赵芸，刘雄飞，吴伟莉，黄一珍，房子舒

（中粮营养健康研究院有限公司品牌食品研发中心，北京102209）

基于电子舌的果汁饮料货架期品质研究

赵芸，刘雄飞，吴伟莉，黄一珍，房子舒

（中粮营养健康研究院有限公司品牌食品研发中心，北京102209）

利用仪器快速并且准确评价果汁饮料产品的货架期品质一直都是相关研究的热点问题。本文利用电子舌设备对果汁饮料产品进行了货架期评价试验，采用主成分分析法（PCA）进行数据处理，结合理化指标，并通过感官评价小组评价对结果进行对比。试验结果表明，电子舌可以很好地依据不同储存时间及条件下的果汁饮料产品特征进行分类。电子舌作为一种新型的现代智能感官仪器，在果汁饮料产品货架期评价中有较大的潜力。

果汁饮料；电子舌；货架期；感官评定

0　引言

在饮料行业中产品的货架期是重要的品质指标之一，产品货架期是一个讲时间长度的概念，在这个时间长度范围，食品品质得到消费者认可；如果超过这个时间长度范围，会大大增加食品品质被认可的风险。保质期是指预包装食品在标签指明的贮存条件下，保持品质的期限。保质期其实是一种提法，因为食品从原材料的摘取，到加工过程中一直在发生着物理、化学、微生物上的变化，并不能保证这个过程的品质是一致的。所以，从这个角度去理解，货架期是一个讲时间长度，这个时间长度是通过对所采用工艺、储存方式等因素影响下的一个统计数据。

依据国内外文献报道，果汁饮料产品的口感特征分析主要是指人工感官评价和理化指标这2个方面[1-2]。传统的感官测评依据个人的主观感觉和经验，人为因素较大，这些专家必须拥有特殊的味觉判别能力，在品评时能够比较准确地给出产品的品质等级。然而，培养专业的鉴别人员需要经过精心挑选，需要投入大量的费用和长时间的培训，才能获得到可靠的结果。如何利用电子舌对果汁饮料进行货架期的有效监控，不仅是各个生产企业保持和稳定其品质的客观要求，也是产品质量监管的迫切需求[3-4]。

本研究主要利用了Smar Tongue公司制造的电子舌技术，以不同储存温度和时间下的果汁饮料为研究对象，对产品进行货架期品质评价并通过人工感官评价加以对比，同时结合理化指标测定，采用主成分分析法（PCA）对数据处理，对不同储存条件下的果汁饮料进行区分，为电子舌在果汁饮料货架期中的品质控制提供试验依据。

1　材料与方法

1.1材料与设备

白砂糖，太古股份有限公司提供；柠檬浓缩浆，连丰食品有限公司提供；柠檬香精，芬美意香料（中国）有限公司提供；果胶，丹尼斯克（中国）有限公司提供；柠檬酸、柠檬酸钠，安徽丰原生物化学股份有限公司提供。

APV-1000型高压均质机，APV有限公司产品；T-18型分散器，德国IKA有限公司产品；Tm5型料理机，美善品多功能食品料理机公司产品；纯水仪，密理博仪器公司产品；bsa2202s-cw/bsa323s-cw型天平，德国赛多利斯仪器公司产品；色差仪，美国Hunterlab仪器制造公司产品；电子舌，Smar Tongue公司产品。

1.2试验方法

产品货架期预测方法主要有品质损失模型、产品货架期预测模型等。品质损失模型主要是描述食品品质衰败速度和多种混合因素共同的作用结果，产品货架期预测模型是将产品自身的品质损失和包装材料影响相结合起来[5]。但是，以上2种方法对产品货架期预测的时间较长、效率低、投入大等，为了增加销售效益，生产厂家都在致力于研究延长货架期，而加速破坏性试验（ASLT），食品货架期加速测试因此产生了[6]。把最终的产品储存在比较恶劣的环境下，通过定期检验来确定产品保质期。在食品加速试验上的手段主要有提高温度、增加湿度、采用光照等，其中用提高温度进行加速试验的方法是目前使用最为广泛的方法。将产品选择放置在不同温度条件下：4℃冷藏（标准样品）、38℃下储存1个月、38℃下储存2个月，放置1～8周来模拟产品货架期试验。

1.2.1果汁饮料的工艺流程

白砂糖、柠檬浓缩浆等主料溶解→果胶稳定剂热溶解（70～80℃）→柠檬酸、柠檬酸钠、香精等辅料溶解→定容→预热（60～70℃）→均质（18～20 MPa）→杀菌（105℃，30 s）→灌装、冷却。

