CN103376282B - 一种基于口感信息快速评定不同年限人参的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于味觉信息快速评定人参年限的方法，该方法在室温下利用基于磷脂双分子层敏感膜味觉传感器的电子舌系统检测不同年限的人参味觉信息。分别以传感器响应值和味觉值作为原始信息，采用2种模式识别方法对不同年限人参定性鉴别，根据典型味觉信息的变化规律，建立典型味觉与年限间回归模型，并选取年限预测模型，最后利用该年限预测模型快速评定人参年限。本发明采用磷脂双分子层传感器阵列的电子舌对不同年限的人参进行评定，给出客观，准确，量化的口感信息，指标简单易懂，操作简单，快速准确，实现以味觉信息为指标对不同年限人参定性和定量的评定。
Description
技术领域
本发明涉及一种评定人参年限的方法，尤其涉及一种基于味觉信息快速评定不同年限人参的方法。
技术背景
名贵药材（如人参，西洋参，当归，三七，何首乌）有着重要的保健和抗癌功效，不同年限的药材根茎，其药物功效存在较大差异，价格差异悬殊，因此市场上名贵药材年限掺假现象普遍。目前，国内外对名贵药材年限鉴别的方法主要是皂苷等活性成分含量鉴定和感官评定（香气和口感），前成为检测名贵药材年限的重要标准已被列入国标，后者在市场上较常见。但是，以上方法存在很多弊端：活性成分含量测定，样品处理过程繁琐，耗时长，耗材昂贵；感官评定法受环境因素影响和主观因素影响较大，重现性差，无统一评价标准，但，其评价信息易被接受，常用来评定食品等品质。目前国内外学者关注一些快速检测方法，如机器视觉等。但这些方法无法给出和类似于感官评价指标信息，比如口感信息等，也没有对人参口感成分进行定性定量分析，且检测时间和数据处理时间长，处理结果繁琐，未能提供一种快速，准确，简单易接受的评定方法或指标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于味觉信息快速评定不同年限人参的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于味觉信息快速评定不同年限人参的方法，包括如下步骤：
（1）采集不同生长年限的人参根茎，将其表面去杂，洗净，挑选表面完好无破损根茎，烘干，切片，粉碎，作为建模样品。
（2）取一种建模样品，加入100℃水中，建模样品与水的质量体积比为0.067-0.125（g/mL），再超声萃取30-60分钟，自然冷却至常温，离心后取上清液，得滤液35-45ml；重复该步骤，得到其他不同年限建模样品液。
（3）将制备好的建模样品液放在电子舌载物台上，味觉传感器分别检测不同年限的建模样品液，得到各建模样品液的传感器响应值。每个建模样品液的检测次数为3-6次，每次检测时间为30s，建模样品液温度为20℃-50℃。
味觉传感器的敏感膜是磷脂双分子层，对应味觉值信息分别为基础味觉和回味：基础味觉包括酸味、苦味、涩味、鲜味、咸味；回味包括苦味回味、涩味回味、鲜味丰富度。味觉传感器响应值可根据Weber-Fechner算法换算为以上8种味觉值信息。
（4）分别基于味觉传感器响应值和味觉值，在excel中建立待测样本的年限与各味觉信息变化雷达图，在SAS中，采用主成分分析法和判别函数分析二种模式识别方法进行定性分析。在excel中，分别建立各味觉响应值与年限的PLS回归模型，得决定系数R2值，根据从大到小的原则，依次排列各PLS回归模型。选取决定系数R2最大的前3个回归模型，分别标记为P1、P2、P3，表达式分别为Y1=a1*X1 +b1; Y2=a2*X2+b2; Y3=a3*X3+b3; 其中Y1，Y2，Y3，表示3个模型的预测值，X1, X2, X3, 表示味觉值，a1, a2, a3, b1, b2, b3 分别为常数。取3个模型预测值的平均值作为最终预测值，即：Y预测=( Y1 +Y2 +Y3)/3。
