基于电子舌和电子鼻结合氨基酸分析鱼香肉丝调料风味的差异

袁 灿，何 莲，胡金祥，林 丹，乔明锋，蔡雪梅，彭毅秦，易宇文, （.四川旅游学院，四川 成都 6000；2.肉类加工四川省重点实验室，四川 成都 6006）

鱼香肉丝作为经典川菜之一，以其味道独特、营养丰富而深受大众喜爱[1]。目前，市场上关于鱼香肉丝的调料种类繁多，调料的执行标准、加工工艺等均有所不同，导致调料的风味和品质千差万别[2]。风味作为食品的重要品质之一，由滋味和气味组成[3]。现阶段，对于鱼香肉丝的风味分析研究，多集中在感官评价和气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析[4−6]。感官评价受到评鉴人员的主观因素和环境条件主导，使得结果相差较大，且费时费力[7]。GC-MS检测样品周期较长，只能检测单一挥发性组分，测定结果无法反映样品的整体风味，具有一定的局限性[5−6]。

电子鼻（Electronic nose）和电子舌（Electronic tongue）是模仿人体嗅觉和味觉机理的仿生检测设备，具有检测周期短、样品处理简单、检测灵敏度高、结果可靠等优点，分别能够从气味和滋味方面识别样品中整体风味信息[8−10]。本课题组易宇文分别采用电子鼻和电子舌分析川渝地区不同品牌的鱼香肉丝调料差异性，结果表明电子鼻和电子舌可有效地区分样品[2,4]。与单独使用电子鼻和电子舌相比，电子鼻与电子舌结合使用可以综合评价气味和滋味信息。现阶段，电子鼻与电子舌结合使用已广泛应用于区分奶制品、茶叶、酱油、鸭肉等食品差异性研究[11−17]。目前，电子鼻与电子舌结合使用区分鱼香肉丝调料的差异性相关研究报道鲜少。因此，本文应用电子鼻、电子舌和氨基酸分析技术，从气味和滋味角度对不同品牌鱼香肉丝调料的风味品质进行检测，旨在为鱼香肉丝调料风味评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

不同品牌鱼香肉丝调料 购自于京东商城，样品信息见表1；蔗糖HPLC>98% 成都植标化纯生物技术有限公司；咖啡因HPLC>99% 北京盛世康普化工技术研究院；磺基水杨酸 分析纯AR，成都市科隆化学有限公司；去离子水（自制）。

表1 样品信息Table 1 Information of samples

FOX 4000型电子鼻 法国Alpha MOS公司；Astree电子舌 法国Alpha MOS公司；S-433D全自动氨基酸分析仪 德国Sykam公司。

1.2 实验方法

1.2.1 电子鼻分析 电子鼻的传感器阵列由18种金属氧化物传感器组成，分布在主机的3个矩阵室，每个矩阵室有6根非专一性传感器，对一类或几类物质敏感。准确称量2.00 g样品，移至10 mL顶空进样瓶中，密封，进行电子鼻测定。顶空加热温度为70 ℃，加热时间300 s，载气（空气）流量150 mL/s，进样量（顶空气体）500 μL，数据采集时间120 s，数据采集延迟180 s。不同品牌鱼香肉丝调料测定8次重复，取后5次稳定的测定结果进行分析。

1.2.2 电子舌分析 电子舌实验采用Astree电子舌第六套传感器，该套传感器包括AHS-Sourcess，PKS，CTS-Saltiness，NMS-umami，CPS，ANS，SCS共7根传感器，选择Ag/AgCl作为参比电极。AHS-Sourcess，CTS-Saltiness，NMS-umami传感器分别对酸、咸、鲜具有专一性识别；对甜味、苦味、涩味等其它滋味须结合标准品实现识别。样品甜和苦味测定，分别以蔗糖和咖啡因作为标准品，分别配制以0.06 mg/mL为浓度梯度的250 mL蔗糖和咖啡因标准溶液（0～0.30 mg/mL），对不同的样品进行测定。通过传感器获得的数据结合Alpha MOS电子舌分析软件，能够获得样品在0～10之间的酸、咸、鲜、甜和苦味的相对强度值。利用强度值可对样品在酸、咸、鲜、甜和苦味维度上进行滋味强度排序。每个样品准确称量10.00 g，移至100 mL容量瓶，用去离子水定容至100 mL，然后用超声波浸提30 min，而后取上清液备用。将80 mL滤液移至电子舌专用烧杯进行测定。设定电子舌测定条件为：数据采集时间为120 s，采集周期为1.0 s，采集延迟0 s，搅拌速度1 r/s。每个样品测定8次重复，取后5次的稳定值作为检测结果。

