CN103969098A

CN103969098A - 用于智舌检测的巧克力/可可液块样品制备及鉴别方法

Info

Publication number: CN103969098A
Application number: CN201410178348.XA
Authority: CN
Inventors: 田师一; 鲁晓; 邓少平
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-08-06

Abstract

本发明属于应用方法学，公开了一种用于智舌检测的巧克力/可可液块样品制备及鉴别方法，所述制备方法包括样品在溶剂中熔化溶解、置于分散乳化机下均质、置于高速冷冻离心机内离心、抽取离心管内中间层获得检测样品等步骤。采用该方法所制备的液体样品均一、稳定，适用于智舌检测。基于该方法制备样品用于智舌检测，其检测结果可用于巧克力实际生产中的品质控制、品牌保护，以及可可液块产地、品质的判别。

Description

用于智舌检测的巧克力/可可液块样品制备及鉴别方法

技术领域

本发明属于应用方法学领域，特别涉及巧克力品质检测、品牌区分，可可液块品质检测、产地区分等一系列基于智舌检测技术的应用。

背景技术

电子舌是一种模仿生物味觉感受系统的现代化分析检测仪器，也被称为人工味觉识别技术，主要通过模拟生物味觉的感受机制，用以分析溶液样品的特性，它通常由相互交互敏感的传感器阵列、信号激发与采集系统以及数据多元统计算法这三部分构成。其中传感器阵列是模拟舌头用于感受溶液的味道，它将味觉信号转换成微弱的电信号；信号采集系统将感知的信号采集存储到计算机中，等同于与生物神经系统通过突触将味蕾神经细胞工作电位传入大脑的神经中枢；接着是模拟人脑将采集的电信号利用化学计量学的模式识别算法，对其进行识别、分析、处理。与传统的化学检测仪器(如：紫外分光、红外、质谱、核磁、原子吸收等)相比，电子舌不是对溶液中某一特定成分的定性定量检测，而是对溶液样品的整体特征响应进行检测。它的响应机理是用于表征生物在味觉感知时对酸、甜、苦、咸、鲜的综合感官评价，是一种非线性的叠加效应，通过溶液的响应进而辨识出检测样品间的差异。

智舌(Smartongue)作为电子舌的一种类型，是基于不同溶液的电化学特性不同而开发的，可以实现对不同溶液的区分。具体原理是：对待检溶液施加多频大幅脉冲信号，使溶液与传感器间形成双电层进行充放电；同时采集充放电过程中溶液内的电流瞬时值；将采集到的电流值组合成反映电流变化的信号，之后分析被检样品的信号与标准参照样品的信号之间差异程度，以区分程度(DI值)来表示差异程度的大小，进而判断被检样品与标准样品的品质是否相同。

分析样品之间差异程度时，主要运用的数据处理方式为主成分分析——PCA(Principal component analysis)，它是一种通过对数据的进行降维之后再对数据分析的技术，该方法是成熟的数据处理方法，遵循相同的计算公式。它能够从复杂的数据结构中找出最主要的成分，去除噪音和冗余，从而提炼出数据中隐藏的主要信息，最大程度地揭示与原有数据间的关系。因其方法简单，无参数限制，所以广泛应用于生物信息科学与计算机图形学。

一般在运用PCA之前，会先从信号中提取特征点(拐点，峰值等)，以特征点对应的电流值或与该电流值有直接对应关系的其它值作为PCA分析用的数据集。PCA分析后可以获得检测样品的主成分分析得分矩阵，矩阵按照检测顺序排列(即每一行存放一次检测的得分值，按主要成分1的得分值、主要成分2的得分值、…，排到最后一个成分的得分值)。之后根据得分矩阵中的主要成分1的得分值和主要成分2的得分值，对每次检测做出散点图，将同一样品的散点连线，形成该样品的样品区域，最后根据不同样品的样品区域之间的面积比值求出不同样品之间的区分程度DI值。

