食品的感官特性已成為衡量食品品質的重要組成部分,感官特性的描述分析對于評價食品感官特性具有重要意義。目前常用的“靜態”感官描述方法包括主要基于專家組的定量描述分析法和適用于專家或消費者的選擇所有適合項法、所有適合項量化法等,以給產品總體感官特性進行畫像。但由于飲食過程中食品的感官特性會隨時間發生變化,以致“靜態”感官描述方法不能完整準確地體現產品感官特性及細膩變化。因此,與時間結合的動態感官描述方法,如實時選擇所有適合項法、時間強度法和實時感官主導法等能更準確完整地描述產品的感官特性,引起了人們的極大關注。
北京工商大學食品與健康學院的張哲婷、王蓓*,勃艮第大學里昂神經科學研究中心的江滔*等對幾種常用的“靜態”感官描述方法(定量描述分析法(QDA)、選擇所有適合項法(CATA)、所有適合項量化法(RATA))和動態感官描述方法(實時選擇所有適合項法(TCATA)、時間強度法(TI)、實時感官主導法(TDS))的定義、特點、實驗過程、數據分析和應用案例進行介紹,為我國感官描述實驗和食品質量控制等相關研究工作的開展提供進一步的實際指導和理論參考。
1 “靜態”感官描述方法
1.1 QDA
QDA是一種基于感官評價專家小組描述產品感官特性,比較產品間感官特性強度差異,建立產品感官輪廓的方法,該方法通過篩選、培訓得到一組對感官特性有正確一致理解、會使用感官量化標尺的感官評價員,利用這組評價員對產品的感官特性包括外觀、香氣、風味和質地等進行定性和定量分析。由于QDA感官評價小組成員經過了嚴格培訓,可以對產品之間的感官差異進行可靠和精確的量化,從而獲得詳細、準確、穩定和可重復的感官評價結果,是食品加工行業質量控制的重要工具,但采用QDA進行感官評價所需的專家感官評價員數量少,培訓和維護成本高,培訓過程非常耗時。
采用QDA評估產品感官特性可總結為以下5 步:1)根據GB/T 16291.1—2012《感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1部分:優選評價員》招募、篩選和培訓評價員,選擇8~20 名合格的專家感官評價員組成感官評價小組;2)感官評價小組成員參考GB/T 10221—2021《感官分析 術語》并根據樣品的感官特性協商一致建立所測樣品的感官描述詞匯表并確定屬性的定義、參比樣和參比標度,表1為評估酸奶感官特性的QDA感官描述詞匯表示例,參比標度采用10 個分數梯度(0~9 分)進行評分,其中,0代表完全覺察不到屬性,9代表屬性極強,除此之外,QDA常用的標度方法還有10~15 cm無結構化線性標尺、0~15標度法(0.5為一個增量)等;3)按照先前建立的感官描述詞匯表對感官評價小組進行培訓,直到所有小組成員熟悉表中的術語和屬性強度;4)小組成員利用QDA對樣品進行測試,將參比樣和3 位數隨機編碼的樣品一起呈現給小組成員,小組成員根據參比樣的強度等級對樣品的強度等級進行評分;5)匯總所有強度評分,進行數據分析。
可采用多種方法對QDA的強度評分數據進行分析,得出所測樣品的感官輪廓,最常用的分析方法有方差分析(ANOVA)和主成分分析(PCA)。采用ANOVA判斷基于特定屬性的樣本間的差異;通過PCA顯示產品和屬性的空間映射,分析產品與感官屬性之間的相關性,并得出屬性之間的關系。
QDA已廣泛應用于定性定量評價產品屬性、揭示產品與感官屬性之間的關系、確定產品感官輪廓,并對產品間屬性差異進行對比等方面,對了解產品感官特性、根據感官特性改善產品質量等具有重要意義。Mardiana等建立了蒸布朗尼蛋糕的感官描述詞匯表,采用QDA研究并確定了10 種蒸布朗尼蛋糕的屬性輪廓,并對蛋糕間感官特性的差異進行對比,根據每種蛋糕的屬性特征改善與屬性相關的制作工藝,以期提高產品質量,從而提高企業競爭力。
1.2 CATA
CATA也稱“勾選所有適合項法”、“選擇適合項目法”或“適合項勾選法”,該方法要求評價員選擇適合描述所測樣品的所有屬性,是一種基于消費者感官表征的快速產品感官特性分析技術,無需培訓即可進行,簡單、快速、易執行,適用于評價員中大部分是消費者的感官評價,消費者數量從50到100不等,有助于企業根據所得產品的感官特性開發和調整產品。但由于CATA不定量感官屬性的強弱,可能會阻礙區分感官特性相似但特征強度略有不同的產品。
