赵 娜,许 琦,潘思轶,徐晓云,王鲁峰

(华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)



基于电子舌的温州蜜柑复合汁品质拟合与预测

赵 娜,许 琦,潘思轶,徐晓云,王鲁峰*

(华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)

为改善温州蜜柑汁的风味,本研究使用橙汁和杏汁对温州蜜柑汁进行调配,并对调配的复合果汁进行理化指标检测和电子舌检测。通过建立电子舌7个传感器的响应值与复合果汁固酸比、柠檬酸、感官滋味得分的PLS模型,实现了对温州蜜柑复合果汁的典型品质指标进行拟合与预测。结果表明:电子舌对固酸比、柠檬酸、感官滋味的拟合效果较好,拟合相关系数分别为0.87、0.90、0.85,均有较好的拟合效果;而电子舌的预测效果不理想,拟合结果标准偏差大,需要增加更多的样本来提高预测的准确性。

电子舌,复合果汁,品质,拟合,预测

温州蜜柑是宽皮柑橘的主栽品种,约占全国柑橘总栽植面积的50%[1]。然而我国温州蜜柑的加工业十分滞后,2005年前后鲜销占柑橘总产量的比例高达95%,加工用果仅占5%,近些年加工比例有所提高但仍然远小于鲜食比例[2]。温州蜜柑汁因其风味寡淡、酸甜不适口而不易被广大消费者接受,在中国的发展受阻,因此考虑采用其他果汁进行调配,改善温州蜜柑汁的风味,提高鲜果的利用率。

果汁复配在欧美等国家已经有大量的研究基础[3-5],国内也有不同品种如苹果、草莓、葡萄、西瓜等的复合果汁投入生产[6-7],果汁正向着品种多样化的方向发展。甜橙是最重要的柑橘汁生产原料,约占据全球柑橘汁市场的95%左右,为消费者广泛接受和喜爱;杏酸甜可口、芳香浓郁,与其它果蔬汁复配的研究也已见报道[8-9]。温州蜜柑复合汁在日本和韩国等国发展较成熟,早已大量投入生产[10],而我国关于电子舌对温州蜜柑复合汁的研究还未见报道,电子舌在果汁饮料等方面的应用也多集中在对不同品质的识别方面。电子舌对酒类的品质拟合与预测已见报道[11-12],但对果汁类的研究较少,尤其是温州蜜柑类。本文以2种温州蜜柑汁为主料,以锦橙汁和杏汁为辅料进行调配,并以锦橙汁为对比,利用电子舌对温州蜜柑汁的品质进行分析和预测,为温州蜜柑复合果汁的研究提供一定的方法和理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

浙江宫川温州蜜柑 华东柑橘实验站;松滋大叶尾张温州蜜柑 湖北松滋望春花果汁有限公司柑橘园;重庆锦橙 长江中游柑橘综合实验站;杏 购于华中农业大学集贸市场;柠檬酸、磷酸 市售分析纯;色谱纯甲醇 Fisher公司。

Φ660酸度计 美国BACKMAN公司;WZ109手持糖量计 阳光亿事达贸易有限公司;Waters e2695高效液相色谱仪 美国Waters公司;KQ-300DA数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;JYZ-B530九阳榨汁机 九阳股份有限公司;ASTREE味觉指纹分析仪(电子舌) 法国Alpha MOS 公司,味觉传感器由ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB七个传感器阵列和一个Ag/AgCl参比电极组成。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 两种温州蜜柑和锦橙采收洗净后去皮,采用九阳榨汁机进行制汁,果汁榨好后用200目纱布过滤,分装在玻璃瓶中备用。新鲜杏采购后洗净去皮,利用榨汁机制汁后用100目纱布过滤,备用。

以温州蜜柑汁为主料,辅以锦橙汁和杏汁,利用minitab对两种果汁进行混料设计。本研究利用锦橙汁和杏汁对温州蜜柑汁进行复配,以温州蜜柑汁的风味改善为主,因此设计温州蜜柑汁的复配比例为0.4～1.0,锦橙汁的风味已被广大消费者接受和喜爱,设计其复配比例为0～0.4,杏汁风味浓郁独特,为了避免过多掩盖柑橘汁的风味,设计其复配比例为0～0.2。利用Minitab按照设定的比例范围进行混料设计,结果如表1。

表1 混料设计结果Table 1 The results of mixture design

分别对浙江宫川和松滋尾张两种蜜柑汁按照表1的比例进行调配,分别记为浙江宫川组A(A1～A9)、松滋尾张组B(B1～B9)。

1.2.2 果汁品质的检测

1.2.2.1 固酸比 固酸比为可溶性固形物与可滴定酸的比值。可溶性固形物的测定:手持糖量计。可滴定酸的测定:酸碱滴定法。

1.2.2.2 柠檬酸 取柠檬酸0.500g,用流动相溶解并定容至100mL以此为母液分别吸取40、16、4、0.8mL定容至100mL,用0.45μm的滤膜过滤后,置于超声波清洗器中脱气15min,利用HPLC绘制柠檬酸的标准曲线。

