-30 16:47:00

基于电子舌技术对市售生抽酱油滋味品质的评价

王丹丹2,王念1,张润杰1,杜天雨1,郭壮1*

1(湖北文理学院 化学工程与食品科学学院,鄂西北传统发酵食品研究所,湖北 襄阳,441053)2(襄阳市食品药品检验所,湖北 襄阳,441021)

摘 要:采用电子舌技术与多变量统计学方法相结合的手段,对市售生抽酱油的滋味品质进行了评价分析。研究表明,市售生抽酱油在酸味和咸味的差异较大,而在后味A(涩的回味)和后味B(苦的回味)上的差异较小。通过聚类分析发现,市售生抽酱油样本根据其滋味品质特征可划分为2 个聚类,由冗余分析发现不同聚类间的差异是由于酸味和鲜味等2 个指标导致的。经高效液相色谱法分析发现,隶属于2个聚类的生抽酱油样品其草酸含量存在显著差异(P<0.05)。由此可以推断,生抽酱油中草酸的含量可能对其滋味品质产生一定的负面影响。

关键词:生抽酱油;电子舌;高效液相色谱法;品质评价

酿造酱油是以大豆和/或脱脂大豆、小麦和/或麸皮为原料,经微生物发酵制成的具有特殊色、香、味的液体调味品[1]。酿造酱油按其用途可以分为生抽酱油、老抽酱油和特色专用酱油[2],其中生抽酱油适用于烹煮、炒菜和佐餐,具有提鲜和调味作用[3]。因此,生抽酱油的滋味品质是极为重要的,直接决定了消费者对产品的可接受度。不同厂家生产的生抽酱油由于受原料、自然条件和制作工艺等因素的影响,其品质差异较大[2,4],然而令人遗憾的是,目前针对市售生抽酱油滋味品质评价的报道尚少。

GB/T 18186—2000《酿造酱油》要求酿造酱油滋味品质应味鲜美、醇厚、鲜、咸、甜适口,GB/T 2717—2003《酿造酱油卫生标准》和GB/T 5009.39—2003《酿造酱油卫生标准的分析方法》亦要求正常酿造的酱油不得有酸、苦和涩等异味。然而,上述国家质量安全标准中制定的方法均为感官鉴评法,且描述过于笼统粗糙,值得一提的是,感官鉴评方法亦具有受主观因素影响大和对感官鉴评人员专业素质要求高的缺陷。通过采用人工脂膜传感器技术,电子舌实现了食品或药品的酸、苦、涩、咸、鲜和甜味等6 个基本味和涩、苦和鲜等3 个基本味回味的定量分析[5],目前已在食醋[6]、面酱[7]、豆瓣[8]和花椒[9]等调味品的滋味品质评价中有了广泛的应用,而在酿造酱油领域的应用尚少。

本研究采集了隶属于17个品牌25个品名的生抽酱油产品,采用电子舌对其滋味品质进行了评价,同时使用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)对其中有机酸的种类和含量进行了测定。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生抽酱油,市售;内部溶液、参比溶液、阴离子溶液和阳离子溶液,均由日本 Insent 公司提供;KH2PO4、H3PO4、草酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸、乙酸,均购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SA402B电子舌,配备CA0、C00、AE1、CT0、AAE和GL1测试传感器各1 个及参比电极2 个,日本Insent 公司;LC-20ADXR高效液相色谱仪,配置有SIL-20A XR自动进样器、LC-20AD XR四元低压梯度泵、CTO-10AS vp柱温箱和SPD-M20A紫外吸收检测器,日本岛津公司;Inertsil C18液相色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),日本岛津公司;KH-100DY超声波清洗机,昆山禾创超声仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 生抽酱油样本采集

采集了浙江省、天津市、四川省、上海市、山东省、湖北省、河南省、广东省和北京市等9 个地区产的隶属于17 个品牌33 个品名的生抽酱油样本。浙江省产的2 个样本隶属于老恒和和湖羊品牌,编号分别为ZJ1和ZJ2;天津市产利民牌酱油编号为TJ1;四川省产千禾牌酱油编号为SC1;上海市产的4 个样本分别隶属于味事达、金兰和淘大等3 个品牌,编号为SH1~SH4;山东省产的3 个样本分别隶属于六月鲜和味达美品牌,编号为SD1~SD3;湖北省产的4 个样本均隶属于土老憨品牌,编号为HB1~HB4;河南省产加加鲜生抽酱油编号为HN1;广东省产的样本共14 个,其中7 个样本隶属于海天品牌,4 个隶属于李锦记品牌,2 个隶属于东古品牌,1 个样本隶属于厨邦品牌,编号分别为GD1~GD14;北京市产的3 个样本隶属于老才臣和北和品牌,编号分别为BJ1~BJ3。