（5）将待测人参按照步骤2制备待测液，采用电子舌测定味觉响应值，参照步骤4中选定的3种味觉，将待测液中的这3种味觉值带入步骤4所选3个回归预测模型计算得3个预测值，取三者平均值（Y预测=( Y1 +Y2 +Y3)/3）作为最终待测人参的年份预测值。
本发明的有益效果是, 本发明采用基于磷脂双分子层味觉传感器阵列的电子舌对不同年限的人参进行评定，给出客观，准确，量化的味觉信息，味觉信息描述与人类口感信息相同，评价指标简单易懂，操作简单，快速准确，实现了味觉信息作为指标对不同年限人参定性和定量的快速准确评定，为不同年限人参的鉴定提供了一种新型可靠的评价指标参考。
附图说明
图1为本发明实施例中电子舌传感器对检测人参样品响应信号图；
图2为本发明实施例中总皂苷含量和年限的回归曲线图；
图3为本发明实施例中电子舌传感器数据（a）和味觉信息（b）的PCA定性鉴分析结果图；
图4为本发明实施例中电子舌传感器数据（a）和味觉信息（b）中DFA定性鉴分析结果图；
图5为本发明实施例中典型味觉信息咸味，酸味，鲜味与年限的回归曲线图；
图6为本发明实施例中人参年限预测值与实际值间的回归曲线图。
具体实施方式
电子舌是一种模拟哺乳动物味觉的仿生系统，能够给出被测物的味觉信息。电子舌系统主要包括味觉传感器、信号调理、模式识别3个单元，其中味觉传感器是核心元件，其作用类似于舌的味蕾，本发明专利中有5根味觉传感器。味觉种类包括基础味觉和回味信息，其中基础味觉有酸味、涩味、苦味、咸味、鲜味；回味是指食物吞咽后，口腔中仍对大脑产生刺激的味觉信息。
Weber-Fechner 定律是一种表明心理量与物理量之间的定律，其公式表达式为 ,其中S为感觉量，K为常数，I为物理量，C为积分常数。在味觉系统的技术中，S为味觉值，I为传感器响应值。根据Weber-Fechner 定律可将传感器响应值转化为味觉信息输出。
制备味觉传感器清洗溶液和参比溶液的方法为:阳极传感器清洗溶液--100ml酒石酸混合于质量分数30%的乙醇溶液；阴极传感器清洗溶--100ml的氯化钾溶液混合于质量分数30%乙醇溶液；参比溶液--0.3Mm/L的酒石酸混合于30Mm/L的氯化钾溶液。
本发明是一种基于味觉信息快速评定不同年限人参的方法，它的步骤如下：
1、采集不同生长年限的人参根茎，将其表面去杂，洗净，挑选表面完好无破损根茎，烘干，切片，粉碎，作为建模样品，用于建立年限预测模型。
2、取一种建模样品，加入100℃水中，建模样品与水的质量体积比为0.067-0.125（g/mL），再超声萃取30-60分钟，自然冷却至常温，离心后取上清液，得滤液35-45ml；重复该步骤，得到其他不同年限建模样品液。并制备电子舌味觉传感器的清洗溶液和参比溶液。
3、将制备好的建模样品液放在电子舌载物台上，味觉传感器分别检测不同年限的建模样品液，得到各建模样品液的传感器响应值。每个建模样品液的检测次数为3-6次，每次检测时间为30s，建模样品液温度为20℃-50℃。
味觉传感器的敏感膜是磷脂双分子层，对应味觉值信息分别为基础味觉和回味：基础味觉包括酸味、苦味、涩味、鲜味、咸味；回味包括苦味回味、涩味回味、鲜味丰富度。味觉传感器响应值可根据Weber-Fechner算法换算为以上8种味觉值信息。
