程 茜, 黃 璐, 沈 旭, 張曉燕, 袁星星, 薛晨晨,陳 新
(1.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210023; 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,江蘇南京 210014)
我國(guó)作為最早馴化和種植大豆的國(guó)家,至少已有5 000年的栽培歷史。菜用大豆為豆科大豆屬中的一個(gè)栽培種,是指在R6(鼓粒盛期)至R7(初熟期)生育期間莢籽粒飽滿、豆莢和籽粒都呈翠綠色時(shí)采摘,以豆粒供食用的大豆[1-2]。因其莢上有細(xì)毛,人們俗稱為“毛豆”。菜用大豆因其獨(dú)特的風(fēng)味、豐富的營(yíng)養(yǎng),受到消費(fèi)者喜愛;此外,具有調(diào)理腸道、降血壓及膽固醇等藥理活性,對(duì)調(diào)節(jié)人們膳食結(jié)構(gòu)和改善營(yíng)養(yǎng)狀況具有重要作用[3]。近年來,菜用大豆的生產(chǎn)和市場(chǎng)得到迅速發(fā)展,市場(chǎng)供應(yīng)期長(zhǎng)、潛力大、經(jīng)濟(jì)效益好。目前栽培面積和出口量均達(dá)世界前列[4]。菜用大豆符合我國(guó)農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展與要求,特別是在我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)不斷地理解、深化、改革的階段,研究和種植菜用大豆都將有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù),帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)多年的研究,菜用大豆品質(zhì)主要包括外觀品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和食用品質(zhì)[5]。菜用大豆的外觀品質(zhì)包括豆莢的飽滿程度、色澤的翠綠程度及豆粒的大小,決定了菜用大豆的商品性。營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是指菜用大豆中的營(yíng)養(yǎng)成分含量和組成。食用品質(zhì)是指消費(fèi)者食用菜用大豆時(shí)所獲得的感官享受[6-7],一般體現(xiàn)在甜鮮度,其次是香味、口感、質(zhì)地等方面。甜味是菜用大豆的食用品質(zhì)之一,因個(gè)人差異,標(biāo)準(zhǔn)不一,但一般將甜味、鮮味、質(zhì)地、香味作為評(píng)價(jià)菜用大豆的食味性狀的指標(biāo)[8]。研究表明,消費(fèi)者尤其是年青人喜歡甜度高的菜用大豆[9]。一般來說,甜度高的菜用大豆口感好,這主要取決于籽粒中的蔗糖含量[10],鮮味取決于游離氨基酸含量,質(zhì)地和糯性主要受脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉等的影響,香味取決于揮發(fā)性成分,菜用大豆的食用品質(zhì)與其化學(xué)成分存在著一定的相關(guān)性[11]。菜用大豆食用品質(zhì)評(píng)價(jià)通常采用傳統(tǒng)的人工感官評(píng)價(jià)方法,受主觀因素(個(gè)人喜好、情緒等)和外部環(huán)境的影響較大,且當(dāng)樣品量較大時(shí),很難在一定程度上保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性[12]。近年來,電子舌作為一種智能感官分析技術(shù),逐步替代感官評(píng)價(jià)應(yīng)用到食品品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域中,具有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速等優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工感官品評(píng)法主觀性強(qiáng)且重復(fù)性差,費(fèi)時(shí)費(fèi)力、極易受環(huán)境因素影響的缺陷。電子舌自問世至今幾十年,目前已應(yīng)用于食品生產(chǎn)加工檢測(cè)的產(chǎn)品的風(fēng)味評(píng)價(jià)及比較[13-14]、產(chǎn)地溯源[15-17]、質(zhì)量分級(jí)[18-19]、成熟前后風(fēng)味變化[20-22]、食品加工[23-24]等各個(gè)領(lǐng)域。
