基于电子舌技术的有机低钠盐配方呈味特性研究

惠延波，白薇薇，樊留强，孙思佳，阳雨妍

(1.河南工业大学 电气工程学院，郑州 450001;2.河南工业大学 生物工程学院，郑州 450001; 3.南京理工大学 机械工程学院，南京 210094)

基于电子舌技术的有机低钠盐配方呈味特性研究

惠延波1，白薇薇1，樊留强1，孙思佳2，阳雨妍3

(1.河南工业大学 电气工程学院，郑州 450001;2.河南工业大学 生物工程学院，郑州 450001; 3.南京理工大学 机械工程学院，南京 210094)

食盐是人类生活中的重要调剂品，在日益注重生活品质与生活健康的今天，低钠盐成为更多人的选择。文章采用法国Alpha M.O.S公司ASTREE电子舌采集样品溶液的味觉信息，研究低钠盐配方的呈味特性，分析了氯化钾、葡萄糖酸钠的呈味属性，利用DFA和PCA两种模式识别方法对低钠盐配方及其他样品溶液进行定性分析评价。实验结果表明：两种模式识别方法均能够对不同低钠盐配方的呈味特性进行有效判别，电子舌为不同配方的低钠盐呈味特性研究提供了一种快速的检测方法。

有机低钠盐；电子舌；咸味；判别因子法(DFA)；主成分分析法(PCA)

食盐是烹饪中的一种必不可少的调味品，也对维持身体健康有着重要作用[1]。但食盐的过量摄入会导致高血压、骨质疏松、肾结石等疾病，对人体健康构成威胁[2]，因此在保证咸味的前提下，开发出低钠又具有保健作用的食盐替代物就显得十分重要[3]。根据相关文献、市面售卖的品种及预实验初筛的结果，选取氯化钾和葡萄糖酸钠作为食盐的部分替代物。氯化钾咸味纯正，咸度高于同浓度的氯化钠，但口感较差，苦涩味明显，葡萄糖酸钠作为一种新型的功能呈味调料，能够改善食品呈味特性，掩盖不良苦味、涩味，但咸度较低，不能大量食用。寻找一种咸味与口感俱佳的低钠盐配方[4]，可以降低每日的钠元素摄取量。

电子舌[5-8]作为一种能快速检测味觉品质的新技术，可以对样品进行味觉的量化，克服感官评价易受主观影响的不足，具有重复性、高灵敏性、可靠性等优势。本文采用法国Alpha M.O.S公司ASTREE电子舌的电势型味觉传感器来采集样品溶液信号[9]，对不同配方的低钠盐呈味特性进行定性分析评价。

1 试验材料、仪器与方法

1.1 试验材料

试验样品为氯化钠、氯化钾、葡萄糖酸钠、奎宁以及7种低钠盐配方溶液。配制不同质量分数的氯化钠和奎宁溶液，分别作为咸味和苦味的标准参比液。分别配制不同质量分数的氯化钾、葡萄糖酸钠溶液。根据市面上已存在的低钠盐品种及食盐产业的相关规定确定低钠盐配方中3种物质的配比范围，考虑到人体内存在的钠钾平衡以及氯化钾和葡萄糖酸钠的咸度和口感，以复配盐的总量为1设计的低钠盐最终的因素和水平是氯化钠为0.5～0.6，氯化钾为0.2～0.3，葡萄糖酸钠为0.1～0.2。根据复配盐中各物料的最低值与最高值，借助试验软件Design Expert进行低钠盐配方设计，给出7种配方，见表1，所测样品一共为30种。

