电子鼻及QDA法分析 在胶原蛋白肽固体饮料感官品质中的应用

高晓雪，宫建辉，徐熙明，王胜男，董彦博，徐宇明

（北京姿美堂生物技术有限公司，北京 100041）

胶原蛋白是一种高分子功能性蛋白质，具有多种生物活性、高生物利用度和良好的生物相容性，因此常被用作重要的活性成分添加于食品中[1-2]。口服胶原蛋白类的产品对保持皮肤湿润、减少皮肤皱纹、改善面部皮肤弹性等具有明显作用，这已被很多研究证明[3-4]。目前，由于鳕鱼鱼皮中分离的胶原蛋白易被人体吸收，且利用率较高，其生物安全性方面也表现得比较优异，因此市售的胶原蛋白多来源于深海鳕鱼，且已被广泛应用于保健食品、美容护肤、生物医学等各个领域[2-4]。

固体饮料是指以食品或植物提取物为原料，通过添加合适的食品辅料或添加剂制成的粉末状、颗粒状的固态产品，具有风味独特、贮存期长、易携带等特点[5-6]。相比于普通饮料，固体饮料中固形物质量分数更高，营养更丰富，更易包装，风味保持更久，且不易腐败变质[7-8]。近年来，胶原蛋白肽类相关功能性食品深得消费者的厚爱，而果汁产品由于其营养和工艺特性而适合于功能性食品的生产，因此胶原蛋白类的果味固体饮料产品在市场中一直占据着强势地位[9]。

通常采用人工感官来评价食品品质，而人工感官常伴有心理和生理状况的影响，造成主观性误差的感官评价[10]。相较于人工感官，电子鼻技术是检测挥发性风味领域的新兴技术，其是一种由气敏传感器阵列和模式识别系统组成的智能识别气体的仪器,具有客观性[11]。目前，电子鼻技术已成功地应用于茶[12]、果汁[13]、肉制品[14]等其他食品的风味分析中，电子鼻弥补了感官评价的局限性[10]。目前，关于QDA联合消费者口味测试和电子鼻技术在固体饮料感官评定方面的应用，国内鲜有报道。果味的胶原蛋白肽固体饮料，也成为各饮料生产商争相推出的功能性产品。风味作为固体饮料感官属性中最重要的组成部分，主要指冲调后的固体饮料入口后随着咀嚼和吞咽，所感受到的气味、滋味和视觉的综合感觉。本文采用QDA及电子鼻技术对5款不同果味配方的胶原蛋白肽固体饮料风味进行感官分析，并结合消费者感官测试结果，为胶原蛋白肽选择合适配料，提高产品质量及新产品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

纯净水；5种不同果味配方的胶原蛋白肽固体饮料，其主要原料由胶原蛋白肽、柳橙粉、蔓越莓粉和草莓粉等成分组成。本实验样品由北京姿美堂生物技术有限公司提供，固体饮料样品为纯胶原蛋白肽、柳橙味胶原蛋白肽、蔓越莓味胶原蛋白肽和两款草莓味胶原蛋白肽的产品作为样品分别标记为样品A、B、C、D和E。

1.2 仪器与设备

PEN3电子鼻，德国AIRSENSE；感官审评设备：样品盘；审评碗；审评杯；天平；计时器；搅拌匙；废液桶；烧水壶。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

将5款不同果味配方的胶原蛋白肽分别称取6 g，使用100 mL、40 ℃左右的水冲调，搅拌均匀至溶解完全后分发给每个人一份。

1.3.2 感官评价方法

参照金婷等[15]方法，采用QDA法对样品进行人工感官评价。招募100人作为感官评价候选成员，通过问卷调查筛选，参照《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部；优选评价员》 (GB/T 16291.1—2012)，对招募的人员进行感官辨别能力、灵敏性及描述能力等方面的测试，最终挑选12人组成感官评价小组并进行培训。将样品冲调后置于透明玻璃杯中，在9:00开始本实验。参照《感官分析 通过多元分析方法鉴定和选择用于建立感官的描述词》（GB/T 16861—1997），感官人员进行讨论并确定样品描述词及其定义，使用9点标度来表示样品强度，1表示强度最弱，9则表示极强。感官实验结束后，统计得分[15]。