江蘇省作為我國(guó)菜用大豆主要種植和出口省份,其菜用大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)全國(guó)生產(chǎn)有著重要的影響,目前,對(duì)于菜用大豆品種食用品質(zhì)研究及相關(guān)化學(xué)組成報(bào)道略少,且長(zhǎng)期以來對(duì)口感的評(píng)價(jià)一直以傳統(tǒng)人工感官判斷為主,口感風(fēng)味智能化檢測(cè)也缺少相應(yīng)研究。本研究選擇江蘇省不同城市6種特色菜用大豆為研究對(duì)象(南通市、揚(yáng)州市、泰州市、徐州市、鹽城市、南京市),解析了菜用大豆主要品質(zhì)性狀組成(糖組分、氨基酸組分),采用電子舌和人工感官評(píng)價(jià)對(duì)菜用大豆食用品質(zhì)進(jìn)行分析,并分析二者之間的關(guān)聯(lián)性,旨在充分了解菜用大豆食用品質(zhì)相關(guān)主要化學(xué)成分組成、不同品種差異與共性特征,為菜用大豆食用品質(zhì)的智能化評(píng)判提供有效參考和技術(shù)支撐。
從江蘇省菜用大豆種植面積排行前6位的地級(jí)市中各選取1個(gè)菜用大豆品種,包括通7-391-1(南通市)、四粒黃(揚(yáng)州市)、青棵圓豆(泰州市)、邳縣四粒糙(徐州市)、青6號(hào)(鹽城市)、蘇豆18號(hào)(南京市),于2020年6月種植于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京玄武區(qū)試驗(yàn)田,2020年9月收獲。試驗(yàn)種植在一個(gè)完整的區(qū)塊,設(shè)計(jì)為3個(gè)重復(fù),種植7行,每行行長(zhǎng)4 m,試驗(yàn)收獲材料選自內(nèi)層5行,外層作為隔離保護(hù)行。大豆種植行距為0.4 m,株距為 0.15 m。保持所選材料在灌概、施肥與病蟲防治等方面一致。所有的菜用大豆都是在種子發(fā)育的鼓粒盛期R6期收獲。選擇成熟且無物理?yè)p傷或感染、色澤均一的菜用大豆嫩莢為試驗(yàn)材料。
乙腈(色譜純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn);磺基水楊酸、亞鐵氰化鉀三水合物,上海源葉生物科技有限公司生產(chǎn);果糖、蔗糖、葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品(純度98%以上),北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn);氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,美國(guó)Sigma公司生產(chǎn);其他試劑均為分析純。
ASTREE電子舌,法國(guó)Alpha M.O.S公司生產(chǎn);L-8900氨基酸分析儀,日本株式會(huì)社日立制作所生產(chǎn);1260 HPLC高效液相色譜儀,美國(guó)Agilent公司生產(chǎn);GL-21M高速冷凍離心機(jī),上海市離心機(jī)械研究所有限公司生產(chǎn);JYL-C020E九陽(yáng)打漿機(jī),九陽(yáng)股份有限公司生產(chǎn)。
1.3.1 糖組分分析 菜用大豆糖組分分析的參考GB 5009.8—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測(cè)定》,采用高效液相色譜法(HPLC)。精確稱取1 g菜用大豆凍干粉于50 mL離心管中,加入20 mL 80% 乙醇溶液,于70 ℃水浴鍋中提取1 h,待冷卻至室溫,5 000 r/min 離心10 min,吸取上清液,經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾,待測(cè)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。
色譜參考條件為色譜柱:氨基柱(4.6 mm×250 mm×5 μm);柱溫:40 ℃;流動(dòng)相:乙腈+水=70%+30%(體積分?jǐn)?shù));進(jìn)樣體積:20 μL;流速:1.0 mL/min;洗脫時(shí)間:18 min。
定量方法:本試驗(yàn)以果糖、葡萄糖和蔗糖為標(biāo)準(zhǔn)品,采用外標(biāo)法定性定量分析菜用大豆糖組分含量。
1.3.2 游離氨基酸測(cè)定 參考方萍的方法[25],略有修改。稱取0.500 g凍干粉碎樣置于50 mL離心管中,加入30 mL 0.1mol/L HCl,渦旋振蕩2 min,以10 000 r/min離心10 min,取離心后的上清液 1.5 mL,加入10%的磺基水楊酸4.5 mL,混合后靜置15 min,再次以12 000 r/min離心10 min,吸取1.5 mL離心后的上清液,0.22 μm微孔濾膜過濾,待全自動(dòng)氨基酸分析儀進(jìn)行檢測(cè)。采用游離氨基酸標(biāo)準(zhǔn)物的混合物進(jìn)行定量。每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3次。
