易宇文，劉陽(yáng)，彭毅秦，鄧靜*，吳華昌，喬明鋒

1(四川旅游學(xué)院 烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都，610100) 2(四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川 成都，610100)

我國(guó)是生豬養(yǎng)殖大國(guó)，年產(chǎn)量在40 000萬頭以上，也是豬肉消費(fèi)大國(guó)，主要以鮮食為主，但深加工不夠，造成其附加值較低。肘子，豬的前蹄髈，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含膠原蛋白等，其中東坡肘子作為傳世名菜，是其典型代表。東坡肘子由宋朝大文豪蘇東坡在其妻烹調(diào)肘子的基礎(chǔ)上改良而成的一道佳肴[1]，具有色澤焦黃、肉香濃郁、肉質(zhì)軟糯、肥而不膩、粑而不爛的特點(diǎn)，加熱后香氣四溢，刺激嗅覺器官，讓人垂涎欲滴，現(xiàn)已進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

食品的氣味主要依靠人的嗅覺器官(鼻子)來辨識(shí)，但個(gè)體差異、喜好、生理和心理狀況等對(duì)嗅覺的影響很大，因此重復(fù)性、穩(wěn)定性差。智能嗅覺識(shí)別系統(tǒng)(電子鼻)是一種模擬人生理嗅覺的傳感技術(shù)，它采用傳感器陣列獲得被分析物質(zhì)的響應(yīng)信號(hào)，利用參數(shù)模型技術(shù)[2]將響應(yīng)信號(hào)處理成坐標(biāo)，形成指紋圖譜，從而獲得不同氣味之間的差異，能夠避免生理嗅覺的缺陷，保證對(duì)同一樣品的重復(fù)性和穩(wěn)定性。目前，電子鼻在肉制品加工方面得到廣泛應(yīng)用，如肉類鮮度辨別[3-8]、肉類慘假[9-13]、肉制品中微生物監(jiān)測(cè)[14-16]、飼養(yǎng)方式對(duì)肉品質(zhì)的影響[17-21]等。這些研究主要說明電子鼻能夠?qū)悠窂臍馕渡峡焖賲^(qū)分開來，但并未指出傳感器與感官特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而研究?jī)烧咧g對(duì)應(yīng)關(guān)系，在電子鼻數(shù)據(jù)處理時(shí)，能夠迅速確定敏感傳感器，減少干擾。因此，研究電子鼻傳感器與感官評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)于從氣味上鑒別與控制農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義；從文獻(xiàn)來看，目前涉入該領(lǐng)域的學(xué)者很少，僅秦藍(lán)[22]等建立了電子鼻傳感器與雞精調(diào)味料感官氣味之間的關(guān)系。另外，食品研究中用到的多元統(tǒng)計(jì)方法主要有主成分分析(PCA)、聚類分析(CA)、判別分析(DA)和偏最小二乘法(PLS)等，其中，偏最小二乘法是一種研究多個(gè)因變量和多個(gè)自變量之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，主要用于農(nóng)產(chǎn)品預(yù)測(cè)摻假[23]、含量預(yù)測(cè)[24]和相關(guān)性[25]研究等領(lǐng)域。

本文擬以電子鼻技術(shù)結(jié)合感官評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用ANOVA、PCA、CA等多元統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)不同品牌東坡肘子進(jìn)行辨識(shí)，并結(jié)合PLS研究傳感器與感官氣味間的關(guān)系，旨在說明電子鼻傳感器與感官香味物質(zhì)之間的相關(guān)性，為食品加工中質(zhì)量控制的電子鼻檢測(cè)與傳感器選擇提供一定的理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東坡肘子：共5個(gè)品牌，購(gòu)于各大超市及電商平臺(tái)，分別編號(hào)為1、2、3、4、5。其具體信息見表1。

分析天平(FALLC4N)，常州市衡正電子儀器有限公司；電子鼻(FOX 4000)，法國(guó)Alpha MOS公司，該電子鼻主機(jī)內(nèi)有3個(gè)矩陣室，每個(gè)矩陣室有6根金屬氧化物傳感器，每種傳感器對(duì)一類或幾類物質(zhì)敏感[26]，其傳感器特性見表2。

表1 五種東坡肘子樣品信息表

表2 電子鼻傳感器性能特點(diǎn)

1.2 電子鼻分析方法

1.2.1 樣品處理

將固形物和湯汁置于攪拌機(jī),勻漿，轉(zhuǎn)入盛器，保鮮膜密封，蒸30 min后，準(zhǔn)確稱量2.0 g，放入頂空瓶，密封、編號(hào)，待用。

