基于电子舌技术的食用槟榔滋味分析

巢雨舟 柳 毅 赵志友 夏延斌

(1. 湖南宾之郎食品科技有限公司工程技术研究中心，湖南 湘潭 411201；2. 湖南省槟榔加工与食用安全工程技术研究中心，湖南 湘潭 411201；3. 湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128)

槟榔是一种热带经济作物，含有多种营养和活性物质，具有多种生理活性功能[1-3]，在中国，有95%的槟榔被加工成食用槟榔，湖南槟榔产业近30年发展迅速，已实现工业化、规模化和现代化生产[4-5]。对于湖南这种特定的食用干槟榔而言，滋味是影响其品质的最关键因素，目前国内外没有对食用槟榔滋味的评价研究，而行业内槟榔滋味的评价方法仅为感官评价，评价标准较笼统，又易受评价者主观影响，其结果有失准确性、客观性和重复性。

电子舌利用仿生原理，使用人工脂质膜传感器技术可以检测食品的各种味觉指标，并将测试结果输送至电脑中[6-8]。仪器评价技术比传统评价技术更快速、客观和准确[9-11]，此外，多元统计学分析方法近几年被广泛应用于食品领域，对于分析多变量的电子舌味觉指标有较大帮助[12-15]。研究拟利用电子舌和感官评价技术对8个槟榔强势企业共12个优势品牌进行检测，并结合多元统计学方法分析结果，探讨槟榔产品滋味的差异性，为分析槟榔产品的滋味提供一种更为科学、客观和准确的评价方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

食用槟榔：市售；

电子舌专用内部液、参比电极液、阳离子溶液和阴离子溶液：日本Insent公司。

1.2 主要仪器设备

味觉分析系统：TS-SA402B型，日本Insent公司；

超纯水机：ZWM-HLBA1-10型，湖南中沃水务环保科技有限公司；

手提式粉碎机：XL-06A型，广州市旭朗机械设备有限公司；

数控超声波清洗器：KQ-700DE型，昆山市超声仪器有限公司；

水浴恒温振荡器：SHY-2A型，常州上特仪器制造有限公司；

台式低速离心机：TDZ4A-WS型，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；

高效液相色谱仪：1260infinity型，美国安捷伦科技公司。

1.3 电子舌检测方法

1.3.1 样品采集 从超市购买12种品牌的槟榔产品，来源于8个不同企业，考虑到商业机密，不公开企业名和品牌名，只对样品进行编号，具体情况见表1。

表1 12种槟榔样品情况表

1.3.2 电子舌样品预处理 将槟榔卤水刮下，备用。将去卤水后的槟榔进行粉碎，称取5.00 g粉碎槟榔和3.00 g卤水于锥形瓶中，加入250 mL超纯水，保鲜膜封口，25 ℃ 水浴40 min，50 ℃超声20 min，4 000 r/min离心10 min，取上层清液备用。

1.3.3 电子舌检测方法

(1) 称取80 mL上清液样品于电子舌专用烧杯中。

(2) 将味觉传感器浸没于参比溶液中，得到参比溶液电势Vr。

(3) 将味觉传感器浸没于样品溶液中，得到样品电势Vs，样品与参比液的电势差Vs—Vr可以评价甜、酸、咸、苦、涩、鲜。

(4) 将味觉传感器浸没于参比溶液清洗后再测试样品，得到电势Vr1，电势差Vr1—Vr可以评价苦、涩、鲜的回味指标。

(5) 为使结果更加准确，减少仪器首次因平衡带来的测量误差，酸、咸、苦、涩、鲜、苦味回味、涩味回味和鲜味回味测定4次，取后3次结果，因仪器对甜味的平衡较弱，甜味测定5次，取后3次结果。

1.4 感官评价方法

由技术中心10名槟榔专业技术人员进行感官评分，对12个槟榔产品的甜味、酸味、咸味、苦味、涩味、鲜味、苦味回味、涩味回味和鲜味回味进行评分；分3个档次：味感强烈21～30分，味感一般11～20分，味感较弱1～10分；6个基本味觉指标在口腔中咀嚼3～5 min后评价，3个回味指标咀嚼≥8 min后评价。

1.5 甜味剂测定方法

1.5.1 甜蜜素 参照GB 5009.97—2016。

1.5.2 糖精钠 参照GB 5009.28—2016。

1.5.3 三氯蔗糖 参照GB 22255—2014。

1.5.4 安赛蜜 参照DBS 13/006—2016。

1.6 数据分析与处理

对采集到的数据进行差异性分析、主成分分析、因子分析、系统聚类法分类和单因素方差分析。数据分析使用SPSS 19.0软件，图形处理使用Origin 9.5软件。

2 结果与分析

2.1 各滋味指标的差异性分析

由表2可知，每个指标的组间均方根误差远大于组内，说明槟榔味觉指标的差异主要来自于不同的样品，而并非样品本身检测时的误差。从显著性分析可知，不同样品的各项味觉指标差异显著(P<0.01)，说明不同品牌的槟榔产品对电子舌各传感器响应信号值有极显著影响(P<0.01)，电子舌可以区别不同槟榔样品，与王银诚等[14]的结果一致。从味觉指标的极差可知，甜味(5.17)、酸味(6.44)、咸味(4.10)、苦味(4.88)和涩味(4.38)比较大，而鲜味(1.68)、苦味回味(2.84)、涩味回味(2.30)和鲜味回味(0.83)相对较小。槟榔滋味中，甜、酸、咸、苦、涩均是比较重要的指标，对产品口感有较大影响，其余的指标影响较小。