1.3.3 感官評(píng)價(jià) 隨機(jī)稱取20個(gè)顆粒飽滿、形態(tài)相近的豆莢放入足量煮沸純凈水的電鍋中,煮沸 4 min,將豆莢撈出立即放入常溫的純凈水中冷卻,撈出置于白色瓷盤中備用。樣品以3位數(shù)編碼。采用9分嗜好法對(duì)菜用大豆進(jìn)行感官評(píng)定。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1,其指標(biāo)包括鮮味、甜味、香味、硬度、糯性、整體接受度。1、5、9分分別表示極度不能接受、一般、非常喜歡。結(jié)果表示為評(píng)分的平均值。感官評(píng)定小組由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院豆類研究室的8名老師及研究生組成,年齡段為20~40歲。對(duì)各樣品分別進(jìn)行品嘗,剝出豆粒,慢慢咀嚼,在咀嚼過程中品味其滋味和口感,根據(jù)口感品嘗評(píng)分的賦分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分。品評(píng)結(jié)束后,對(duì)各品評(píng)員的評(píng)定結(jié)果進(jìn)行收集并統(tǒng)計(jì)分析。評(píng)定人員品嘗前不得食用辛、辣、苦、酸、甜味食物和酒等。品評(píng)時(shí)不得交流討論,每個(gè)樣品品嘗前用純凈水漱口。
表1 菜用大豆口感品嘗評(píng)分項(xiàng)目及其賦分標(biāo)準(zhǔn)
1.3.4 電子舌的測(cè)定 采用法國(guó) Alpha M. O. S 公司生產(chǎn)的ASTREE電子舌系統(tǒng),主要由味覺傳感器、信號(hào)采集器和模式識(shí)別系統(tǒng)3個(gè)部分組成,包括1個(gè)AlCl3參比電極和7個(gè)傳感器,7個(gè)傳感器分別為 AHS(酸味)、CTS(咸味)、NMS(鮮味)、ANS(甜味)、SCS(苦味)、PKS和CPS是感知復(fù)合味道的探頭。菜用大豆蒸煮至熟后,將籽粒和超純水以1 ∶3(質(zhì)量比)的比例倒入打漿機(jī)中,打漿3 min,在 42 ℃ 的搖床中提取1 h,待樣品冷卻后離心10 min(10 000 r/min),離心2次,取出上清液待測(cè)。在分析之前,按照說明對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和診斷,以確保試驗(yàn)的穩(wěn)定性和可靠性。然后,設(shè)置樣品檢測(cè)方法、檢測(cè)順序和清洗程序。樣品采集和清洗交替進(jìn)行。使用超純水來清洗傳感器。儀器參數(shù)設(shè)置如下:延遲=0 s,采集時(shí)間=120 s,間隔=1 s,清潔時(shí)間=120 s。在電子舌體系中味覺物質(zhì)的信號(hào)由傳感器獲得,并以類似人味覺感受方式檢測(cè)出味覺物質(zhì),經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理獲得最終結(jié)果。
單項(xiàng)試驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”;使用Excel 2016軟件整理試驗(yàn)數(shù)據(jù);使用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析和顯著性分析。由Origin 2021進(jìn)行繪圖。
如表2所示,不同菜用大豆樣品間糖組分含量存在顯著性差異,蔗糖在菜用大豆中均檢測(cè)出且在糖組分中占比最高,含量范圍為75.32~108.56 mg/g。青6號(hào)的葡萄糖含量最高,為5.86 mg/g,邳縣四粒糙果糖含量最高,為2.31 mg/g。菜用大豆食用品質(zhì)主要體現(xiàn)在甜度方面,其次是香味、口感、質(zhì)地等方面。甜味是菜用大豆的食用品質(zhì)之一,研究表明,消費(fèi)者一般喜歡有甜味的菜用大豆,[26]。甜度主要取決于籽粒中的蔗糖含量[27]。一般甜度高的菜用大豆口感相對(duì)較好,王丹英等把菜用大豆的甜味得分與糖組分含量、游離氨基酸含量進(jìn)行相關(guān)分析,相關(guān)系數(shù)最高的為蔗糖,其次是葡萄糖,可以把蔗糖含量作為評(píng)價(jià)菜用大豆食用品質(zhì)中甜味的指標(biāo)[28]。由圖2可知,6種菜用大豆樣品之間存在顯著性差異。品種通7-391-1的蔗糖含量最高,為108.56 mg/g,其次依次為蘇豆18號(hào)為 95.45 mg/g、邳縣四粒糙為93.70 mg/g、青6號(hào)為89.08 mg/g、青棵圓豆為81.23 mg/g、四粒黃為75.32 mg/g。表明通7-391-1可能具有最高的甜味值,需要進(jìn)一步進(jìn)行味覺屬性鑒定。
