感官評價結合電子鼻分析脫脂風味乳飲料

潘明慧，努爾阿里亞·阿力甫，張曉梅,2，艾娜絲，孫寶國

(1.北京工商大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心，北京100048；2.北京三元食品股份有限公司，北京100163)

0 引 言

根據脂肪含量牛乳分為全脂乳和脫脂乳。通常，脫脂乳的脂肪含量低于0.5%(w/w)[1]。隨著消費者對健康食品的追求，脫脂乳制品逐漸成為一種消費趨勢。其中脫脂乳飲料具有營養豐富、低脂肪、低熱量等特點，在我國乳飲料行業的市場份額呈迅速增長趨勢[2-6]。一直以來，人們主要通過感官評價來評定乳飲料的感官質量，但是，單一的感官評價具有一定的人為主觀性，易受感官評價人員身心狀況及環境因素的干擾[7]。電子鼻(e-nose)分析技術是廣泛應用于揮發性風味分析領域的新興技術，主要集中在酒類[8]、肉制品[9]及茶葉[10]的風味分析方面，在鑒別樣品的真偽的同時彌補了單一感官評價的局限性。本研究的目的是制備一款脫脂風味乳飲料，結合電子鼻和感官評價綜合評估乳飲料的風味。

1 實 驗

1.1 材料

純凈水，脫脂奶，檸檬酸鈉(食品級)，穩定劑(食品級)，食用香精(食品級)，食用小蘇打，白砂糖，食用鹽。

1.2 儀器與設備

ME104電子分析天平，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，PEN 2型電子鼻(e-nose)，APV-1000型高壓均質機(實驗型)。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

本研究共涉及脫脂奶的稀釋倍數、白砂糖與食鹽比例、檸檬酸鈉添加量、穩定劑添加量和小蘇打添加量5個因素，每一因素按產品感官評價結果的可接受性來確定最佳工藝參數，工藝流程如圖1所示。

圖1脫脂風味乳飲料的關鍵工藝流程

1.3.2 操作要點

(1)調整脫脂乳的稀釋比。取5個250 mL藍蓋瓶(Fisher Scientific UK Ltd.)，固定200 mL純凈水，分別按純凈水與脫脂奶的體積比分別為200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，10∶1加入脫脂奶；(2)確定最佳稀釋比后，調整白砂糖與食用鹽的比例，按白砂糖與食用鹽的質量比為200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，20∶1分別添加；(3)確定白砂糖與食用鹽的最佳配比后，調整檸檬酸鈉的添加量為0.18，0.36，0.44，0.89，1.8 g/L；(4)確定檸檬酸鈉的最佳添加量后，調整穩定劑的添加量，為確保穩定劑充分溶解于樣品并發揮作用，將樣品預熱到60°C，在所有樣品中分別加入0.18，0.36，0.44，0.89，1.8 g/L穩定劑，并維持5 min；(5)確定穩定劑的最佳添加量后，調整小蘇打的添加量，分別加入0.09，0.18，0.36，0.44，0.89 g/L食用小蘇打；(6)均質、調香、滅菌、(4±1)°C保存備用。

1.3.3 感官鑒評

1.3.3.1 感官評價人員培訓

感官人員的培訓在北京工商大學食品與健康學院感官評價實驗室進行，且保證評價室內無異味、無噪音。參與感官評價人員需熟悉和掌握脫脂風味乳飲料的風味屬性特征，包括酸味、甜味、咸味、奶味和異味，這些風味屬性參照Juliano和Elvira的方法[11-12]。培訓人員共6名，其中男性4名，女性2名，年齡在21-30歲，所有評價人員均知情實驗內容并志愿參與評價。

1.3.3.2 感官評價

受試樣品在感官評價前置于4°C冰箱保存，感官評價時將受試樣品30°C水浴10 min，使樣品溫度接近口腔溫度。將受試樣品裝入感官評價杯中，以字母和三位隨機數字組合標號，如M 359，按隨機順序擺放。經過培訓的評價人員對樣品進行評價并進行打分，在每個樣品評價之后新的評價開始之前充分清洗口腔，直至余味全部消失[13-14]。收集6名感官評價人員的評價結果，統計并繪制測試樣品的感官評價雷達圖。感官評價實驗中每一個屬性的評分標準為0-9分，感官評價參照標準按照表1進行。