表1 测量样品及编号

续 表

1.2 试验仪器与方法

利用法国ASTREE电势型电子舌对7种不同浓度的氯化钠溶液、5种不同浓度的氯化钾溶液、5种不同浓度的葡萄糖酸钠溶液、6种不同浓度的奎宁溶液以及7种低钠盐配方溶液进行数据采集。采用的电子舌是由16位自动进样器、传感器阵列、数据采集和控制器、模式识别软件等部分组成。其中，传感器阵列由7根具有交互敏感性的生物膜传感器(ZZ，JE，BB，CA，GA，HA和JB)和1个Ag/AgCl参比电极组成。数据采集前，电子舌系统需完成活化、自检、初始化、校准和诊断试验。

将配制好的样品溶液按对应编号放入电子舌专用烧杯中，蒸馏水作为洗液，按照待测液→洗液→待测液的交替顺序放入电子舌进样器。样品数据采集时间设为120 s，每个样品重复采集10次。

1.3 数据处理方法

判别函数分析(DFA)[10-12]是通过重新组合传感器数据来优化区分性的分类技术，DFA在保存现有信息的前提下，使同类数据间的差异性尽量缩小，不同类数据间的差异尽量扩大。主成分分析法(PCA)是一种降维处理技术，能够把原来多个变量转化为少数综合指标的一种多元统计方法。主成分分析的主要目的是压缩变量个数，用较少的变量去解释原始数据中的大部分信息，剔除冗余信息。

2 结果与分析

2.1 感官评价

从对咸味和苦味敏感的专业人员中筛选出10名身体健康、嗅、味觉敏感性好的感官评价员(男女比例为 1∶1)组成品尝小组。评价员身上不带有气味，其自身也不在饥饿或是疲惫的状态下进行感官品评，并且评价员之间不能进行交流。分别称取一定量的低钠盐配方溶液，每次品尝前用30 ℃温水漱口，2次品尝间隔25 min，然后由品尝小组依据评分标准(见表2)，分别对低钠盐配方溶液的咸度和口感进行评价，评分结果取10人评分的平均值。

表2 盐溶液的咸度、口感评分标准

不同配方的低钠盐溶液咸度和口感得分值见表3。

表3 低钠盐配方的咸味与口感得分值

由表3可知，配方3,6,7的咸味得分值较高，但是配方6,7的口感得分值较低。

2.2 DFA分析

对不同梯度浓度的氯化钠、氯化钾、葡萄糖酸钠、奎宁和低钠盐配方溶液样本建立DFA模型，DFA分析方法使样品组间重心距离最大的同时保证组内差异最小，从而建立判别函数和判别准则，将距离最近的两类样品判定为相似样品。基于判别因子分析法建模，得到各样品的区分图，见图1。

图1 氯化钠、氯化钾、葡萄糖酸钠和奎宁溶液的DFA分析

由图1可知，判别因子DF1和DF2贡献率分别为95.54%，3.774%，总贡献率达到99.314%，氯化钾溶液与氯化钠溶液样品的距离最小，葡萄糖酸钠溶液样品与氯化钠、奎宁溶液样品均有一定距离。根据DFA判别可得氯化钾与氯化钠最为接近，即氯化钾呈咸味明显，而葡萄糖酸钠呈咸味和苦味均不明显。验证了氯化钾咸味纯正、葡萄糖酸钠咸度较低的呈味属性。

7种配方溶液和不同梯度浓度的氯化钠溶液的DFA分析结果见图2。

图2 配方溶液和氯化钠溶液的DFA分析

由图2可知，判别因子DF1和DF2贡献率分别为67.671%,17.633%，总贡献率为85.304%，能将不同种类的样品溶液区别开。7种配方溶液均与氯化钠溶液距离近，这与配方中含有的氯化钾咸味纯正、咸度高于同浓度的氯化钠是相符合的。在咸度方面，各配方可以作为氯化钠的替代物，而配方中的苦涩味(氯化钾苦涩味明显)能否被掩盖，则需要进一步研究。