1.2.3 游离氨基酸分析 样品前处理参照周常义等[18]方法，准确称取1.00 g样品于50 mL的容量瓶中，加0.01 mol/L的盐酸40 mL，旋涡混匀5 min，超声处理20 min后，定容。避光静置2 h后，取5 mL置于离心器10000 r/min离心4 min，准确取1 mL上清液，加入9 mL 1%磺基水杨酸水溶液，涡旋10 min，避光静置1 h，10000 r/min离心5 min，取5 mL用0.22 μm的水相膜过滤后上机分析。色谱分析条件：色谱柱为 LCA K07/Li（150 mm×4.6 mm），进样量为50 μL，检测波长为570 nm、440 nm，茚三酮流速为0.25 mL/min，柠檬酸锂缓冲溶液流动相流速为0.45 mL/min，反应器温度为130 ℃。

1.3 数据处理

电子鼻和电子舌测定样品的数据，经仪器自带软件直接进行主成分分析（Principal component analysis, PCA），采用Unscrambler（10.4 X）软件进行偏最小二乘法分析（Partial least squae analysis，PLS），使用SPSS 20.0软件进行Pearson相关性分析，并使用Origin2019作图。

2 结果与分析

2.1 电子鼻对不同品牌鱼香肉丝调料的气味分析

通过电子鼻分析鱼香肉丝调料的气味指纹图谱，也称气味雷达图，结果见图1。图中为不同品牌鱼香肉丝调料对电子鼻18个传感器相应信号强度大 小，除LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/Gh、LY2/gCT1和LY2/gCT传感器信号强度差异不明显，其余12个传感器信号强度差异较为明显，其中传感器T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2信号响应强度大小顺序为：D>C=B>A>F>E。表2列出18个传感器对应敏感物质类型[18]，结合图1可知，LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/Gh、LY2/gCT1和LY2/gCT传感器对应敏感类物质如氮氧化合物、硫化物、丙酮、丙烷和丁烷等，说明样品在以上该类型物质方面差异性不明显，而剩余的传感器对极性物质、非极性物质（碳氢化合物类、氨、氯）、芳香类（甲苯、二甲苯）、胺类和氯类等物质敏感，表明样品在以上该类型物质方面差异性显著。

表2 传感器对应敏感物质类型Table 2 Sensitive substance type of each sensor

图1 不同品牌鱼香肉丝调料的电子鼻雷达图Fig.1 The radar chart of Yu-shiang Shredded Pork Seasoning of different brands

采用PCA分析鱼香肉丝调料的香气，结果如图2所示。在图2中，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累积贡献率为95.3%，大于80.0%，表明主成分可以反映样品香气的整体信息[18−19]。鱼香肉丝调料的香气成分区域无重叠，说明PCA分析法可以对其进行有效区分。PC1贡献率远大于PC2，说明样品在横坐标距离越大，其差异性越大[7]。样品的横坐标大小排列顺序为D>C=B>A>F>E，该顺序与雷达信号响应强度大小顺序相同。同时，样品B和C的横坐标分布距离较近，说明样品B和C二者的香气较为相似，其它样品A、D、F和E的横坐标存在差异，表明样品A、D、F和E香气差异性明显。

图2 不同品牌鱼香肉丝调料电子鼻的主成分（PCA）分析二维图Fig.2 PCA analysis 2D image of E-nose date for different brands Yu-shiang Shredded Pork Seasoning