1.2.2可溶性固形物含量测定

通过糖度计测定。

1.2.3酸度测定

称取5.00 g饮料样品，置于150 mL三角瓶中，加入100 mL蒸馏水，加入3滴0.5%酚酞指示剂，混匀后用0.100 1 mol/L的NaOH标准溶液滴定至粉红色，并且在30 s内颜色不退后，记录消耗的NaOH标准溶液的体积，代入计算公式[7]。

计算饮料的酸度含量：

式中：X——果汁中总酸含量，g/100 g（或g/100 mL）；V1——样品滴定耗用NaOH标准溶液的体积，mL；

V0——空白试验耗用NaOH标准溶液的体积，mL；

C——NaOH标准溶液的浓度，mol/L；

m——样品的质量，g；

K——换算果汁中适当酸的系数，以柠檬酸计0.07。

1.2.4pH值测定

用pH计测定。

1.2.5颜色稳定性测定

用色差仪测定颜色的变化。对于许多液体来说，颜色都是一个重要指标，是新鲜度和纯度的指标，包括L值（明亮度）、a值（红绿值，正值为红色，负值为绿色）和b值（黄蓝值，正值为黄色，负值为蓝色）。

1.2.6电子舌测定

电子舌是现代化定性定量分析检测仪器，利用味觉传感器或味觉指纹分析仪，由交互敏感传感器阵列、信号调理系统、测试平台和应用软件4个部分组成[8]。传感器阵列由6个电极（铂电极、金电极、钯电极、钨电极、钛电极、银电极）和1个辅助电极组成一个独立单元机构，再与一个参比电极共同组成一个完整的传感器阵列；信号调理系统由信号激发单元、信号调理单元以及数据采集单元组成；测试平台为样品安置、检测提供严格的工作环境；应用软件是在电脑上运行的用于控制电子舌检测、分析数据、输出结果的应用程序[9]。

电子舌激发电势和电流响应信号见图1。

图1　电子舌激发电势和电流响应信号

通过电子舌对3款不同储存条件的产品电信号图进行分析，比较产品之间的差异。样品直接倒入电子舌专用烧杯中，在室温条件下进行测定，每杯样品15 mL，每个样品设定5个重复。

1.2.7消费者对货架期间产品的喜好度和接受度影响

通过对感官评价员测试，了解对货架期间产品的接受程度及产品在不同储存时间和不同储存温度时各属性的变化区分情况，并与电子舌结果进行比较，为电子舌在果汁饮料货架期中的品质控制提供试验依据。

评价员是感官评价小组成员，并且在过去3个月内喝过且购买过果汁饮料产品，饮用频率在每月1次及以上的；测试基数为42人；样本量设计：评价员测试3个产品；3个产品采用循环测试的顺序，可以避免因测试顺序带来的偏颇。

样本量设计见表1，产品测试具体评价指标见表2。

表1　样本量设计

表2　产品测试具体评价指标

1.2.8感官评定小组人员组成

感官评定小组成员，通过基本味觉识别对甜味的区别能力来进行筛选确定。感官评定小组由50位公司员工担任评定员（30位女生和20位男生），年龄在25～40岁，都有感官评定经验。过去3个月内喝过且购买过果汁、果汁饮料产品，饮用频率在每月1次及以上。

1.2.9感官评定样品准备

配制样品使用二级纯水，配制所有的溶液在感官测定前2 h配好，常温放置。配制的样品溶液放在50 mL的一次性小杯，每次提供30～40 mL，并用随机3位数字进行编码，如585，348等。采用随机顺序上样。评价员在评定样品后可以将样品吐出在水槽内，在品尝每个样品间隙休息大约1 min，每组样品间休息10 min左右，以此来减少上次品尝样品余味的影响。评定时，使用纯净水或苏打饼干来去除样品残留味道。

感官评定在公司的感官测评室内进行，测评室的温度恒定在25℃。

1.3数据处理与分析

采用主成分分析法进行研究。主成分分析（Principal component analysis，PCA）是一种多元统计分析技术，是以排除众多化学信息共存中互相重叠的信息，将原变量进行转换，使少数几个新变量是原变量的线性组合，同时这些变量要尽可能多地表征原变量的数据结构特征而不丢失信息[10]。通过对数据的分析，从中得到不同货架期产品之间的差异，作为进一步研究的基础。

