牛奶是最古老的天然饮料之一。 牛奶中含有的丰富活性钙，更容易被人体所吸收利用，而且牛奶中的乳糖可促进人体肠壁对钙的吸收， 从而调节体内钙的代谢，增进骨骼的钙化。因此，牛奶已成为人类日常饮食中重要组成部分。

        传统感官评价能较客观地了解人类对于相关食品的味觉，嗅觉和视觉感受，可直接为食品工业企业及时解决生产问题。但其尚存在重现性较差，个体差异大等缺点，而模拟仿生检测设备电子鼻和电子舌恰好能弥补感官检测的缺陷。电子鼻和电子舌主要利用传感器技术和模式识别技术，以更直观的方式分析复杂体系的整体“信息轮廓”。随着电子鼻、电子舌检测分析技术的进一步研究和发展，他们在食品行业和制药行业中正起到举足轻重的作用，特别是在食品行业中，其涉猎领域包含区分识别分析、新鲜度判别、熟度测定等。

        本实验挑选65名受过系统性感官评价课程培训的食品专业大学生担任品评员，对五种牛奶的不同感官特性进行评判打分， 结合描述性评价和嗜好性评价结果，以分析五种牛奶的感官区别、了解国内外不同品牌牛奶的差异，及当代年轻人对乳制品的饮用嗜好，为我国奶制品企业未来的研发提供理论依据。同时，鉴于电子鼻和电子舌优秀的鉴别能力，故本实验利用电子鼻和电子舌检测技术， 通过主成分分析和线性判别分析方法，了解电子鼻和电子舌对市售五种著名国内外同类牛奶进行区分的可能性，以期为未来基于电子鼻、电子舌的奶制品追根溯源提供参考。

        1 材料与方法

        1.1 材料

        光明（Guangming）全脂灭菌纯牛奶（1L 装利乐包，光明（上海）股份有限公司，中国），蒙牛（Mengniu）全脂灭菌纯牛奶（1L 装利乐包，内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，中国），伊利（Yili）全脂灭菌纯牛奶（250mL 装利乐包，内蒙古伊利实业集团股份有限公司，中国），德运（Devondale）全脂灭菌纯牛奶（1L装利乐包，Murray Goulburn Co-operative Co.Ltd，澳大利亚），风车牧场（Vollemelk）全脂灭菌纯牛奶（1L装利乐包，Holland Vecozuivel Co-operative Co.Ltd，荷兰）。品评杯，载物盘，25mL 量筒。

        1.2 仪器和设备

        实验用电子鼻，实验用电子舌。

        1.3 方法

        1.3.1 感官评价

        选取 65 名（其中男生25人，女生40人），接受过系统性感官评价课程培训的大学生担任品评员，将其分成四组，分别对五种牛奶，进行描述性检验和嗜好性评价，每种样品的各个参数重复品评两次，结果取平均值。感官嗜好性评价主成分分析原始数据为四组评分结果的平均值。

        1.3.2 电子鼻检测

        取五种品牌牛奶 10mL 至电子鼻专用样品 瓶中，各样品平行测定3次，用于主成分分析和线性判别分析。电子鼻的检测参数为：采用动态顶空法采集气体。样品气体的流量为 0.8L/min。检测时间为120s。等待进样时间为10s。平行样品间的清洗时间为60s，不同样品间的清洗时间为300s以消除样品间的干扰、减小误差，提高仪器灵敏度。分析选用的最佳传感器组合为S1、S4和S5。

        1.3.3 电子舌检测

        取五种品牌牛奶 20mL 至电子舌专用样品烧杯中，各样品平行测定 3 次，用于主成分分析和线性判别分析。电子舌的检测参数为：最大电位为+1.00V，最小电位为-1.00V，点位步进：0.2V，电极灵敏度为0.0001。 分析选用的最佳传感器组合为100Hz的S6。

        1.4 数据分析方法

        1.4.1 感官评价的数据分析方法

        绘制雷达图，分析比较五种牛奶的描述性感官特性和特征感官特性的嗜好性差异。 在描述性感官评价方面， 选取所有 20 项评价特性进行综合评价，详细的评价特性及指标见表 1。

        在特征感官特性的嗜好性评价方面，选取粘度、口感、甜味、奶香味、后味，作为嗜好性评价特性。打分方式均按照七点评分法进行打分，详细的评分方法见表 2。

        利用SPSS 19.0专业统计软件中的主成分分析模块对特征感官特性的嗜好性进行主成分分析，以了解对奶制品嗜好性起主导作用的感官特性，因子分析方法采用相关系数矩阵进行分析。主成分（因子）的数目为2。从 KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）度量和Bartlett球型度检验的结果来看，KMO 值为 0.676，在0.5-1.0之间，说明适合因子分析；以及Bartlett球型度检验中的相应显著性概率为 0.025，其结果小于显著性水平0.05，因此，本例较适合做主成分分析。