2.2 电子舌对不同品牌鱼香肉丝调料的滋味分析

图3为电子舌分析鱼香肉丝调料的滋味雷达图。由图3可见，电子舌的传感器相对强度值存在明显差异，表明电子舌可有效地区分不同样品的滋味。不同样品的酸、咸、鲜、甜和苦5种味觉相对强度值从大到小的顺序为：咸味为E>F>C>B>A>D，鲜味为E>B>F>C>D>A，苦味为E>F>C>B>D>A，酸味为D>A>B>C>F>E，甜味为A>E>B>C>D>F，表明不同样品的滋味存在明显差异。样品E在咸味、鲜味和苦味贡献较为突出，这可能是由于样品E水溶液中含有高浓度的水溶性离子型有机物和无机物等咸味贡献物质，如食用盐，并且可能还含有较高浓度的核苷酸、氨基酸等鲜味贡献物质[5,20]，如味精中谷氨酸钠、5′-呈味核苷酸二钠。样品D的酸味较为突出，可能由于样品D含有较高浓度的酸味贡献物[21]，如添加食醋（添加量≥20%）。同时，样品A的甜味较为突出，可能由于样品A含有较高浓度的蔗糖。

图3 不同品牌鱼香肉丝调料的电子舌雷达图Fig.3 The radar chart of Yu-shiang Shredded Pork Seasoning of different brands

电子舌对鱼香肉丝调料滋味进行PCA分析，其主成分载荷矩阵如图4所示。由图4可见，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累积贡献率为89.3%，大于80.0%，表明电子舌PCA分析能够反映样品滋味的整体信息。样品的数据点相对集中，说明样品的电子舌测定结果的稳定性相对较高，而不同样品的数据点分布于四个象限，表明样品的滋味差异性明显。载荷图是将对第一、二主成分贡献大的影响因子在PCA分析的二维图中表示出来，影响因子越靠近样品所在的二维坐标（x，y），则说明载荷因子对其影响越大。图中鲜味和咸味对样品E、C和F的识别贡献较大，酸味对样品A、B和D的识别贡献较大。

图4 不同品牌鱼香肉丝调料电子舌的主成分（PCA）分析二维图Fig.4 PCA analysis 2D image of E-tongue date for different brands Yu-shiang Shredded Pork Seasoning

2.3 不同品牌香肉丝调料游离氨基酸呈味贡献分析

氨基酸是一种重要的呈味物质，与滋味的形成密切相关，可进一步区分不同样品滋味的差异性，结果如表3所示。由表3可见，鱼香肉丝调料共检测出21种氨基酸，其中存在6种必需氨基酸，总游离氨基酸总量（TFAA）分布范围为451.40～3017.30 mg/kg。根据味觉强度可分为鲜味氨基酸（Asp、Glu）、甜味氨基酸（Gly、Ala、Thr、Ser、Pro）、苦味氨基酸（Val、Ile、Leu、Phe、His、Tyr、Lys、Arg）和无味氨基酸（Ps、Cys、Met、β-Ala、HYP、Orn）[18]。不同味型的氨基酸含量排列顺序分别为：鲜味为E>F>C>B>D>A，甜味为E>A>B>D>C>F，苦味为E>D>B>A>C>F。其中氨基酸的鲜味、甜味和苦味含量排列顺序与电子舌相对强度值顺序不同，这可能是由于甜味的呈味物质由蔗糖、麦芽糊精和氨基酸等物质组成，苦味呈味物质由阴阳离子半径之和较大的无机盐和氨基酸组成，进而导致样品的氨基酸含量排列顺序与电子舌不同。苦味氨基酸不具有味觉活性，通常被鲜味和甜味所掩盖[22]，因此，甜味氨基酸和鲜味氨基酸被视为构成鱼香肉丝滋味的主要成分。

味道强度值（Taste active value，TAV）来评价整体滋味的贡献，当TAV大于1时，该物质被认为对样品呈味贡献较大，当TAV<1时，表明物质对样品呈味贡献不明显[22]，样品的氨基酸TAV值列于表3。表中样品中TAV大于1的氨基酸有谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、组氨酸和精氨酸，其中所有样品中谷氨酸的TAV值最大，表明所有样品的鲜味氨基酸对整体的滋味呈味贡献较大。同样，在甜味氨基酸中，只有样品E中丙氨酸和丝氨酸的TAV值大于1，说明除样品E以外，样品A、B、C、D和F中甜味氨基酸对甜味贡献不明显。此外，在苦味氨基酸中，样品E的缬氨酸、苯丙氨酸和组氨酸以及样品B的精氨酸的TAV大于1，但是，苦味通常被鲜味和甜味所掩盖不具有呈味活性[22]。分析表明样品E的鲜味氨基酸和甜味氨基酸对整体滋味贡献显著。