1.3.2 生抽酱油酸、苦、涩、咸、鲜等基本味及涩、苦和鲜味回味的测定

将10 mL生抽酱油样本用蒸馏水稀释10倍后,分装于2 个样本杯中备用。电子舌系统完成自检后,按照下述步骤对酸、苦、涩、咸、鲜等5 个基本味及后味A、后味B和丰度等3个回味指标进行测定:

(1)CA0、CT0和AAE等3 个测试传感器在阴离子中浸泡90 s,同时C00和AE1传感器在阳离子溶液中浸泡90s,以去除传感器上的吸附物;

(2)5 个传感器在参比溶液1和2中分别洗涤120 s;

(3)5 个传感器在参比溶液3中浸泡30 s,测得参比溶液的电势值Vr;

(4)5 个传感器在某生抽酱油样本中浸泡30 s,测得电势值Vs;

(5)通过计算传感器CA0、C00、AE1、CT0和AAE所对应的Vs-Vr值,即可对生抽酱油的酸、苦、涩、咸和鲜味等5 个基本味进行评价;

(6)将传感器C00、AE1和AAE于参比溶液4和5中分别洗涤3 s后,于参比溶液6中浸泡30 s,测得电势Vr’,Vr’-Vr即为生抽酱油样本后味A(涩的回味)、后味B(苦的回味)和丰度(鲜的回味)的强度值。

其中,参比溶液1~6的组分相同。因SA 402B电子舌系统每次仅能完成10个样本的测定,故纳入本研究的33 个生抽酱油样本各滋味指标强度的测定共分3 次完成。为减少系统误差,每次测定时均设置HB1号样本作为参比样本,数据处理时待测样本与HB1号样本的差值即为某一生抽酱油各滋味指标的相对强度值。每个样本重复测4 个循环,选后3次数据作为本研究的原始数据。

1.3.3 生抽酱油甜味的测定

在对生抽酱油进行甜味测定时使用GL1传感器,传感器在阴离子溶液中浸泡90 s后,其测定方法同酸、苦、涩、咸和鲜味等基本味的测定方法。每个样本重复测5 个循环,选后3次数据作为本研究的原始数据。

1.3.4 生抽酱油有机酸含量的测定

分别称取草酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸和乙酸等7 种标准品,溶解并定容至同一50 mL容量瓶中,并用超纯水逐级稀释制成质量浓度为0.001~3 g/L的阶梯混合标准工作溶液,溶液过0.45 um的滤膜备用。分别以7 种有机酸的浓度为自变量x,以峰面积为因变量y,采用外标法进行回归方程计算。使用流动相将生抽酱油稀释后过0.45 μm水相滤膜,备用。样本上机测定后,将其峰面积数值代入回归方程并乘以稀释倍数,即可求得其中各有机酸的质量浓度。

标准曲线制备和样本中有机酸测定的色谱条件:流动相为使用磷酸调节pH值至2.3的0.01 mol/L KH2PO4,色谱柱为Inertsil C18 液相色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),检测器为紫外吸收检测器,检测波长为215 nm,柱温为30 ℃,流速为0.8 mL/min,进样量为10 μL。

1.3.5 统计分析

使用主成分分析(principal component analysis,PCA)、聚类分析(cluster analysis,CA)、多元方差分析(multivariate analysis of variance,MANOVA)和典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)对市售生抽酱油滋味品质整体结构的差异性进行分析;使用冗余分析(redundancy analysis,RDA)对与滋味品质整体结构差异显著相关的指标进行分析;使用曼-惠特尼检验(Mann-Whiney)对隶属于不同聚类的生抽酱油样本各滋味指标和各有机酸指标的差异性进行分析。

除RDA采用canoco 4.5软件(Microcomputer Power,NY,USA)外,其他分析均采用Matlab 2010b软件(The Math Works,Natick,MA,USA)。使用Origin 8.5软件(OriginLab,MA,USA)作图。

2 结果与分析

2.1 市售生抽酱油各滋味指标差异性分析

本研究采用电子舌技术对33 个生抽酱油样本的滋味品质进行了评价,市售生抽酱油各滋味指标相对强度的箱形图如图1所示。

图1 市售生抽酱油各滋味指标相对强度的箱形图 (n=33)
Fig.1 The box plot of relative intensity of each taste index in commercial light soy sauce samples (n=33)

由图1可知,纳入本研究的33 个生抽酱油样本在酸味和咸味等2 个指标上差异性较大,其极差值分别为12.05和5.26,其次为甜味、鲜味、苦味、丰度、涩味和后味A(涩的回味),其极差值分别为4.79、4.10、3.86、3.21、3.07和2.30,而在后味B(苦的回味)上的差异较小,仅为0.95。