        1.4.2 电子鼻和电子舌的数据分析方法

        采用主成分分析在电子鼻和电子舌中，用于客观地分析样品间差异。为了达到更好的区分辨别效果将主成分分析和线性判别分析结合使用，以辨别值（DI）判断区分能力优劣。

        2 结果与讨论

        2.1 感官评价分析

        图 1 为五种牛奶样品感官特性的描述性检验得分雷达图。在外观方面，五种牛奶样品的颜色有一定差异，其中伊利牛奶的颜色最接近白色，其他四种牛奶均呈现乳白色，而光明牛奶的颜色最接近于淡黄色。五种牛奶的组织形态均为均一、稳定的状态。光明和蒙牛牛奶的透明度较低。在质构方面，五种牛奶样品的颗粒感、滑爽感和粘度均无明显差异，五种样品品评时，基本无略带粉状的颗粒感，吞咽过程中无异物感，过程很舒畅，舌尖的厚重感均一般，说明粘度一般。由于五种牛奶样品均为全脂牛奶，故均有一定的脂质感，但并不是非常明显，相比较而言，光明和蒙牛牛奶较其他三种牛奶的脂质感更明显。 通过比较脂质感与透明度的描述性检验结果，发现具有较明显脂质感的样品，其透明度较低。

        在风味方面，五种牛奶样品中的异味、谷物味、烧煮味、纸包装盒味、金属味、酸味和涩味均未被检验出，说明产品特性均较好，无明显影响产品品质的特殊异味。通过比对奶制品所特有的奶香味和奶甜味，我们发现五种牛奶的奶香味和奶甜味均较明显，其中，在奶香味上，进口牛奶的奶香味均较国产牛奶强烈，同样在奶甜味上，进口牛奶的奶甜味也均比国产牛奶明显， 而在国产牛奶中，伊利的奶甜味较明显，光明牛奶和蒙牛牛奶的奶甜味略逊，究其原因，可能是由于奶源地的区别所致。

        在后味方面，我们发现酸味上，五种牛奶制品都没有酸味，说明并未发生酸败。奶甜味和奶香味的后味上，进口牛奶均强于国产牛奶，其中，德运牛奶较其他品牌牛奶明显。 伊利牛奶的后味脂质感相对较低，饮用时的厚重感稍逊。

        从以上结果我们发现，进口和国产牛奶的奶香味和奶甜味的差异较大。其原因可能有：（1）奶牛饲养环境差异；（2）牛奶生产工艺差异；（3）牛奶保鲜工艺差异。

        图2展示了五种不同品牌牛奶的感官嗜好性指标的主成分分析图，其中所选取的指标为粘度、口感、甜味、后味、奶香味，观察主成分分析图，发现其第1、第2主成分的累积贡献率为71.23%，故第 1、第 2 主成分可在一定程度上表征整体数据的特征。从感官嗜好性评价的PCA 图中，我们发现五种牛奶的分布区域均集中在中心区域，五种牛奶并不能被区分开，说明五种牛奶样品的感官嗜好性评价的差异较小，究其原因可能是由于品评员对味觉的感知和嗜好性存在一定差异所导致。

        图3为主成分1和2的因子荷载图，从图中可看出，第1主成分主要由奶香味、甜味、后味和口感决定，即第1主成分代表了牛奶的口味，其口味越好，其受欢迎程度越大。第2 主成分主要由粘度决定，其反应了牛奶的质构特性，但由于第2主成分的贡献率比第1主成分低，故决定牛奶受欢迎程度的主要因素为牛奶的口味，其次为牛奶的质构特性。因此， 对于当代年轻人而言，一个具有良好口味的牛奶，将受到更多青睐，因此牛奶生产厂家应多在牛奶口味和质量上多下功夫。

        2.2 电子鼻和电子舌分析

        图4和图5分别为电子鼻测定的五种牛奶样品的PCA图和LDA图。从图4中，我们发现利用电子鼻测定五种牛奶样品，其PCA图的第1主成分和第2主成分的贡献率之和为 99.00%， 而有文献指出，主成分总贡献率超过 70%~85%，说明此方法适用。此时，识别指数DI值为 92.90%，故电子鼻的PCA 分析可较好区分五种牛奶样品。结合图4和图5，发现在PCA图中，五种样品得到较好区分，在LDA 图中，两种进口牛奶同三种国产牛奶的区分度明显。将PCA 图结合感官描述性评价分析，发现该 结果与感官描述性评价中的奶香味评价结果较一致， 故可能是由于进口牛奶与国产牛奶在奶源和加 工工艺方面的区别，造成样品间的奶香味差异。