7种配方溶液和奎宁溶液的DFA分析结果见图3。

图3 配方溶液和奎宁溶液的DFA分析

由图3可知，7种配方溶液分布区域集中，相互之间的距离较小，说明各配方在奎宁作为标准苦溶液的DFA分析下，苦味差异不大。而配方溶液与奎宁溶液距离较远，这与配方中含有一定量的葡萄糖酸钠(可以掩盖不良苦味、涩味)有关，表明配方中的苦涩味已经不明显了。

7种低钠盐配方溶液和不同梯度浓度的氯化钠、奎宁溶液的DFA分析结果见图4。

图4 配方溶液、氯化钠和奎宁溶液的DFA分析

由图4可知，判别因子DF1和DF2贡献率分别为98.833%，0.6743%，总贡献率为99.507%。7种配方溶液均分布在氯化钠溶液周围，与奎宁溶液相距较远，进一步说明了所测配方溶液较为接近盐溶液，呈咸味明显。其中配方3,6,7与氯化钠溶液的距离较小，表明这3种配方在咸度方面与氯化钠溶液较为相近，可作为最佳配方的选择。

2.3 PCA分析

主成分分析能够压缩变量个数，用较少的变量去解释原始数据中的大部分信息，剔除冗余信息。基于主成分分析法，得到各样品主成分得分图，见图5。

图5 氯化钠、氯化钾、葡萄糖酸钠和奎宁溶液的PCA分析

由图5可知，主成分PC1和PC2的贡献率分别为90.014%,9.764%，总贡献率达到99.778%，不同浓度的氯化钾和氯化钠溶液几乎分布在同一区域，且距离奎宁溶液较近，可知氯化钾具有咸味和苦味。而葡萄糖酸钠溶液与氯化钠溶液、奎宁溶液完全区分开，可得葡萄糖酸钠呈咸味和苦味均不明显。PCA分析验证了氯化钾咸味纯正，同时呈一定苦味，葡萄糖酸钠咸味寡淡、无苦涩味的呈味属性。

7种配方溶液和氯化钠溶液的PCA分析结果见图6。

图6 配方溶液和氯化钠溶液的PCA分析

由图6可知，前2个主成分PC1和PC2的贡献率分别为79.356%,10.074%，总贡献率为89.430%。各配方溶液与氯化钠溶液咸味较为相近，配方呈咸味明显，这与氯化钾咸度纯正相符合，证实了氯化钾为增加配方的咸度起到了很大的作用。

为了探究配方的苦味特性，将奎宁作为标准苦溶液，对各配方进行PCA分析结果见图7。

图7 配方溶液和奎宁溶液的PCA分析

由图7可知，各配方的落点区域较近，表明其苦味相当。而配方溶液与奎宁溶液能完全区别开，说明各配方苦味不明显，同时证实了葡萄糖酸钠可以掩盖苦涩味的作用，为配方的可行性提供了一定的依据。

7种配方溶液、不同梯度浓度氯化钠溶液和不同梯度浓度奎宁溶液的主成分分析结果见图8。

图8 配方溶液和氯化钠、奎宁溶液的PCA分析

由图8可知，前2个主成分PC1和PC2的贡献率分别为96.513%,2.421%，总贡献率为98.934%，各种配方与氯化钠溶液的分布较近，而与奎宁溶液区分开。其中，配方3、配方6和配方7在咸度上与氯化钠溶液更为接近。运用该方法可快速分析低钠盐配方的呈味特性，为最佳配方的选择提供一定的指导作用。

3 结论

本文采用法国Alpha M.O.S电子舌对不同梯度浓度的氯化钠、氯化钾、葡糖糖酸钠、奎宁以及7种由不同比例氯化钠、氯化钾、葡糖糖酸钠组成的配方溶液进行检测，分别采用判别因子分析(DFA)和主成分分析(PCA)两种模式识别方法对采集的数据进行研究分析。实验结果表明：采用DFA和PCA法分析数据，得出氯化钾溶液呈咸味明显，且具有苦味；而葡萄糖酸钠溶液呈咸味不明显，呈苦味也不明显；判别出7种低钠盐配方溶液均呈咸味明显，呈苦味不明显；结合感官评价得分，建议选择配方3为最佳的低钠盐配方。电子舌应用为不同配方的低钠盐呈味特性研究提供了一种快速的检测方法。

[1]王仲礼,赵晓红.概述普通食盐、营养盐及风味盐[J].江苏调味副食品,2006,23(2):4-8.