2　结果与讨论

2.1货架期期间产品的品质变化

果汁饮料产品货架期储存期间的品质变化见表3。

定期测得其可溶性固形物、酸度、pH值等理化指标。可溶性固形物含量在货架期内约为9.37，酸度为0.26%～0.28%，pH值为3.56～3.59，没有明显变化。

表3　果汁饮料产品货架期储存期间的品质变化

产品在储存期间L值的变化见图2，产品在储存期间△DE值变化情况见图3。

图2　产品在储存期间L值的变化

图3　产品在储存期间△DE值变化情况

果汁饮料产品的颜色在货架期内一直有变化着。由图2可知，在4℃，38℃下存储1个月，38℃下存储2个月条件下，L值（明亮度）一直在变化并下降着，样品颜色由淡黄色慢慢变化颜色加深呈下降趋势，颜色变化较明显。图3中DE（总色差）是基于L值，a值，b值色差，并作为一个单独的指标来表示产品在储存期间色差变化情况，可看出产品在不同储存温度的货架期间颜色变化差异明显。

2.2基于电子舌区分果汁饮料产品货架期

电子舌数据结果见表4，不同货架期果汁饮料产品电子舌数据主成分分析见图4。

表4　电子舌数据结果

表4中的特征值为6个电极值，数据为5次重复测试样品的测量平均值；图4中6个记号点连成的图形代表此样品的整体特征，不同样品的类别间品质的不同点、差异可以通过主成分得分的距离表征，样品距离越近说明样品品质特征越近似。

图4　不同货架期果汁饮料产品电子舌数据主成分分析

图4中横坐标主成分1贡献率为54.4%，纵坐标主成分2贡献率为36.6%，累计2个成分的贡献率为91.0%。当贡献率累计达到85%以上时，就认为基本上能用这2个主成分组成的二维图来表示整体的信息情况。

从图4中可以看出，3款不同货架期产品间PCA分析（主成分分析）中能很好地落在各自的范围内而互不干扰；并且各个区域内点的离散度比较小，不同储存条件下的产品之间没有重合区域，存在一定的差异，说明电子舌系统可以很好地区分3种不同储存条件下货架期的样品。

2.3对果汁饮料产品货架期喜好度及接受度的评价

果汁饮料产品的总体喜好度及接受度情况见表5，果汁饮料产品在储存期间各属性变化情况见图5。

表5　果汁饮料产品的总体喜好度及接受度情况

图5　果汁饮料产品在储存期间各属性变化情况

通过对评价员测试，样品选择在避光的环境下测试，避免由于颜色对评价员造成的干扰，评价员对不同储存条件下的果汁饮料产品进行喜好度和接受度评价，并与电子舌结果进行比较。得出3个样品的喜好度得分介于一般和有点喜欢之间且在95%置信度下有显著性差异，接受度得分均介于一般和有点接受之间且在95%置信度下有显著性差异。产品在4℃，38℃下储存1个月、38℃下储存2个月条件下，花香气味上有明显差异。

3　结论

电子舌设备作为一种新的现代化智能仿生系统，具有很大的灵活性和可扩展性，高灵敏性和信息量丰富，在很多领域显示出巨大的应用潜力。利用电子舌对果汁饮料产品进行货架期品质评价，并通过人工感官评价加以对比，同时进行理化指标测定。3款不同货架期的果汁饮料产品在感官评价分析得出具有不同的感官属性且具有显著性差异。数据进行主成分分析法（PCA）处理，通过果汁饮料味觉和口感特征的模式识别分析，电子舌可以对不同储存条件下的果汁饮料进行完全区分，并与人工感官评价相结合对比。通过以上2个方面的数据可以更全面合理地分析不同货架期果汁饮料产品的口感特点，说明电子舌设备具有辨别不同果汁饮料货架期区分的能力，为电子舌在果汁饮料货架期中的品质控制提供试验依据，也为食品感官评价方法提供了新的研究思路。

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Classification of Shelf Life Quality of Fruit Juice Usin an Electronic Tongue

ZHAO Yun，LIU Xiongfei，WU Weili，HUANG Yizhen，FANG Zishu
（Brand Food R&D Center，COFCO Nutrition&Health.，Beijing 102209，China）

Use the instrument to fast and accurately evaluate the shelf life of fruit juice drinks products has always been the hot issues in the research.Shelf life of fruit juice beverage products is evalued by using an electronic tongue，the acquired data are analyzed by principal component analysis（PCA），with the physical and chemical index and by sensory panel evaluation results are compared.Results from these analyses demonstrate that electronic tongue technique can be used to distinguish different shelf life of fruit juice from products feature.Electronic tongue as a new type of modern intelligent sensory instrument，has great potential in the fruit juice drinks products shelf life evaluation.

fruit juice drinks；electronic tongue；shelf life；sensory evaluation

TS255.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.10.032

2016-08-26

赵芸（1987—），女，在读硕士，研究方向为食品科学与工程。

1671-9646（2016）10b-0012-05