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中国是畜禽肉类生产和消费大国，每年产生约 1 700万 t的畜禽骨，居世界首位。畜禽骨中富含蛋白（主要为骨胶原蛋白）、多糖、矿物质等多种营养组分，是生产功能性骨源食品的重要原料。研究表明，骨胶原蛋白经酶解产生的功能多肽具有抗氧化、 抗菌、血管紧张素转换酶抑制性、抗阿尔茨海默症、呈味、免疫调节、促成骨细胞增殖、改善关节炎、增强骨密度及抗骨质疏松等多种生理活性。
电子舌是近年发展起来的由交互敏感传感器阵列、信号调整电路以及自带的模式识别算法软件构成的一种新型味觉分析检测仪器，通过模拟人体5种基本味感（酸、甜、苦、咸、鲜）将食品液体的滋味特征转化为电信号响应值经分析将滋味特征量化，具有客观性强、稳定性好、工作效率高、检测阈低的优点，便于实时检测、快速分析。
中国农业科学院农产品加工研究所，农业农村部农产品加工综合性重点实验室的刘 泓、郭玉杰*、张春晖*等人基于不同畜禽骨原料生产的骨蛋白肽的味觉特征差异，探究利用电子舌快速判别鉴定不同物种畜禽骨蛋白肽的可行性，以期为畜禽骨蛋白肽掺杂掺假检测研究提供依据。
1、畜禽骨蛋白肽营养组分分析
畜禽骨蛋白肽基本营养组分分析
如表2所示，畜禽骨蛋白肽主要成分为水分、灰分、粗蛋白等。水分质量分数在4%～6%之间，CBPs水分含量最高。CBPs粗蛋白含量最少，且与其余3种畜禽骨蛋白肽差异显著（P＜0.05）。脂肪含量虽是影响畜禽骨蛋白肽整体口感的重要因素，但含量均极少。CBPs灰分含量最高，且与其余3种畜禽骨蛋白肽差异显著 （P＜0.05）。
畜禽骨蛋白肽氨基酸组成分析
如表3所示，畜禽骨蛋白肽中检出17种氨基酸，色氨酸因酸性条件受到破坏、谷氨酰胺及天冬酰胺因脱酰胺基而未检出。游离氨基酸总量以及鲜味、甜味、苦味氨基酸含量在4种畜禽骨蛋白肽中均具有一定差异，但整体均表现为甜味氨基酸含量最高，其次为苦味、鲜味氨基酸。各氨基酸的呈味阈值各不相同，鲜味氨基酸虽然含量最低，但其呈味阈值也较低，因而对总体滋味的增强作用通常较强。
2、基于电子舌检测的畜禽骨蛋白肽滋味特征分析
电子舌检测对畜禽骨蛋白肽的响应信号曲线
图1显示电子舌味觉传感器对畜禽骨蛋白肽的响应强度，表明4种畜禽骨蛋白肽的滋味特征接近。味觉传感器的响应强度均为SCS（对苦味敏感）＞ANS（对甜味敏感）＞PKS（通用传感器）＞NMS（对鲜味敏感）＞CTS（对咸味敏感）＞CPS（通用传感器）＞AHS（对酸味敏感）。0～5 s内传感器响应强度发生显著变化，10 s后趋于平衡，说明电子舌用于分析样品滋味物质强度时具有良好的稳定性，选取每个传感器在120 s的稳定滋味数值。
畜禽骨蛋白肽的滋味特征及差异分析
表4的滋味强度分析结果表明，畜禽骨蛋白肽在酸、甜、苦、咸、鲜5种基本味觉强度上均存在差异。其中，鲜味的差异相对最为明显，这可能是由于鲜味氨基酸呈味阈值低。表5的种间滋味差异分析显示，4种畜禽骨蛋白肽两两之间均具有显著滋味差异（P＜0.01）。其中，PBPs和CBPs之间的距离和模式识别指数均最大，表明PBPs和CBPs之间滋味特征差异最大。
畜禽骨蛋白肽滋味的雷达指纹图谱
由图2可知，4种畜禽骨蛋白肽在SCS、NMS和PKS传感器上的响应强度存在差异，在AHS、ANS、CTS、CPS传感器上的响应强度无明显差异，表明畜禽骨蛋白肽在鲜味、苦味属性上差异较显著，酸味、咸味、甜味差异不显著。电子舌具备根据滋味物质差异而判别不同物种畜禽骨蛋白肽的潜力。
3、畜禽骨蛋白肽滋味差异的多元统计分析
PCA
图3中每个多边形代表一种畜禽骨蛋白肽的整体滋味特征，多边形之间的距离代表畜禽骨蛋白肽种间的整体滋味差异。PC1和PC2的贡献率分别为86.019%和11.266%，两者累计贡献率达97.285%，判别指数为64，表明PC1和PC2包含了原始数据的大多数信息，能够反映样品的整体信息。畜禽骨蛋白肽种间较明显地分为互不干扰的4个区域，BBPs和PBPs之间差异相对较小。PCA结果表明，基于电子舌滋味检测对不同物种畜禽骨蛋白肽的定性判别效果良好。
PLS-DA和OPLS-DA
如图4A1、B1所示，PLS-DA 模型的R2Y=0.847、Q2=0.524，表明模型对变量Y的解释率为84.7%，且Q2＞0.50，说明模型拟合度较好，预测能力高；由置换检验结果可知，R2的截距为0.294，Q2的截距为-0.802，表明模型预测能力良好、有效可用，且不存在过拟合。
变量投影重要性值（VIP）的结果（图4C1）表明，NMS、ANS为主要差异因素（VIP＞1），即鲜味、甜味对4种畜禽骨蛋白肽判别的贡献较大，与电子舌滋味分析的结果一致。表明PLS-DA可对CBPs、YBPs、BBPs和PBPs进行良好判别，但对于BBPs和PBPs的判别效果不理想，故对两者进一步作OPLS-DA分析。