CATA的感官描述詞匯表由專家感官評價員和/或不參與CATA的消費者討論產生,CATA的實驗過程可分為以下3 步:1)首先,評價員需要理解并熟悉CATA屬性列表中的所有術語;2)然后,實驗員向經過培訓和/或未經培訓(消費者)的評價員提供待測樣品和感官描述詞匯表,3 位數隨機編碼的樣品根據平衡(如威廉姆斯拉丁方塊設計)或隨機的原則一次性呈現給評價員,要求評價員從屬性列表中選擇其認為適合描述樣品的所有屬性;3)最后,統計所有評價員選擇的屬性及其頻率并進行數據分析。CATA的問題設計如表2所示,經討論產生酸奶在外觀、香氣、滋味和口感4 個方面的感官屬性,評價員在其認為適合描述樣品的屬性“□”中打“√”,最終產生二元結果,即選擇的屬性和未選擇的屬性。
分析CATA問題前需要先計算描述每個樣品的每個術語的使用頻率。Cochran’s Q檢驗是分析CATA數據最常用的方法,該檢驗是一種非參數統計檢驗,用來評估消費者是否在同一術語對應的樣品中檢測到顯著差異(P≤0.05)。CATA常用的分析方法還包括對應分析(CA)、卡方檢驗和多因素分析(MFA)。CA用于可視化CATA術語與樣品之間的相關性;卡方檢驗可以確定CATA術語的使用頻率是否存在差異;MFA可以說明多個變量之間的關系,如樣品、感官術語和儀器所測數據之間的關系。
CATA可用于快速評估產品感官特性。Pramudya等采用CATA研究并確定了煮熟米飯的溫度變化會影響米飯的感官特性,并且對于經常食用米飯的評價員來說,感知因溫度變化造成的感官特性變化的能力更強。同時,CATA還適用于表征具有不同感官特性的產品。同樣地,CATA還用于研究黃大茶、褐色酸奶、葡萄酒、柑橘、巧克力等產品的感官特性,為了解產品感官輪廓、根據感官特性改善產品加工工藝等提供科學參考。
1.3 RATA
RATA是CATA的一種衍生法,評價員不但要選擇屬性列表中所有適用于描述給定產品的感官屬性,還要對屬性強度或適用度進行評價,這可能會導致所選術語數量增加。
RATA的實驗過程與CATA類似,不同的是,評價員選擇完適用于描述樣品的屬性后,需要對屬性強度或適用度進行評分,強度評價可用三點結構化量表(1=“低”、2=“中”和3=“高”),屬性的適用度可用五點結構化量表(1=“略微適用”作為初始程度,5=“非常適用”作為最終程度)。表3展示了評價酸奶感官特性的RATA問卷,評估過程中要求評價員選擇所有適用于描述產品特征的感官屬性,在屬性后的“□”中打“√”,并指出屬性強度,即在對應強度的“□”中打“√”。
R ATA 常用的數據分析方法與C ATA 相似。除Cochran’s Q檢驗、卡方檢驗、CA、MFA外,RATA數據還常用PCA分析樣本與感官屬性間的相關性。
CATA對具有相似感官特性產品的描述和區分具有一定的局限性,相比之下,RATA在CATA的基礎上增加了對適用屬性強度的評分,可能具有更高的辨別能力和穩定性,但需要進一步研究。Ares等分別使用CATA和RATA研究4 種樣品(牛奶甜點、切片面包、棒棒糖和酸奶)的感官特性,以評估RATA的適用性,同樣地,Vidal等采用CATA和RATA評估了6 種樣品(蘋果、花生米、灌裝菠蘿、覆盆子醬、水果蛋糕、柑橘粉末沖泡飲料)的感官特性。兩項研究為CATA或RATA的選擇提供了參考:當樣品間的感官特性差異取決于屬性列表上是否選擇屬性時,首選CATA;當感官特性取決于屬性強度的大小時,則首選RATA。
表4總結了QDA、CATA和RATA 3 種“靜態”感官描述方法的評估類型、評價員、分析方法和特點,可進一步了解并區分3 種“靜態”感官描述方法。
2 動態感官描述方法
由于飲食所涉及的大多數過程都是動態的感知過程,如食物中風味化合物的釋放容易隨時間和溫度發生變化,傳統的“靜態”感官描述方法可能會忽略感知過程中的重要信息,隨著人們對感官描述方法的認識逐漸加深,將感官特性與時間聯系起來的動態感官描述方法逐漸得到人們的關注。
2.1 TCATA