1.2.2 分析條件

手動(dòng)進(jìn)樣，頂空溫度70 ℃，加熱時(shí)間300 s，載氣流量150 mL/s，進(jìn)樣量500 μL，進(jìn)樣速度500 μL/s；數(shù)據(jù)采集時(shí)間120 s，時(shí)間延遲180 s。每個(gè)樣品平行測(cè)試5次，取后3次傳感器在第120 s時(shí)獲得的穩(wěn)定信號(hào)進(jìn)行分析。

1.3 感官評(píng)價(jià)

肉的香味物質(zhì)構(gòu)成非常復(fù)雜，研究表明在各類肉制品中發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)性香味物質(zhì)多達(dá)1 100多種[27]，一般來說可以將這1 100多種香味物質(zhì)分成7類：基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、烤香香味、煙熏香味、蔥蒜香味和香辛料香味[28]。結(jié)合東坡肘子的工藝流程和配料，從基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、蔥蒜香味和香辛料香味5個(gè)維度對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法及數(shù)據(jù)處理參考喬明鋒等的方法[29]，具體感官評(píng)價(jià)指標(biāo)見表3。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0；作圖采用Origin 9.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)分與電子鼻傳感器響應(yīng)值

2.1.1 感官評(píng)分方差分析

表4為5個(gè)樣品的東坡肘子感官評(píng)價(jià)(基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、姜蔥蒜香味和香辛料香味)結(jié)果。比較發(fā)現(xiàn)，1、5號(hào)樣品在特征肉香味、姜蔥蒜香味和香辛料香味3個(gè)指標(biāo)上差異不顯著，相似度最高；3號(hào)樣品與其余4個(gè)樣品在所有感官評(píng)價(jià)指標(biāo)上差異均顯著，所以3號(hào)樣品與其余4個(gè)樣品差異顯著，從3號(hào)樣品的得分也可以看出，它與其他幾個(gè)樣品的差異；樣品2、4的差異也較明顯，僅在香辛料香味這一維度差異不顯著；樣品1、5與2、4都有一定的相似性。

表3 東坡肘子感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 東坡肘子感官評(píng)分方差分析

注：a、b、c、d表示同行組間數(shù)值差異性(p<0.05)，表5同。

2.1.2 電子鼻傳感器響應(yīng)值方差分析

表5是電子鼻傳感器響應(yīng)值的方差分析結(jié)果。5個(gè)樣品的傳感器平均響應(yīng)值分別為0.26、0.20、0.10、0.35和0.25，將傳感器平均響應(yīng)值以0.10為單位，對(duì)傳感器平均響應(yīng)值進(jìn)行分類，則1、2和5號(hào)樣品成類，3、4號(hào)樣品可分別單獨(dú)成類。將表5中所有傳感器響應(yīng)值取絕對(duì)值，兩兩比較發(fā)現(xiàn)，1和5號(hào)在TA/2差異為0.00，為最??；在P30/1上差異為0.10，為最大，最大值與最小值只差為0.10，即極差為0.10。而其他任何2個(gè)樣品之間的極差均大于0.10。所以1和5號(hào)樣品之間的離散程度較小，相似性高。1、2號(hào)和2、5號(hào)的極差分別為0.19和0.15；1、4和5、4號(hào)樣品極差分別為0.22和0.23；3、2和2、4號(hào)樣品極差分別為0.35和0.32；5、3和1、3號(hào)樣品極差分別為0.41和0.49；3、4號(hào)樣品極差為0.59，所以3、4號(hào)樣品差異最大。

表5 東坡肘子電子鼻傳感器響應(yīng)值方差分析

2.2 感官評(píng)分和電子鼻檢測(cè)主成分分析

王瓊等認(rèn)為，2個(gè)主成分超過85%即可反應(yīng)樣品的主要特征信息[30]，圖1-a中第一、二主成分高達(dá)92.29%(PC1為65.98%，PC2為26.31%)，能夠完全反應(yīng)樣品感官評(píng)價(jià)結(jié)果的主要特征信息。5個(gè)樣品在4個(gè)象限均有分布，其中1、5和4號(hào)樣品分布在Y軸的右面；2和3號(hào)樣品分布在Y軸的左面，且5個(gè)樣品均有差異(無重合交叉)。1和5號(hào)樣品分布在第一象限，結(jié)合表4方差分析，發(fā)現(xiàn)2個(gè)樣品的感官評(píng)分結(jié)果比較接近，在5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，有3個(gè)指標(biāo)(特征肉香味、姜蔥蒜香味和香辛料香味)差異不顯著，僅在基本肉香味和焦糖香味兩個(gè)指標(biāo)上差異顯著，所以1和5號(hào)樣品相似度高。2號(hào)樣品在第二、三象限均有分布，且與1、5號(hào)樣品比較接近(最小的實(shí)線圓也可證實(shí)1、5和2號(hào)樣品比較接近)，結(jié)合方差分析，如果將1、5號(hào)樣品看作一個(gè)整體，2號(hào)樣品與1、5號(hào)樣品在特征肉香味和焦糖香味2個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上相似度高，而在其他另外3個(gè)指標(biāo)上差異顯著。4號(hào)樣品分布在第四象限，結(jié)合表4方差分析，如果將1、5和2號(hào)樣品看成一個(gè)整體，則4號(hào)樣品與他們僅在姜蔥蒜香味上有顯著差異；虛線圓將1、5、2和4號(hào)樣品圈在一起，能夠證實(shí)4號(hào)樣品與1、5和2有相似之處。3號(hào)樣品分布在第三象限，它是5個(gè)樣品中圓心最遠(yuǎn)的樣品，所以它與其他4個(gè)樣品差異大；方差分析也能夠證實(shí)，它與其他4個(gè)樣品有顯著差異(5個(gè)感官指標(biāo)差異均顯著)。