        图 6 和附录图 1 为电子舌测定的五种牛奶样品的PCA分布图，从图中我们发现，同种样品间表现 出明显的聚类特性。同时，此图的识别指数DI值为100%，充分说明图中五种样品均能被较好的分类区分。第1主成分和第2主成分的总贡献率为99.50%，而第 1 主成分的贡献率为 89.40%，从中不难发现，第1主成分和第2主成分可完整反映原始 数据的信息，并具有较好的区分度。另外，五种牛奶样品在电子鼻的主成分分析图上的分布规律为伊利 独立于其他四种样品在PCA图的上部；蒙牛和光明 距离较近，位于PCA图的左下角；德运和风车牧场在PCA 图的右下角，结合感官描述性分析结果，发现可能由于五种牛奶样品在奶甜味方面的差异导致。观察图7及附录图2的电子舌测定LDA图，发现此时的识别指数DI值也为100%，且同种样品间的聚集度较PCA图高，并且与电子鼻的LDA图一样，电子舌的 LDA 图也可将国产牛奶和进口牛奶区分开。结合图 6 和图 7，充分说明利用电子舌可较好区分五种牛奶样品。

        现可能由于五种牛奶样品在奶甜味方面的差异导致。观察图7及附录图2的电子舌测定 LDA图，发现此时的识别指数DI值也为100%，且同种样品间的聚集度较PCA 图高，并且与电子鼻的LDA图一样，电子舌的 LDA 图也可将国产牛奶和进口牛奶区分开。结合图6和图7，充分说明利用电子舌可较好区分五种牛奶样品。

        比较电子鼻和电子舌的PCA 图，发现虽然电子鼻和电子舌均能有效区分五种牛奶样品，但我们发现电子舌测定结果中同种样品间聚集度较电子鼻高究其缘由可能是由于电子鼻的测定方法是将测 定探头置于密闭的顶空进样瓶上方3cm处测定，故易造成一定差异，而电子舌的测定方式是将测定电极插入样品中进行测定，测定过程中，液体均匀分布在检测探头周围，故受环境的影响因素较小。通过查阅文献，发现电子鼻检测时获取的样品信息主要来自于奶制品的挥发性和半挥发性物质，而电子舌检测时获取的信息是来自于奶制品中的所有物质（包括挥发性，半挥发性，难挥发性物质等），因此电子舌较电子鼻能更完整获取样品信息，得到更精确的结果。比较电子鼻和电子舌的 LDA 图，发现利用线性判别分析可将五种品牌牛奶区分开，同时，由于进口牛奶和国产牛奶的奶源等差异，两图中三种国产牛奶和两种进口牛奶间的区分度明显。

        综合以上结果，说明鉴于品评员间的差异性，传统的感官评价并不能区分五种品牌牛奶，而电子鼻和电子舌均可有效用于五种品牌牛奶制品的甄别和溯源分析，故作为一种无损检测方式，其较传统的高效液相，气相方法等具有更高效、简便和快捷的优势。

        3 总结

        本文首先利用感官描述性评价对五种不同品牌的牛奶样品的感官特性进行评价，以了解各样品感官特性的区别，并选取相关特性，进行感官嗜好性评价，进而采用主成分分析方法，确定易影响饮用者嗜好性的感官特性。随后采用电子鼻、电子舌进行数据采集，进而对相应的响应值采用主成分分析法和判别函数分析法，进行区分。

        感官描述性实验结果，说明五种品牌牛奶均呈现均一、稳定的形态，颜色均为白色或乳白色，均无异味，奶香味明显。其中，光明和蒙牛牛奶具有较明显脂质感和较低透明度，进口牛奶的奶甜味和奶香味强于国产牛奶。由于品评员对特定味觉的感知能力和嗜好性的差异，故五种牛奶样品的感官嗜好性差异较小，而依据第1主成分和第2主成分的因子荷载图，发现决定牛奶受欢迎程度的主要因素为牛奶的奶香味、甜味、后味和口感，即牛奶的口味，其次为牛奶的质构特性。

        通过分析电子鼻和电子舌的主成分分析和判别函数分析结果可知，利用电子鼻和电子舌均能较好区分五种不同品牌牛奶，同时发现牛奶制品的奶香味对电子鼻的区分结果起主导作用，而牛奶制品的奶甜味对于电子舌的区分结果起主导作用。我们不难发现，国产品牌牛奶和进口牛奶的区别主要在奶香味和奶甜味上，其原因可能是由于奶源差异，加工处理方式差异等导致。牛奶的口味易影响消费者对乳制品的嗜好性，因此，应在产品的口味方面多下功夫，以满足消费者的需求。

        鉴于电子鼻和电子舌检测系统优良的甄别能力，可以结合传统的感官评价分析方法，更多应用于乳制品质量安全控制、掺伪鉴别和溯源分析中。