电子舌辅助检测技术在玉米瘤黑粉菌品质评价中的应用

张家齐李 轩张海剑石 洁*

（1河北省农林科学院植物保护研究所，河北省农业有害生物综合防治工程技术研究中心，农业农村部华北北部作物有害生物综合治理重点实验室，河北保定 071000；

2北京盈盛恒泰科技有限责任公司，北京100055）

玉米瘤黑粉菌是玉米果穗或茎秆感染玉蜀黍黑粉菌（Ustilago maydis）之后形成的菌瘿。在我国民间很早就有食用玉米瘤黑粉菌的历史（石太渊等，2006），墨西哥、美国、土耳其等国家已经对其实现了商业化的生产（Patel，2016），墨西哥人民更是把玉米瘤黑粉菌视为“墨西哥饮食的骄傲”。作为一种食用菌，玉米瘤黑粉菌不仅味道鲜美而且营养丰富，具有降血脂、预防糖尿病和防癌等多种营养保健功能（张家齐 等，2017）。

为了满足市场的需求，玉米瘤黑粉菌主要通过人工接菌生产，其生产方法是在适宜的玉米品种上通过花丝注射法注射接菌液之后在适宜的采收期进行采收。现有研究显示，玉米瘤黑粉菌中所含的蛋白质、氨基酸、可溶性糖等与食物口味密切相关的营养成分含量会受到接菌的玉米品种、采收时间、生产地区的气候、地理条件的影响（Valdez-Morales et al.，2016）。因此不同玉米品种、不同采收时期所生产的玉米瘤黑粉菌口味也必然存在差异。传统的评定方法一般是通过人的经验和感官对食物的口味进行评价，但是人的感觉器官的灵敏度易受到外界因素干扰，且不同的人口味不同，从而影响评定的准确性和客观性（韩剑众 等，2008），而电子舌（electronic tongue）作为一种分析识别和检测复杂呈味物质的仪器，可以有效避免外界因素的干扰，更加客观准确地对食品口味进行评价（田晓静 等，2013）。本试验采用电子舌技术，对不同品种不同采收时期的玉米瘤黑粉菌口味进行分析，以期找到口味最佳的玉米瘤黑粉菌，为提升玉米瘤黑粉菌的整体品质，发掘玉米瘤黑粉菌的市场开发潜力提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用玉米品种为郑单958（北京德农种业有限公司）和农甜88（华南农业大学选育），2017年5月在河北省农林科学院植物保护研究所试验农场内栽种上述2个玉米品种，于当年7月在果穗上进行注射接菌，每个品种生产的玉米瘤黑粉菌分别在接菌后14、17、20 d进行采收（表1）。

表1 供试样品信息

1.2 仪器设备与试剂

电子舌：日本INSENT公司的味觉分析系统，型号：TS-5000Z。

参比溶液（人工唾液）：30 mmol·L-1KCL+0.3 mmol·L-1酒石酸；负极清洗液：水+30%无水乙醇+100 mmol·L-1HCL；正极清洗液：100 mmol·L-1KCl+水+30%无水乙醇+10 mmol·L-1KOH，所用试剂全部为分析纯。

低速离心机：湘仪TDZ5-WS。

1.3 试验方法

1.3.1 样品预处理 各品种不同采收时期的玉米瘤黑粉菌收获后，每份样品取不少于5个不同果穗上的玉米瘤黑粉菌共100 g，放入230 mL纯净水中煮沸20 min，之后倒入榨汁机中搅拌30 s，将混合物放入离心机中，8 000 r·min-1离心10 min，取上清液备用。

1.3.2 电子舌测试 于样品测定前24 h，将测试传感器和参比传感器进行活化。样品测定时将70 mL样品滤液倒入样品杯中，在进行自检和诊断后，参照Kobayashi等（2010）的方法对样品进行测定，最后通过电子舌分析软件将电势值转化为味觉值。每份混合样品重复测试4次，取后3次的测试结果作为3次重复的结果。

1.3.3 数据处理 使用软件SPSS 20进行数据分析，使用方差分析（analysis of variance，ANOVA）程序进行单因素方差分析，使用单因变量多因素方差分析（univariate analysis of variance，UNIANOVA）程序进行多因素方差分析，当P＜0.05时认为平均值之间有显著差异。

2 结果与分析

2.1 电子舌各传感器信号响应值

样品各味觉值的平均值和标准差如表2所示。样品间酸味、苦味、涩味、鲜味、咸味和甜味的数值差异都达到了显著的水平，说明使用电子舌系统可以有效地区别不同玉米瘤黑粉菌的口味。

雷达图可以直观地反映样品各味觉值的大小，方便整体把握样品味道的情况。如图1所示，只有当味觉值高于参比溶液时才表明样品有该味道。玉米瘤黑粉菌主要的味道为甜味、鲜味、咸味、酸味，仅个别样品会有少许苦味。Kobayashi等（2010）研究发现，一般2个样品间味觉值差异大于1.0个刻度，则通过人口品尝就能感知两者的差异；味觉值差异在0.5～1.0个刻度时，专业品评人员能分辨样品之间的味道差异；二者差异小于0.5个刻度时，说明两者味道接近，未达到人能感知的差异。下面将针对玉米瘤黑粉菌中较为明显的甜味和鲜味进行分析。