TCATA是一種較新的動態感官評價方法,用于描述產品隨時間演變的多維感官特性。TCATA通過在評估過程中添加時間維度,擴展了CATA,隨著時間的推移,對屬性的選擇和取消選擇進行持續跟蹤,選擇適用于描述每個時間段每個樣品的屬性,從而更完整地描述產品感官特性隨時間的變化,另外,因為評價員需要持續關注大量術語,因此整個評估期間TCATA的列表通常很短。TCATA衰減法是TCATA基礎上的一種衍生法,該方法結合了人感知強度隨時間逐漸衰減的變化過程,TCATA衰減法中,被選擇的屬性會在一段時間內逐漸自動地變為不再被選擇的屬性,與TCATA相比,TCATA衰減法可以提高辨別產品的能力,并提供更準確的產品感官特性的動態描述。
TCATA的實驗過程與CATA類似,不同的是TCATA需要評價員持續關注樣品隨時間發生的屬性變化,通過選擇和取消選擇屬性跟蹤樣品中的變化,選擇可以描述當時樣品的屬性;在TCATA衰減法中,評價員不需要取消選擇屬性,僅由評價軟件進行持續記錄,并指示每個屬性選擇狀態的所有變化。根據評價員類型不同,方法所需人數也不同,如果是訓練有素的評價員,一般為12 人左右,如果為消費者,一般需要50~100 人。
以評價員采用TCATA評估酸奶樣品的實驗為例,介紹TCATA曲線的繪制過程,如圖1所示,基本過程如下:
1)收集數據并排列成矩陣:收集評價員每次測試的TCATA數據,將來自每個TCATA評估的數據排列成矩陣,矩陣的行代表所選擇的感官屬性,列代表時間,1表示在這個時間點該屬性被選中,0表示未被選中,且列總和可以超過1,圖1展示了一名評價員進行一次評估選擇發酵味、奶香味和奶油味的矩陣;
2)繪制指示圖表:將1)中矩陣用水平條的形式轉換為指示圖表,圖1中展示了兩名評價員采用TCATA對一種酸奶樣品進行3 次評估,酸奶發酵味的TCATA指示圖表;
3)計算引用率,繪制TCATA曲線:實驗獲得了每個屬性和時間段下每個產品的引用次數,得到引用率,即評估期間的每個時刻選擇每個屬性用于描述樣品次數占總次數的比例,最后使用這些比例平滑創建TCATA曲線。
TCATA用于表征一定時間內產品感官特性隨時間的變化情況,評價員需要隨時選擇所有適合描述樣品的屬性,并取消選擇不適合的屬性,但不對屬性強度進行評分。TCATA已廣泛應用于食品(如面包、薩拉米香腸、奶酪、牛奶甜點、巧克力和腌制貽貝等)、化妝品等領域,以得到產品感官特性隨時間演變的詳細信息。Tan等采用TCATA評估了16 種甜味劑食用過程中甜味、苦味和金屬味等感官屬性隨時間的變化情況,并與蔗糖進行對比,尋找與蔗糖感官特性相似的蔗糖替代品。Boinbaser等采用TCATA表征了6 種不同成分的化妝品乳液使用過程中感官特性隨時間的變化,并對比產品間的感官特性,研究化妝品乳液成分對感官特性的影響,從而能夠針對性改進化妝品的生產工藝。
2.2 TI
TI是記錄特定感官屬性隨時間演變最常用的方法,通過連續測量特定屬性及其強度,提供屬性強度隨時間的詳細變化。TI的測量結果通常以一條曲線表示。
根據評估屬性的數量,TI可分為3 類:單屬性時間強度法(SATI)、雙屬性時間強度法(DATI)和多屬性時間強度法(MATI)。SATI是一種傳統的TI法,在整個實驗進程中隨時間不斷評估某一指定屬性的強度,其優點是持續專注評估某一屬性,從而得到該屬性細致且全面的評估,但只能對產品的感官屬性進行逐一測量,因此要了解產品的多個屬性會非常耗時,且一直只評估一個屬性容易出現心理偏差,如屬性強度在單獨評估時比在與其他屬性一起評估時更高;DATI類似于SATI,但可以同時評估同一樣品的兩個屬性,從而消除樣品間的差異并相對減少評估時間和成本,收集到的產品信息是SATI的兩倍,但整體數據收集時間依然相對較長;MATI采用漸進式樣品評估,循環、有節奏地評估多個屬性,對特定循環時間內的指定屬性強度進行評價,但評估期間,由于評價員需要在短時間內將注意力從一個屬性轉移到另一個屬性,易感覺疲勞并產生一些心理效應,如適應和記憶問題,從而對結果造成影響。
