牛奶是最古老的天然飲料之一。 牛奶中含有的豐富活性鈣，更容易被人體所吸收利用，而且牛奶中的乳糖可促進人體腸壁對鈣的吸收， 從而調節體內鈣的代謝，增進骨骼的鈣化。因此，牛奶已成為人類日常飲食中重要組成部分。
傳統感官評價能較客觀地了解人類對于相關食品的味覺，嗅覺和視覺感受，可直接為食品工業企業及時解決生產問題。但其尚存在重現性較差，個體差異大等缺點，而模擬仿生檢測設備電子鼻和電子舌恰好能彌補感官檢測的缺陷。電子鼻和電子舌主要利用傳感器技術和模式識別技術，以更直觀的方式分析復雜體系的整體“信息輪廓”。隨著電子鼻、電子舌檢測分析技術的進一步研究和發展，他們在食品行業和制藥行業中正起到舉足輕重的作用，特別是在食品行業中，其涉獵領域包含區分識別分析、新鮮度判別、熟度測定等。
本實驗挑選65名受過系統性感官評價課程培訓的食品專業大學生擔任品評員，對五種牛奶的不同感官特性進行評判打分， 結合描述性評價和嗜好性評價結果，以分析五種牛奶的感官區別、了解國內外不同品牌牛奶的差異，及當代年輕人對乳制品的飲用嗜好，為我國奶制品企業未來的研發提供理論依據。同時，鑒于電子鼻和電子舌優秀的鑒別能力，故本實驗利用電子鼻和電子舌檢測技術， 通過主成分分析和線性判別分析方法，了解電子鼻和電子舌對市售五種著名國內外同類牛奶進行區分的可能性，以期為未來基于電子鼻、電子舌的奶制品追根溯源提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料
光明（Guangming）全脂滅菌純牛奶（1L 裝利樂包，光明（上海）股份有限公司，中國），蒙牛（Mengniu）全脂滅菌純牛奶（1L 裝利樂包，內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司，中國），伊利（Yili）全脂滅菌純牛奶（250mL 裝利樂包，內蒙古伊利實業集團股份有限公司，中國），德運（Devondale）全脂滅菌純牛奶（1L裝利樂包，Murray Goulburn Co-operative Co.Ltd，澳大利亞），風車牧場（Vollemelk）全脂滅菌純牛奶（1L裝利樂包，Holland Vecozuivel Co-operative Co.Ltd，荷蘭）。品評杯，載物盤，25mL 量筒。
1.2 儀器和設備
實驗用電子鼻，實驗用電子舌。
1.3 方法
1.3.1 感官評價
選取 65 名（其中男生25人，女生40人），接受過系統性感官評價課程培訓的大學生擔任品評員，將其分成四組，分別對五種牛奶，進行描述性檢驗和嗜好性評價，每種樣品的各個參數重復品評兩次，結果取平均值。感官嗜好性評價主成分分析原始數據為四組評分結果的平均值。
1.3.2 電子鼻檢測
取五種品牌牛奶 10mL 至電子鼻專用樣品 瓶中，各樣品平行測定3次，用于主成分分析和線性判別分析。電子鼻的檢測參數為：采用動態頂空法采集氣體。樣品氣體的流量為 0.8L/min。檢測時間為120s。等待進樣時間為10s。平行樣品間的清洗時間為60s，不同樣品間的清洗時間為300s以消除樣品間的干擾、減小誤差，提高儀器靈敏度。分析選用的最佳傳感器組合為S1、S4和S5。
1.3.3 電子舌檢測
取五種品牌牛奶 20mL 至電子舌專用樣品燒杯中，各樣品平行測定 3 次，用于主成分分析和線性判別分析。電子舌的檢測參數為：最大電位為+1.00V，最小電位為-1.00V，點位步進：0.2V，電極靈敏度為0.0001。 分析選用的最佳傳感器組合為100Hz的S6。
1.4 數據分析方法
1.4.1 感官評價的數據分析方法
繪制雷達圖，分析比較五種牛奶的描述性感官特性和特征感官特性的嗜好性差異。 在描述性感官評價方面， 選取所有 20 項評價特性進行綜合評價，詳細的評價特性及指標見表 1。
在特征感官特性的嗜好性評價方面，選取粘度、口感、甜味、奶香味、后味，作為嗜好性評價特性。打分方式均按照七點評分法進行打分，詳細的評分方法見表 2。
