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感官資料

【智能感官】基于“色-氣-味”數字化表征的蒲公英產地鑒別
蒲公英具有清熱解毒、消腫散結、利尿通淋等功效。在全國各地均有分布,不同產地采收的蒲公英因氣候、土壤等條件的影響,質量存在顯著差異。本研究采用測色儀、電子鼻和電子舌技術對不同產地蒲公英進行“色”“氣”和“味”的研究。通過雷達圖、變異系數、主成分分析(PCA)等統計學方法對數據進行分析。

電子舌結果電子舌系統傳感器對不同蒲公英樣品響應強度雷達圖見圖1,傳感器在不同樣品間響應信號的標準偏差數據見圖2。除苦味傳感器外,咸味和鮮味對不同樣品的響應值較高且不同樣本間離散程度較大,可以作為蒲公英不同樣品間的差異滋味特征傳感器,其他傳感器響應較低且差異不明顯,所以選擇苦味、咸味和鮮味作為影響不同樣品的滋味特征傳感器。

電子鼻結果對20批樣品電子鼻傳感器信號值繪制雷達圖(圖3),W1WW2WW1S、及W5S對不同樣品的響應較強且差異明顯。根據特征值>1原則,對數據進行PCA,選擇前2個主成分建模。PC1貢獻73.6%PC2貢獻10.9%,累積貢獻率為84.5%,說明前2個主成分能解釋大部分原始信息。根據PCA載荷圖結果(圖4),其中W1SW5SW6SW3S傳感器對PC1貢獻最大,W2WW1W傳感器對PC2貢獻最大。W5S傳感器的響應較高,說明蒲公英中含有氮氧化合物較多,且不同樣品之間差異較大,說明W5S傳感器可能是區分不同樣品的關鍵傳感器。無機硫化物是化肥的重要成分之一,在不同產地的土壤中其含量差異也較大,蒲公英的生長可能受此影響,這可能是區分不同產地蒲公英的關鍵因素,綜合分析,選擇W1WW5S作為影響不同樣品的氣味特征傳感器。

測色儀結果對30批蒲公英樣品進行色度測定并計算其變異系數(表4),30批蒲公英樣品的L*b*測定值均為正值,a*存在負值。蒲公英的葉和根占整株植物的比例較大,其中葉和根的比例差異可能是造成紅綠色度差異的關鍵因素,不同產地間的葉、根比例或各部位色度可能有較大差異。色度值的變異系數由大到小依次為a*b*L*,且代表紅綠色度a*值的變異系數遠遠大于其他2個傳感信號的變異系數,說明a*是影響蒲公英不同樣品品質的重要色度因素,所以選擇a*作為影響不同樣品的色度傳感器。

蒲公英特征性狀PCA及聚類分析結果選擇苦味、咸味和鮮味作為味道特征指標,W1WW5S作為氣味特征指標,a*作為色度特征指標,綜合上述特征指標,對其進行PCA分析,結果如圖5所示。PCA顯示,前2個主成分的累積貢獻率為78.6%,能解釋30批蒲公英大部分的整體質量。由PCA圖可知,河北、山西地區的蒲公英較為相似,其他4個產地的蒲公英均能根據產地自分為一類,說明不同產地蒲公英能夠較好地通過以上6個特征指標進行產地區分。圖蒲公英“色--味”融合數據PCA得分圖以苦味等6個特征指標進行聚類分析(圖6),當歐氏距離=25時,樣品分為12兩類,其中黑龍江、吉林作為東北產區與其他以南地區產區有明顯區分。歐氏距離=21時,樣品分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3類,河北(S1S5)、山西(S6S10)產區的蒲公英較為相近歸為Ⅰ類,河南(S16S20)、安徽(S21S25)產區的蒲公英較為相近歸為Ⅱ類,黑龍江(S26S30)、吉林(S11S15)產區的蒲公英較為接近歸為Ⅲ類。根據地理位置推斷,聚類結果與產地的緯度有直接關系,可能是不同維度地區的土壤、氣候有差異,造成30批蒲公英聚類分析結果按緯度劃分為了3類。其中Ⅰ類樣品中,山西產地810號樣品和河北產地的樣品較為接近,可能是由于樣品產地的土壤氣候較為接近所致。河南產地和安徽產地的樣品也有類似的情況,原因大致相同。

PLS-DA為了進一步尋找蒲公英產地差異區分的關鍵特征指標,對融合數據進行PLS-DA。該模型累計解釋能力參數R2XR2Y分別為0.9300.714,預測能力參數Q20.592,均>0.5,對PLS-DA進行200次交叉驗證(圖7),左側所有綠色R2值和藍色Q2值均低于右側樣品點,R2Q2Y軸的交點分別為0.177和−0.524,表明所建立的模型穩定可靠且具有良好的預測性且未過擬合。由PLS-DA得分圖(圖8)可知,產地歸屬與PCA及聚類結果大致相同,以VIP1為標準,得到3個質量差異特征指標(圖9),依次為W5Sa*和苦味,分別為代表了氣味的氮氧化合物、顏色的紅綠色度以及味道中的苦味,說明色、氣和味的數字化特征指標均對蒲公英的產地區分有著重要的意義。

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