食品的感官特性已成为衡量食品品质的重要组成部分,感官特性的描述分析对于评价食品感官特性具有重要意义。目前常用的“静态”感官描述方法包括主要基于专家组的定量描述分析法和适用于专家或消费者的选择所有适合项法、所有适合项量化法等,以给产品总体感官特性进行画像。但由于饮食过程中食品的感官特性会随时间发生变化,以致“静态”感官描述方法不能完整准确地体现产品感官特性及细腻变化。因此,与时间结合的动态感官描述方法,如实时选择所有适合项法、时间强度法和实时感官主导法等能更准确完整地描述产品的感官特性,引起了人们的极大关注。

北京工商大学食品与健康学院的张哲婷、王蓓*,勃艮第大学里昂神经科学研究中心的江滔*等对几种常用的“静态”感官描述方法(定量描述分析法(QDA)、选择所有适合项法(CATA)、所有适合项量化法(RATA))和动态感官描述方法(实时选择所有适合项法(TCATA)、时间强度法(TI)、实时感官主导法(TDS))的定义、特点、实验过程、数据分析和应用案例进行介绍,为我国感官描述实验和食品质量控制等相关研究工作的开展提供进一步的实际指导和理论参考。

1 “静态”感官描述方法

1.1 QDA

QDA是一种基于感官评价专家小组描述产品感官特性,比较产品间感官特性强度差异,建立产品感官轮廓的方法,该方法通过筛选、培训得到一组对感官特性有正确一致理解、会使用感官量化标尺的感官评价员,利用这组评价员对产品的感官特性包括外观、香气、风味和质地等进行定性和定量分析。由于QDA感官评价小组成员经过了严格培训,可以对产品之间的感官差异进行可靠和精确的量化,从而获得详细、准确、稳定和可重复的感官评价结果,是食品加工行业质量控制的重要工具,但采用QDA进行感官评价所需的专家感官评价员数量少,培训和维护成本高,培训过程非常耗时。

采用QDA评估产品感官特性可总结为以下5 步:1)根据GB/T 16291.1—2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》招募、筛选和培训评价员,选择8~20 名合格的专家感官评价员组成感官评价小组;2)感官评价小组成员参考GB/T 10221—2021《感官分析 术语》并根据样品的感官特性协商一致建立所测样品的感官描述词汇表并确定属性的定义、参比样和参比标度,表1为评估酸奶感官特性的QDA感官描述词汇表示例,参比标度采用10 个分数梯度(0~9 分)进行评分,其中,0代表完全觉察不到属性,9代表属性极强,除此之外,QDA常用的标度方法还有10~15 cm无结构化线性标尺、0~15标度法(0.5为一个增量)等;3)按照先前建立的感官描述词汇表对感官评价小组进行培训,直到所有小组成员熟悉表中的术语和属性强度;4)小组成员利用QDA对样品进行测试,将参比样和3 位数随机编码的样品一起呈现给小组成员,小组成员根据参比样的强度等级对样品的强度等级进行评分;5)汇总所有强度评分,进行数据分析。

可采用多种方法对QDA的强度评分数据进行分析,得出所测样品的感官轮廓,最常用的分析方法有方差分析(ANOVA)和主成分分析(PCA)。采用ANOVA判断基于特定属性的样本间的差异;通过PCA显示产品和属性的空间映射,分析产品与感官属性之间的相关性,并得出属性之间的关系。

QDA已广泛应用于定性定量评价产品属性、揭示产品与感官属性之间的关系、确定产品感官轮廓,并对产品间属性差异进行对比等方面,对了解产品感官特性、根据感官特性改善产品质量等具有重要意义。Mardiana等建立了蒸布朗尼蛋糕的感官描述词汇表,采用QDA研究并确定了10 种蒸布朗尼蛋糕的属性轮廓,并对蛋糕间感官特性的差异进行对比,根据每种蛋糕的属性特征改善与属性相关的制作工艺,以期提高产品质量,从而提高企业竞争力。

