林丹，胡金祥，何蓓蓓，吳寶珠，冷朝杰，易宇文*

(1.四川旅游學院，成都 610100；2.肉類加工四川省重點實驗室，成都 610106)

魚香味是川菜味型中的典型代表之一，其特點為咸甜酸辣，姜、蔥、蒜香味濃郁，具有煮魚的風味而不見魚的妙處，深受消費者喜愛。魚香味的形成得益于各種調料在美拉德等化學反應作用下所生成的各種風味物質的巧妙組合。目前市場上出售的魚香味調味汁品牌繁多，各地方品牌基本都依據(jù)本地口味進行改良，其基礎調味料、加工工藝等均有差異，導致魚香調味汁的風味千差萬別。這對作為四川非物質文化遺產之一的魚香味的保護是不利的，故應該建立一種方便、準確、快捷的方法來識別魚香調味汁。

風味是氣味和滋味的統(tǒng)稱[1]。食品風味化學是專門研究食品氣味和滋味的科學。在風味化學中，常用的氣味分析檢測技術包括感官評價、氣相色譜-質譜聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)[2-3]、氣相色譜-聞嗅法(gas chromatography-olfactometry，GC-O)[4]等。感官評價受個人嗜好、身體狀況等影響較大，結果準確性、穩(wěn)定性欠佳；GC-MS分析會導致樣品的氣味支離破碎[5]，且周期長；GC-O分析需要非常專業(yè)的人員操作，且無法獲得樣品的整體氣味信息。智能感官，即電子鼻和電子舌等的統(tǒng)稱。電子鼻、電子舌是模擬人類嗅覺/味覺研制的一種仿生儀器，它通過傳感器將探測到的氣味物質、滋味物質強度轉換成數(shù)據(jù)，再結合化學計量學等方法和模型，最后形成能夠反映樣品總體氣味、滋味輪廓的圖譜，而區(qū)別樣品。智能感官能夠避免生理嗅覺/味覺的缺陷，保證檢測結果的穩(wěn)定性、重復性，且樣品前處理簡便，檢測結果易讀[6-8]。電子鼻目前在發(fā)酵豆制品[9]、辣椒[10-12]、醬油[13-15]等研究領域應用廣泛。電子舌在醬油[16]、辣椒醬[17]、氯化鈉[18-19]、蜂蜜鑒別[20]等領域應用廣泛。單獨使用電子鼻或者電子舌很難從整體風味上評價食品風味。而聯(lián)合二者，則有利于進行整體風味的評價。目前，鮮見研究者用電子鼻、電子舌傳感器數(shù)據(jù)融合的方法來識別魚香調味汁。本研究擬以電子鼻、電子舌檢測各個不同品牌的魚香調味汁，聯(lián)合使用二者傳感器獲得的數(shù)據(jù)，區(qū)分出不同地域的魚香調味汁在氣味和滋味上的差異；并根據(jù)差異探尋一種便捷、快速、準確鑒別不同地域魚香調味汁的方法，為保護魚香調味汁這一非物質文化遺產做出貢獻。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用4種魚香調味汁購于天貓超市，具體配方見表1。

表1 4種魚香調味汁樣品信息表Table 1 The information of four kinds of fish-flavor sauce samples

1.2 儀器設備

FOX 4000型電子鼻：法國Alpha MOS公司，該儀器由18根非專一性金屬氧化物傳感器組成，每根傳感器對一類或者幾類物質敏感[21]，具體特性見表2。

表2 電子鼻傳感器性能特點Table 2 The performance characteristics of electronic nose sensors

α-ASTREE電子舌：法國Alpha MOS公司，該儀器由1根參比電極Ag/AgCl和7根非專一性傳感器組成，每根傳感器對酸、苦、咸、鮮、甜敏感，但程度不一，其傳感器特性[22]見表3。

表3 電子舌傳感器性能特性及檢測限值Table 3 The performance characteristics and detection limits of electronic tongue sensors

