米酒中滋味品质检测方案(感官智能分析)

食品研究与开发Food Research And Development2017年10月第38卷第20期研发与工艺一80 王菲，等：原料米和酒曲对米酒滋味品质影响的评价研发与工艺81_— 原料米和酒曲对米酒滋味品质影响的评价 王菲'，钟小丹2，戴彩霞，胡雅璇，张振东'，于博，郭壮"* (1.湖北文理学院化学工程与食品科学学院鄂西北传统发酵食品研究所，湖北襄阳441053；2.湖北米婆婆生物科技股份有限公司，湖北孝感432003) 摘 要：分别采集了糯米、籼米和粳米样品各5个，在同一发酵条件下分别与5个酒曲进行了组合发酵，并采用电子舌技术和多变量统计学方法相结合的手段，对制备的75个米酒样品的滋味品质进行了评价分析。通过主成分分析、典范对应分析、置换多元方差分析、多元方差分析和聚类分析发现原料对米酒滋味品质的影响大于酒曲，以糯米和和米为原料酿造的米酒其滋味品质较为相似，而两者与以粳米为原料酿造的米酒滋味品质存在显著差异(P<0.05)。通过线性判别分析发现该差异是由于涩味、苦味和丰度(鲜的回味)3个指标造成的，且以糯米为原料酿造的米米滋味品质最佳。 关键词：米酒；原料；酒曲；电子舌；多变量统计学 A Comparative Study on the Taste Profile Characterization of Rice Wine Fermented byDifferent Kinds of Rice and Rice Wine Koji WANG Fei'， ZHONG Xiao-dan， DAI Cai-xia'， HU Ya-xuan'， ZHANG Zhen-dong， YU Bo'， GUO Zhuang (1.Northwest Hubei Research Institute of Traditional Fermented Food， College of Chemical Engineering andFood Science， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang 441053， Hubei， China； 2. Granny Mi Biotechnology Hubei CO.， LTD.， Xiaogan 432003， Hubei， China) Abstract： Each of the five long-grain rice， japonica rice， and milled rice were collected， and the taste profilecharacterizations of 75 rice wine samples which fermented by the five rice wine koji under the same conditionwere studied by electronic tongue and multivariate statistics. Principal component analysis， canonical corre-spondence analysis， permutational multivariate analysis of variance， multivariate analysis of variance， andcluster analysis showed that the effect of raw materials on the taste profile of rice wine was greater than rice winekoji. Meanwhile， the taste profile of rice wine fermented by long-grain rice and japonica rice were similar， andthese two samples indicated significant differences with the rice wine fermented by milled rice. It was worth men-tioning that astringent， bitterness， and richness were identified by linear discriminant analysis as key variablessignificantly associated with the taste profile difference. Thus， it can conclude that the rice wine fermented bylong-grain rice with best taste quality. Key words： rice wine； raw materials； rice wine koji； electronic tongue； multivariate statistics 米酒酿造通常以糯米或釉米为主要原料，但由于粳米价格相对低廉，因而近年来部分厂家亦尝试使用粳米"。