利用SPSS 19.0專業統計軟件中的主成分分析模塊對特征感官特性的嗜好性進行主成分分析，以了解對奶制品嗜好性起主導作用的感官特性，因子分析方法采用相關系數矩陣進行分析。主成分（因子）的數目為2。從 KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）度量和Bartlett球型度檢驗的結果來看，KMO 值為 0.676，在0.5-1.0之間，說明適合因子分析；以及Bartlett球型度檢驗中的相應顯著性概率為 0.025，其結果小于顯著性水平0.05，因此，本例較適合做主成分分析。
1.4.2 電子鼻和電子舌的數據分析方法
采用主成分分析在電子鼻和電子舌中，用于客觀地分析樣品間差異。為了達到更好的區分辨別效果將主成分分析和線性判別分析結合使用，以辨別值（DI）判斷區分能力優劣。
2 結果與討論
2.1 感官評價分析
圖 1 為五種牛奶樣品感官特性的描述性檢驗得分雷達圖。在外觀方面，五種牛奶樣品的顏色有一定差異，其中伊利牛奶的顏色最接近白色，其他四種牛奶均呈現乳白色，而光明牛奶的顏色最接近于淡黃色。五種牛奶的組織形態均為均一、穩定的狀態。光明和蒙牛牛奶的透明度較低。在質構方面，五種牛奶樣品的顆粒感、滑爽感和粘度均無明顯差異，五種樣品品評時，基本無略帶粉狀的顆粒感，吞咽過程中無異物感，過程很舒暢，舌尖的厚重感均一般，說明粘度一般。由于五種牛奶樣品均為全脂牛奶，故均有一定的脂質感，但并不是非常明顯，相比較而言，光明和蒙牛牛奶較其他三種牛奶的脂質感更明顯。 通過比較脂質感與透明度的描述性檢驗結果，發現具有較明顯脂質感的樣品，其透明度較低。
在風味方面，五種牛奶樣品中的異味、谷物味、燒煮味、紙包裝盒味、金屬味、酸味和澀味均未被檢驗出，說明產品特性均較好，無明顯影響產品品質的特殊異味。通過比對奶制品所特有的奶香味和奶甜味，我們發現五種牛奶的奶香味和奶甜味均較明顯，其中，在奶香味上，進口牛奶的奶香味均較國產牛奶強烈，同樣在奶甜味上，進口牛奶的奶甜味也均比國產牛奶明顯， 而在國產牛奶中，伊利的奶甜味較明顯，光明牛奶和蒙牛牛奶的奶甜味略遜，究其原因，可能是由于奶源地的區別所致。
在后味方面，我們發現酸味上，五種牛奶制品都沒有酸味，說明并未發生酸敗。奶甜味和奶香味的后味上，進口牛奶均強于國產牛奶，其中，德運牛奶較其他品牌牛奶明顯。 伊利牛奶的后味脂質感相對較低，飲用時的厚重感稍遜。
從以上結果我們發現，進口和國產牛奶的奶香味和奶甜味的差異較大。其原因可能有：（1）奶牛飼養環境差異；（2）牛奶生產工藝差異；（3）牛奶保鮮工藝差異。
圖2展示了五種不同品牌牛奶的感官嗜好性指標的主成分分析圖，其中所選取的指標為粘度、口感、甜味、后味、奶香味，觀察主成分分析圖，發現其第1、第2主成分的累積貢獻率為71.23%，故第 1、第 2 主成分可在一定程度上表征整體數據的特征。從感官嗜好性評價的PCA 圖中，我們發現五種牛奶的分布區域均集中在中心區域，五種牛奶并不能被區分開，說明五種牛奶樣品的感官嗜好性評價的差異較小，究其原因可能是由于品評員對味覺的感知和嗜好性存在一定差異所導致。
圖3為主成分1和2的因子荷載圖，從圖中可看出，第1主成分主要由奶香味、甜味、后味和口感決定，即第1主成分代表了牛奶的口味，其口味越好，其受歡迎程度越大。第2 主成分主要由粘度決定，其反應了牛奶的質構特性，但由于第2主成分的貢獻率比第1主成分低，故決定牛奶受歡迎程度的主要因素為牛奶的口味，其次為牛奶的質構特性。因此， 對于當代年輕人而言，一個具有良好口味的牛奶，將受到更多青睞，因此牛奶生產廠家應多在牛奶口味和質量上多下功夫。
2.2 電子鼻和電子舌分析
圖4和圖5分別為電子鼻測定的五種牛奶樣品的PCA圖和LDA圖。從圖4中，我們發現利用電子鼻測定五種牛奶樣品，其PCA圖的第1主成分和第2主成分的貢獻率之和為 99.00%， 而有文獻指出，主成分總貢獻率超過 70%~85%，說明此方法適用。此時，識別指數DI值為 92.90%，故電子鼻的PCA 分析可較好區分五種牛奶樣品。結合圖4和圖5，發現在PCA圖中，五種樣品得到較好區分，在LDA 圖中，兩種進口牛奶同三種國產牛奶的區分度明顯。將PCA 圖結合感官描述性評價分析，發現該 結果與感官描述性評價中的奶香味評價結果較一致， 故可能是由于進口牛奶與國產牛奶在奶源和加 工工藝方面的區別，造成樣品間的奶香味差異。