DI(区分程度Discrimination Index)，在智舌分析中，主要用来表征经过主成分分析(PCA)处理后任意两组分在二维下的区分效果或者整体辨识能力，因此是智舌区分能力的主要指标之一。其分为两种情况：

(1)利用convhull函数找出每个样品代表区域，如果相互之间没有交叉即明确区分开的，则：

公式中S_i是指每个样品区域的面积，S_总则指的是所有样品区域的面积总和。在一般情况下，DI值越接近于1，代表其整体区分效果会越好，反之DI值越小，代表其整体区分效果会越差。

(2)存在有重叠部分，则：

公式中S_i是指每个样品区域的面积，S_总则指的是所有样品区域的面积总和。其DI的绝对值越大表示整体区分的效果越差，反之，DI的绝对值越小则表示区分效果好。

巧克力作为大众消费食品中的一员有着其广阔的市场，目前在我国它的产量以两位数的幅度在增长。可可液块是生产巧克力的重要原料，它通过压榨可得到可可脂和可可饼块。不同产地的可可生产出的可可液块品质、口感各不相同，不同公司也有自己的制作工艺和配方，所生产的巧克力产品也会存在差异。

在成熟的市场条件下，如何通过科学的方法对巧克力产品及原料进行检测，从而达到对自身巧克力产品的品牌保护、品质控制、配方优化升级，并且对生产原料鉴别、筛选以及品质控制，是具有重要意义的。

从前面的智舌原理介绍可知，用于智舌检测的样品只能是液体。对于固体形态的巧克力或者可可液块而言，如何将其制备成适用于智舌检测的液体样品，进而将样品的整体特性准确地反映出来，以提供一个直观的判断依据，是智舌检测巧克力或者可可液块研究的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术背景，提供一种制备适用于智舌检测的巧克力或可可液块液体样品的方法

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备巧克力或可可液块液体样品的方法，该方法溶剂选择、溶解温度选择、均一化等方面都给出了良好的方案。基于该方法，所制备的液体样品均一、稳定，能很好地适用于智舌检测。

本发明的样品制备方法，具体包括以下步骤：

a.称取巧克力/可可液块置于容器内，以1g溶质配80ml溶剂的比例加入溶剂；置于水浴中进行熔化，搅拌溶解10分钟。

b.溶解后的样品置于分散乳化机下进行均质，直到样品颜色均一，肉眼观察不到颗粒；分散乳化机使用前需对其刀头先后用无水乙醇和超纯水进行清洗，然后擦干刀头。这种冲选方式可以有效防止刀头上的原有附着物及刀头上附着的清洗剂成分影响样品的检测结果。

c.均质后的样品冷却到室温后，分装于两只离心管内，并对两只离心管质量进行两两调平，之后置于高速冷冻离心机内离心。

d.离心后取出离心管，保持分层稳定，用移液枪抽取离心管内中间层，作为最后的检测样品。

在上述方法中，所述溶剂选饱和氯化钾、超纯水、35％乙醇、人工唾液中的一种。其中优选超纯水。有利于防止其化合物的电学化特性影响样品的检测结果。

进一步地，溶解样品所使用的水浴温度为在符合巧克力相转变温度下的50℃，高剪切分散乳化机刀头的转速转速优选为19000rpm，离心机转速优选为11000rpm、离心机温度条件优选4℃、离心时间15min。

基于上述样制备方法，本发明还提出一种基于电子舌的巧克力/可可液块鉴别方法，包括液体样品制备的步骤和智舌检测液体样品的步骤，然后根据智舌检测结果进行鉴别。

其中液体样品制备的步骤包括如下：

b.溶解后的样品置于分散乳化机下进行均质，直到样品颜色均一，肉眼观察不到颗粒；分散乳化机使用前需对其刀头先后用无水乙醇和超纯水进行清洗，然后擦干刀头。

同样地，所述溶剂选饱和氯化钾、超纯水、35％乙醇、人工唾液中的一种。其中优选超纯水。溶解样品所使用的水浴温度为在符合巧克力相转变温度下的50℃，高剪切分散乳化机刀头的转速转速优选为19000rpm，离心机转速优选为11000rpm、离心机温度条件优选4℃、离心时间15min。