酒曲是米酒制作过程中必不可少的原材料，酒 ( 基金项目 ： 湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目( T 2 01 616)；湖北文理学院大学生创新创业训练计划项目(201 7 ) ) ( 作者简介：王菲(1 99 6一)，女(汉)，本科在读，主要从事食品生物技术研究。 ) ( *通信作者 ) 曲中微生物的发酵特性直接影响了产品的滋味品质2。本研究团队曾以原料或酒曲为单一变量，证实了两者均会对米酒的滋味品质产生影响。然而米酒的制作过程，实质是经过米酒曲中微生物的作用，使加工原料发生系列生物化学及物理变化的过程图。由此可见，在前期研究的基础上，设置原料和米酒曲两个变量，同时探讨上述两个因素对米酒滋味品质的影响是极为必要的。 作为近几年发展起来一种人工味觉识别系统，SA402B电子舌系统由具有弱选择性、非专一性、且对食品基质中不同组分具有高度交叉敏感特性的5组传感器组成，实现了食品中酸、苦、涩、鲜和咸等5个基本味及苦、涩和鲜味等3个基本味回味的数字化评价，在数据产出的基础上，通过使用适当的多元统计学方法对数据矩阵进行处理，可以使研究人员在一次试验中全面、平行分析多个样本的滋味品质特征征，目前已经广泛的应用于水产品红葡萄酒、啤酒、醋、甜面酱、米酒"2和腊肠等食品的滋味品质评价中。 为了探讨原料和酒曲对米酒滋味品质的影响，本研究采集了5个米酒曲，分别与5个糯米、5个粳米和5个釉米样品进行了组合发酵，共制备了75个米酒样品。在使用 SA 402B 电子舌系统对米酒滋味进行测定的基础上，结合多元统计学方法，评价了原料和酒曲对米酒滋味品质的影响，对导致不同原料酿造米酒滋味品质存在显著差异的关键指标进行了甄别。 材料与方法 1.1 材料与试剂 糯米、米和粳米、米酒曲：市售；米酒：湖北米婆婆生物科技股份有限公司；阳离子溶液、阴离子溶液、参比溶液、内部溶液和预处理溶液：日本Insent 公司。 1.2 仪器与设备 SA 402B 电子舌(配备 CAO、C00、AE1、CTO 和AAE5个传感器)：日本Insent 公司；SHZ-D 水循环多用真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司；4盘电汽蒸饭柜：山东上美厨房设备厂；250B数显生化培养箱：金坛市荣华仪器制造有限公司；TGL-16gR 高速台式冷冻离心机：上海安亭科学仪器厂。 1.3 试验方法 1.3.1 不同种类原料的采集 为了使试验更具代表性，本研究分别从全国不同产粮区域采集糯米、粳米和咪米样品各5个，其中粳米样品分别采集于黑龙江省五常市、辽宁省盘锦市、江苏省泰州市、宁夏回族自治区吴忠市和湖北省襄阳市，糯米样品分别采集于黑龙江省牡丹江市、湖北省襄阳市、湖北省孝感市、江苏省泰州市和福建龙岩市：釉米样品分别采集于黑龙江省五常市、广西壮族自治区桂林市、四川省成都市、江苏省泰州市和福建省龙岩市。 本研究所使用的5个米酒曲分别采集自湖北省宜昌市、随州市、孝感市、十堰市和四川省泸州市。 1.3.2 米酒样品的制备 取500g糯米或米25℃加水浸泡6h，蒸煮、摊凉和淋冷后，添加2.5g酒曲和250g去离子水，置于储酿器中搭窝，于28℃发酵48h 备用。粳米除不浸泡外，其他操作同糯米和咪米。 5个米酒曲，分别与5个糯米、5个粳米和5个米样品进行组合发酵，共制备75个米酒样品。 1.3.3 米酒样品的预处理 取250g米酒样品加入100mL 去离子水搅拌均匀后，室温下4 000 r/min 离心10 min，取上清液抽滤后，滤液备用。 1.3.4 米酒基本味及回味的测定 使用SA 402B电子舌系统对米酒的滋味品质进行评价，CA0、C00、AE1、CTO 和 AAE 5个传感器分别对应测定样品的酸、苦、涩、咸和鲜味的强度，具体测试方法参照文献[4]进行，即：15个传感器在阳离子或阴离子溶液中浸没90 s；2)5个传感器在参比溶液Ⅰ和Ⅱ中分别洗涤120 s；3)5个传感器在参比溶液ⅢI中浸泡30s，得到参比溶液电势 Vr；4)5个传感器在待测样品中浸泡 30s得到样品溶液电势 Vs，通过 Vs-Vr的电势差值即可对米酒样品酸、苦、涩、咸和鲜味的强度值进行测定；5) C00、AE1 和AAE 传感器在参比溶液IV和V中分别洗涤 3 s；6) C00、AE1 和 AAE 传感器在参比溶液VI中浸泡 30s，检测到电势 Vr'，通过 Vr'-Vr的电势差即可对米酒样品后后A(涩的回味)、后味B(苦的回味)和丰度(鲜的回味)的强度值进行测定。 其中参比溶液I~VI的配方相同。 