1.3.3 电子鼻检测

取3 g不同口味的胶原蛋白粉置于100 mL烧杯中，并加入50 mL水冲调混匀稳定后，使用双层保鲜膜封口，每个样品做3组平行，利用顶空吸气法进行电子鼻测定。电子鼻测样条件：传感器归零时间为5 s；样品进样流量为400 mL/min；测量时间为80 s；空气为载气；稳定时间为5 s；清洗时间为 100 s[16]。电子鼻性能描述见表1。

表1 电子鼻传感器性能描述

1.3.4 数据处理

利用软件WinMuster对电子鼻数据进行分析，利用IBM SPSS Statistics 26软件对不同果味胶原蛋白肽固体饮料的感官特征进行方差分析，采用origin2019b32Bit软件对不同口味胶原蛋白肽固体饮料的感官特征进行主成分分析和雷达图分析。利用TBtools软件进行热图分析及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同胶原蛋白肽固体饮料的感官描述词汇表的建立

感官人员通过重复观察及品尝3～4轮，让其熟悉胶原蛋白肽固体饮料产品的感官特性，提倡感官品评人员选择自己理解和表述清晰、恰当的词语来评价产品，感官评价小组对样品的感官描述词进行讨论，然后确定描述产品的关键感官形容词[17]。最终建立11个描述词用以描述不同果味胶原蛋白肽固体饮料的外观、气味和滋味的感官特征指标（表2）。

表2 不同口味胶原蛋白固体饮料的感官描述词汇表

2.2 定量描述分析结果

由品评员依据建立的词汇表对样品各感官特征指标进行打分，收集3轮评分数据，并进行ANOVA分析，结果如表3所示，根据感官强度平均分绘制的雷达图，见图1。

图1 感官评分雷达图

这5款胶原蛋白肽固体饮料在风味特征上主要归纳为以下4类属性，即口感、果味、外观及整体强度，其中口感具体表现为酸、甜、涩、鲜和腥，气味具体表现为草莓味、柳橙味、蔓越莓味等。由表3、图1可知，这5款样品在上述属性上各有特点。①口感：E和D样品的酸甜味最强，腥味最弱；C样品酸甜味适中，涩味最强；A样品腥味最强，甜酸涩味最弱；B样品的腥味适中，其他味较弱。②果味：B样品表现出明显的柳橙味，蔓越莓味和草莓味稍带适中；C样品则表现出明显的蔓越莓味，柳橙味和草莓味稍带适中；D和E样品表现出明显的草莓味，柳橙味和蔓越莓味稍带适中；A样品相比较于其他胶原蛋白固体饮料，带有的果味最弱。③外观：A样品的透明度最强，色泽最弱；B样品的透明度最弱，色泽较弱；C、D和E的色泽相近，透明度适中。④整体强度：D和E样品的整体口感和风味度最强，其次是B和C样品，最弱是A样品。说明添加了果粉的胶原蛋白肽固体饮料在色泽、滋味和气味方面更丰富。

表3 胶原蛋白肽固体饮料的主要感官属性强度评分的方差分析

2.3 不同胶原蛋白肽固体饮料的感官属性的PCA分析

主成分分析法对数据进行降维，排除众多信息中互相重叠部分，在主成分分析的分图上可以对不同被测样品进行区分[18]。本研究对不同果味的胶原蛋白肽固体饮料的透明度、色泽、甜味、酸味、涩味、鲜味、腥味、蔓越莓味、柳橙味、草莓味和整体强度进行了主成分分析，当提取到2个主成分，累积的方差贡献率达到91.77%，说明这2个主成分可以涵盖不同果味胶原蛋白固体饮料的大部分信息。如图2所示，不同果味胶原蛋白固体饮料分散在各个区域，两点之间距离越长，说明两个样品的整体感官品质差异越大；同时两点距离越短，说明两个样品间感官品质含量差异越小，感官品质较为相近。从PCA图中，可以直观地看到5款样品的感官属性各具特点。其中A样品与其他样品差异最大，故分布于F1的负半轴，风味特征主要表现为腥味强、透明度高，其他感官属性不明显。这是由于胶原蛋白肽来源于鳕鱼，所以带有浓郁的腥味。纯胶原蛋白肽的固体饮料透明度高是由于胶原蛋白的分子是两性的，即有带正、负电荷的区域，表现出良好的相容性，因此胶原蛋白作为澄清剂在果汁、饮料中应用[19]。B样品的风味特点主要为柳橙味比较强，故分布在F2的负半轴；C、D和E样品分布距离比较近，其特征表现为透明度、色泽和甜度等感官属性比较接近。