1.2 CATA

CATA也称“勾选所有适合项法”、“选择适合项目法”或“适合项勾选法”,该方法要求评价员选择适合描述所测样品的所有属性,是一种基于消费者感官表征的快速产品感官特性分析技术,无需培训即可进行,简单、快速、易执行,适用于评价员中大部分是消费者的感官评价,消费者数量从50到100不等,有助于企业根据所得产品的感官特性开发和调整产品。但由于CATA不定量感官属性的强弱,可能会阻碍区分感官特性相似但特征强度略有不同的产品。

CATA的感官描述词汇表由专家感官评价员和/或不参与CATA的消费者讨论产生,CATA的实验过程可分为以下3 步:1)首先,评价员需要理解并熟悉CATA属性列表中的所有术语;2)然后,实验员向经过培训和/或未经培训(消费者)的评价员提供待测样品和感官描述词汇表,3 位数随机编码的样品根据平衡(如威廉姆斯拉丁方块设计)或随机的原则一次性呈现给评价员,要求评价员从属性列表中选择其认为适合描述样品的所有属性;3)最后,统计所有评价员选择的属性及其频率并进行数据分析。CATA的问题设计如表2所示,经讨论产生酸奶在外观、香气、滋味和口感4 个方面的感官属性,评价员在其认为适合描述样品的属性“□”中打“√”,最终产生二元结果,即选择的属性和未选择的属性。

分析CATA问题前需要先计算描述每个样品的每个术语的使用频率。Cochran’s Q检验是分析CATA数据最常用的方法,该检验是一种非参数统计检验,用来评估消费者是否在同一术语对应的样品中检测到显著差异(P≤0.05)。CATA常用的分析方法还包括对应分析(CA)、卡方检验和多因素分析(MFA)。CA用于可视化CATA术语与样品之间的相关性;卡方检验可以确定CATA术语的使用频率是否存在差异;MFA可以说明多个变量之间的关系,如样品、感官术语和仪器所测数据之间的关系。

CATA可用于快速评估产品感官特性。Pramudya等采用CATA研究并确定了煮熟米饭的温度变化会影响米饭的感官特性,并且对于经常食用米饭的评价员来说,感知因温度变化造成的感官特性变化的能力更强。同时,CATA还适用于表征具有不同感官特性的产品。同样地,CATA还用于研究黄大茶、褐色酸奶、葡萄酒、柑橘、巧克力等产品的感官特性,为了解产品感官轮廓、根据感官特性改善产品加工工艺等提供科学参考。

1.3 RATA

RATA是CATA的一种衍生法,评价员不但要选择属性列表中所有适用于描述给定产品的感官属性,还要对属性强度或适用度进行评价,这可能会导致所选术语数量增加。

RATA的实验过程与CATA类似,不同的是,评价员选择完适用于描述样品的属性后,需要对属性强度或适用度进行评分,强度评价可用三点结构化量表(1=“低”、2=“中”和3=“高”),属性的适用度可用五点结构化量表(1=“略微适用”作为初始程度,5=“非常适用”作为最终程度)。表3展示了评价酸奶感官特性的RATA问卷,评估过程中要求评价员选择所有适用于描述产品特征的感官属性,在属性后的“□”中打“√”,并指出属性强度,即在对应强度的“□”中打“√”。

R ATA 常用的数据分析方法与C ATA 相似。除Cochran’s Q检验、卡方检验、CA、MFA外,RATA数据还常用PCA分析样本与感官属性间的相关性。

CATA对具有相似感官特性产品的描述和区分具有一定的局限性,相比之下,RATA在CATA的基础上增加了对适用属性强度的评分,可能具有更高的辨别能力和稳定性,但需要进一步研究。Ares等分别使用CATA和RATA研究4 种样品(牛奶甜点、切片面包、棒棒糖和酸奶)的感官特性,以评估RATA的适用性,同样地,Vidal等采用CATA和RATA评估了6 种样品(苹果、花生米、灌装菠萝、覆盆子酱、水果蛋糕、柑橘粉末冲泡饮料)的感官特性。两项研究为CATA或RATA的选择提供了参考:当样品间的感官特性差异取决于属性列表上是否选择属性时,首选CATA;当感官特性取决于属性强度的大小时,则首选RATA。

