一种基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选方法及应用与流程

本发明涉及一种基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选方法及应用，属于香原料深加工
技术领域：
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背景技术：
：味觉系统是哺乳动物最古老的一种感觉系统，发展到今天，该系统已经高度发达。哺乳动物味觉的识别功能是依靠分布在哺乳动物口腔内表皮不同位置的味蕾来识别分布在液体中的各种微量物质。口腔内的味觉细胞有上千万个，但是其种类确实十分的有限，却可以辨识比自身细胞种类多的多味道，说明味觉细胞并非是专门特异性，而是具有广谱特异性，识别味道时，通过各种不同种类细胞之间响应程度的排列组合，就可以识别远比细胞种类多的味道，且具有灵敏度高和识别面广的特点，在分析检测领域具有重要的价值。最早模仿哺乳动物味觉的仿生传感器称为电子舌，其检测对象为液体样本，其传感阵列为味觉传感阵列，信号传导模式为电信号，主要有以下几种类型：多通道类脂膜传感阵列、表面等离子体共振、表面光伏电压技术等；电子舌主要通过物理吸附作用与目标物质结合，结合力弱，识别力有限，而近几年发展起来的新型仿生味觉传感器，通常由敏感材料阵列通过共价键和氢键等化学键与目标物质结合，通过收集敏感材料在与目标物结合前后的光学信号变化情况、经信号筛选和转换，并结合统计分析方法实现对味觉目标物质检测分析的目的，具有特异性强、不受非呈味物质的影响优势。以江南大学为代表的研究机构，针对肉制品、白酒、黄酒等的品控做了众多有益的尝试：利用仿生味觉传感器检测我国白酒的品质及酒龄，探讨感官鉴定与常规仪器检测存在的问题；采用电子舌对低脂蛋糕的口味和气味进行分析，探讨低脂蛋糕与传统重油蛋糕在口味和气味上的异同；研究电子舌传感器对樱桃酒的响应值与感官评定的相关性，研究pca分析法和dfa分析法对味觉和口感特征的模式识别分析。(《食品物性仿生检测机器人及检测方法》，申请号：201010255196.0；《利用味觉系统与电子鼻联合评价芥辣酱风味等级的方法》，申请号：201611047344.3；《基于电子舌与近红外光谱融合检测的白酒自动勾兑系统》，申请号：201510220440.2；《一种三维荧光光谱结合pca-svm鉴别浓香型白酒的方法》，申请号：201410835877.2)本发明将仿生阵列传感器构建在8×12维的矩阵，采用8种卟啉类化合物作为敏感材料，其矩阵原始光谱数据作为输入变量进行主成分分析(pca)、聚类分析(hca)及判别分析(lda)，克服了人为的主观判断的因素，量化了味觉评价指标。将该方法运用于不同加工工艺天然甘薯香原料的筛选，与现有人工感官评价的传统方法比较，具有操作简便快捷、结果准确可靠的优势，可有效指导天然甘薯香原料加工工艺的优化，将所筛选出的天然甘薯香原料应用于卷烟调香，可显著增加卷烟烟气甜香、烘培香，具有醇和烟气、降低刺激性的效果。技术实现要素：本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选方法及应用。本发明第一方面提供一种基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选方法，其中的仿生阵列传感器具有n个仿生传感器单元，n为正整数，每个仿生传感器单元具有8个孔，各孔中互不重复地分别加入以下8种不同敏感材料之一的水溶液：四甲基卟啉锰、四甲基卟啉锰钴、四甲基卟啉铁、四甲基卟啉铜、四甲基卟啉锌、四甲基卟啉镍、四甲基卟啉汞、四甲基卟啉镁，加入顺序不限，然后向这8个孔中同时加入同一种样品，且在加入样品前后，在适合于每种敏感材料的波长下各自拍摄该孔的光谱图像，然后根据加入样品前后的光谱图像的差谱数据，判断该样品的味觉属性。优选地，其中每个样品平行测定k次。优选地，对所获得的差谱数据进行主成分分析(pca)、聚类分析(hca)及判别分析(lda)，并将其与典型味觉物质的仿生阵列传感器评价结果进行比较，从而量化味觉评价指标。