圖1-b中，二維圖中2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)97.66%(PC1為93.88%，PC2為3.78%)，所提取的主成分信息也完全能夠反應(yīng)樣品的主要特征信息。5個(gè)樣品分布在坐標(biāo)軸的第一、三和四象限，其中1、5號(hào)樣品在第一象限緊緊相鄰且與坐標(biāo)軸焦點(diǎn)較近，相似度高，這與表5中傳感器響應(yīng)值平均值相近和極差最小(0.10)一致。1、5、2號(hào)樣品被圈在以坐標(biāo)軸焦點(diǎn)為圓心的最小實(shí)線圓中，說明它們有一定的相似性；傳感器平均響應(yīng)值的分類和極差(1、5極差為0.15；1、2極差為0.19)也能夠證實(shí)它們有一定的相似性。4號(hào)樣品分布在第四象限，與1、5、2號(hào)樣品同時(shí)被圈在以坐標(biāo)軸焦點(diǎn)為圓心的虛線圓中，說明這4個(gè)樣品也有一定的相似性。方差分析中，4號(hào)樣品與1、5、2號(hào)樣品的極差分別為0.22、0.23和0.32，較1、5、2號(hào)樣品大，但仍然具有一定的相似性。3號(hào)樣品分布在Y軸的最左面，4號(hào)樣品分布在Y軸的最右面，這與方差分析中，3、4號(hào)樣品傳感器相應(yīng)平均值差異最大和極差最大(0.59)相吻合，所以3、4號(hào)樣品差異最大。

結(jié)合圖1，可以看出，5個(gè)樣品不論是感官評(píng)價(jià)還是電子鼻分析，總體趨勢(shì)一致，其細(xì)節(jié)差異主要反應(yīng)在2號(hào)樣品上；在圖1-a中，2號(hào)樣品橫跨第二三象限，而在圖1-b中，2號(hào)樣品分布在第三象限且緊鄰X軸，所以感官評(píng)價(jià)與電子鼻分析具有良好的一致性。

a-感官評(píng)價(jià)；b-電子鼻圖1 感官評(píng)分與電子鼻檢測(cè)結(jié)果主成分分析Fig.1 The PCA of sensory evaluation and electronic nose results

2.3 感官評(píng)價(jià)和電子鼻檢測(cè)的聚類分析

圖2-a中，1、5號(hào)樣品在1.351 83處聚類，相似度高，這與表4感官評(píng)價(jià)方差分析中有3個(gè)指標(biāo)(特征肉香味、焦糖香味、香辛料香味)差異不顯著一致，也與圖1-a主成分分析其分布在第一象限一致。樣品1、5和2在1.815 18處聚類，有一定的相似性，這與感官評(píng)價(jià)中2個(gè)指標(biāo)(特征肉香味、焦糖香味)差異不顯著一致，也與主成分分析中被圈在最小實(shí)線圓一致。樣品1、5、2和4在2.770 25處聚類，這與感官評(píng)價(jià)中3個(gè)指標(biāo)(基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味)差異不顯著一致，也與主成分分析中分布在虛線圓中是一致的。樣品1、5、2、4和3在3.754 86處聚類，這與感官評(píng)價(jià)中5個(gè)指標(biāo)均差異顯著是一致的，也與主成分分析中被圈在最大實(shí)線圓中是一致的。

圖2-b中，1、5號(hào)樣品在0.169 8處聚類，相似度高，這與表5中，傳感器平均值差異細(xì)微(0.01)和極差(0.10)差異很小一致。樣品1、5和2在0.487 53處聚類，這與方差分析中傳感器響應(yīng)平均值分類和極差較小(0.10～0.19)一致。樣品1、5、2和4在0.790 88處聚類，這與方差分析中，4個(gè)樣品兩兩之間的極差在0.10～0.32之間一致。所以1、5、2和4號(hào)樣品也有一定的相似度。主成分分析中，被圈在虛線圓中也能夠證實(shí)它們具有一定的相似性。1、5、2、4和3號(hào)樣品在1.172 55處聚成大類，這說明3號(hào)樣品與1、5、2和4樣品的相似度較低。這與方差分析中3號(hào)樣品與其他幾個(gè)樣品最小極差(最小0.35)均大于其他幾個(gè)樣品之間的極差(最大0.32)一致。主成分分析中，3號(hào)樣品分布在距離以坐標(biāo)軸為焦點(diǎn)的最大實(shí)線圓中，也能夠說明它們的相似度較低。