其他實驗室常用設備。

1.3 方法

1.3.1 電子鼻分析

從包裝袋中取出樣品，準確稱量0.5 g，放入頂空瓶中，密封、編號，待用。電子鼻分析條件：頂空產生溫度70 ℃；頂空加熱時間300 s；載氣流量150 mL/s；進樣量500 μL；進樣速度500 μL/s；數(shù)據(jù)采集時間120 s；數(shù)據(jù)采集延遲180 s；手動進樣。每個樣品平行測試8次，取后5次穩(wěn)定檢測數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)。取傳感器在第120 s時獲得的信號進行分析，此時信號輸出最為穩(wěn)定。

1.3.2 電子舌分析

從包裝袋中取出樣品，準確稱量10 g，移入250 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至250 mL，過濾，取濾液80 mL，放入電子舌檢測專用燒杯中，編號，待用。分析條件：自動進樣，數(shù)據(jù)采集時間120 s，傳感器清洗120 s，每個樣品平行測5次，取后5次傳感器在第120 s時獲得的穩(wěn)定信號進行分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 22.0軟件；主成分分析采用Origin 2018。

2 結果與分析

2.1 魚香調味汁的電子鼻、電子舌傳感器響應值方差分析

對魚香調味汁的電子鼻、電子舌檢測結果進行單因素方差分析。在SPSS單因素方差分析中，組間均方越大，組內均方越小，重復性越好；相對于同一樣品F值越大，而顯著性(即P值)越小，則表明樣品差異越大[23]，該傳感器對樣品的區(qū)分度越高。魚香調味汁電子鼻、電子舌響應值的方差分析結果見表4和表5。

4、開展革命傳統(tǒng)教育活動。3月27日，組織全體黨員、入黨積極分子70余人，到崇明烈士陵園，祭掃革命烈士活動。

表4 魚香調味汁電子鼻傳感器響應值方差分析Table 4 The variance analysis of electronic nose sensor response values of fish-flavor sauce

魚香調味汁電子鼻18根傳感器(LY2型6根、T型5根和P型7根)響應值方差分析結果見表4。方差分析結果顯示：在LY2型LY2/gCT傳感器中，4個產地的魚香調味汁響應值組內均方為0.135，組間均方為0.020945，F(xiàn)值小于1，且P值大于0.05，S-N-K檢驗均為4個a，則表明LY2/gCT傳感器對魚香調味汁中易燃氣體敏感度不高。而其余T型、P型和LY2型共計17根傳感器的響應值分析中，4個產地的魚香調味汁響應值組間均方均大于組內均方，且F值遠遠大于1，P值遠遠小于0.05，故差異均顯著。該結果表明，18根傳感器中有17根傳感器對魚香味調味汁氣味的響應值差異顯著，故電子鼻能有效區(qū)分4個產地的魚香調味汁。魚香調味汁電子舌7根傳感器響應值方差分析結果見表5。

表5 魚香調味汁電子舌傳感器響應值方差分析Table 5 The variance analysis of electronic tongue sensor response values of fish-flavor sauce

由表5可知，總體上不同產地的魚香調味汁在7根傳感器組間均方較大，組內均方較小，F(xiàn)值均大于1，差異顯著(P<0.05)；但在S-N-K檢驗中，1，2號樣品差異顯著，3，4號樣品差異不顯著，說明電子舌傳感器能夠區(qū)分部分樣品，但區(qū)分能力有限。這可能是由于采集到的原始數(shù)據(jù)中帶有大量的冗余信息，導致無法判斷樣品差異，或者樣品本身差異極小。