分别准确量取解冻过滤后的温州蜜柑汁和锦橙汁2.5mL,用流动相定容至25mL,用0.45μm滤膜过滤后,置于超声波清洗器中脱气15min,利用HPLC绘制样品中柠檬酸的曲线。

色谱条件:流动相:pH2.6水(超纯水用磷酸调至2.6)∶甲醇=97∶3;色谱柱:Agilent TC-C18(4.6mm×250mm,5μm);进样体积:10μL;流速:0.5mL/min-C18(4.6mm×250mm,5μm);检测波长:210nm;柱温:25℃;保留时间:20min。

1.2.2.3 感官评定 选取10名专业的感官评定员,采用类别标示法中的5点类别法,分别对两组共18个复合果汁进行色泽、香气和滋味的评定。感官评定总分按照色泽20%、香气30%、滋味50%的权重进行换算。评定尺度如表2。

表2 感官评定尺度Table 2 The evaluation scale of sensory

1.2.3 电子舌检测与分析 分别取18种调配好的温州蜜柑汁各80mL分别装入电子舌专用烧杯中,置于自动进样装置上分析,每个样品重复7次,取后6次数据分析,测量时间为120s,取传感器在第90s到第120s输出的数据,每个样品的7个传感器响应值取6次测试的平均值。

利用PLS建立模型对固酸比和柠檬酸以及感官评定结果进行拟合与预测,探讨电子舌在温州蜜柑复合汁风味研究上的应用。选取A-浙江宫川组和B-松滋尾张组每组的前6组数据共12组数据用于训练,每组的后3组数据共6组数据用于预测,检测建立的模型的有效性。

1.3 统计分析

利用SPSS16.0统计软件进行方差分析;运用minitab统计软件分别对固酸比、柠檬酸和感官滋味评分与电子舌传感器响应值建立偏最小二乘回归方程。

2 结果与分析

2.1 温州蜜柑复合汁的品质检测

分别对温州蜜柑复合汁进行固酸比、柠檬酸、感官评定及电子舌的检测,各理化指标及电子舌传感器响应值如表3。

表3 温州蜜柑复合汁理化指标及电子舌传感器响应值Table 3 The results of physical and chemical indices and response value of electric tongue of satsuma mandarin

注:X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分别表示ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB七个传感器响应值。2.2 电子舌对温州蜜柑复合汁的拟合与预测

温州蜜柑复合汁的理化和感官品质与传感器响应值建立的PLS模型对温州蜜柑汁品质进行拟合与预测,对电子舌评价温州蜜柑汁的品质具有重要意义。

2.2.1 电子舌对温州蜜柑复合汁固酸比的拟合与预测 对选定的12组数据进行偏最小二乘法统计分析,固酸比与7个传感器(X1～X7)响应值的拟合结果如图1和表4:

p值为0.003,小于显著水平0.01,表明回归方程有显著意义,图1为建立的固酸比的PLS模型效果图,相关系数达到0.8以上,PLS模型有效。可以看出固酸比与电子舌的检测结果有很好的相关性,相关系数达到0.8704,建立的PLS模型对固酸比进行预测是可行的。温州蜜柑复合汁固酸比与电子舌7个传感器响应值的偏最小二乘回归方程为:

表4 对于固酸比的方差分析Table 4 The variance analysis of solid acid ratio

Y1=0.04358×X1+0.00486×X2+0.00342×X3-0.01158×X4+0.00113×X5+0.05029×X6-0.03200×X7-67.168

图1 固酸比的PLS模型Fig.1 The PLS model of solid acid ratio

利用建立的PLS模型对剩余的6组电子舌数据预测样品的固酸比,拟合结果和预测结果如图2,训练样本的拟合数据点都相对集中地分布在y=x两侧,拟合效果良好,对未知样本的预测数据点都分布在y=x的右侧,预测数据比实际数据偏小。对训练样本进行拟合的样本标准差为0.6587,对未知样本进行预测的样本标准差为1.2976,拟合效果好于预测效果。

图2 固酸比的拟合与预测结果图Fig.2 The result of fitting and predict of solid acid ratio

2.2.2 电子舌对温州蜜柑复合汁柠檬酸的拟合与预测 对选定的12组数据进行偏最小二乘法统计分析,柠檬酸与7个传感器(X1～X7)响应值的拟合结果如图3和表5。

表5 对于柠檬酸的方差分析Table 5 The variance analysis of citric acid

p值为0.000,小于显著水平0.01,表明回归方程有显著意义,图3为建立的PLS模型效果图,可以看出柠檬酸与电子舌的检测结果有很好的相关性,相关系数达到0.9038,建立的PLS模型对固酸比进行预测是可行的。温州蜜柑复合汁柠檬酸与电子舌7个传感器响应值的偏最小二乘回归方程为:

Y2=-0.01741×X1+0.00235×X2+0.00025×X3+0.01855×X4+0.00009×X5+0.00654×X6+0.00814×X7-15.236

图3 柠檬酸的PLS模型Fig.3 The PLS model of citric acid

利用建立的PLS模型对剩余的6组电子舌数据预测样品的柠檬酸含量,拟合结果和预测结果如图4,训练样本的拟合数据点都相对集中地分布在y=x两侧,拟合效果良好,对未知样本的预测数据点都分布在y=x的两侧,有两个数据点远离y=x,另外4个点的预测效果良好。对训练样本进行拟合的样本标准差为0.4344,对未知样本进行预测的样本标准差为1.7480,拟合效果优于预测效果。

图4 柠檬酸的拟合与预测结果图Fig. 4 The result of fitting and predict of citric acid

2.2.3 电子舌对温州蜜柑复合汁感官滋味的拟合与预测 对选定的12组数据进行偏最小二乘法统计分析,感官滋味与7个传感器(X1～X7)响应值的拟合结果如图5和表6。

表6 对于感官滋味评分的方差分析Table 6 The variance analysis of the score of taste

p值为0.000,小于显著水平0.01,表明回归方程有显著意义,图4为建立的PLS模型效果图,可以看出柠檬酸与电子舌的检测结果有很好的相关性,相关系数为0.8497,因此,建立的PLS模型对感官滋味进行预测是可行的。温州蜜柑复合汁感官滋味值与电子舌7个传感器响应值的偏最小二乘回归方程为:

Y3=0.00518×X1+0.00009×X2-0.00008×X3+0.03560×X4-0.00018×X5-0.00165×X6-0.02825×X7-6.314

图5 感官滋味评分的PLS模型Fig.5 The PLS model of score of taste

利用建立的PLS模型对剩余的6组电子舌数据预测样品的感官滋味评分,拟合结果和预测结果如图6,训练样本的拟合数据点大都相对集中地分布在y=x两侧,拟合效果良好,对未知样本的预测数据点分布在y=x的两侧,有两个数据点远离y=x,预测效果不好,另外4个数据点紧挨y=x,预测效果良好。对训练样本进行拟合的样本标准差为0.4279,对未知样本进行预测的样本标准差为0.8899,拟合效果优于预测效果。

图6 感官滋味评分的拟合与预测结果图Fig.6 The result of fitting and predict of score of taste

对两组温州蜜柑复合果汁的固酸比和柠檬酸含量以及感官滋味评分与电子舌传感器响应信号建立偏最小二乘回归模型,讨论电子舌传感器响应值与

固酸比、柠檬酸和感官滋味评分的相关性,并利用电子舌对这些指标进行了拟合与预测,结果表明:电子舌对固酸比、柠檬酸和感官滋味评分三个指标的拟合效果良好,对这三个指标的预测效果稳定性不高,部分样本的预测效果较差,总体来看,拟合效果优于预测效果。

3 结论

为改善温州蜜柑汁的口感与风味,本研究使用橙汁和杏汁对温州蜜柑汁进行调配。研究建立了电子舌传感器响应信号强度与固酸比值、柠檬酸含量和感官滋味评分偏最小二乘回归模型,并利用该模型对固酸比、柠檬酸和感官滋味结果进行拟合与预测。结果显示:电子舌对这三个指标的拟合效果良好,预测效果不稳定,在柠檬酸浓度为9～12mg/mL范围内,电子舌的预测效果较好;在滋味评分6～7分范围内,电子舌的预测效果较好;而电子舌对固酸比的预测则整体偏低,需增加更多的参考样本来增加模型的有效预测功能。总体来看,利用电子舌建立温州蜜柑复合汁风味的快速检测、预测是可行的。

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Fitting and prediction of the quality of compounded satsumamandarin juice based on electric tongue

ZHAO Na,XU Qi,PAN Si-yi,XU Xiao-yun,WANG Lu-feng*

(College of Food Science & Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

To improve the flavor of satsuma mandarin,compounded mandarin juice which was mixed with orange juice and apricot juice had been studied. This article focused on the testing of physical and chemical index and electric tongue to the compounded juice. By establishing the PLS model between response value of seven sensor of electric tongue and the score of compounded juice’s soluble solids to acidity ratio,citric acid and sensory taste,the fitting and prediction of typical indices of compounded satsuma mandarin juice had been accomplished by this article. The results showed that the better fitting correlations were 0.87,0.90,0.85 respectively to solid acid ratio,citric acid and sensory taste by electric tongue,however,the prediction effects were not ideal,more samples need to be added to reduce the standard deviation and improve the prediction accurancy.

electric tongue;compounded juice;quality;fitting;predict

2014-05-14

赵娜(1987-),女,硕士研究生,研究方向:果蔬加工。

*通讯作者:王鲁峰(1983-),男,博士,讲师,研究方向:果蔬加工。

TS255

A

1002-0306(2015)05-0296-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.054