表4总结了QDA、CATA和RATA 3 种“静态”感官描述方法的评估类型、评价员、分析方法和特点,可进一步了解并区分3 种“静态”感官描述方法。

2 动态感官描述方法

由于饮食所涉及的大多数过程都是动态的感知过程,如食物中风味化合物的释放容易随时间和温度发生变化,传统的“静态”感官描述方法可能会忽略感知过程中的重要信息,随着人们对感官描述方法的认识逐渐加深,将感官特性与时间联系起来的动态感官描述方法逐渐得到人们的关注。

2.1 TCATA

TCATA是一种较新的动态感官评价方法,用于描述产品随时间演变的多维感官特性。TCATA通过在评估过程中添加时间维度,扩展了CATA,随着时间的推移,对属性的选择和取消选择进行持续跟踪,选择适用于描述每个时间段每个样品的属性,从而更完整地描述产品感官特性随时间的变化,另外,因为评价员需要持续关注大量术语,因此整个评估期间TCATA的列表通常很短。TCATA衰减法是TCATA基础上的一种衍生法,该方法结合了人感知强度随时间逐渐衰减的变化过程,TCATA衰减法中,被选择的属性会在一段时间内逐渐自动地变为不再被选择的属性,与TCATA相比,TCATA衰减法可以提高辨别产品的能力,并提供更准确的产品感官特性的动态描述。

TCATA的实验过程与CATA类似,不同的是TCATA需要评价员持续关注样品随时间发生的属性变化,通过选择和取消选择属性跟踪样品中的变化,选择可以描述当时样品的属性;在TCATA衰减法中,评价员不需要取消选择属性,仅由评价软件进行持续记录,并指示每个属性选择状态的所有变化。根据评价员类型不同,方法所需人数也不同,如果是训练有素的评价员,一般为12 人左右,如果为消费者,一般需要50~100 人。

以评价员采用TCATA评估酸奶样品的实验为例,介绍TCATA曲线的绘制过程,如图1所示,基本过程如下:

1)收集数据并排列成矩阵:收集评价员每次测试的TCATA数据,将来自每个TCATA评估的数据排列成矩阵,矩阵的行代表所选择的感官属性,列代表时间,1表示在这个时间点该属性被选中,0表示未被选中,且列总和可以超过1,图1展示了一名评价员进行一次评估选择发酵味、奶香味和奶油味的矩阵;

2)绘制指示图表:将1)中矩阵用水平条的形式转换为指示图表,图1中展示了两名评价员采用TCATA对一种酸奶样品进行3 次评估,酸奶发酵味的TCATA指示图表;

3)计算引用率,绘制TCATA曲线:实验获得了每个属性和时间段下每个产品的引用次数,得到引用率,即评估期间的每个时刻选择每个属性用于描述样品次数占总次数的比例,最后使用这些比例平滑创建TCATA曲线。

TCATA用于表征一定时间内产品感官特性随时间的变化情况,评价员需要随时选择所有适合描述样品的属性,并取消选择不适合的属性,但不对属性强度进行评分。TCATA已广泛应用于食品(如面包、萨拉米香肠、奶酪、牛奶甜点、巧克力和腌制贻贝等)、化妆品等领域,以得到产品感官特性随时间演变的详细信息。Tan等采用TCATA评估了16 种甜味剂食用过程中甜味、苦味和金属味等感官属性随时间的变化情况,并与蔗糖进行对比,寻找与蔗糖感官特性相似的蔗糖替代品。Boinbaser等采用TCATA表征了6 种不同成分的化妆品乳液使用过程中感官特性随时间的变化,并对比产品间的感官特性,研究化妆品乳液成分对感官特性的影响,从而能够针对性改进化妆品的生产工艺。