表2 菜用大豆糖組分比較
由表3可以看出,共檢測(cè)出15種氨基酸,其中,通 7-391-1均檢測(cè)出。檢測(cè)出來的氨基酸在不同菜用大豆品種間都表現(xiàn)出顯著差異性(P<0.05)。氨基酸總量范圍為720.02~838.82 mg/100 g,與Song等的報(bào)道[29]相一致。通7-391-1的總游離氨基酸含量最高,為838.82 mg/100 g,其次是青棵圓豆,為817.11 mg/100 g,青6號(hào)為808.50 mg/100 g。蘇豆18號(hào)的總游離氨基酸含量最低,為 720.02 mg/100 g。15種氨基酸中,絲氨酸含量相對(duì)較高,最高的品種是通7-391-1,含量為 248.99 mg/100 g。此外,通7-391-1的丙氨酸含量也最高,為44.04 mg/100 g。這些都是菜用大豆甜味的主要貢獻(xiàn)者。氨基酸組成及含量是消費(fèi)者在意的營(yíng)養(yǎng)成分,游離氨基酸含量也影響菜用大豆鮮味[30],王艷等報(bào)道,進(jìn)行菜用大豆氨基酸營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)以氨基酸總含量為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)[31]。由于菜用大豆是在相同的氣候條件和相同的管理因素(灌溉、施肥、害蟲管理)下種植的,本試驗(yàn)游離氨基酸的含量主要由品種因素決定,根據(jù)分析結(jié)果,通 7-391-1 食用品質(zhì)更佳。
表3 菜用大豆游離氨基酸組成
菜用大豆感官評(píng)價(jià)結(jié)果見圖1,對(duì)于不同的評(píng)估項(xiàng)目,菜用大豆樣品間顯著性P(P<0.05)分別為 0.138、0.045、0.521、0.401、0.029、0.079,即除鮮味和糯性方面,其他均無顯著性差異。不同類型的菜用大豆的感官評(píng)價(jià)得分存在較大的差異性。通7-391-1甜味值最高,為5.50,甜味明顯。蘇豆18號(hào)在鮮味(6.25)、香味(5.75)、糯性(6.75)、硬度(6.75)方面得分最高,而且綜合平均得分最高,為6.25,說明從整體來看,蘇豆18號(hào)具有菜用大豆固有的香氣,鮮味,口感軟糯滋味相對(duì)較好。四粒黃得分最低,為3.67,且與其他樣品的得分離散程度最大,說明口感滋味不符合大眾喜歡。味道是味覺器官受到食物的刺激后所產(chǎn)生的一種感覺,目前人類對(duì)于味覺的分類并沒有一致的看法,但都包含了酸、甜、苦、咸這4種味感。菜用大豆的食用品質(zhì)主要是通過風(fēng)味和口感而被區(qū)分,外觀對(duì)菜用大豆的食用品質(zhì)影響不明顯[30]。人工感官評(píng)價(jià)是在食品風(fēng)味評(píng)定中常用的方法之一,受主觀因素影響較大,特別是當(dāng)樣品量較大時(shí),結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性很難保證,還需采用智能感官評(píng)價(jià)方式電子舌對(duì)菜用大豆口感進(jìn)行進(jìn)一步鑒定。
菜用大豆酸味、苦味、甜味、鮮味及咸味5種味覺屬性值見圖2-a。菜用大豆各滋味值之間存在顯著性差異(P<0.05),其中在5個(gè)味覺屬性中,鮮甜咸味突出。從鮮味值來看,蘇豆18號(hào)的鮮味的響應(yīng)值為2 947.47,高于其他5個(gè)品種的響應(yīng)值。在甜味的響應(yīng)值上,響應(yīng)值范圍在2 975.50~ 3 472.11,各樣品甜味響應(yīng)值從大到小依次為通 7-391-1 為 3 472.11、蘇豆18號(hào)為3 427.22、邳縣四粒糙為 3 352.83、青6號(hào)為3 344.78、青棵圓豆為3 297.19、四粒黃為2 975.50,與感官評(píng)價(jià)各樣品鮮甜味數(shù)值大小排序一致。從味覺響應(yīng)值數(shù)據(jù)可以看出,電子舌分析的結(jié)果和感官評(píng)價(jià)評(píng)分的結(jié)果有一定相關(guān)性,但需要進(jìn)行進(jìn)一步的相關(guān)性分析。