表1脫脂風味乳飲料的感官評價屬性及其感官評價標準

1.3.4 電子鼻分析

儀器采用德國Airsens公司的PEN 2型便攜式電子鼻(Portable Electronic Nose)系統。該電子鼻系統是一種由一組復合化學傳感器和識別軟件組成的分析儀器。PEN 2電子鼻包含10個金屬氧化物傳感器陣列。本電子鼻系統主要包括下面幾個硬件部分：傳感器陣列、采樣及清洗通道、吸附/解吸附單元、數據采集系統及計算機[15]。

PEN 2 E-nose設備由10種傳感器組成，分別為W 1C，W 5S，W 3C，W 6S，W 5C，W 1S，W1W，W 2S，W 2W和W 3S；E-nose的10種傳感器分別對不同的揮發性化合物組成響應。

所有測試樣品分別取10 m L裝入20 m L具橡膠塞樣品瓶中，溫度(40±2)°C轉速為30 r/min磁力攪拌水浴5 min，水浴結束后將e-nose補空氣針和樣品吸收針同時插入樣品瓶中，進行測試，儀器自動收集60 s內各傳感器的響應值。揮發性物質在不同傳感器中的吸附和解析并不是瞬間發生的。吸附時間為60 s而解析(清洗)時間為300 s。測試過程中，測量室的氣流保持不變，在測試階段，待測樣品揮發性氣體通過頂空以恒定速率6.67 mL/s吸入設備采樣單元，最終使10種傳感器響應值發生變化。

2 結果與分析

2.1 感官評價結果分析

由6名感官評價人員依次評價待測樣品，并按照表1評分標準進行打分。最終結果取平均值并繪制感官評價雷達圖，如圖2所示。

為了突出本產品的飲料特性且與脫脂乳區分開，純凈水與脫脂奶的比例較大。有乳香味又不失特殊風味特性。純凈水與脫脂奶的比例分別為200∶1，100∶1，50∶1的三個樣品奶味極弱，無法體現乳飲料的特性，同時可接受性低。純凈水與脫脂奶的比例為25∶1的樣品奶味微弱，酸味和異味與其他樣品基本一致。而且與其他因素相互作用本樣品的甜度和爽口程度略勝一籌，同時可接受性高。純凈水與脫脂奶的比例為10∶1的樣品奶香味強烈，掩蓋了碳酸爽口感，沒有了碳酸飲料的剎口感。本研究純凈水與脫脂奶的最佳體積比為25∶1。

白砂糖與食用鹽的添加量較少，研究表明食用鹽使飲料風味更加突出[16]。白砂糖與食用鹽的質量比分別為20∶1，25∶1，50∶1時樣品咸味大，影響口感，可接受性低。白砂糖與食用鹽的質量比為100∶1時樣品甜味，咸味適中，可接受性最高。白砂糖與食用鹽的質量比為200∶1時甜味相對弱，可接受性低。本實驗白砂糖與食用鹽的最佳質量比為100∶1。

圖2脫脂碳酸風味乳飲料的感官評價雷達

檸檬酸鈉是調節脫脂乳飲料的特殊風味配料之一。檸檬酸鈉的添加量為1.8 g/L時樣品酸性強，影響飲料的組織狀態，爽口性和接受性差。檸檬酸鈉的添加量為0.89 g/L時樣品組織狀態很穩定，酸度適中，爽口度和接受性高。檸檬酸鈉的量分別為0.44 g/L，0.36 g/L，0.18 g/L時，爽口性較差，未呈現特殊風味，可接受性低。本研究檸檬酸鈉的最佳添加量為0.89 g/L。由于乳飲料性質不穩定，尤其是酸性乳飲料的酸度接近一些蛋白質的等電點，所以易沉淀或分層，因此研制酸性乳飲料時加穩定劑來增強穩定性是必要的。穩定劑能提高飲料的黏度，防止蛋白質粒子因重力作用而下沉，能減少游離水分子的含量，防止蛋白質沉淀[17]。穩定劑的量分別為1.8 g/L，0.89 g/L時樣品組織狀態差，且有異味產生，嚴重影響了口味，可接受性最低。穩定劑的量為0.44 g/L時樣品組織狀態穩定，符合飲料的標準，對口味影響最低，可接受性最強。穩定劑的量分別為0.36 g/L和0.18 g/L時，樣品組織狀態不穩定，可接受性相對較低。因此，本研究穩定劑的最佳添加量為0.44 g/L。