2.2 魚香調味汁電子鼻、電子舌傳雷達圖分析

取電子鼻18根傳感器在120 s時5次檢測結果平均值制作的雷達圖見圖1中a?？梢钥闯?，在所有T型、P型及LY2/LG傳感器上， 4個產地的樣品的響應強度由強至弱分別為2號、4號、3號和1號；在LY型傳感器(除去LY2/LG)上，4個樣品的響應強度(由強至弱)分別是1號、3號、4號和2號；而4個樣品在LY2/gCT傳感器上交織在0.0附近的點上，說明這根傳感器無法區(qū)分4個樣品，這也與方差分析中LY2/gCT傳感器對易燃氣體敏感度不高、差異不顯著的分析結果一致。結合魚香調味汁的配方(見表1)及電子鼻傳感器性能特點(見表2)可知， T型、P型及LY2/LG傳感器主要是對4個樣品的極性物質、非極性物質、碳氫氧化合物和含硫化合物敏感，而LY2/gCT則是對易燃物質敏感。盡管在魚香調味汁的制作過程中會產生一些易燃的物質，但是這些物質在制作過程中已經揮發(fā)，故電子鼻傳感器無法捕捉到這些物質。綜上所述，電子鼻雷達圖有助于鑒別不同產地的魚香調味汁。

圖1 電子鼻(a)、電子舌(b)雷達圖Fig.1 Radar maps of electronic nose (a) and electronic tongue (b)

取電子舌7根傳感器在120 s時5次檢測結果平均值制作的雷達圖，見圖1中b?？梢钥闯?，1，2號樣品差異顯著，3，4號樣品差異較小，這與電子舌方差分析的S-N-K檢驗中結果一致。這說明電子舌在一定程度上能夠區(qū)分樣品，但對于相似度較高的樣品，其區(qū)分能力不足。

2.3 電子鼻、電子舌主成分分析

電子鼻和電子舌檢測到的原始數(shù)據(jù)構成多維數(shù)組，須借助適當?shù)臄?shù)據(jù)模型方可進行識別。主成分分析(PCA)是化學計量學中一種常用的分類方法，它通過對原始數(shù)據(jù)進行降維處理，將眾多相互之間有關聯(lián)的變量處理成較少的幾個不相關的綜合指數(shù)，提取原始數(shù)據(jù)最大的幾個特征向量作為主成分，再輔以二維或三維坐標系，將所得的數(shù)據(jù)在坐標系下進行投影，從而實現(xiàn)高維數(shù)據(jù)可視化[24-26]，且數(shù)據(jù)易讀性強。

PCA分析中，橫坐標代表第一主成分，縱坐標代表第二主成分；第一主成分所占權重較大，即樣品在第一主成分上即使距離很小，其差異也會很大；而第二主成分所占權重較小，而在第二主成分上的距離即使很大，其差異也不明顯[27]；第一、二主成分之和大于85%即可代表樣品的主要風味輪廓[28]；各個數(shù)據(jù)點在二維圖中聚集程度越高，表示其傳感器的穩(wěn)定性和重復性越好。

電子鼻和電子舌主成分分析圖見圖2。

圖2 電子鼻(a)、電子舌(b)主成分分析圖Fig.2 The principal component analysis of electronic nose (a) and electronic tongue (b)

圖2中a的4個樣品的差異主要來源于第一主成分，差異明顯。第一、二主成分分別為91.24%和5.43%，其總和已經超過85%，能夠反映樣品在氣味上整體輪廓差異。樣品4分布的區(qū)域較大，說明其穩(wěn)定性和重復性較差，其次是樣品3。圖2中b的4個樣品在第一主成分和第二主成分上均有差異，基本能夠判定1，2號樣品和3，4號樣品差異明顯，但1，2號樣品之間的差異較難以判斷，3，4號樣品情況類似。第一、二主成分分別為75.13%和17.23%，其總和已經超過85%，能夠反映樣品在滋味上整體輪廓差異。4個樣品在二維圖中的分布區(qū)域較大，說明其穩(wěn)定性和重復性較差，這說明在進行主成分分析時還有較多冗余數(shù)據(jù)未被及時剔除，而影響了實驗結果。