此外,本研究對(duì)6種不同品種菜用大豆的電子舌響應(yīng)值進(jìn)行了主成分分析(圖2-b)。第1主成分貢獻(xiàn)率為71.7%,第2主成分貢獻(xiàn)率為18.9%,第1主成分、第2主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.6%,幾乎包含了樣品的全部信息,可很好地表征各菜用大豆樣品間的差異性。不同區(qū)域代表不同菜用大豆樣品的整體味覺特性分布,不同區(qū)域間的距離表明菜用大豆樣品間的差異性。在PCA得分圖中,根據(jù)樣品在橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)軸上的距離判斷樣品之間的差異性:橫坐標(biāo)表示第1主成分貢獻(xiàn)率的大小,通常情況下,第1主成分貢獻(xiàn)率較大,因此,如果不同樣品之間在橫坐標(biāo)上的距離差距較大,說明它們之間的差異較明顯;而樣品在縱坐標(biāo)上的距離即使很大,由于第2主成分的貢獻(xiàn)率較小,不同樣品之間的實(shí)際差異可能較小。從圖2-b可以看出,不同品種菜用大豆所在區(qū)域互不重疊,說明利用電子舌可很好地區(qū)分不同菜用大豆樣品,差異顯著,其中青棵圓豆和蘇豆18號(hào)較類似,與其他樣品味覺有較大差異。四粒黃分布區(qū)域和其他樣品距離較遠(yuǎn),差異尤其明顯,與感官評(píng)價(jià)結(jié)果一致。
為了探究菜用大豆感官評(píng)價(jià)與電子舌響應(yīng)值的相關(guān)性,利用皮爾遜系數(shù)對(duì)菜用大豆電子舌評(píng)價(jià)值和人工感官評(píng)價(jià)得分進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果(圖3)表明,電子舌酸味與咸味和苦味呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.919、0.996。咸味與苦味呈極顯著正相關(guān),r>0.930。同時(shí),在感官評(píng)價(jià)中,發(fā)現(xiàn)對(duì)菜用大豆的整體評(píng)價(jià)與其甜味、鮮味、風(fēng)味、硬度和糯性均呈現(xiàn)高度相關(guān)性。說明整體食用品質(zhì)較好的菜用大豆,必然呈現(xiàn)鮮甜軟糯,具有大豆固有的清甜香味。菜用大豆主要味覺差異表現(xiàn)在甜味和鮮味上。值得注意的是,電子舌鮮甜味與人工感官評(píng)價(jià)的鮮甜味關(guān)聯(lián)度較高,電子舌鮮甜味與感官評(píng)價(jià)鮮甜味呈極顯著正相關(guān),鮮味相關(guān)系數(shù)達(dá)0.926,甜味的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.983。說明電子舌與感官評(píng)價(jià)對(duì)菜用大豆的滋味品評(píng)具有一致性,尤其體現(xiàn)在菜用大豆的甜味和鮮味2個(gè)味覺屬性,采用電子舌技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)甜味、鮮味的精準(zhǔn)測(cè)定和評(píng)價(jià)。
菜用大豆作為我國(guó)農(nóng)業(yè)的重要模塊,近年來,國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)其遺傳育種研究較為關(guān)注,但對(duì)其食用品質(zhì)特性研究較少。本研究旨在從營(yíng)養(yǎng)組成探討江蘇省不同地區(qū)特色菜用大豆品種之間差異,同時(shí)以傳統(tǒng)人工感官評(píng)價(jià)結(jié)合電子舌技術(shù),對(duì)菜用大豆食用品質(zhì)進(jìn)行定量表征。結(jié)果表明,6種菜用大豆蔗糖含量為75.32~108.56 mg/g。共檢出15種游離氨基酸,品種通7-391-1中均檢出,不同品種在氨基酸組成和含量上差異顯著,總游離氨基酸含量為720.02~838.82 mg/100 g。在人工感官評(píng)價(jià)中,通7-391-1甜味值最高,為5.50。蘇豆18在鮮味(6.25)、香味(5.75)、糯性(6.75)、硬度(6.75)方面得分最高,而且綜合平均得分最高,為6.25。從整體來看,蘇豆18號(hào)更易受消費(fèi)者歡迎。此外,電子舌分析結(jié)果顯示,蘇豆18號(hào)的鮮味的電子舌響應(yīng)值最高,為2 947.47,甜味響應(yīng)值最高的品種是通7-391-1,為3 472.11。主成分分析結(jié)果表明,電子舌技術(shù)能很好地區(qū)分不同品種菜用大豆。通過人工感官評(píng)價(jià)和電子舌滋味響應(yīng)值數(shù)值進(jìn)行相關(guān)性分析,二者在鮮甜味方面呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性,鮮味相關(guān)系數(shù)達(dá)0.926,甜味的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.983,說明電子舌與人工感官評(píng)價(jià)的結(jié)果在菜用大豆甜味和鮮味上具有高度一致性。由此可見,電子舌在不同品種菜用大豆滋味區(qū)分鑒別上具有較大的應(yīng)用潛力,可以實(shí)現(xiàn)菜用大豆甜鮮味智能化評(píng)判,提高優(yōu)質(zhì)品種篩選和選育效率。