TI數據主要使用計算機收集,由于采用TI同時評估多個屬性的難度較大,目前常用SATI對特定屬性進行評價:首先,感官評價小組成員(≥8 名)接受TI培訓并熟悉需要評估屬性的定義和強度;然后,在特定時間段內不斷評估屬性強度,SATI需要小組成員在強度標尺上標記某指定屬性在每個時間點的屬性強度;最后,收集所有數據,進行分析。
TI數據通常用TI曲線表示,如圖2所示,橫坐標代表時間,縱坐標代表強度,曲線表示屬性強度隨時間的變化情況。TI曲線有許多參數可作為衡量屬性強度的指標,最常用的4 個參數有:1)最大強度(I max ),評估期間的最大感知強度;2)最大強度時間(T imax ),感知到最大強度刺激的時間;3)總時間(T tot ),刺激的總持續時間,也稱為持續時間、結束時間或消失時間;4)曲線下面積(Area),總振幅或總味覺反應。
Sokolowsky等采用SATI評估了13 種苦味差異很大的商業白葡萄酒中的苦味,提供了每種葡萄酒苦味強度隨時間變化的詳細信息,但由于只關注一種味道和心理偏差等因素,從而往往夸大苦味強度。Kuesten等使用MATI同時評估太妃糖的多個感官屬性,得出同一樣品不同屬性強度隨時間的變化情況,并對比同一屬性不同樣品的屬性強度大小。
2.3 TDS
TDS旨在記錄評價員在評估期間主導屬性(即在給定時間最吸引評估者注意力的屬性,不一定是強度最高的屬性)的變化,評估期間,當主導屬性發生變化時,要求評價員選擇新的主導屬性,直到感知結束。在某些情況下,評價員除了選擇主導屬性外,還要對屬性強度進行評分,但這會導致評估任務難度增加并可能造成TDS曲線峰值延遲,并且無需對屬性強度進行評分即可收集到許多有關樣品的重要時間信息。基于以上原因,目前TDS的研究主要集中在省略強度評分,只需評估主導屬性的變化,但只關注主導屬性會導致TDS無法捕獲評估期間同時感知到的其他屬性,從而造成復雜信息的缺失。
圖3為一名評價員采用TDS評估一種酸奶樣品(編號為254)感官特性的實驗過程,該過程不需要對屬性強度進行評分,矩陣中的“1”表示在該時間點認為該屬性為主導屬性,當主導屬性發生變化時,評價員需要選擇新的主導屬性,與TCATA矩陣不同的是TDS列總和不可以超過1。
TDS數據通常由TDS曲線表示,曲線橫軸表示品嘗時間,縱軸表示屬性的主導率,每條TDS曲線顯示了該屬性主導率隨時間的變化過程。主導率是某個屬性在整個小組中被引用的比例(或百分比),即每次對某個屬性的選擇數量除以總評估數(評價員人數×重復數)。主導率越高,認為該屬性具有主導性的評價員比例就越高,該屬性的主導性也就越高。TDS曲線的繪制過程類似于TCATA曲線的繪制過程。
Pineau等建議在TDS曲線的基礎上增加兩條線:第一條被稱為“隨機水平線”,即每個屬性可以偶然獲得的主導率,其值為P 0 =1/n a ,其中,n a 是屬性的個數;第二條被稱為“顯著性水平線”,是一個屬性顯著高于P 0 所需獲得主導率的最小值,主導率高于此值的屬性被認為是統計意義上具有顯著優勢的屬性。顯著性水平的值P s 可以使用基于正態近似的二項分布的置信區間計算(建議nP 0 (1-P 0 )>5),如下式所示:
式中:P 0 為隨機水平;n為評價次數(評價員人數×重復數);1.645為對應單側5%顯著性水平的正態分布的z值。
TDS曲線有許多參數可以用來描述樣品特征。圖4展示了TDS曲線的常用參數:1)最大主導率(V max ),評估期間該屬性最大的主導率;2)最大主導率時間(T max ),到達V max 的時間;3)第一次到達顯著水平的時間(T first );4)最后一次到達顯著水平的時間(T last );5)TDS曲線下的面積(AUC);6)顯著水平以上曲線的面積(AAS)。
Etaio等采用TDS評估了兩種釀酒工藝生產的8 種葡萄酒(4 種二氧化碳浸漬、4 種去梗)主導屬性及其強度隨時間的演變過程,通過繪制TDS曲線描述每種葡萄酒的感官動態演變,并對比兩種釀酒工藝生產的葡萄酒對哪種屬性表現出更高優勢,為葡萄酒生產提供理論指導。
表5總結了TCATA、TI、TDS 3 種動態感官描述方法的評估類型、評價員、分析方法和特點,可進一步了解并區分3 種動態感官描述方法。
3 結語