因 SA 402B 电子欠每次仅可对10个样品进行测定，为减小系统误差，每次测定时均将市售米酒作为内参样品，故纳入本研究的75个样品共分9批次完成测定。每个样品重复测定4次，取后3次测定值作为试验的原始数据。数据处理时，为使不同批次样品测试的数据具有可比性，故将每批次内参样品各滋味指标的数值均设置为0，因而各样品测得的各滋味指标的强度值均为相对强度值。 1.3.5 统计分析 使用主成分分析r((principal component analysis；PCA)、典范对应分析(canonical correspondence analy-sis，CCA)、置换多元方差分析 (permutational multivari-ate analysis of variance，PERMANOVA)、多元方差分析(multivariate analysis of variance，MANOVA) 和聚类分析(cluster analysis，CA)对不同原料或酒曲酿造米酒滋味品质整体结构的差异性进行分析；使用线性判别分析(linear discriminant analysis，LDA) 对可能导致不同 原料酿造米酒滋味品质存在显著差异的关键指标进行了甄别。采用 Matlab软件(v2010b)和R软件(v3.3.2)进行数据分析，使用 Origin 软件(v8.5)对分析后的数据进行可视化处理作图。 2 结果与分析 2.2 不同原料和酒曲酿造米酒滋味品质整体结构的差异性分析 本研究在对75个米酒样样酸、苦、涩、咸、鲜、后味A(涩的回味)、后味B(苦的回味)和丰度(鲜的回味)8个滋味指标进行评价的基础上，首先采用 PCA、CCA、PERMANOVA、MANOVA 和 CA 从定性分析和定量分析两个维度，评价了原料和酒曲对米酒滋味品质的影响。基于 PCA米酒整体滋味品质的 PC1 与 PC2因子得分图如图1所示。 A、B均为75个米酒样品的空间排布图，其中A图以米酒酿造原料的类型进行标记，B图以酒曲编号进行标记。 图1基于主成分分析的米酒整体滋味品质评价 Fig.l1 Graphical representation of the principal componentanalysis of taste profile characterization in rice wine 由图1A可知，以糯米和籼米为原料酿造的米酒样品主要分布在第一、第三和第四象限，而以粳米为原料酿造的米酒主要分布在第二和第三象限。由此可见，以糯米和釉米为原料酿造的样品其空间排布较为相似，且与以粳米酿造的样品呈现出明显的分离。由 图1B图可知，当以酒曲编号对75个样品进行标记时，虽然多数样品呈现出无规则的交叠现象，但部分样品亦有微弱的聚类趋势，例如4号和5号酒曲酿造的样品主要分布在第二三四象限，而其他酒曲酿造的样品在各个象限均有分布。因此，我们可以定性的认为原料种类对米酒滋味品质具有显著的影响，且以糯米和釉米为原料酿造的米酒滋味品质较为相似，酒曲可能对米酒滋味品质亦存在影响，但其影响程度远小于原料。 作为是一种无监督的空间排布方法， PCA 按照各样本的相似性在空间上将所有样品分割或合并成一群集[14]，其未考虑样本的分组信息。本研究进一步使用了 CCA 这一有监督的空间排布方法，在考虑样品分组信息的基础上，对所有75个样品进行了空间排布，其结果如图2所示。 A、B均为75个米酒样品的空间排布图，其中A图以米酒酿造原料的类型进行标记，B图以酒曲编号进行标记。 图2基于典范对应分析的米酒整体滋味品质评价 Fig.2G(raphical representation of the canonical correspondenceanalysis of taste profile characterization in rice wine 由图2A可知，不同原料酿造的米酒样品呈现出明显的聚类趋势，其中以糯米和籼米为原料酿造的米酒其空间排布较为接近。由图2B可知，虽然米酒样品在空间排布上呈现出连续性，但不同分组的样品之间亦呈现出明显的分离趋势，例如由5号酒曲酿造的米 酒样品完全分布在第二和第三象限，而1号酒曲相关的样品则分布在第一和第四象限。由此可见，我们可以定性的认为，原料和酒曲对米酒的滋味品质均具有影响，且原料种类的影响更大，这与 PCA 的结果一致。为了对上述定性分析结果进行验证，本研究进一步使用了基于 Meta-Storm 距离的 PERMANOVA 对酒曲和原料对米酒滋味品质的影响进行了定量分析，其结果如图3所示。 图3 不同因素对米酒滋味品质影响的评价 Fig.33(Contributions of different factors on taste profilecharacterization of rice wine 由图3可知，由糯米、米和粳米酿造的米酒样品滋味品质存在显著差异(P=0.001)，不同酒曲酿造的米酒滋味品质亦差异显著(P=0.004)，值得一提的是，原料对米酒滋味品质影响的Ｆ值要大于酒曲，由此可见，原料和酒曲对米酒的滋味品质均具有显著影响，且原料对米酒滋味品质的影响大于酒曲，这与 PCA 和CCA 等定性分析的结果一致。 