表3 不同鱼香肉丝调料游离氨基酸含量、阈值、呈现特性及TAV值Table 3 The contents, thresholds, taste attributes and TVA of free amino acids in different brands Yu-shiang Shredded Pork Seasoning

将游离氨基酸采用归一化法绘制聚类热图，结果如图5所示。由图5可见，21种氨基酸可分为2个大聚类，其中聚类1大部分是由苦味和无味氨基酸组成，聚类2大部分则是由甜味和鲜味氨基酸组成。同时，不同调料的聚类可分为2个大聚类，其中大聚类1为样品E，聚类2由其它5种调料组成，说明样品E与其它样品的滋味差异明显。

图5 不同品牌鱼香肉丝调料聚类分析热图Fig.5 The heat map of cluster analysis for different brands Yu-shiang Shredded Pork Seasoning

2.4 电子舌滋味特性与游离氨基酸相关性分析

以游离氨基酸为自变量X，电子舌滋味特性为因变量Y进行偏最小二乘法分析（PLS），其相关性分析结果如图6所示。在PLS模型中，自变量和因变量之间的距离表明二者之间的相关性，距离越近，正相关性越强[22−23]。图中酸味与苏氨酸和羟脯氨酸相关性密切，鲜味、咸味和苦味与谷氨酸相关性密切，甜味与甘氨酸、丙氨酸和蛋氨酸相关性密切。

图6 游离氨基酸与电子舌PLS相关性分析Fig.6 PLS correlational analyses of free amino acids and E-tongue

为进一步探究不同样品的呈味氨基酸和电子舌滋味特性的相关性，Pearson相关系数用于确定每一个电子舌滋味特性正相关的呈味氨基酸，一般情况下，相关系数|r|在0.8～1.0之间表示极强相关，0.6～0.8之间表示强相关，0.4～0.6之间表示中等强相关，02～0.4之间表示弱相关[24−25]。由图7可见，电子舌滋味特性与呈味氨基酸呈现相关性。酸味与苏氨酸和精氨酸呈现强相关，其中与苏氨酸相关性显著（P<0.05）。甜味与甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸和蛋氨酸呈现强相关，其中与甘氨酸相关性显著（P<0.05）。咸味与谷氨酸、缬氨酸和鸟氨酸呈现强相关，鲜味与谷氨酸、丝氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸和鸟氨酸呈现强相关，苦味与谷氨酸、丝氨酸、缬氨酸、胱氨酸和鸟氨酸呈现强相关，其中咸味、鲜味和苦味均是与谷氨酸相关性极显著（P<0.01），结果与氨基酸结果不同，这可能是由于调料的原料中含有咸味肽和苦味肽，呈味多肽分解可增加谷氨酸的含量，并且咸味肽也可以呈现出鲜味[26−27]，使得咸味和苦味与谷氨酸相关性显著。

图7 电子舌和游离氨基酸Pearson相关性图Fig.7 Pearson corrrelation map of E-tongue and free amino acids

3 结论

本文利用电子鼻、电子舌和氨基酸检测对不同品牌的鱼香肉丝调料进行分析，采用主成分（PCA）、聚类分析、Pearson相关系数和偏最小二乘法（PLS）对调料风味的差异性进行区分。结果表明：电子鼻中12个传感器的响应强度差异性明显，其中碳氢化合物、芳香类、胺类和氯类差异显著。PCA分析法可以有效地区分不同品牌鱼香肉丝调料的香气，样品B和C的香气较为相似，其它样品的香气差异明显。

电子舌和氨基酸分析可见，不同品牌鱼香肉丝调料在滋味上存在差异性，其中样品D的酸味较为突出，样品A的甜味较为突出，样品E在咸味和鲜味较为突出。同时，在样品E中，鲜味氨基酸和甜味氨基酸对整体滋味贡献显著。不同品牌鱼香肉丝调料的滋味特性与大部分游离氨基酸呈现正相关，其中酸味和甜味分别与苏氨酸和甘氨酸相关性显著（P<0.05），咸味、鲜味和苦味与谷氨酸相关性极显著（P<0.01）。综上所述，电子鼻、电子舌结合氨基酸检测技术，可凸显样品风味的差异性，为鱼香肉丝调料的风味品质差异性研究提供新思路和理论支持。