4、分别基于味觉传感器响应值和味觉值，在excel中建立待测样本的年限与各味觉信息变化雷达图，在SAS中，采用主成分分析法（PCA）和判别函数分析(DFA)二种模式识别方法进行定性分析。在excel中，分别建立各味觉响应值与年限的PLS回归模型，得决定系数R2值，根据从大到小的原则，依次排列各PLS回归模型。选取决定系数R2最大的前3个回归模型，分别标记为P1、P2、P3，表达式分别为Y1=a1*X1 +b1; Y2=a2*X2+b2; Y3=a3*X3+b3; 其中Y1，Y2，Y3，表示3个模型的预测值，X1, X2, X3, 表示味觉值（如，苦味，涩味，酸味），a1, a2, a3, b1, b2, b3 分别为常数。取3个模型预测值的平均值作为最终预测值，即：Y预测=( Y1 +Y2 +Y3)/3。
5、将待测人参按照步骤2制备待测液，采用电子舌测定味觉响应值，参照步骤4中选定的3种味觉，将待测液中的这3种味觉值带入步骤4所选3个回归预测模型计算得3个预测值，取三者平均值（Y预测=( Y1 +Y2 +Y3)/3）作为最终待测人参的年份预测值。
下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将更加明显。
实施例
本实施例以不同年限人参为检测样品，Insent TS 5000Z型电子舌作为检测仪做详细说明。本电子舌系统由三个部分组成：样品承载台，自动检测手臂等机械单元，味觉传感器阵列检测单元，信号处理分析单元。传感器阵列含有5根味觉传感器，其核心材料是不同类型磷脂双分子敏感膜，型号与响应特性如表1。
表1：Insent TS5000Z型电子舌传感器的响应特性
采集长白山地区同一采收期，同一海拔高度2年生，3年生，4年生，5年生人参根，去杂，清洗，挑选出表面完整，无损的人参根洗净、45℃烘箱烘干6小时、切片，粉碎；秤取1g*5人参粉末作为总皂苷提取用，12.5gX10 人参粉末作为电子舌检测用，其中5个平行是建模集，5个平行是验证集。
以2年生人参总皂苷提取为例，说明人参皂苷提取方法。秤取2年生人参1g，做5个平行，即准确取5份待测样品1g, 精密称定，中性滤纸滤纸包好，置于索氏提取器中，加入乙醚，微沸回流提取1h，弃乙醚液，挥干待测样品药包，再置于另一索氏提取器中加入甲醇浸泡过夜，次日再加入适量甲醇开始微沸回流提取，回流6次，以人参皂苷提尽为准（根据国标GB22534-2008-T定性判断人参皂苷是否提尽）。合并甲醇提取液，回收甲醇，少量甲醇提取液置于蒸发皿中，水浴蒸干，用蒸馏水溶解提取物，加水30ml-40ml 至分液漏斗中用水饱和正丁醇30ml 进行萃取，4次。取上层液蒸干，加甲醇溶解后，转移至10ml容量瓶正，用甲醇稀释至刻度，摇匀。 参考国标GB 22534-2008-T，对人参皂苷提取定性鉴别，制作人参皂苷Re标准品标准曲线，采用紫外分光光度计在544nm波长处测定和计算人参皂苷含量。以上述方法测定3,4,5年生人参皂苷含量，每年限人参总皂苷测定均做5个平行。
测得总皂苷含量后，建立其与年限的PLS回归模型，结果如图1所示，不同年限人参总皂苷含量有明显区别，且随着年限增长线性增加，决定系数R2=0.9726，说明实验样品选取合理，为下一步电子舌检测合理性打下理论基础。
分别称取同一批次的不同年限人参粉末12.5g5,浸泡在100ml开水中1h, 55摄氏度的条件下，超声萃取30min, 过滤，量取取滤液35ml2,用于电子舌检测，同样方法制备5个平行样品液。以同样方法制备其他不同年限人参待测液。制备电子舌传感器清洗溶液，参比溶液: 阳极传感器清洗溶液--100ml酒石酸混合于质量分数为30%的乙醇溶液；阴极传感器清洗溶--100ml的氯化钾溶液混合于质量分数30%乙醇溶液；参比溶液--0.3Mm/L的酒石酸混合于30Mm/L的氯化钾溶液。设定电子舌检测时间为30s，采样间隔1s。味觉传感器响应曲线如图2所示。