2.2 基于PCA的市售生抽酱油滋味品质评价

在对样本各滋味指标相对强度进行分析的基础上,进一步使用PCA、CA、CCA和MANOVA等多元统计学方法对市售生抽酱油滋味品质整体结构的差异性进行了分析。经PCA发现,市售生抽酱油滋味品质的信息主要集中在前4 个主成分,其累计方差贡献率为92.64%,市售生抽酱油滋味品质的主成分1与主成分2因子载荷图如图2所示。

图2 市售生抽酱油滋味品质的主成分1与主成分2因子载荷图
Fig.2 Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization in commercial light soy sauce samples showing PC1 vs.PC2: Factor loading

由图2可知,第一主成分的贡献率为42.23%,由后味A(涩的回味)和后味B(苦的回味)构成,第二主成分的贡献率为26.19%,由酸味、苦味和鲜味等3 个指标构成。市售生抽酱油滋味品质的主成分1与主成分2因子得分图如图3所示。

图3 市售生抽酱油滋味品质的主成分1与主成分2因子得分图
Fig.3 Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization in commercial light soy sauce samples: Factor scores

由图3可知,在以2个权重最高的主成分PC1和PC2作图时,纳入本研究的33 个样本在空间排布上呈现出连续性,没有明显的分离趋势。值得一提的是,纳入本研究的14 个广东省产生抽酱油样本较之其他地区样本的空间排布整体偏右上方,主要集中在第二三象限。结合因子载荷图(图2),可以定性的认为广东省产的生抽酱油其鲜味和苦味要明显高于其他地区,而后味A(涩的回味)、后味B(苦的回味)和酸味呈现出相反的趋势。本研究进一步使用Mann-Whiney检验分析了广东省和其他地区产生抽酱油样本各滋味指标的差异性,发现广东省产的生抽酱油其鲜味显著偏高(P<0.05),酸味、后味A(涩的回味)和回味B(苦的回味)显著偏低(P<0.05),而不同地区产生抽酱油样本间苦味差异不显著(P>0.05)。

众所周知,鲜味是生抽酱油的特征性指标,而酸味、后味A(涩的回味)和回味B(苦的回味)为其缺陷型指标,由此可见,广东省产的生抽酱油较之其他地区而言具有明显的滋味品质优势。陈志峰[10]得出的结论与本研究相同,其对30份市售特级生抽酱油的8个品质指标进行了检测分析,结果发现综合评价前5名的样本均产自广东省。

2.3 基于UPGMA和CCA的市售生抽酱油滋味品质评价

由于PCA是一种无监督的多元统计学方法,仅能定性的对样本进行空间排布,因而进一步对33 个样本进行了聚类分析,其结果如图4所示。

图4 基于UPGMA分析的市售生抽酱油滋味品质评价
Fig.4 The cluster analysis of the taste profile characterization in commercial light soy sauce samples based on UPGMA

由图4可知,当平均距离取6的时候,33个生抽酱油样本可以划分为2个聚类,其中聚类I由20个样本组成,聚类II由13个样本组成。值的一提的是,从广东省采集的14个生抽酱油样本中有11个隶属于聚类I,仅有3个隶属于聚类II。本研究进一步使用有监督的CCA这一多元统计学方法对隶属于聚类I和聚类II的样本进行了空间排布,其结果如图5所示。

图5 基于CCA的市售生抽酱油滋味品质评价
Fig.5 Canonical correspondence analysis of the taste profile characterization in commercial light soy sauce samples

由图5可知,隶属于聚类I和II的样本在空间排布上呈现出明显的分离趋势,这也说明2个聚类间的样本在滋味品质上存在较大的差异。本研究进一步使用MANOVA,对隶属于2个聚类的生抽酱油样本整体滋味品质的差异性进行了分析,结果发现其差异极显著(P<0.001)。

2.4 不同聚类间的市售生抽酱油滋味差异性分析

由UPGMA发现33 个市售生抽酱油样本可以划分为2 个聚类,通过MANOVA证实隶属于2个聚类的样本整体滋味品质存在显著性差异,然而这种差异究竟是由哪些滋味指标导致的是本研究亟待解决的问题。因此,在RDA中以聚类I/聚类II分组作为起约束作用的解释变量,用于预测和解释全部9 个滋味指标数据组成的响应变量,RDA双序图如图6所示。

图6 RDA 双序图
Fig.6 Biplot of the RDA

由图6可知,酸味和鲜味与RDA排序图约束轴上的样本赋值良好相关,即其代表了与隶属于聚类I和聚类II间样本整体滋味品质差异显著相关的关键滋味。值得一提的是,经蒙特卡罗置换检验(MonteCarlo permutation test)发现聚类I/聚类II分组这一约束因素具有显著性(P=0.002)。由图6亦可知,鲜味指标位于聚类I一侧,而酸味指标位于聚类II一侧,因而隶属于聚类I的生抽酱油样本其鲜味相对强度要高于聚类II,而酸味则呈现出相反的趋势。为了对上述结论进行验证,本研究进一步使用Mann-Whiney分析对不同聚类间生抽酱油各滋味指标的差异性进行了分析,结果如表1所示。