由上述分析可知，原料和酒曲对米酒滋味品质均具有显著影响，那么究竟哪两类原料或酒曲酿造的米酒滋味品质更为相似，是尚待解决的问题。不同地区和厂家所使用的米酒曲其微生物多样性可能存在较大的差异，因而若进一步评价纳入本研究的5个酒曲对米酒滋味品质的影响，则其对实际生产指导的意义可能不大，因而本研究后续分析中仅对原料种类对米酒滋味品质的影响进行了评价。基于马氏距离聚类不同原料酿造米酒整体滋味品质的分析如图4所示。 由图4可知，以糯米和釉米为原料酿造的米酒样品形成了一个聚类，而粳米酿造的米酒样品单独形成一个聚类，同时本研究进一步使用 MANOVA，对两类糯米酿造米酒整体滋味品质的差异性进行了分析，结果发现其差异极显著(P<0.001)，而两者均与粳米酿造的米酒差异极显著(P<0.001)。由此可见，以糯米和米为原料酿造的米酒滋味品质较为相似，这亦进一步验证了 PCA 和 CCA 的结果。 图4 基于马氏距离聚类不同原料酿造米酒整体滋味品质的分析 Fig.4The evaluation of the taste profile characterization of rice wine fermented by different raw materials based on theMahalanobis distance analysis 2.2米酒各滋味指标相对强度的分析 通过上述分析可知，原料种类对米酒滋味品质具有显著的影响，且由糯米、米和粳米为原料酿造的米酒样品间滋味品质存在显著差异，然而到底是由于哪些滋味指标的不同导致了上述现象的发生，是本研究需要进一步解决的问题。不同滋味指标的 LDA 得分图如图5所示。 图5 不同滋味指标的LDA得分图 Fig.5LDA scores of the taste index 由图5可知，导致糯米、釉米和粳米为原料酿造的米酒样品间滋味品质存在显著差异的关键指标为后味B(苦的回味)、后味A(涩的回味)、涩味、苦味和丰度(鲜的回味)，其中后味B(苦的回味)和后味A(涩的回味)在米酿造的米酒中含量显著偏高(P<0.05)，涩味和苦味在粳米酿造的米酒中含量显著偏高(P<0.05)，而丰度(鲜的回味)在糯米酿造米酒中含量显著偏高(P<0.05)。 在使用 SA 402B电子舌对食品滋味品质进行评价时，若两个样品在某一个滋味指标上的相对强度值之差小于1，则其差异使用感官鉴评的方法是无法予以区分的。由此可见，通过电子舌系统虽然甄别出5个 滋味指标可能是导致不同原料酿造的米酒样品间滋味品质存在显著差异的关键指标，但若75个米酒样品在其中某一指标上的相对强度极差值小于1，则米酒在该指标上的区别消费者是无法识别，因而将该滋味指标甄别为关键指标也是无意义的。米酒样品各滋味指标相对强度值的箱形图如图6所示。 图6 米酒样品各滋味指标相对强度值的箱形图(n=75) Fig.6The box plot of relative intensity of each taste index in ricewine samples (n=75) 由图6可知，纳入本研究的75个米酒样品在苦味、涩味和丰度(鲜的回味)3个指标上的差异较大，其极差值分别为6.22、5.89和3.14，而在后味A(涩的后味)和后味B(苦的回味)指标上的差异性较小，极差值仅为0.86和0.87。由此可见，虽然糯米酿造的米酒样品其后味A(涩的后味)和后味B(苦的回味)两个缺陷指标的相对强度可能高于其他两类米酒，但由于其在不同样品间的差异较小消费者无法对其进行区分，因而在评价米酒滋味品质时可以予以忽略。 综上所述，导致糯米、米和粳米为原料酿造的米酒样品间滋味品质存在显著差异的关键指标为涩味、苦味和丰度(鲜的回味)，由于涩味和苦味为米酒的缺陷型指标，而丰度(鲜的回味)为特征性指标，由此我们可以推断，以糯米为原料酿造的米酒滋味品质最佳，其次为釉米，粳米酿造的米酒滋味品质较差。 结论 原料和酒曲对米酒的滋味品质均具有显著影响，且原料对米酒滋味品质的影响大于酒曲，涩味、苦味和丰度(鲜的回味)是导致糯米、米和粳米为原料酿造的米酒样品间滋味品质存在显著差异的关键指标，以糯米和米为原料酿造的米酒滋味品质较为相似，且以糯米为原料酿造的米酒滋味品质最佳，其次为灿 米，而粳米酿造的米酒滋味品质较差。 ( 参考文献 ： ) ( [1 ] 陈磊磊，夏兵兵，丁琦峰，等.红米/大米半固态酿制米酒的比较研究[J ]. 成都大 学 学报(自然科学版)，2011， 3 0 (3 ) ： 20 9-211 ) ( [ 21 F a n g R ， D o n g Y ， C h e n F ， e t a l. 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