选择各个传感器响应值最大值和五种基本味觉（酸，苦，咸，鲜，涩）及3种回味（苦味回味、涩味回味、鲜味丰富度）作为原始数据分别进行PCA 和DFA数据分析，结果如图3，4所示。PCA结果表明，2年生和3年生味觉口感信息相似，4年生和5年生差别较大，且区别于低年限人参口感值。DFA结果分析说明同样信息。基于不同年限口感值的PCA和DFA模式识别分析，前两个主成分贡献率为：92.25%和99.4%。
不同年限人参口感值的雷达图结果表明，味觉值酸味，咸味，鲜味随着年限呈逐步增大或减少趋势，因此建立咸味、酸味、鲜味与年限的回归曲线。由于市场上两年生人参切片形状小，易区分，年限掺假较少见，故选取3,4,5年生人参口感值信息建立PLS回归模型，结果如图5所示。三种基础味觉值均随年限线性变化，R2值分别为0.9878, 0.9721和0.9732，说明咸味、酸味、鲜味可作为年限鉴别的指标, 选取咸味、酸味、鲜味的PLS回归模型作为年限预测模型。表达式分别为：Y1年限=-0.5653*X咸味+3.9473； Y2年限=0.4446*X酸味+3.855; Y3年限=-1.178*X鲜味+3.805。以Y预测= （Y1年限+ Y2年限+Y3年限）/3 作为最终年限预测值。
为验证预测模型的合理性，采用电子舌测定验证集中未知人参样品味觉信息，将咸味，酸味，鲜味3种味觉特征值带入模型，计算预测值Y预测，建立年限预测值和实际值间PLS回归模型，结果如图6所示，决定系数R2为0.9988>0.9900，说明预测模型准确合理，咸味，酸味，鲜味味觉特征可作为人参年限预测指标。
本发明的公开的方法同样适用于西洋参、高丽参、白参、红参等参类名贵药材。
Claims (1)
1.一种基于味觉信息快速评定不同年限人参的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采集不同生长年限的人参根茎，将其表面去杂，洗净，挑选表面完好无破损根茎，烘干，切片，粉碎，作为建模样品；
（2）取一种建模样品，加入100℃水中，建模样品与水的质量体积比为0.067-0.125g/mL，再超声萃取30-60分钟，自然冷却至常温，离心后取上清液，得滤液35-45ml；重复该步骤，得到其他不同年限建模样品液；
（3）将制备好的建模样品液放在电子舌载物台上，味觉传感器分别检测不同年限的建模样品液，得到各建模样品液的传感器响应值；每个建模样品液的检测次数为3-6次，每次检测时间为30s，建模样品液温度为20℃-50℃；
味觉传感器的敏感膜是磷脂双分子层，对应味觉值信息分别为基础味觉和回味：基础味觉包括酸味、苦味、涩味、鲜味、咸味；回味包括苦味回味、涩味回味、鲜味丰富度；味觉传感器响应值可根据Weber-Fechner算法换算为以上8种味觉值信息；
（4）分别基于味觉传感器响应值和味觉值，在excel中建立待测样本的年限与各味觉信息变化雷达图，在SAS中，采用主成分分析法和判别函数分析二种模式识别方法进行定性分析；在excel中，分别建立各味觉响应值与年限的PLS回归模型，得决定系数R2值，根据从大到小的原则，依次排列各PLS回归模型；选取决定系数R2最大的前3个回归模型，分别标记为P1、P2、P3，表达式分别为Y1=a1*X1 +b1，Y2=a2*X2+b2，Y3=a3*X3+b3；其中Y1、Y2、Y3表示3个模型的预测值，X1、X2、X3, 表示味觉值，a1、a2、a3、b1、 b2、b3分别为常数；取3个模型预测值的平均值作为最终预测值，即：Y预测=( Y1 +Y2 +Y3)/3；
（5）将待测人参按照步骤（2）制备待测液，采用电子舌测定味觉响应值，参照步骤（4）中选定的3种味觉，将待测液中的这3种味觉值带入步骤（4）所选3个回归预测模型计算得3个预测值，取三者平均值（Y预测=( Y1 +Y2 +Y3)/3）作为最终待测人参的年份预测值。
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