基于電子舌和質構儀的不同品種櫻桃滋味及質地差異分析

任新樂，李長春，孫 斐，傅茂潤，韓 聰*

（1.齊魯工業大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東濟南 250353；2.山東尚春農業科技有限公司，山東濟南 250300）

櫻桃是薔薇科李屬櫻亞屬經濟木[1]，在我國產地分布較廣，已有2 000 多年的栽培歷史。櫻桃果實生長發育快，成熟期早，被稱為“早春第一果”[2]。櫻桃果實色彩鮮艷，肉厚多汁，營養豐富，含有豐富的糖類、維生素、花色苷、酚酸類[3]、黃酮類等營養物質[4]，具有抗氧化、預防心血管疾病、預防癌癥、提高身體免疫力、提高睡眠質量、緩解疲勞等作用[5]。此外，櫻桃還具有調節氣血、益腎補精、平肝祛熱、健脾祛濕、補血等功效[6]，因此深受消費者喜愛。

電子舌技術是一種高效便捷的識別、分析樣品滋味的新型檢測技術手段[7]。作為一種仿生味覺系統，電子舌通過模仿生命體的味覺識別機制，即采用與味蕾細胞工作原理相類似的人工脂膜傳感技術，故味覺傳感器能夠探測到接近生命體所能感知的“味覺”[8]。傳感器通過測量人工脂膜表面的電勢變化檢測味道，評估各種口味。目前，電子舌已被廣泛應用在食品味道評價、食品摻偽鑒定、食品加工過程檢測、中藥材鑒別研究、茶葉分級、酒類區分、香辛料評價等領域[9-10]，在食品、醫藥、化工等行業具有廣闊的應用前景。

質構是水果眾多評價指標中的主要指標之一[11]。目前對食品質構評價的主要方法有傳統的感官評價和質構儀器測量兩種[12]。傳統的感官評測需要具有專業知識水平和專業判斷能力的專業評審員，評價過程效率低、步驟繁瑣，而且感官評價結果往往因人而異，主觀性差異較大，結果不夠穩定。質構儀則能夠通過不同的物理處理模式對食品進行加工檢測[13]，以數據的形式客觀準確地反映食品的力學特征，如食品的硬度、彈性、柔軟性等指標[14]。質構儀在水果中主要測試水果的成熟度、果皮的硬度、果實脆性、果皮或果肉的彈性等指標。質構儀因其高效、簡便、靈敏度高等優點被廣泛應用在各種食品質構評價中[15]。

目前，國內的鮮食櫻桃品種繁多，約有100種，主要有‘拉賓斯’‘美早’‘紅燈’‘布魯克斯’‘桑提娜’‘薩米脫’‘早紅寶石’‘極佳’等[16]。不同品種的櫻桃酸甜不一、滋味各異，而對于不同櫻桃品種的滋味分析鮮有研究。此外，不同櫻桃品種成熟時的軟硬度不同，而軟硬度是決定櫻桃銷售半徑的一個重要因素。本研究選擇濟南當地種植面積較大的五個代表性品種為試驗材料，利用質構儀和電子舌對樣品進行質構分析和滋味檢測，得到不同品種櫻桃果實的質構結果和電子舌傳感器響應值，并對其進行分析，為不同櫻桃品種的采后儲運及消費者選擇提供理論支持[17]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料于2020 年5 月采自山東省濟南市長清區五峰鎮紙坊村春匯山莊，選用‘拉賓斯’‘紅燈’‘布魯克斯’‘美早’‘薩米脫’5 個櫻桃品種。

1.2 儀器與設備

TS-5000Z 味覺分析系統，日本INSENT 公司；JYL-Y3 型多功能破壁機，九陽股份有限公司；TMS-Pro型專業級食品物性分析儀，美國FTC 公司；KQ-250D 型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；YP5102型電子天平，上海光正醫療儀器有限公司。

1.3 方法

利用電子舌對5 種櫻桃樣品進行分析時，需要對影響電子舌傳感器特征響應值的主要參數進行優化，包括櫻桃樣品的前處理、試驗溫度等。實際樣品最佳分析方法的確立要滿足兩個條件：一是電子舌對樣品味道的全面提取，尋找并分析不同來源、不同品種櫻桃的味道特征，即實現組間差異最大化；二是使樣品溶液的味道保持穩定，組內差異減小，以期最大限度地對不同品種的櫻桃進行區分。

1.3.1 質構分析

取完整的櫻桃果實，樣品高度均在22～25 mm 之間，將赤道部分果肉對準質構儀探頭。食品物性分析儀直徑2 mm 的柱形探頭（探頭編號：432-076）從起始位置開始，以60 mm/min 的測試前速度接觸到樣品的表面后（觸發力0.05 N），再以3 mm/min 測試速度穿過樣品表面并繼續穿刺到樣品內部，達到8 mm 的穿刺距離后以60 mm/min 的測試速度返回起始位置。每個品種平行測定7個，結果取平均值。