表2 槟榔产品各滋味指标差异性分析

2.2 各滋味指标的主成分分析

对12个槟榔产品进行主成分分析，提取特征值λ>1以上的主成分有3个，前3个主成分的累计方差贡献率达85.30%，可以反映样本的真实情况。由表3可知，成分1主要包含了甜味、苦味、涩味和涩味回味的信息，成分2主要包含了酸味、鲜味和鲜味回味的信息，成分3主要包含了咸味和苦味回味的信息。由图1可知，12个槟榔产品可以得到很好地区分。从各产品的位置来看，F1、H1呈聚类趋势，D1、E1、G1、A2、A3和B2呈聚类趋势，C2、B1、A1、C1相距较远，区别明显，说明PCA能在空间排布上进行一定的分析，与吴进菊等[16]的结果一致，为进一步探讨12个产品的聚类关系，采用系统聚类法进行分析。

图1 主成分因子得分图Figure 1 The factor score picture of principalcomponent

表3 成分矩阵表

2.3 各滋味指标的聚类分析

对12个槟榔产品进行聚类分析，采用平方Euclidean距离的度量标准得到如图2所示的树状图，当距离取3时可以分为三大类。A1、B1和C2为第一类，A2、D1、G1、E1、A3、B2和C1为第二类，F1和H1为第三类，说明电子舌可以对相似滋味的槟榔产品进行聚类，槟榔滋味的分类与槟榔种类、生产企业并没有直接关系，烟果、青果槟榔以及同一企业生产的产品，滋味上并没有呈聚类关系，决定槟榔滋味差异的主要原因是配方的不同。这与吴进菊等[17]的结论一致。

图2 各槟榔产品的聚类分析图Figure 2 The cluster analysis of areca products

2.4 不同聚类槟榔产品的滋味指标方差分析

为进一步分析3个聚类的槟榔产品滋味差异，对3个聚类的槟榔产品进行单因素方差分析，结果见表4。由表4可知，聚类1的鲜味和鲜味回味显著高于其他两个类别；聚类2的咸味和苦味显著低于其他两个类别；聚类3的甜味显著高于其他两个类别，但涩味和涩味回味显著低于其他两个类别。3个不同聚类的产品均有其独特的滋味优势，与李建美等[13]的结果一致。

表4 不同聚类槟榔产品的滋味指标方差分析†

2.5 电子舌和感官指标对比分析

由表5可知，线性回归中，甜味的R2值最小，鲜味回味的R2值为0.872，其余指标的R2值均在0.9以上，说明在甜味分析上，电子舌和感官评价差异较大，鲜味回味的差异一般，其余指标的差异较小；在Pearson相关性分析中，只有甜味的相关性不显著，其余指标均显著，进一步说明电子舌和感官评价分析上甜味差异较大。

表5 相关性分析†

由表6可知，聚类1的鲜味和鲜味回味显著高于其他两个类别；聚类2的咸味和苦味显著低于其他两个类别；聚类3的涩味和涩味回味显著低于其他两个类别。除甜味指标外，感官评价与电子舌的味觉指标差异性一致。槟榔的主要优势味觉指标为甜味，各生产企业的不同产品，甜味剂的选择和配比均不相同，对甜味影响较为复杂，可能是造成电子舌和感官分析结果不一致的主要原因。

表6 不同聚类槟榔产品的感官指标方差分析†

2.6 不同聚类槟榔产品的甜味剂差异性分析

采用HPLC法测定槟榔产品中主要的甜味剂含量，结果如表7所示。由表7可知，4种甜味剂的质量浓度与其峰面积呈良好的线性相关性，与董蕴等[18]研究的有机酸结果一致，其回归方程的相关系数R2值均>0.999。聚类3的4种甜味剂含量均最高，且除糖精钠外，其余3种甜味剂含量均显著高于其他两类，这可能是电子舌和感官评价的结果均显示聚类3的甜味是最高的原因。聚类1的甜蜜素和糖精钠含量显著高于聚类2的，聚类1的三氯蔗糖则显著低于聚类2的，安赛蜜含量两者差异不显著。甜蜜素和糖精钠是槟榔行业使用时间最长、最有经验的两种甜味剂，而三氯蔗糖的甜味最纯正，甜度倍数高，但其用量较低，这可能是聚类1与聚类2的电子舌与感官评价分析存在差异的原因。

表7 不同聚类槟榔产品的甜味剂含量差异分析†

3 结论

试验表明，电子舌可以很好地区分各槟榔产品，不同槟榔产品中，对口感影响大的味觉指标差异也大；电子舌可以聚类有相似味觉特征的槟榔产品，各聚类产品有其特有的滋味优势；除甜味以外，电子舌和感官评价的味觉指标差异性均一致，但造成甜味差异的具体原因尚未明确。后续可根据电子舌的测定结果与市场强势槟榔产品品质建立联系，为改进槟榔配方提供参考。