[2]王春晓,崔娟,杨静,等.通过开展减盐行动控制我国心血管疾病流行的可行性与必要性[J].中国卫生政策研究,2010,3(9):49-53.

[3]冯雅靖,赵文华.英国和芬兰检验策略的成功经验与启示[J].中国卫生政策研究,2010,3(5):52-56.

[4]王仕钰,张立彦.有机酸味剂对低钠盐增咸作用的研究[J].食品工业科技,2012,33(6):370-373.

[5]张晓敏,朱丽敏,张捷,等.采用电子鼻评价肉制品中的香精质量[J].农业工程学报,2008,24(9):175-178.

[6]吴瑞梅,赵杰文,陈全胜,等.基于电子舌技术的绿茶滋味品质评价[J].农业工程学报,2011,27(11):378-381.

[7]Men H,Zhang C,Ning K,et al.Detection of edible oils based on voltammetric electronic tongue[J].Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology,2013,5(4):1197-1202.

[8]Wander N,Mauro B,Thiago R L C.Use of copper and gold electrodes as sensitive elements for fabrication of an electronic tongue: discrimination of wines and whiskies[J].Microchemical Journal,2011,99(1):145-153.

[9]惠延波,潘印卿,王莉,等.基于电子舌技术的不同品种大米区分识别研究[J].科学技术与工程,2014,14(33): 250-259.

[10]宋江峰,李大婧,刘春泉,等.甜糯玉米软罐头主要挥发性物质主成分分析和聚类分析[J].中国农业科学,2010,43(10):2122-2131.

[11]田晓静,王俊,崔绍庆.羊肉纯度电子舌快速检测方法[J].农业工程学报,2013,29(20):255-262.

[12]黄星奕,戴煌,徐富斌,等.电子舌对橙汁感官品质定量评价研究[J].现代食品科技,2014,30(5):172-177.

Study on Sensory Characteristics of Organic Low Sodium Salt Formula Based on Electronic Tongue Technology

HUI Yan-bo1, BAI Wei-wei1, FAN Liu-qiang1, SUN Si-jia2, YANG Yu-yan3

(1.College of Electrical Engineering,He'nan University of Technology, Zhengzhou 450001, China;2.College of Biotechnology,He'nan University of Technology, Zhengzhou 450001, China;3.College of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094,China)

Salt is an important condiment in human's daily life, as people focusing on the quality and health of life increasingly, more and more people prefer to choose low sodium salt. The taste information of sample solution is collected by French ASTREE electronic tongue of Alpha M.O.S., and the sensory characteristics of the low sodium salt formula are also studied. Analyze the flavor properties of potassium chloride and sodium glucose. The methods of discriminant function analysis(DFA) and principal component analysis(PCA) are used for the qualitative analysis of low sodium salt formula and other samples. The results show that two recognition methods can effectively distinguish the sensory characteristics of different low sodium salt formulas. Electronic tongue provides a rapid method to study the sensory characteristics of different low sodium salt formulas.

organic low sodium salt; electronic tongue; salty; discriminant function analysis(DFA); principal component analysis(PCA)

2016-12-05

国家“十二五”科技支撑计划(2012BAF12B13)；粮食信息处理与控制教育部重点实验室资助项目(KF11-2015-101)

惠延波(1964-)，男，教授，博士，研究方向：制造业信息化、粮油食品检测技术与装置； 白薇薇(1992-)，女，傣族，硕士，研究方向：粮油食品检测技术与装置。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.05.023

1000-9973(2017)05-0107-04