1.3.2 可溶性固形物（TSS）含量的測定

從每個品種的櫻桃果實中隨機選取5 個大小、顏色均勻，表皮光滑，無病蟲害，無機械傷的樣品，去核研磨成漿后，用三層紗布過濾漿液，用PAL-1 手持式折光儀測定可溶性固形物含量，每個處理重復測定3次，取其平均值。

1.3.3 電子舌參數的確定

每個品種分別選擇大小、顏色均勻，表皮光滑，無病蟲害，無機械傷的八成熟櫻桃樣品若干，超聲洗凈后去核，稱取50 g 樣品切成小塊后置于多功能破壁機中，添加200 g 蒸餾水，打碎混勻2 min，四層紗布過濾，取濾液用于電子舌測試。

電子舌經活化、校正、診斷通過，在確保采集得到的數據可靠、穩定的條件下進行測定。在本實驗中，25 ℃室溫下進行分析測試，進樣體積25 mL，數據采集時間120 s，采集周期1 s，清洗時間為10 s。電子舌所得所有數據均是以人工唾液（參比溶液）為標準的絕對輸出值，電子舌測試人工唾液的狀態，模擬人口腔中只有唾液時的狀態。其中參比溶液的輸出值為無味點（Tasteless），參比溶液（reference）由氯化鉀和酒石酸組成味覺值。每份樣品按照平行測試3次，進行分析處理。

1.3.4 味單位的確定

根據韋伯費希納定律，在同類刺激下，差別閥值的大小隨標準刺激強弱呈一定比例關系[18]。對于味道來說，大部分動物對味覺增加的響應與溶液中味覺物質濃度的對數成一定的線性關系[19]。一般來說，味物質的強度發生20%的變化時，人舌可以識別其差異。本實驗所用的日本INSENT 電子舌將味物質20%的強度變化定義為一個單位，味單位與味物質強度的對數成正比。

1.3.5 不同品種櫻桃的主成分分析

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種常用的統計分析方法。分別以主成分一和主成分二為橫、縱坐標，本實驗中顯示方差貢獻率分別為70.58%和25.52%，基于本次測試的所有味覺指標，對5 種櫻桃進行主成分分析。

1.4 數據處理

利用Excel 2013 進行數據處理，Origin 2019 用于數據作圖，用SPSS 26 進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 5 種櫻桃的質構分析

櫻桃穿刺試驗典型圖譜如圖1 所示。在0～4 mm 區間內探頭位移與質構儀負載呈線性關系，直線的斜率表示櫻桃果皮的剛性；在探頭位移4 mm時，質構儀負載到達峰值，峰值表示果皮的硬度。峰值所對應的位移，反映了果皮可承受的變形；從位移為0 到峰值對應位移4 mm的區間內，斜線積分形成的面積表示擠壓果皮所做的功；峰值對應位移到8 mm 位移區間內的質構儀負載表示果肉硬度位移8 mm 后質構儀負載趨近于0。

圖1 櫻桃穿刺試驗典型圖譜Fig.1 Typical atlas of cherry puncture experiment

由表1 可知，櫻桃的果皮可承受一定的形變，所有樣品在形變4 mm 左右會破裂，但達到果皮硬度時的位移存在差異，其中‘美早’的果皮可形變的程度最差，在達到果皮硬度時的位移為3.38 mm，‘薩米脫’和‘紅燈’的果皮可形變的程度較好，在達到果皮硬度時的位移分別為4.09、4.08 mm。幾種櫻桃的果皮硬度在3～4 N 之間，相較而言，‘美早’和‘薩米脫’的果皮相對較軟，‘拉賓斯’和‘布魯克斯’的果皮相對較硬。根據食品物性學原理，食品模量是指材料在受力狀態下應力與應變之比，其值越大，使材料發生一定彈性變形的應力也越大，即樣品硬度越大[20]。樣品的最大模量表現出明顯差異，‘拉賓斯’的最大模量在所有樣品中最大，‘薩米脫’的最大模量在所有樣品中最小，這與果皮硬度的結果是一致的。5 個品種所有樣品的櫻桃果肉非常柔軟，與果皮硬度相比，果肉硬度均很低，均在0.5 N 以下。