2.4 電子鼻和電子舌傳感器數(shù)據(jù)融合主成分分析

電子鼻和電子舌傳感器數(shù)據(jù)融合是同時從氣味和滋味兩個維度評價樣品的方法。有研究表明，單獨使用電子鼻或電子舌不能完全反映待測物質的全部信息，而另一方面，電子鼻結合電子舌的檢測能更多地提取樣本對象信息，更接近人類的檢測評判方式[29]。故本實驗嘗試建立基于數(shù)據(jù)融合電子鼻結合電子舌的主成分分析方法，以區(qū)分不同地區(qū)魚香調味汁。

數(shù)據(jù)歸一化處理的主要目的是為了消除數(shù)據(jù)屬性間的差別，平滑數(shù)據(jù)的波動性；其次，簡化了計算，加快了梯度下降收斂速度，提高了一些分類算法的模型精度[30-31]。本實驗首先將電子鼻和電子舌傳感器獲得的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，然后對合并數(shù)據(jù)進行主成分分析。歸一化公式如下：

式中：y為歸一化后特征值，x為原始變量，min為原始響應值中最小值；max為原始響應值中最大值。

由圖3可知，第一、二主成分分別為62.20%和33.15%，累積為95.35%，這說明經標準化和融合后的數(shù)據(jù)提取了原始數(shù)據(jù)中絕大部分有效信息，能夠反應樣品的主要風味輪廓。在圖2電子舌主成分分析中，1，2號數(shù)據(jù)點非?？拷覂炔繕悠贩植驾^為分散；3，4號樣品情況類似，因為其原始特征矩陣中包含大量冗余信息，故需要對特征矩陣進行進一步的優(yōu)化融合。但在經過歸一化和合并數(shù)據(jù)進行主成分分析后，由圖3可知，1號樣品分布在Y軸的左側；2，3，4號分布在Y軸右側，所有組別的組內間距都非常小，而組間間距很大，相比較于圖2中單獨電子鼻或者電子舌PCA分析，這4個組別具有較好的分離性。這可能是由于歸一化處理數(shù)據(jù)，是力求樣本在第一、二主成分坐標軸投影方差最大，避免一、二主軸包含信息的重疊，盡可能多地保留原始變量信息。故4種不同產地的魚香調味汁組內間距經歸一化處理后明顯減小，且在組內聚集程度提高。這說明經過數(shù)據(jù)融合歸一化后，同時從兩個維度評價樣品，有利于對不同魚香調味汁的鑒別和區(qū)分。

圖3 電子鼻和電子舌數(shù)據(jù)融合主成分分析Fig.3 Principal component analysis of electronic nose and electronic tongue data fusion

3 結論

電子鼻對不同產地魚香調味汁氣味的評價顯示：除了LY2/gCT這根傳感器對4個樣品響應強度的差異不顯著外，其他17根傳感器的差異顯著。這說明電子鼻傳感器能夠從獲得的響應值數(shù)據(jù)中將不同產地的魚香調味汁從氣味上加以區(qū)分；此外，雷達圖和主成分分析的結果支持方差分析的結論。

電子舌評價不同產地的魚香調味汁滋味顯示：7根傳感器的方差、雷達圖分析表明，1，2號樣品差異顯著(P<0.05)，3，4號樣品差異不顯著；主成分分析均難以判斷1，2號樣品間以及3，4號樣品間的差異。故推斷電子舌傳感器能夠在一定程度上區(qū)分樣品，但區(qū)分能力不足。

電子鼻和電子舌傳感器數(shù)據(jù)融合，從氣味和滋味兩個角度同時評價魚香調味汁，結果顯示：電子鼻和電子舌數(shù)據(jù)融合后，4個樣品間差異明顯，且樣品組內聚集程度得到極大提高。故電子鼻和電子舌傳感器數(shù)據(jù)融合主成分分析是評價食品風味整體輪廓的一種方法。