优选地，其中n个仿生传感器各自独立地进行分析。优选地，所述n＝12；所述k＝5。优选地，所述基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选方法，具体包括如下步骤：(1)仿生阵列传感芯片制备：仿生阵列传感器构建在一个8行×12列的96位孔板上，每列的8个孔中分别加入一定量特定浓度的8种卟啉类敏感材料a，每列均包含8种敏感材料，相当于一个仿生阵列传感器，1块96孔板则相当于含有12个传感阵列，可同时分析12个香原料样本，其布局如图1所示。(2)典型味觉物质溶液制备：以一定ph值的dmf缓冲溶液为溶剂配制特定浓度的味觉物质混合待测液，以备检测。(3)天然甘薯香原料的制备：称取形状大小均一的一定量的生鲜甘薯样品，洗净沥干，置于一定温度烘箱烤制一定时间，自然冷却到室温。准确称取一定量经烤制的甘薯原料样品，分别加入一定量超纯水或无水乙醇，采用高速组织捣碎机打浆，然后离心，取上层清液，分别得到甘薯水提液和甘薯醇提液。按照一定质量比合并甘薯水提液和甘薯醇提液，在一定体系压力和温度条件下旋转蒸发浓缩至膏状，即为制备的天然甘薯香原料gn(n代表不同加工工艺)。(4)仿生阵列传感器检测：先将阵列传感芯片置于酶标仪中，以特定检测波长采集反应前光吸收值，再将其与典型味觉物质溶液及不同加工工艺天然甘薯香原料样品gn反应一定时间后再进行光吸收值测定。重复以上样本平行实验5次，得到味觉物质及不同加工工艺天然甘薯香原料样品gn的紫外-可见吸收光谱数据。(5)数据处理：将得到的味觉物质及不同加工工艺天然甘薯香原料样品gn的紫外-可见吸收光谱数据作为输入变量进行主成分分析(pca)、聚类分析(hca)及判别分析(lda)，将gn的判定结果与典型味觉物质的评价结果进行比较，通过归一化处理得到5种滋味能力的比值x1、x2、x3、x4、x5；然后采用国际上通用滋味能力值(x值)来进行评价，x值为5种样品味觉物质的浓度与浓度阈值的比值之和(x＝(x1+x2+x3+x4+x5)×a，a为标准味觉物质浓度与浓度阈值的比值)。步骤(1)所述的8种卟啉类敏感材料为a1-四甲基卟啉锰、a2-四甲基卟啉锰钴、a3-四甲基卟啉铁、a4-四甲基卟啉铜、a5-四甲基卟啉锌、a6-四甲基卟啉镍、a7-四甲基卟啉汞、a8-四甲基卟啉镁，其使用浓度范围为1.0×10-6～3.0×10-6m，加入量为200μl。步骤(2)所述的典型味觉物质为酸味-柠檬酸、甜味-葡萄糖、苦味-咖啡碱、咸味-氯化钠、鲜味-谷氨酸钠，其使用浓度分别为0.08g/100ml、5g/100ml、0.08g/100ml、0.5g/100ml、1.0g/100ml，所使用dmf缓冲溶液的ph值范围为6.0～8.0。步骤(4)所述样品与敏感材料a反应时间为5～15min，紫外-可见吸收值的采集波长为415，450，490和595nm。步骤(5)所述的归一化方法为min-max标准化方法或z-score标准化方法。本发明第二方面提供一种基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选在卷烟中的应用，具体包括以下步骤：(1)天然甘薯香原料在卷烟中的感官评吸值测定：按照一定的加香比例，取不同制备工艺的天然甘薯香原料样品gn，添加于卷烟空白叶组，并卷制成烟支，卷烟感官评吸参照gb/t5606.4《卷烟感官技术要求》及行业使用的单体香料在卷烟中作用的评价方法，对卷烟烟气香气质、香气量、杂气、透发性、劲头、浓度、细腻柔和感、剌激感、干燥程度、回甜、余味等方面进行感官评价得到评分，综合评分得到天然甘薯香原料在卷烟中的感官评吸值y。(2)天然甘薯香原料的筛选：天然甘薯香原料在仿生阵列传感器中的味觉评价值x与其在卷烟中的感官评吸值y成正比关系，通过对味觉评价值进行筛选，即可得到对提升卷烟感官评吸质量有积极贡献的天然甘薯香原料。步骤(1)所述的加香比例为0.05％～5％。与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果：本发明将仿生阵列传感器构建在8×12维的矩阵，采用8种卟啉类化合物作为敏感材料，其矩阵原始光谱数据作为输入变量进行主成分分析(pca)、聚类分析(hca)及判别分析(lda)，客服了人为的主观判断的因素，量化了味觉评价指标。