根据本发明，将固体形态的巧克力或者可可液块制备成适用于智舌检测的液体样品，很好地实现了将智舌应用于巧克力的检测，该方法有利于将样品的整体特性反映出来，给人们提供一个直观的判断依据。该样品制备方法简便、快捷，基于通过该方法制备的样品进行检测，其检测过程高效、准确。因此可以在产品品质控制、产品区分等实际问题方面有着很大的应用价值。

附图说明

图1为以饱和氯化钾作为溶剂的智舌检测结果。

图2为以超纯水作为溶剂的智舌检测结果。

图3为以35％乙醇作为溶剂的智舌检测结果。

图4为以人工唾液作为溶剂的智舌检测结果。

图5为重必实验的第1次检测结果，其中DI＝85.6％。

图6为重必实验的第2次检测结果，其中DI＝85.3％。

图7为重必实验的第3次检测结果，其中DI＝85.6％。

图8为重必实验的第4次检测结果，其中DI＝85.4％。

图9为重必实验的第5次检测结果，其中DI＝85.3％。

图10为同一品牌不同配方黑巧克力智舌检测结果。

图11为不同品牌黑巧克力的智舌检测结果。

图12为不同产地可可液块的智舌检测结果。

具体实施方式

下面以一些实验对本发明的内容作进一步的说明。

实施例1：样品制备方法的效果及溶剂选择实验

以下实施例中，选择市售A品牌的黑巧克力(标记为A)、B品牌的牛奶巧克力(标记为B)、B品牌的黑巧克力(标记为C)作为实验对象，分别按照本发明所述方法制备三种检测样品，然后使用智舌分别对制作的三种检测样品进行多次检测，对同一样品的多次检测信号进行PCA分析，根据PCA结果中的得分矩阵做图，进而获得不同样品的样品区域并计算DI。根据DI值确定是否能够成功区分不同样品，另外结合DI值和实际操作中的安全性作为溶剂选择的标准。

1、样品制备及智舌检测

1)待测样品溶解

取市售某品牌巧克力作为样品，使用从Milli-Q超纯水机获得的超纯水作为巧克力样品制备时的溶剂，依据待测样品质量与溶剂体积比为1(g):80(ml)，称取1g待测样品置于烧杯中，加入80ml溶剂。之后将烧杯置于50℃的水浴中熔化，搅拌溶解巧克力样品，10分钟后取出烧杯对样品做均质处理。

2)待测样品均质

将溶解后的样品置于清洗干净的高剪切分散乳化机下，以19000rpm的速度进行均质。均质后的样品应颜色均一，肉眼无法看到颗粒。(使用前后需对高剪切分散乳化机的刀头进行清洗，先用无水乙醇，再用超纯水，最后擦干。)

3)待测样品离心

将均质后的样品冷却到室温，分装于两只50ml的离心管内，并对两只离心管质量进行两两调平，之后盖紧离心管盖后置于高速冷冻离心机内，在11000rpm、4℃条件下离心15min。

4)检测样品取得

将离心后的离心管取出，防止剧烈震荡、快速移动，保持分层稳定，打开离心管盖子，用移液枪抽取离心管内均一、稳定的中间层，作为最后的检测样品，用于智舌检测。

5)智舌检测及分析

本例中检测设备采用浙江工商大学智能感官课题组研发的智舌设备，数据分析处理软件版本1.0，软件著作权登记号：0517194。

5-1)检测方法

智舌检测方法采用样品交叉检测。即每次检测前，倒15ml某一种样品到相应(已标记)的智舌检测杯中(A样品倒入到检测杯A内，B倒入到检测杯B内，C倒入到检测杯C内)，之后进行检测。

检测样品顺序为A、B、C，一次制备的某一样品可以分成多次检测。按检测顺序的一轮检测称为平行(一次平行即为一次A、B、C样品的顺序检测)。进而最终的检测过程为A1→B1→C1(第1次平行)→A2→B2→C2(第2次平行)……→An→Bn→Cn(第n次平行)。