表2 玉米瘤黑粉菌口味特征的电子舌测定结果

2.2 玉米瘤黑粉菌口味分析

电子舌检测到的甜味主要是各种可溶性糖所产生的甜味。如图2-A所示，2个玉米品种随着采收时期的延迟，玉米瘤黑粉菌甜味呈减淡趋势，在接菌后14 d采收玉米瘤黑粉菌甜味最大，在接菌后17 d或20 d采收，甜味会明显减淡。双因素方差分析结果显示，品种因素对玉米瘤黑粉菌甜味差异影响不显著（P=0.319），农甜88的甜味值大于郑单958；采收时期对玉米瘤黑粉菌甜味差异影响显著（P=0.041），随着采收期的延迟甜味减淡，但对于同一品种各采收期甜味差异不显著；两者交互效应对玉米瘤黑粉菌甜味差异影响不显著（P=0.910）。

图1 玉米瘤黑粉菌口味雷达图

电子舌所检测到的鲜味是指样品中氨基酸、核酸引起的鲜味（耿利华 等，2014）。由图2-B可知，2个玉米品种随着采收时期的延迟，玉米瘤黑粉菌鲜味呈上升的趋势，在接菌后14 d采收鲜味最小。但不同品种采收时期鲜味的变化趋势略有不同，农甜88的玉米瘤黑粉菌接菌后17 d和20 d鲜味变化不大；郑单958则随着采收期的延迟鲜味一直呈上升趋势，接菌后20 d采收鲜味最大。双因素方差分析结果显示，品种因素对玉米瘤黑粉菌鲜味差异影响不显著（P=0.061）；采收时期对玉米瘤黑粉菌鲜味差异影响极显著（P=0），3个采收时期鲜味值顺序为S3＞S2＞S1；两者交互效应对玉米瘤黑粉菌鲜味差异影响极显著（P=0）。

图2 不同品种和采收时期玉米瘤黑粉菌的主要口味特征

3 结论与讨论

近年来，以电子舌为代表的味觉分析系统已广泛应用到食品、饮料和医药等行业，应用电子舌系统可以将抽象的人体感官指标进行数字化评价。通过电子舌检测，玉米瘤黑粉菌主要包括甜、鲜、酸、咸4种味道。不同玉米品种、不同采收时期生产的玉米瘤黑粉菌在口味上存在一定的差异。食用菌中，可溶性糖（糖醇）是产生甜味的主要物质（游兴勇 等，2008），也是电子舌能检测到的甜味的主要来源。在玉米瘤黑粉菌中主要的可溶性糖为葡萄糖和果糖，约占其碳水化合物总含量的81%（Valdez-Morales et al.，2010），且这些可溶性糖含量受到采收时间的影响，接菌后13～20 d葡萄糖变化差异不显著，而果糖含量则显著下降（Valdez-Morales et al.，2010），这一结果与本试验中接菌后14 d采收玉米瘤黑粉菌甜味响应值最大的结论基本一致。电子舌所检测到的鲜味响应值与样品中氨基酸含量关系密切，玉米瘤黑粉菌味道鲜美主要就是因为其中含有丰富的天门冬氨酸、甘氨酸等能使舌头感受到鲜味的氨基酸物质（Lizárraga-Guerra &López，1996）。虽然在本试验中不同品种间玉米瘤黑粉菌鲜味值无明显差异，但Vanegas等（1995）研究发现，来自墨西哥3个不同地区的玉米上生产的玉米瘤黑粉菌中氨基酸的含量有明显差别。本试验可能是材料选取的原因而导致品种间鲜味差异不大，但鲜味仍然应该作为一个评价不同玉米瘤黑粉菌口味的重要指标。

综合电子舌的检测结果，不同玉米品种间甜味、鲜味的差异不显著；在采收时期上，由于接菌不足14 d玉米瘤黑粉菌菌瘿太小，肉眼不易发现，而超过20 d后玉米瘤黑粉菌菌瘿表皮容易破裂不利于运输，且容易在田间受到镰孢菌等其他致病菌的侵染而影响品质，所以本试验选取了接菌后14、17、20 d 3个时间节点进行研究。甜味响应值随着采收时期的延迟呈降低趋势，鲜味响应值随着采收时期的延迟呈增大趋势。由于玉米瘤黑粉菌最大的特点在于其风味独特，而其独特风味体现在电子舌的检测指标上主要指鲜味，结合电子舌检测结果，玉米瘤黑粉菌较适宜的采收时期是接菌后17～20 d。过早采收其风味差，品质会受到影响。Pataky和Chandler等（2003）在研究中指出，某高档餐厅对使用的玉米瘤黑粉菌的采收时期要求为接菌后16～17 d，这一要求与电子舌的检测结果相一致。

本试验首次尝试了使用电子舌对玉米瘤黑粉菌进行味觉特征描述，实现了玉米瘤黑粉菌的“味数值化”，通过数值化的结果来客观反映不同品种不同生长阶段玉米瘤黑粉菌味道的差异，实现了玉米瘤黑粉菌品质的区分，并通过差异分析对玉米瘤黑粉菌接菌玉米品种的选择和采收时期进行决策，对玉米瘤黑粉菌的产业化生产具有指导意义。由于玉米瘤黑粉菌含有丰富的真菌多糖、氨基酸、蛋白质等对人体有益的营养成分，在接下来的研究中，可以侧重于玉米瘤黑粉菌的电子舌味觉特征与其中所含的有益化学成分的相关性分析，以期实现通过电子舌快速鉴别玉米瘤黑粉菌品质的目的。将电子舌技术应用于玉米瘤黑粉菌的生产，可以更加精准地把控玉米瘤黑粉菌的品质，提升玉米瘤黑粉菌的市场竞争力，促进玉米瘤黑粉菌产业的健康快速发展。