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【智能感官】基于电子鼻和电子舌分析发酵果蔬粉气味和滋味差异
发酵果蔬粉是一类以果蔬为原材料,经过乳酸菌或酵母菌等微生物的复杂代谢过程制成的食品,在此过程中会产生多种活性物质,包括益生菌、多酚类、有机酸类和酶类等。这些物质不仅使发酵果蔬粉具有特殊的生理功能,还影响了其感官品质,特别是气味和滋味特征。不同果蔬原料在发酵过程中会产生特定的挥发性有机物和风味成分,使得每种发酵果蔬粉都具有独特的风味特征。消费者对产品的接受度很大程度上与发酵果蔬粉的气味和滋味特征有关。本研究利用电子鼻和电子舌技术对不同种类的发酵果蔬粉进行气味和滋味的差异分析,分别采用主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、欧氏距离分析(EDA)对数据进行解析。电子鼻雷达图分析发酵果蔬粉样品的电子鼻传感器响应值雷达图,见图14种不同的发酵果蔬粉的气味指标存在差异,根据响应值从高到低排序分别为发酵红枣粉>发酵番茄粉>发酵苹果粉>发酵南瓜粉。发酵果蔬粉均在传感器S1S2S9S15表现出更高的响应值,可以推测这4种发酵果蔬粉的挥发性物质主要是烷烃、醇类、酮类、醛类、丙烷、含碳类物质等。

 

电子鼻PCA分析PCA结果见图2,主成分1的方差贡献率为94.6%,主成分2的方差贡献率为4.7%,累计贡献率为99.3%,表明这两种主成分可以基本涵盖4种发酵果蔬粉样品气味的全部信息。样品之间距离的大小反映其品质特性的差异程度,距离越大,差异越大。PCA结果显示,以主成分1即横坐标的零点为界限,可将发酵果蔬粉归为2个区域,发酵南瓜粉和发酵苹果粉为一个区域,而发酵番茄粉、发酵红枣粉为另外一个区域。其中,发酵红枣粉与发酵南瓜粉距离最远,二者气味具有明显的差异,PCA可以将其很好区分。发酵红枣粉与发酵番茄粉之间距离较远,表明这两种发酵粉的气味成分也存在差异。通过PCA,说明不同的发酵果蔬粉气味存在差异。

 

电子鼻LDA分析LDA作为一种有监督的降维技术,可以较好地对不同品种间的差异进行区分。为了更好区分各发酵果蔬粉的气味成分差异,在对不同品种发酵果蔬粉的气味进行主成分分析的基础上,进一步利用LDA进行定性判断,结果见图3。如图3所示,主成分1的方差贡献率为98.6%,主成分2的方差贡献率为1.2%,累计贡献率为99.8%,基本可以代表发酵果蔬粉样品的分散信息。4种发酵粉可分为3个区域,发酵番茄粉位于第一象限,发酵苹果粉和发酵南瓜粉位于第三象限,发酵红枣粉位于第四象限。各发酵果蔬粉的气味主要在主成分1上的差异,其中,发酵番茄粉在主成分2上与其他发酵果蔬粉差异明显。而发酵南瓜粉与发酵苹果粉在主成分2的贡献率上存在部分平行,说明挥发性主成分相似。

发酵果蔬粉电子鼻LDA

 

电子鼻传感器响应信号的欧氏距离分析为了更直观地表现发酵果蔬粉气味之间的差异性,利用欧氏距离对发酵果蔬粉进行聚类分析。聚类分析是一种将样本或数据按照特定规则进行分组的方法,同类对象具有较高相似性,不同类对象则差异较大。聚类分析结果见图4。如图4所示,4种发酵果蔬粉在空间排布上存在一定的聚类趋势,当欧氏距离为15时,聚成两大类,发酵南瓜粉和发酵苹果粉呈现为1个聚类,发酵红枣粉和发酵番茄粉形成第2个聚类。当欧氏距离为10时,发酵红枣粉和发酵番茄粉可以进一步分为2个聚类,当欧氏距离为3左右时,发酵南瓜粉和发酵苹果粉也可以进一步分为2个聚类。图发酵果蔬粉的电子鼻欧氏距离电子舌传感器响应信号的PCA利用电子舌技术可对发酵果蔬粉中的所有呈味物质(包括挥发性、半挥发性和难挥发性物质)进行鉴别,将不同品种发酵果蔬粉的电子舌原始数据进行PCA,结果见图5。如图5所示,主成分1的方差贡献率为94.6%,主成分2的方差贡献率为3.6%,累计贡献率为98.2%,基本可以代表发酵果蔬粉样品滋味的全部信息,主要以主成分1区分。在主成分1方向上,不同的发酵果蔬粉之间距离相对较远,表明都能得到较好区分,其中发酵苹果粉与发酵番茄粉之间距离最远,表明发酵苹果粉与发酵番茄粉滋味的差异明显。在主成分2上,发酵番茄粉与发酵红枣粉有较大差异。图发酵果蔬粉的电子舌PCA

 

电子舌传感器响应信号的LDALDA结果见图6。由图6可知,主成分1的方差贡献率为97.3%,主成分2的方差贡献率为2.4%,累计贡献率为99.7%,基本可以代表发酵果蔬粉样品的分散信息。发酵南瓜粉在第一象限,发酵红枣粉在第二象限,发酵苹果粉在第三象限,发酵番茄粉在第四象限。发酵苹果粉与发酵番茄粉在主成分1上距离最远,说明这两种发酵粉在主成分1上具有明显的差异;在主成分2上基本平行,说明两种发酵粉在主成分2上高度相似。发酵南瓜粉与发酵红枣粉也在主成分1上能较好地区分,而在主成分2上几乎平行,说明以主成分2为基准,两种发酵粉的滋味相似。

 

电子舌传感器响应信号的欧氏距离分析将4种发酵粉进行欧氏距离聚类分析,结果见图7。由图7可知,当欧氏距离为15时,聚成2个大类,发酵番茄粉和发酵南瓜粉为1个聚类,发酵红枣粉和发酵苹果粉呈现第2个聚类。当欧氏距离为5时,发酵番茄粉和发酵南瓜粉、发酵红枣粉和发酵苹果粉分别进一步分为2个聚类,即4种发酵果蔬粉可以分为4个聚类,结果也与PCALDA分析一致。在空间上,这4种发酵果蔬粉的滋味存在明显的差异。

 

综上所述,本研究利用电子鼻、电子舌技术并结合主成分分析、线性判别分析、欧氏距离聚类分析,实现了4种发酵果蔬粉在气味和滋味的差异分析。通过电子鼻的传感器响应值,证明了4种发酵果蔬粉在气味上的差异主要与烷烃、醇类、醛酮类等挥发性物质的浓度大小和种类有关,气味浓郁度的排序为发酵红枣粉>发酵番茄粉>发酵苹果粉>发酵南瓜粉。电子舌分析表明4种发酵果蔬粉在空间上具有明显差异。

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