圖 6 和附錄圖 1 為電子舌測定的五種牛奶樣品的PCA分布圖，從圖中我們發現，同種樣品間表現 出明顯的聚類特性。同時，此圖的識別指數DI值為100%，充分說明圖中五種樣品均能被較好的分類區分。第1主成分和第2主成分的總貢獻率為99.50%，而第 1 主成分的貢獻率為 89.40%，從中不難發現，第1主成分和第2主成分可完整反映原始 數據的信息，并具有較好的區分度。另外，五種牛奶樣品在電子鼻的主成分分析圖上的分布規律為伊利 獨立于其他四種樣品在PCA圖的上部；蒙牛和光明 距離較近，位于PCA圖的左下角；德運和風車牧場在PCA 圖的右下角，結合感官描述性分析結果，發現可能由于五種牛奶樣品在奶甜味方面的差異導致。觀察圖7及附錄圖2的電子舌測定LDA圖，發現此時的識別指數DI值也為100%，且同種樣品間的聚集度較PCA圖高，并且與電子鼻的LDA圖一樣，電子舌的 LDA 圖也可將國產牛奶和進口牛奶區分開。結合圖 6 和圖 7，充分說明利用電子舌可較好區分五種牛奶樣品。
現可能由于五種牛奶樣品在奶甜味方面的差異導致。觀察圖7及附錄圖2的電子舌測定 LDA圖，發現此時的識別指數DI值也為100%，且同種樣品間的聚集度較PCA 圖高，并且與電子鼻的LDA圖一樣，電子舌的 LDA 圖也可將國產牛奶和進口牛奶區分開。結合圖6和圖7，充分說明利用電子舌可較好區分五種牛奶樣品。
比較電子鼻和電子舌的PCA 圖，發現雖然電子鼻和電子舌均能有效區分五種牛奶樣品，但我們發現電子舌測定結果中同種樣品間聚集度較電子鼻高究其緣由可能是由于電子鼻的測定方法是將測 定探頭置于密閉的頂空進樣瓶上方3cm處測定，故易造成一定差異，而電子舌的測定方式是將測定電極插入樣品中進行測定，測定過程中，液體均勻分布在檢測探頭周圍，故受環境的影響因素較小。通過查閱文獻，發現電子鼻檢測時獲取的樣品信息主要來自于奶制品的揮發性和半揮發性物質，而電子舌檢測時獲取的信息是來自于奶制品中的所有物質（包括揮發性，半揮發性，難揮發性物質等），因此電子舌較電子鼻能更完整獲取樣品信息，得到更精確的結果。比較電子鼻和電子舌的 LDA 圖，發現利用線性判別分析可將五種品牌牛奶區分開，同時，由于進口牛奶和國產牛奶的奶源等差異，兩圖中三種國產牛奶和兩種進口牛奶間的區分度明顯。
綜合以上結果，說明鑒于品評員間的差異性，傳統的感官評價并不能區分五種品牌牛奶，而電子鼻和電子舌均可有效用于五種品牌牛奶制品的甄別和溯源分析，故作為一種無損檢測方式，其較傳統的高效液相，氣相方法等具有更高效、簡便和快捷的優勢。
3 總結
本文首先利用感官描述性評價對五種不同品牌的牛奶樣品的感官特性進行評價，以了解各樣品感官特性的區別，并選取相關特性，進行感官嗜好性評價，進而采用主成分分析方法，確定易影響飲用者嗜好性的感官特性。隨后采用電子鼻、電子舌進行數據采集，進而對相應的響應值采用主成分分析法和判別函數分析法，進行區分。
感官描述性實驗結果，說明五種品牌牛奶均呈現均一、穩定的形態，顏色均為白色或乳白色，均無異味，奶香味明顯。其中，光明和蒙牛牛奶具有較明顯脂質感和較低透明度，進口牛奶的奶甜味和奶香味強于國產牛奶。由于品評員對特定味覺的感知能力和嗜好性的差異，故五種牛奶樣品的感官嗜好性差異較小，而依據第1主成分和第2主成分的因子荷載圖，發現決定牛奶受歡迎程度的主要因素為牛奶的奶香味、甜味、后味和口感，即牛奶的口味，其次為牛奶的質構特性。
通過分析電子鼻和電子舌的主成分分析和判別函數分析結果可知，利用電子鼻和電子舌均能較好區分五種不同品牌牛奶，同時發現牛奶制品的奶香味對電子鼻的區分結果起主導作用，而牛奶制品的奶甜味對于電子舌的區分結果起主導作用。我們不難發現，國產品牌牛奶和進口牛奶的區別主要在奶香味和奶甜味上，其原因可能是由于奶源差異，加工處理方式差異等導致。牛奶的口味易影響消費者對乳制品的嗜好性，因此，應在產品的口味方面多下功夫，以滿足消費者的需求。
鑒于電子鼻和電子舌檢測系統優良的甄別能力，可以結合傳統的感官評價分析方法，更多應用于乳制品質量安全控制、摻偽鑒別和溯源分析中。
來源：食品與發酵科技，作者：劉立,李代禧,余華星，轉載請注明來源。