2.2 TI

TI是记录特定感官属性随时间演变最常用的方法,通过连续测量特定属性及其强度,提供属性强度随时间的详细变化。TI的测量结果通常以一条曲线表示。

根据评估属性的数量,TI可分为3 类:单属性时间强度法(SATI)、双属性时间强度法(DATI)和多属性时间强度法(MATI)。SATI是一种传统的TI法,在整个实验进程中随时间不断评估某一指定属性的强度,其优点是持续专注评估某一属性,从而得到该属性细致且全面的评估,但只能对产品的感官属性进行逐一测量,因此要了解产品的多个属性会非常耗时,且一直只评估一个属性容易出现心理偏差,如属性强度在单独评估时比在与其他属性一起评估时更高;DATI类似于SATI,但可以同时评估同一样品的两个属性,从而消除样品间的差异并相对减少评估时间和成本,收集到的产品信息是SATI的两倍,但整体数据收集时间依然相对较长;MATI采用渐进式样品评估,循环、有节奏地评估多个属性,对特定循环时间内的指定属性强度进行评价,但评估期间,由于评价员需要在短时间内将注意力从一个属性转移到另一个属性,易感觉疲劳并产生一些心理效应,如适应和记忆问题,从而对结果造成影响。

TI数据主要使用计算机收集,由于采用TI同时评估多个属性的难度较大,目前常用SATI对特定属性进行评价:首先,感官评价小组成员(≥8 名)接受TI培训并熟悉需要评估属性的定义和强度;然后,在特定时间段内不断评估属性强度,SATI需要小组成员在强度标尺上标记某指定属性在每个时间点的属性强度;最后,收集所有数据,进行分析。

TI数据通常用TI曲线表示,如图2所示,横坐标代表时间,纵坐标代表强度,曲线表示属性强度随时间的变化情况。TI曲线有许多参数可作为衡量属性强度的指标,最常用的4 个参数有:1)最大强度(I max ),评估期间的最大感知强度;2)最大强度时间(T imax ),感知到最大强度刺激的时间;3)总时间(T tot ),刺激的总持续时间,也称为持续时间、结束时间或消失时间;4)曲线下面积(Area),总振幅或总味觉反应。

Sokolowsky等采用SATI评估了13 种苦味差异很大的商业白葡萄酒中的苦味,提供了每种葡萄酒苦味强度随时间变化的详细信息,但由于只关注一种味道和心理偏差等因素,从而往往夸大苦味强度。Kuesten等使用MATI同时评估太妃糖的多个感官属性,得出同一样品不同属性强度随时间的变化情况,并对比同一属性不同样品的属性强度大小。

2.3 TDS

TDS旨在记录评价员在评估期间主导属性(即在给定时间最吸引评估者注意力的属性,不一定是强度最高的属性)的变化,评估期间,当主导属性发生变化时,要求评价员选择新的主导属性,直到感知结束。在某些情况下,评价员除了选择主导属性外,还要对属性强度进行评分,但这会导致评估任务难度增加并可能造成TDS曲线峰值延迟,并且无需对属性强度进行评分即可收集到许多有关样品的重要时间信息。基于以上原因,目前TDS的研究主要集中在省略强度评分,只需评估主导属性的变化,但只关注主导属性会导致TDS无法捕获评估期间同时感知到的其他属性,从而造成复杂信息的缺失。

图3为一名评价员采用TDS评估一种酸奶样品(编号为254)感官特性的实验过程,该过程不需要对属性强度进行评分,矩阵中的“1”表示在该时间点认为该属性为主导属性,当主导属性发生变化时,评价员需要选择新的主导属性,与TCATA矩阵不同的是TDS列总和不可以超过1。

TDS数据通常由TDS曲线表示,曲线横轴表示品尝时间,纵轴表示属性的主导率,每条TDS曲线显示了该属性主导率随时间的变化过程。主导率是某个属性在整个小组中被引用的比例(或百分比),即每次对某个属性的选择数量除以总评估数(评价员人数×重复数)。主导率越高,认为该属性具有主导性的评价员比例就越高,该属性的主导性也就越高。TDS曲线的绘制过程类似于TCATA曲线的绘制过程。

Pineau等建议在TDS曲线的基础上增加两条线:第一条被称为“随机水平线”,即每个属性可以偶然获得的主导率,其值为P 0 =1/n a ,其中,n a 是属性的个数;第二条被称为“显著性水平线”,是一个属性显著高于P 0 所需获得主导率的最小值,主导率高于此值的属性被认为是统计意义上具有显著优势的属性。显著性水平的值P s 可以使用基于正态近似的二项分布的置信区间计算(建议nP 0 (1-P 0 )>5),如下式所示:

式中:P 0 为随机水平;n为评价次数(评价员人数×重复数);1.645为对应单侧5%显著性水平的正态分布的z值。

TDS曲线有许多参数可以用来描述样品特征。图4展示了TDS曲线的常用参数:1)最大主导率(V max ),评估期间该属性最大的主导率;2)最大主导率时间(T max ),到达V max 的时间;3)第一次到达显著水平的时间(T first );4)最后一次到达显著水平的时间(T last );5)TDS曲线下的面积(AUC);6)显著水平以上曲线的面积(AAS)。

Etaio等采用TDS评估了两种酿酒工艺生产的8 种葡萄酒(4 种二氧化碳浸渍、4 种去梗)主导属性及其强度随时间的演变过程,通过绘制TDS曲线描述每种葡萄酒的感官动态演变,并对比两种酿酒工艺生产的葡萄酒对哪种属性表现出更高优势,为葡萄酒生产提供理论指导。

表5总结了TCATA、TI、TDS 3 种动态感官描述方法的评估类型、评价员、分析方法和特点,可进一步了解并区分3 种动态感官描述方法。

3 结语

感官描述方法可以定性和/或定量产品的感官属性,提供产品感官特性详细完整的信息。当需要识别产品间的感官特性差异或开发、优化产品时,感官描述方法对获得产品信息有重要作用。“静态”和动态感官描述方法具有各自的特点,需要根据实际问题和研究的具体目标选择适合的方法。目前已有研究将各种感官方法结合起来使用,或通过检测样品所含成分,探究样品成分间复杂的相互作用与感官分析结果之间的相关性,并获得了更加有益的结果。作为产品的主要购买者和使用者,消费者的反应对预测市场趋势非常重要,将感官描述方法与消费者相结合,开发适用于消费者的快速感官评价方法是未来的发展趋势。但消费者群体的多样性,不同消费群体和不同产品间的特殊联系,不同地区、文化对描述词的使用及理解的差异性,消费者描述词汇库的建立等都会对感官结果的可利用价值造成挑战。

此外,随着大数据和大模型的使用,消费者的感官体验也可以从大数据的测量、调查、行为跟踪及消费记录中获得,结果更加广泛,可以用来总结消费者的使用心得甚至提供产品未来的消费趋势,但这是一种非直接的测量方式,而且往往因为考虑因素太多或不足从而影响结果的准确性和可靠性。而感官描述方法相对而言解决问题的针对性更强,例如可以针对产品的差异性或偏好性进行测量,能够比较精确、直接和快速地获得消费者对于具体产品的特定感官体验。未来建议将消费者的大数据分析和消费者的感官描述分析相结合,从而更好地了解消费者的感受、开发新产品。

通信作者:

王蓓,教授,博士生导师,现任北京工商大学食品与健康学院副院长、全国食品安全科普宣传大纲修订专家会委员、中国食品科学技术学会益生菌分会理事。主要研究方向为主要研究方向为奶酪加工技术及产品开发创新、乳制品分子感官组学及智能感官大数据分析、发酵乳制品关键代谢产物研究。近年来,在国内外期刊上发表论文40余篇,申请国内外发明专利近20 项,含美国专利2 项,授权国内专利11 项,申请软件著作权4 项,如:食品风味特征提取软件、食品身份鉴别软件、羊奶粉风味识别软件等。主持国家自然基金课题、“十三五”重点研发子课题、企业横向课题等10余项。获得2018年获北京市教育教学成果奖(一等奖)、2020年度市场监管科研成果奖(一等奖)等多项奖励。与爱尔兰科克大学、英国牛津大学、法国里昂大学等多家国外高校有相关科研合作。

第一作者:

张哲婷,北京工商大学食品与健康学院2022级硕士研究生,主要研究方向为乳制品风味分析。硕士期间参与发表SCI论文2 篇、中文1 篇。

本文《常用的“静态”和动态感官描述方法综述》来源于《食品科学》2024年45卷第17期277-286页,作者:张哲婷,杨傲林,徐坤俐,姜可欣,孟繁宇,王蓓,江滔。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20231129-251 。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑:李雄;责任编辑:张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战,促进产学研用各界的交流合作,由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心(动物替代蛋白)及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办,西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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