縱觀圖2聚類分析，發(fā)現(xiàn)人的感官與電子鼻傳感器具有良好的一致性，但是人的感官精密度比電子鼻差[31]，這可以從樣品間距離的大小上證實(shí)。

a-感官評(píng)價(jià)；b-電子鼻圖2 感官評(píng)分與電子鼻檢測(cè)結(jié)果聚類分析Fig.2 The CA of sensory evaluation and electronic nose results

2.4 感官評(píng)分和電子鼻傳感器的相關(guān)性分析

感官評(píng)價(jià)與電子鼻傳感器具有良好的一致性。為了弄清它們之間的一致性具體依靠哪些傳感器來實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)選取電子鼻18根傳感器為自變量X，感官評(píng)價(jià)指標(biāo)為因變量Y，進(jìn)行PLS分析，其相關(guān)性載荷圖見圖3。在PLS模型中，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率為86.16%和10.08%，總貢獻(xiàn)率達(dá)96.14%，能夠反應(yīng)樣品的特征信息。電子鼻所有傳感器和感官評(píng)分均落在大小圓(大小圓分別表示100%和50%的方差貢獻(xiàn)率)之間，這說明模型所包含的信息能夠完全解釋傳感器與感官評(píng)分之間的相關(guān)性。傳感器LY2/LG與香辛料香味和姜蔥蒜香味具有一定的相關(guān)性，在已有的文獻(xiàn)中[26]LY2/LG對(duì)氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)敏感。而姜香味來源于一系列的烯類、醇類和醛類等，如已醛;蔥蒜香味物質(zhì)來源于乙酸乙酯、丁酸乙酯等[27]，這些物質(zhì)都具有一定的氧化能力。傳感器P30/2 、T30/1、 P40/2、 P30/1 、PA/2、T40/2、 T70/2、 P10/2、 P10/1 、TA/2、 P40/1和T40/1與基本肉香味、特征肉香味和焦糖香味具有良好的相關(guān)性，這與秦藍(lán)[22]等人的研究具有相似之處，秦藍(lán)等認(rèn)為，傳感器P30/2 、T30/1、 P40/2、 P30/1 和PA/2與動(dòng)物膻味和雞肉味相關(guān)性良好，肉香味的形成與蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等分解產(chǎn)生的氨、胺類、羰基化合物、低級(jí)脂肪酸[32]等有機(jī)化合物有關(guān)。在已有的文獻(xiàn)中，電子鼻傳感器T30/2 、T30/1、 P40/2、 P30/1、 PA/2 和P10/1對(duì)有機(jī)化合物敏感，如PA/2對(duì)胺類化合物敏感[26]，傳感器LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/Gh和LY2/gCTl與樣品感官評(píng)價(jià)的相關(guān)性差。

圖3 感官評(píng)價(jià)與電子鼻傳感器相關(guān)性PLS分析Fig.3 The PLS plot of the correlation between sensory evaluation and electronic nose sensors

3 結(jié)論

試驗(yàn)對(duì)5個(gè)東坡肘子樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)(基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、姜蔥蒜香味和香辛料香味5個(gè)維度)和電子鼻檢測(cè)，并采用方差分析、主成分分析、聚類分析和偏最小二乘法對(duì)感官評(píng)價(jià)和電子鼻檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。感官評(píng)分與電子鼻檢測(cè)的方差分析、主成分分析和聚類分析總體趨勢(shì)一致，即1、5號(hào)樣品相似度最高，2號(hào)樣品與1、5號(hào)樣品有較高的相似度，4號(hào)樣品與1、5和2號(hào)樣品有一定相似度，3號(hào)樣品與1、2、4和5號(hào)樣品有某些相似之處。通過PLS分析，傳感器LY2/LG與香辛料香味和姜蔥蒜香味具有一定的相關(guān)性，傳感器P30/2、T30/1、 P40/2、 P30/1 、PA/2、T40/2、 T70/2、 P10/2、 P10/1 、TA/2、 P40/1和T40/1與基本肉香味、特征肉香味和焦糖香味具有良好的相關(guān)性。試驗(yàn)結(jié)果為肉制品檢測(cè)時(shí)電子鼻傳感器的選擇提供一定的理論依據(jù)，擴(kuò)展了電子鼻在農(nóng)副產(chǎn)品深加工質(zhì)量控制方面的應(yīng)用。

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