利用该方法筛选不同加工工艺天然甘薯香原料，与现有人工感官评价的传统方法比较，具有操作简便快捷、结果准确可靠的优势，可有效指导天然甘薯香原料加工工艺的优化，将所筛选出的天然甘薯香原料应用于卷烟调香，可显著增加卷烟香气，同时具有醇和烟气、降低刺激性的效果。附图说明图1为本发明仿生阵列传感芯片实物图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定。实施例一种基于仿生技术的天然甘薯香原料的筛选方法及应用，其特征是步骤如下：(1)仿生阵列传感芯片制备：仿生阵列传感器构建在一个8行×12列的96位孔板上，每列的8个孔中分别加入200μl8种卟啉类敏感材料a1-四甲基卟啉锰、a2-四甲基卟啉锰钴、a3-四甲基卟啉铁、a4-四甲基卟啉铜、a5-四甲基卟啉锌、a6-四甲基卟啉镍、a7-四甲基卟啉汞、a8-四甲基卟啉镁，浓度均为1.5×10-6m。(2)典型味觉物质溶液制备：使用ph值为7.0的dmf缓冲溶液配制酸味-柠檬酸、甜味-葡萄糖、苦味-咖啡碱、咸味-氯化钠、鲜味-谷氨酸钠的味觉物质待测液，其浓度分别为分别为0.08g/100ml、5g/100ml、0.08g/100ml、0.5g/100ml、1.0g/100ml。(3)天然甘薯香原料的制备：称取每块重量范围为200.0～300.0g形状大小均一的生鲜甘薯样品共七份(每份包含5块甘薯样品)，洗净沥干。将甘薯样品置于烘箱进行烤制，其烤制温度和时间详见表1，预留一份生鲜甘薯样品作为对照。将烤制完成的甘薯自然冷却到室温，准确称取10.0g经烤制的甘薯原料样品2份，分别加入500ml的超纯水和无水乙醇，采用高速组织捣碎机打浆，在10000rpm条件下离心15min，取上层清液，分别得到甘薯水提液和甘薯醇提液。按照质量比为1：2合并甘薯水提液和甘薯醇提液，在体系压力100kpa、水浴55℃条件下旋转蒸发浓缩至密度为(1.20±0.01)g/ml的膏状物，即为制备的天然甘薯浸膏g0、g1、g2、g3、g4、g5、g6。其中，g0为生鲜甘薯样品通过上述方法制得的天然甘薯浸膏。表1.不同甘薯浸膏样品烤制温度及时间甘薯浸膏样品烤制温度(℃)烤制时间(min)g000g116090g215080g3180100g417090g518070g6160100(4)仿生阵列传感器检测：将阵列传感芯片置于酶标仪中，以490nm检测波长采集反应前光吸收值，再将典型味觉物质溶液及不同加工工艺天然甘薯浸膏样品g0至g6加入仿生阵列传感芯片振荡反应15min，然后进行光吸收值测定。重复以上样本平行实验5次，得到味觉物质及不同加工工艺天然甘薯香原料样品g0至g6的紫外-可见吸收光谱数据。(5)数据处理：将得到的味觉物质及不同加工工艺天然甘薯香原料样品g0至g6的紫外-可见吸收光谱数据作为输入变量进行主成分分析(pca)、聚类分析(hca)及判别分析(lda)，并按照min-max标准化方法进行归一化处理后，将g0至g6的判定结果与典型味觉物质的评价结果进行比较，量化味觉评价指标，得到仿生阵列传感器味觉评价值x，详见表2。(6)天然甘薯浸膏在卷烟中的感官评吸值测定：按照0.3％加香比例，取不同制备工艺的天然甘薯香原料样品g0、g1、g2、g3、g4、g5、g6，添加于云烟(紫)卷烟空白叶组，并卷制成烟支，参照卷烟行业感官评价标准进行感官对比评吸，按感官感受强度高低记分，得到天然甘薯香原料在卷烟中的感官评吸值y，详见表2。(7)天然甘薯浸膏的筛选：由表2可以看出，天然甘薯浸膏在仿生阵列传感器中的味觉评价值x与其在在卷烟中的感官评吸值y成正比关系，其线性为y＝8.4767x+25.201(r2＝0.9096)。其中，g1的味觉评价值和卷烟感官评吸值均高于其他样品，因此可以得到g1甘薯浸膏的加工工艺能最优保留香原料的香气和味觉感受，应用于卷烟中可显著增加卷烟香气，醇和烟气，降低刺激性。表2.不同甘薯浸膏样品的味觉评价值x和卷烟感官评吸值y当前第1页12