表1 隶属于类型I和类型II市售生抽酱油各滋味指标的差异性分析

Table 1 Significance analysis of each taste index of commercial light soy sauce samples in type I and type II

注:*,中位数,(最小值~最大值),表2同。

由表1可知,隶属于聚类I的市售生抽酱油其鲜味和丰度(鲜的回味)的相对强度要高于聚类II,且经Mann-Whiney分析发现该差异非常显著(P<0.01),而酸味、涩味、后味A(涩的回味)和后味B(苦的回味)呈现出相反的趋势,且差异显著(P<0.05),这与RDA结果一致。值得一提的是,隶属于聚类I和聚类II的市售生抽酱油间苦味、咸味和甜味差异均不显著(P>0.05)。众所周知,鲜味和丰度(鲜的回味)为生抽酱油的特征性指标,而酸味、涩味、后味A(涩的回味)和后味B(苦的回味)均为其缺陷型指标,由此可见,隶属于聚类I的生抽酱油样本其滋味品质可能优于聚类II。

2.5 不同聚类间市售生抽酱油各有机酸的差异性分析

由上述分析可知,酸味是导致市售生抽酱油整体滋味品质差异显著相关的关键滋味,因此本研究进一步使用HPLC对样本中有机酸的种类和含量进行了测定,结果如表2所示。

表2 隶属于聚类I和聚类II市售生抽酱油有机酸含量的分析

Table 2 The analysis oforganic acid of commercial light soy sauce samples in type I and type II

由表2可知,7 种有机酸的质量浓度与其峰面积呈现良好的线性相关,回归方程的相关系数均大于0.999。市售生抽酱油中的有机酸主要为乙酸和乳酸,其平均含量分别为3.57 g/L和2.93 g/L,虽然含有草酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸和琥珀酸,但其含量较少,平均含量分别为1.28、1.20、1.00、0.98和0.04 g/L。由表2亦可知,隶属于聚类II的生抽酱油样本其草酸含量要显著高于聚类I(P<0.01),而其他有机酸含量差异均不显著(P>0.05)。由上述分析可知,隶属于聚类I的生抽酱油样本其滋味品质可能优于聚类II,由此我们可以推断,生抽酱油中草酸的含量可能对其滋味品质产生一定的负面影响。作为一种矿物质元素吸收利用的拮抗物,草酸可以降低矿质元素的生物利用率,并在人体内与钙离子结合形成草酸钙进而导致肾结石[11]。综上所述,优质的生抽酱油应具有较低的草酸含量。

3 结论

研究发现酸味不仅是市售生抽酱油样品间差异性最大的滋味指标,亦发现其和鲜味可能是导致纳入本研究的33个样本可以划分为2个聚类的关键性指标,经HPLC分析发现不同聚类间的生抽酱油样品其草酸含量存在显著差异。由此可见,生抽酱油中草酸的含量可能对其滋味品质产生一定的影响。

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Taste characterization of commercial light soy sauce by electronic tongue analysis

WANG Dan-dan1, LING Xia2, WANG Nian1, ZHANG Run-jie1, DU Tian-yu1, GUO Zhuang1*

1 (Northwest Hubei Research Institute of TraditionalFermented Food, College of Chemical Engineering and Food Science, Hu Bei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China)2 (Xiangyang Institute of Food and Drug Supervision, Xiangyang 441053, China)

ABSTRACT:In this paper, the taste profile characterizations of commercial light soy sauce were studied by electronic tongue and multivariate statistics. The results showed that there were greater differences in sourness and saltiness index among commercial light soy sauce, but aftertaste-A and aftertaste-B show the opposite trend. Cluster analysis showed all samples could be divided into two clusters based on taste profile, and sourness and umami were identified by redundancy analysis (RDA) as key variables significantly associated with the taste profile difference. The composition of organic acid in light soy sauce samples were determinate by high performance liquid chromatography (HPLC) method, and the results indicated that there were significant differences in the content of oxalic acid (P<0.05). Therefore, we concluded that the content of oxalic acid had certain negative influence to the taste of light soy sauce.

Key words:light soy sauce; electronic tongue; high performance liquid chromatography; quality evaluation

第一作者:本科生(郭壮副教授为通讯作者,E-mail:guozhuang1984@163.com)。

基金项目:湖北文理学院大学生创新创业训练计划项目;湖北文理学院食品新型工业化学科群建设项目(2016);湖北文理学院科研启动经费资助项目

收稿日期:2016-10-05,改回日期:2016-12-14

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201706042


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