感官描述方法可以定性和/或定量產品的感官屬性,提供產品感官特性詳細完整的信息。當需要識別產品間的感官特性差異或開發、優化產品時,感官描述方法對獲得產品信息有重要作用。“靜態”和動態感官描述方法具有各自的特點,需要根據實際問題和研究的具體目標選擇適合的方法。目前已有研究將各種感官方法結合起來使用,或通過檢測樣品所含成分,探究樣品成分間復雜的相互作用與感官分析結果之間的相關性,并獲得了更加有益的結果。作為產品的主要購買者和使用者,消費者的反應對預測市場趨勢非常重要,將感官描述方法與消費者相結合,開發適用于消費者的快速感官評價方法是未來的發展趨勢。但消費者群體的多樣性,不同消費群體和不同產品間的特殊聯系,不同地區、文化對描述詞的使用及理解的差異性,消費者描述詞匯庫的建立等都會對感官結果的可利用價值造成挑戰。
此外,隨著大數據和大模型的使用,消費者的感官體驗也可以從大數據的測量、調查、行為跟蹤及消費記錄中獲得,結果更加廣泛,可以用來總結消費者的使用心得甚至提供產品未來的消費趨勢,但這是一種非直接的測量方式,而且往往因為考慮因素太多或不足從而影響結果的準確性和可靠性。而感官描述方法相對而言解決問題的針對性更強,例如可以針對產品的差異性或偏好性進行測量,能夠比較精確、直接和快速地獲得消費者對于具體產品的特定感官體驗。未來建議將消費者的大數據分析和消費者的感官描述分析相結合,從而更好地了解消費者的感受、開發新產品。
通信作者:
王蓓,教授,博士生導師,現任北京工商大學食品與健康學院副院長、全國食品安全科普宣傳大綱修訂專家會委員、中國食品科學技術學會益生菌分會理事。主要研究方向為主要研究方向為奶酪加工技術及產品開發創新、乳制品分子感官組學及智能感官大數據分析、發酵乳制品關鍵代謝產物研究。近年來,在國內外期刊上發表論文40余篇,申請國內外發明專利近20 項,含美國專利2 項,授權國內專利11 項,申請軟件著作權4 項,如:食品風味特征提取軟件、食品身份鑒別軟件、羊奶粉風味識別軟件等。主持國家自然基金課題、“十三五”重點研發子課題、企業橫向課題等10余項。獲得2018年獲北京市教育教學成果獎(一等獎)、2020年度市場監管科研成果獎(一等獎)等多項獎勵。與愛爾蘭科克大學、英國牛津大學、法國里昂大學等多家國外高校有相關科研合作。
第一作者:
張哲婷,北京工商大學食品與健康學院2022級碩士研究生,主要研究方向為乳制品風味分析。碩士期間參與發表SCI論文2 篇、中文1 篇。
本文《常用的“靜態”和動態感官描述方法綜述》來源于《食品科學》2024年45卷第17期277-286頁,作者:張哲婷,楊傲林,徐坤俐,姜可欣,孟繁宇,王蓓,江滔。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20231129-251 。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。
實習編輯:李雄;責任編輯:張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網
為深入探討未來食品在大食物觀框架下的創新發展機遇與挑戰,促進產學研用各界的交流合作,由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心(動物替代蛋白)及中國食品雜志社《食品科學》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦,西華大學食品與生物工程學院、四川旅游學院烹飪與食品科學工程學院、四川輕化工大學生物工程學院、成都大學食品與生物工程學院、成都醫學院檢驗醫學院、四川省農業科學院農產品加工研究所、中國農業科學院都市農業研究所、四川大學農產品加工研究院、西昌學院農業科學學院、宿州學院生物與食品工程學院、大連民族大學生命科學學院、北京聯合大學保健食品功能檢測中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會”即將于2025年5月24-25日在中國 四川 成都召開。
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