如图4A2、B2所示，OPLS-DA模型R2Y=0.991、Q2=0.841，表明模型对分类变量Y的解释率为99.1%，且Q2＞0.50，说明模型的预测效果好；由置换检验结果可知，R2截距为0.347，Q2截距 为-0.639，表明模型的预测能力高且稳定性良好。
VIP值的结果（图4C2）显示，NMS、CPS、ANS是BBPs和PBPs滋味差异的主要因素，即鲜味、甜味对BBPs与PBPs的判别贡献较大。
以上结果表明，鲜味、甜味、苦味为不同物种畜禽骨蛋白肽的主要滋味差异，建立的PLS-DA模型可对CBPs、YBPs、BBPs和PBPs进行良好判别，OPLS-DA模型可进一步判别BBPs、PBPs，PLS-DA和OPLS-DA模型拟合效果和稳定性好、预测能力高，表明基于电子舌检测结合多元统计分析根据滋味特征差异判别不同物种畜禽骨蛋白肽具有较好的灵敏度和稳定性。
Fisher判别模型
从电子舌检测产生的28 组数据中随机选取12 组作为训练集，其余16 组为测试集，建立Fisher判别模型，观察值为AHS、PKS、CTS、NMS、CPS、SCS、ANS 7 根传感器响应值。在Fisher判别分析中，若样本分类有f 种，样本特征指标有g 个，一般需建立（f-1）个包含样本所有g 个指标的判别函数模型。本研究中畜禽骨蛋白肽样本为4种，因此建立3个典则判别函数模型，分别记为Y1、Y2、Y3。分析得到不同物种畜禽骨蛋白肽的典则判别函数为：
根据测试集和训练集数据的代入结果，若Y1、Y2、Y3均大于0，则属于PBPs；若Y1＜0且Y2、Y3均大于0，则对应属于YBPs、BBPs、CBPs。将测试集数据代入判别方程，判别结果显示判断正确的样本数为11，判断错误的样本数为5，判别正确率为68.8%，这表明Fisher判别函数对4种畜禽骨蛋白肽具备一定的判别能力，但判别能力相对不显著（一般要求判别正确率大于0.8），样本误判的原因可能是畜禽骨蛋白肽的整体滋味特征非常接近或实验误差所致。
由表6可知，3个典则判别函数的特征值分别为20.560、4.366、0.618，方差累计100%，典则相关系数分别为0.977、0.902、0.618，这与解释方差的比例吻合。典则判别函数的特征值表示函数组间平方和与组内平方和之比，特征值越大表明函数的判别效果越好，典则相关系数则表示典则判别函数与组别间的关联程度。可见，典则判别函数Y1的判别能力和各组间的关联程度最高，Y2良好，而Y3则较差。
由表7可知，典则判别函数Y1在0.05的显著性水平下拒绝原假设，即典则判别函数Y1的判别能力相对较显著（P＜0.05），而Y2和Y3在0.05的显著性水平下接受原假设，即典则判别函数Y2和Y3的判别能力相对不显著（P＞0.05）。
DFA
由图5可知，DF1和DF2的贡献率分别为75.100%和23.883%，累计贡献率达98.983%，前2个主成分包含了原始数据的绝大部分信息。4种畜禽骨蛋白肽样本组内分布集中、离散度小，样本组间分布距离远、离散度大。表明电子舌检测结合DFA对4种畜禽骨蛋白肽样本的判别效果好、灵敏度高。
4、电子舌检测结合多元统计分析的应用及比较
本研究结果表明，电子舌滋味检测结合多元统计分析根据滋味特征差异能够有效判别不同物种畜禽骨蛋白肽，且DFA模型的判别效果最佳。
结果表明
通过PCA和DFA均可良好的判别4种畜禽骨蛋白肽，但DFA明显优于PCA；PLS-DA可有效判别CBPs、YBPs、BBPs和PBPs，OPLS-DA可有效判别BBPs、PBPs。建立的Fisher判别分析模型可有效判别PBPs和YBPs、BBPs、CBPs，但对后三者的判别效果不够理想，模型判别的正确率为68.8%。鲜味、甜味、苦味是4种畜禽骨蛋白肽的主要差异滋味特征。综上，电子舌滋味检测结合多元统计分析能够为不同物种畜禽骨蛋白肽的判别鉴定提供了一种快速、有效的分析检测手段。
本文《基于电子舌检测快速判别不同物种畜禽骨蛋白肽》来源于《食品科学》2022年43卷4期127-134页，作者：刘泓，郭玉杰，陈永凯，李侠，张鸿儒，韩东，张春晖，姜珊。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210410-134。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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