图2 胶原蛋白肽固体饮料感官属性的主成分分析

2.4 不同胶原蛋白肽固体饮料的感官属性热图聚类分析

对不同果味胶原蛋白肽固体饮料的感官属性强度进行热图聚类分析的结果见图3。5种样品大致可分为3类，即C、D和E最先聚为一类，其透明度、色泽和甜味等方面的感官性质较为相似，说明蔓越莓味和草莓味在感官上整体相似；第二类为B样品，其柳橙味和色泽较为突出；第三类为A样品，其在透明度表现最突出，这与主成分分析呈现了相同结果。同时发现A样品为纯胶原蛋白肽粉呈现出的腥味较浓，而B、C、D、E这4款胶原蛋白肽固体饮料样品腥味较淡，这4款产品配方中添加了果粉，说明果粉有效掩盖了胶原蛋白肽的腥味。目前掩腥原料多用果粉或乳粉等物质，也有研究采用果味香精复配姜汁去腥，为改良腥味产品提供了参考[20]。B、C、D、E样品带有的果香味多来源于果粉中醛类化合物和酯类物质的存在[21]。果粉添加对改善胶原蛋白肽固体饮料色泽和口感具有重要作用。

图3 胶原蛋白肽固体饮料感官属性的热图聚类分析

2.5 电子鼻分析结果

电子鼻中的传感器能针对食品挥发性成分产生不同信号响应并进行区分，利用电子鼻对5种不同果味胶原蛋白肽固体饮料的挥发性成分进行测定后，将采集得到的数据进行主成分分析，分析结果如图4所示。第1和第2主成分的累积贡献率达到99.99%，说明电子鼻的10个传感器对其挥发性成分表现出较高的识别度和灵敏度。总体看，各样品的挥发性成分有各自的分布位置，基本没有重合，说明电子鼻对于5种样品气味的区分度总体较好，所有样品的风味相对独立，原因可能是因为不同果味胶原蛋白肽固体饮料的配方组成存在一定差异，所以在不同果味胶原蛋白肽固体饮料形成的挥发性成分亦有所不同。C、D和E样品在第1主成分上的相距较近，但在第2主成分上能完全区分开，说明草莓味和蔓越莓味的胶原蛋白肽固体饮料的气味上略有相似，而B样品在第1主成分上与其他样品相聚甚远，说明柳橙味的胶原蛋白肽固体饮料气味与其他样品差异最为明显。根据感官结果发现A样品在气味上主要呈现腥味，B样品为柳橙味的胶原蛋白肽固体饮料与A样品在气味上相差甚远，从电子鼻分析结果得出，柳橙味的果粉相比较蔓越莓和草莓味的果粉的掩腥效果更好，这也为后期产品开发提供了参考。

图4 电子鼻主成分分析图

3 结论

本研究利用QDA及电子鼻对不同果味胶原蛋白固体饮料进行感官品质分析，建立了感官描述词汇表及感官评价标尺，通过采用雷达图、PCA和热图聚类分析技术全面且直观地展示5款胶原蛋白固体饮料的风味特点及它们之间的区别和联系。发现胶原蛋白肽类的产品从鳕鱼中提取，本身具有腥味，而果味配料的加入明显掩盖了胶原蛋白不良感官的腥味，同时给胶原蛋白固体饮料整体感官带来丰富的色泽、气味和滋味，而柳橙果粉在气味上的掩腥效果优于蔓越莓和草莓的果粉。

从电子鼻结果可知，5款不同果味胶原蛋白肽样品的挥发性物质存在明显的差异，其中B样品在第1主成分上区分明显，C、D和E样品间的差异较小。电子鼻分析产品气味相对人工感官评价更客观，而人工感官对产品整体风味识别综合且贴近于生活，两者结合能够更加全面地研究胶原蛋白固体饮料的感官品质，对于具体风味物质的分析则可在后期通过GC-MS、氨基酸自动分析仪等仪器方法进行深入研究，以期为该类固体饮料开发提供参考。