5-2)数据采集

a.将电子舌与电脑连接，打开电子舌电源，运行电子舌配套数据采集及分析软件(smartongue)，点击软件界面上“系统设置”内的“硬件检查”项，进行硬件检查。

b.硬件检测正常后，点击软件界面上的“采集数据”内的“直接采集数据”，弹出新的界面：Sampling_Figure。

c.在界面“Sampling_Figure”的右侧“Parameter”内可以进行电子舌检测参数的设置：“Actuator”一栏内的“Decreased Amplitude”选择步进电压；“SensorArray”一栏内，勾选所需传感器，下拉选择对应传感器的灵敏度；“Files Directory”一栏内，勾选新建或者直接选择数据保存路径和文件名；“Samples Name”一栏内填写样品编号。

d.使用超纯水对传感器进行冲洗，并拭干；将传感器置于超纯水中，点击“Sampling_Figure”界面上的“清洗传感器”项，进行传感器自动清洗。

e.自动清洗完成后，将传感器取出，用超纯水冲洗传感器，拭干。

f.拭干后的传感器置于样品内，点击“Sampling_Figure”界面内的“预热传感器”，进行传感器预热。

g.预热完成后，重复步骤d、e，之后将传感器置于样品内，点击“Sampling_Figure”界面上的“开始扫描”，并在“Samples Name”一栏内填写样品编号。

h.扫描完成后，点击“Sampling_Figure”界面上的“保存数据”。

i.保存完成后，重复步骤d、e，再进行下个样品的检测，直至全部样品检测完毕。

j.样品检测完后，应对传感器进行清洗(重复步骤d、e至少3次)，之后将传感器置于装有饱和氯化钾的套头内。

5-3)数据分析

a.打开电子舌配套数据采集及分析软件——smartongue，点击“模型(F)”项内的“打开模型”，选择要分析的数据。

b.选择“模型分析(A)”内的“传感器优化”，弹出新界面“Sensor_Opt”

在新界面内操作步骤如下：①在“传感器阵列”项选取要采集数据时所使用的电极；②点击“获取样品”；③点击“All→”；④点击“样品分组”，弹出新界面“Grouping”；⑤在“Grouping”界面内的“重复数”后输入各样品检测的次数，再点击“自动分组”，最后点击“关闭”；⑥在“Sensor_Opt”界面内点击“分析”，点击弹出的新界面“Attention”内的“OK”键，等待数据分析结果。

c.记录结果列表“Sensor_Disp”内排在第一位的传感器组合，关闭界面“Sensor_Disp”和“Sensor_Opt”。

d.在“smartongue”界面内选择“模型分析”内的“主成分分析/判别函数分析(PCA/DFA)”，弹出新界面“Sensors_Array”。

e.在“Sensors_Array”界面上的“传感器阵列”项，选择所记录的传感器组合，点击“获取样品”，再点击“All→”，之后点击“确定”，新弹出界面“PCA_result”，最后在“PCA_result”界面上的操作如下：①点击“样本分组”②在新界面“Grouping”内的“重复数”后输入各样品检测的次数，再点击“自动分组”，最后点击“关闭”；③点击“分组画图”④点击“显示样品名称”，出现十字交叉线，在左侧“主成分得分图”内，点击所要显示的样品名用于图片标记，⑤在电脑键盘上按“Esc”键，退出样品名称的标记，⑥点击“保存图形”选取“主成分得分图”保存位置，保存图片。