小蘇打也是乳飲料的特殊風味的直接來源之一。部分碳酸氫鈉在水中分解生成二氧化碳，賦予乳飲料特殊口感。同時小蘇打呈堿性，調節溶液p H值，從而防止蛋白質沉淀。小蘇打的添加量為0.89 g/L和0.44 g/L時的樣品有異味產生，從而影響口感，且爽口性和可接受性低。小蘇打添加量為0.36 g/L時的樣品無異味，酸味和爽口度適中，可接受性較高。小蘇打添加量為0.18 g/L的樣品無異味，酸度適中，爽口度高，可接受性最高。小蘇打添加量為0.09 g/L的樣品，沒有異味，酸味較大，爽口性和接受度較低。因此本實驗小蘇打最佳添加量為0.18 g/L。

2.2 電子鼻分析

電子鼻的工作原理是當由多個氣體傳感器組成傳感器陣列同時測量多種成分組成的氣味時，就會在多維空間中形成響應模式。在建立數據庫的基礎上，對每個樣品進行數據計算和識別，可得到樣品的“氣味指紋圖”，從而達到對揮發性氣體的分析和檢測[15]。各傳感器的檢測性能如下：W 1C(芳香族化合物)、W 5S(氮 氧 化 合 物)、W 3C(氨、芳 香 族 化 合 物)、W 6S(氫)、W 5C(脂肪族芳香化合物)、W1S(甲烷、碳氫化合物)、W 1W(硫化物)、W2S(醇類化合物)、W 2W(硫、氯化合物)、W 3S(甲烷)[18]。

在工藝不斷調整過程中，10種傳感器對不同樣品的響應情況及樣品分類情況采用主成分分析的方法進行分析，分別如圖3和圖4所示。主成分分析通過對提取的傳感器多指標信息進行數據轉換和降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，最后在主成分分析的三點圖上顯示主要的二維散點圖，其中主成分1(PC1)和主成分2(PC2)上包含了在主成分分析轉換中得到的第1主成分和第2主成分的貢獻率，貢獻率越大，說明主要主成分可以較好地反映原來多指標的信息[19]。有文獻指出[20]，主成分總貢獻率超過70%～85%，說明此方法適用。

圖3中，PC1和PC2兩個主成分的總貢獻率均大于80%，因此，可以認為PC1和PC2兩個主成分可以代表傳感器的整體信息。根據工藝調整不同參數的過程中，電子鼻對各風味乳飲料的響應情況顯示出明顯的差別，尤其是在調整小蘇打的添加量時，PC1的貢獻率為98.55%，說明在第一主成分上各個傳感器對于區分不同小蘇打添加量的脫脂風味乳飲料香氣的貢獻較大。

圖3各個傳感器對樣品響應情況的主成分分析結果

圖4中，不同工藝調整下樣品主成分分析結果的PC1和PC2的總貢獻率均大于95%，表明區分效果很好，且第一主成分的貢獻率遠遠大于第二主成分，說明PC1在區分過程中占主導地位。圖5中，PC1和PC2的總貢獻率均大于95%，且各樣品間獨立，說明5種因素對脫脂風味乳飲料的風味均有關鍵性作用，同時每個因素的影響具有明顯差異。

圖4(a)中:a1,a2,a3,a4,a5分別表示純凈水與脫脂奶的體積比為200∶1，100∶1，50∶1，25:1，10∶1；圖4(b)中:b1,b2,b3,b4,b5分別表示白砂糖與食用鹽的質量比為200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，20∶1；圖4(c)中:c1,c2,c3,c4,c5分別表示檸檬酸鈉添加量為0.18,0.36,0.44,0.89,1.8g/L；圖4(d):d1,d2,d3,d4,d5分別表示穩定劑的添加量為0.18,0.36,0.44,0.89,1.8g/L；圖4(e)中:e1,e2,e3,e4,e5分別表示小蘇打的添加量為0.09,0.18,0.36,0.44,0.89g/L。

圖5最優條件下的5個樣品PCA分布

圖5中，A為純凈水與脫脂奶配比；B為白砂糖與食鹽配比；C為檸檬酸鈉的添加量；D為穩定劑的添加量；E為小蘇打的添加量。

3 結 論

本試驗由脫脂乳為原料優化并制備一款風味乳飲料。分別固定一個變量因素，調整5個關鍵工藝參數，并通過感官評價的可接受性結果篩選最佳工藝。在此基礎上，運用電子鼻對工藝調整后的樣品進行檢測并分析各傳感器對樣品的響應情況。綜合分析后，確定最佳工藝條件為純凈水與脫脂奶的體積比為25∶1，白砂糖與食用鹽的質量比為100∶1，檸檬酸鈉的添加量為0.89g/L，穩定劑的添加量為0.44g/L，小蘇打的添加量為0.18g/L。