表1 櫻桃質構指標結果表Table 1 Results of cherry texture index

2.2 可溶性固形物（TSS）結果分析

如表2 所示，5 個品種櫻桃的TSS 含量有顯著差異，TSS 含量由高到低依次是‘薩米脫’＞‘布魯克斯’＞‘美早’＞‘拉賓斯’＞‘紅燈’。

表2 可溶性固形物（TSS）含量表Table 2 Table of Soluble solids (TSS) content

2.3 電子舌結果與分析

2.3.1 味覺指標分析

由表3 可知，櫻桃具有明顯的酸味，所有品種的酸味在數值上明顯高于無味點，如圖2 和圖3（見下頁）所示，5 個品種的櫻桃在酸味上存在明顯的差異，比較可見‘紅燈’的酸味最強，‘薩米脫’的酸味最弱，五個樣品酸味由強到弱的順序是‘紅燈’＞‘布魯克斯’＞‘拉賓斯’＞‘美早’＞‘薩米脫’。甜味由強到弱的順序是‘薩米脫’＞‘布魯克斯’＞‘美早’＞‘拉賓斯’＞‘紅燈’，‘薩米脫’,最強，‘紅燈’最弱，且5 種櫻桃的甜味與TSS 含量呈正相關。依靠酸甜味的辨別，容易區分出‘紅燈’和‘薩米脫’兩個品種?！剪斂怂埂奶鹞逗退嵛抖驾^強，‘美早’和‘拉賓斯’酸味和甜味數值都處于中等水平，并且酸味和甜味相當，單純依靠酸甜味很難區別‘美早’和‘拉賓斯’兩個品種。

表3 櫻桃樣品的電子舌試驗數據Table 3 Results of electronic tongue test of cherry samples

圖2 以RefSol 為基準的櫻桃味覺雷達圖Fig.2 Cherry taste radar based on Refsol

圖3 櫻桃的酸味和甜味散點圖Fig.3 Scatter plot of sour and sweet flavors of cherry

由圖2 可知，櫻桃的澀味、苦味回味、澀味回味和豐富性（鮮味回味）接近無味點，這表明櫻桃中很難被嘗出澀味、苦味回味、澀味回味和豐富性（鮮味回味），并且依靠澀味、苦味回味、澀味回味和豐富性（鮮味回味）不能區分5 個櫻桃品種。但5 種櫻桃的咸味存在差異，‘布魯克斯’的咸味最大，‘拉賓斯’的咸味最小，其他3 個品種的櫻桃咸味無明顯差異。此外櫻桃的其他味覺指標的數值均明顯高于無味點，均是櫻桃有效的味覺指標。

2.3.2 不同品種櫻桃的PCA 分析

如圖4 所示，5 個櫻桃樣品被明確地區分開來，‘紅燈’和‘薩米脫’在第一主成分上存在明顯的差異，‘布魯克斯’‘美早’‘拉賓斯’在第二主成分上存在明顯差異。由表4 可見，甜味、酸味、咸味等對第一主成分的貢獻較大，咸味、甜味、鮮味等味覺指標對第二主成分有較大的貢獻，由此可見5 個品種的櫻桃在味道上的差異主要表現在甜味、酸味、咸味、鮮味等味覺指標上。

圖4 櫻桃的PCA 分析圖Fig.4 Principal component analysis of cherry

表4 味覺指標貢獻率表Table 4 Contribution rate of taste index

2.4 方差分析

由表5 可知，m2值反映傳感器的區分能力（值越低樣品的區分性越好）。誤差率：將樣品整體偏差作為100%，而后求樣品測定誤差與其的比率。誤差率＝20%：樣品最大可識別為5 組；誤差率＝50%：樣品最大可識別為2 組；誤差率＝100%：g=s2，不能有效識別。由表5 可見，9 組滋味數值的m2值分別為17.05%、67.85%、120.48%、20.19%、91.67%、14.87%、11.90%、50.97%、8.98%，除澀味（m2≥100%）外的味覺傳感器對櫻桃樣品的區分性較好。

表5 誤差統計分析表Table 5 Table of error statistical analysis

3 結論

由方差分析可得，電子舌的所有傳感器對櫻桃區分性較好，電子舌所得數據穩定可靠，5 個櫻桃樣品可被明確地區分開來，味道上的差異主要表現在甜味、酸味、咸味、鮮味等指標上。通過對比5 種櫻桃的酸味和甜味，發現5 種櫻桃的酸味值都明顯高于無味點，且5 種櫻桃在酸味上存在明顯差異。5 個樣品酸味由強到弱的順序是‘紅燈’＞‘布魯克斯’＞‘拉賓斯’＞‘美早’＞‘薩米脫’；甜味由強到弱的順序是‘薩米脫’＞‘布魯克斯’＞‘美早’＞‘拉賓斯’＞‘紅燈’，且5 種櫻桃的甜味與TSS 含量呈正相關。通過質構儀可很好地進行櫻桃果實的質構指標分析，樣品之間在多項指標上存在明顯的差異，比較而言，‘美早’和‘薩米脫’的果皮相對較軟，‘拉賓斯’和‘布魯克斯’的果皮相對較硬，5 個品種所有樣品的櫻桃果肉非常柔軟，與果皮硬度相比，果肉硬度平均值均很低，均在0.5 N 以下。綜上所述，電子舌可以作為區分不同品種櫻桃的一種高效快捷的方法，可以為不同品種的櫻桃鑒別提供一種高效、快捷的技術手段；質構儀可以以數據的形式客觀準確地描述食品的質地特征，具有快捷、客觀、準確的優點，能夠給食品研究及工作人員帶來了極大的方便。