f.完成保存后，关闭各个窗口界面及软件。

2、检测结果

以下是分别选择饱和氯化钾、超纯水、35％乙醇、人工唾液液体作为溶剂测得的实验结果。

1)以饱和氯化钾为溶剂

使用超纯水溶解后的饱和氯化钾(分析纯)作为巧克力样品制备时的溶剂，之后样品用于智舌检测。结果如下图，DI＝77.9％。

2)以超纯水为溶剂

使用从Milli-Q超纯水机获得的超纯水作为巧克力样品制备时的溶剂，之后样品用于智舌检测。结果如下图，DI＝85.6％。

3)以35％乙醇为溶剂

将浓度为35％的乙醇作为巧克力样品制备时的溶剂，之后样品用于智舌检测。结果如下图，DI＝91.7％。

4)以人工唾液为溶剂

使用人工唾液作为巧克力样品制备时的溶剂，之后样品用于智舌检测。结果如下图，DI＝79.4％。

对以上四例的实验结果进行统计后得表1：

表1各溶剂条件下巧克力的智舌区分结果统计

从中可以得出，基于本发明的制备方法制备出的检测样品，不论选择哪一种溶剂，都可以实现智舌对样品的区分。该实验结果表明，本发明所述方法制备的样品能很好地适用于智舌检测。

在以上实验的四种溶剂中，优先选取安全且智舌区分DI值较高的超纯水作为巧克力样品制备时的溶剂。

实施例2：重复性、稳定性试验

以市售A品牌的黑巧克力(标记为A)、B品牌的牛奶巧克力(标记为B)、B品牌的黑巧克力(标记为C)作为原料。按照例1中的样品制备过程，以超纯水为溶剂，分5次，每次制备三种巧克力样品，并分次使用智舌进行检测和分析，结果如图5至图9。统计5次检测结果如下表2：

表2以超纯水作为溶剂的巧克力智舌区分结果统计

从统计结果可以发现采用本发明所述方法制备的检测样品，在使用智舌检测时可以很好的区分开，并且检测结果的DI值偏差小，重复性较好。因此以超纯水作为巧克力样品的溶剂时，对样品的分析重复性较好，且分析结果较稳定。

实施例3：某品牌黑巧克力不同配方的智舌区分

以市售某品牌的新配方(标记为A)、过度配方(标记为B)和旧配方黑巧克力(标记为C)为样品。按照实施例1制备样品，使用智舌进行检测和分析。结果如图10，DI＝90.3％。

实施例4：不同品牌黑巧克力的智舌区分

以市售A品牌、B品牌、C品牌和D品牌的黑巧克力作为样品。按照实施例1方法制备样品，并使用智舌进行检测和分析。结果如图11，DI＝87.0％。

实施例5：不同产地可可液块智舌区分

以某食品公司提供的产地分别为A、B、C、D、E的可可液块作为样品。按照实施例1方法制备样品，并使用智舌进行检测和分析。结果如图12，DI＝90.5％。

Claims

1.一种用于智舌检测的巧克力/可可液块样品制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的巧克力/可可液块样品制备方法，其特征在于，所述的溶剂为饱和氯化钾、超纯水、35％乙醇、人工唾液中的一种。

3.如权利要求2所述的巧克力/可可液块样品制备方法，其特征在于，所述的溶剂为超纯水。

4.如权利要求1所述的巧克力/可可液块样品制备方法，其特征在于，选择50℃作为巧克力样品的溶解温度。

5.如权利要求1所述的巧克力/可可液块样品制备方法，其特征在于，选用高剪切分散乳化机，在高转速19000rpm下进行样品均一化处理。

6.如权利要求1所述的巧克力/可可液块样品制备方法，其特征在于，离心机转速选择为11000rpm，离心温度为4℃，离心时间为15min。

7.一种基于智舌的巧克力/可可液块鉴别方法，包括液体样品制备的步骤和智舌检测液体样品的步骤，然后根据智舌检测结果进行鉴别，其特征在于，

所述液体样品制备的步骤包括如下：

8.根据权利要求7所述的基于智舌的巧克力/可可液块鉴别方法，其特征在于，所述的溶剂为超纯水，并选择50℃作为巧克力样品的溶解温度。

9.根据权利要求7所述的基于智舌的巧克力/可可液块鉴别方法，其特征在于，选用高剪切分散乳化机，在高转速19000rpm下进行样品均一化处理。

10.根据权利要求7所述的基于智舌的巧克力/可可液块鉴别方法，其特征在于，离心机转速选择为11000rpm，离心温度为4℃，离心时间为15min。