如何用仪器来取代感官分析--感官分析与仪器分析于食品感官品质量测的探讨@姚念周

食品资讯第270期第50页

请问，我可不可以用仪器来分析我的产品冷冻的跟新鲜的ㄧ样好吃?
听说，该厂商都是用甜度计跟咸度计来做品管，好方便喔~
如果我们公司买一台电子舌，我就不用吃泡麵吃到吐~
因为生乳不能食用，那要如何了解生乳的品质变化？可以应用电子鼻吗？

我们先从为甚麽要注重感官品质感官特性开始说起，因为产品最重要卖给「人」，所以我们必须分析产品的感官品质「人」的感受，「人」的感受是由产品的刺激，经由「人」的各种感觉受器，经由神经传导最后进到大脑与自己过往的经验结合，产生一种认知。并且，这个过程在族群中有一个正常的常态分佈。所以，接下来本文将针对仪器分析与感官分析代表性的问题：仪器分析为什麽不能、仪器分析那裡能及仪器分析如何能等三个层面来探讨两者之间的关係，并以电子鼻、电子舌、质地仪等主要仪器为例。更详细的探讨，可以参考[感官品评与感官分析]一书(姚念周，2012)的第九章。

为什麽不能直接用仪器结果代表感官分析结果
在讨论仪器分析与感官分析的比较时，针对人类不同感官系统都有一些对应的仪器，不论是视觉上的色差仪(colormeter)或分光光度仪(spectrophotometer)；嗅觉上的GC或电子鼻；味觉上的电子舌或糖度计、盐度计与酸硷度计(pH meter)等；还是触觉上的质地仪(texturemeter)或黏度计等等。相信都有人在探讨。
虽然在嗅觉、味觉等不同感官系统中，利用仪器分析的结果来代表感官分析的结果有各种不同的讨论点，但综合来说，我们可以归纳出七个主要的原则：
1.感官特性与仪器测试的指标往往并非单一对应，因为两者间的产生机制并不完全相同。例如消费者使用的Q度无法与任一质地仪指标单独对应。
2.两者作用的范围不同，仪器测试主要为固定条件或固定变数下测量，但感官系统的感受过程是动态的。例如质地仪施力与口腔牙齿施力范围不同。
3.两者的侦测性质不同。例如酸硷度计侦测氢离子，味蕾同时侦测氢离子及阴离子。
4.两者的有反应的活性机制不同。GC或电子鼻侦测到的化合物可能气味活性极低甚至无气味活性。
5.两者会有体温效应的差异。口腔中有体温效应。
6.两者会有唾液效应的差异。口腔中有唾液效应。
7.仪器分析在统计上为直线解释模式，但感官分析在统计上为非直线解释模式。
我们举个实际案例来看，以使用盐度计来讲，市面上的盐度计主要机制是以海水导电度做为基准，量度出来的市面上清酱油的盐度是6.1，蚝油是9.4、酱油膏是13，而鱼露是21。请问，我们品尝这些产品时，所感受到的咸味程度或简称咸度是否也依此排序？答案显而易见。
从上述七个差异的原则来说，感官分析与仪器分析实际上有很大的差异，那麽仪器真的比人客观、比人敏感、比人稳定吗？
我们在此分述于下：
1.客观性：
仪器被认为因为没有情绪、没有生理变化、没有个人差异，因此比较客观。我们先从感官分析採用人做为工具的角度出发，感官分析与专家评鑑、官能检查及消费者意见调查等相比来看，感官分析本身从取样(样品及人)、实验设计、测试操作到数据统计分析的每一步骤都是以科学概念严格控制，就是在消除主观因素，因此应用感官科学支持的感官分析工具所取得的数据是客观可代表族群反应的，ISO国际规范将之建立成多项感官分析标准，就是承认其科学性与客观性。这也更证明感官分析工具採用人做为工具时，人类的生心理因素，需要专业的执行人员进行操作上的调控，也是这个工具必须纳入考量的重要因素，所以整个概念是透过一连串科学客观程序收集出人类主观的反应，必竟，产品最后是要卖给人类，并非卖给仪器。
2.稳定性：
同样上述理由，人被认为不稳定，这裡所谓的稳定指的是不同天(或时间点)测试时的稳定程度而言，但感官分析中的两大类评价员，各有方法去除不稳定的因子，在训练型评价员方面，原本其筛选与训练的程序中，就非常强调稳定性的评估；而在消费者型方面，则以扩大样本数的方式，把不稳定的变异量放进统计中考量，所以不论是那类型的感官分析方式，都已将稳定性纳进整体考量当中，并不是一个忽略稳定性的工具。
3.敏感性：
这个议题也很有趣，仪器分析者不断强调仪器比人敏感，甚至相似的仪器(如不同品牌的电子鼻/电子舌)开发者还会彼此比较谁的晶片更敏感，但如果我们目前讨论的重点在感官品质的量测，而非食品安全的把关的话，这样的论点就有很大争议了，我们分为两个角度来看： 1).就仪器是否一定比人敏感角度来说，我们应该可以研究中已证明很多仪器侦测不到(或所谓浓度不足)的化合物，人是比较敏感的，因此仪器一定比人敏感的论点并不成立。 2).从敏感的意义角度来看，我们常回应强调仪器分析更敏感的人一句话，「那又如何？」，想想看，我们讨论感官品质的最终目的为何，是要让消费者(人)感受到正向感官特性及「不」感受到负向感官特性，如果你可以侦测到人感受不到的，请问意义在那裡？我们从企业实务的角度而言，为何要在意人类感受不到的化合物呢？除非这样化合物有安全疑虑，那就与感官品质无关了。
因此，我们会结论[至目前为止，即使是电子鼻或电子舌等先进仪器，仍无法直接取代人类的感官反应，无论是在外观、气味、风味、质地及馀后感(味)等五大类感官品质方面]。

仪器分析能代表感官分析的关键成功因素
当然，我们在此并非全盘否认仪器分析的功能，否则，我们也不必在此探讨感官分析与仪器分析的关係了，但我们希望指出，任何思考出发点应该以希望解决的问题的目的为重点。在企业组织的活动当中，并非全部靠感官分析工具来解决问题，包括品管的例行性检验工作或研发的预测工作中，当在建立了仪器分析与感官分析的结果的相关性后，仪器的使用仍然帮助很大，只是在确认採用的仪器指标前，应该要用相关性研究去确认採用指标与感官特性(品质)的高相关性，否则在低相关性的情况下，届时用仪器指标所做的决定就很危险了。
在很多的研究论文中，无法获得仪器分析与感官分析的良好相关性，那是为什麽呢？
首先，最常忽略的就是两者比较的条件是否一致的问题，通常只顾着测量大量的仪测指标，但未思考人类真正感受的刺激是什麽，以及人类是如何去感受的，两者的机制是否趋近，虽然先天上两者之间有前节中说明的差异存在，但许多条件是可以控制的，应该尽量缩小上述差异的存在，例如在仪器测试时，可以控制样品的温度与感官测试者相同，又如测试牛肉质地时，两者测试的牛肉块大小应一致，再如两者测试是否在同一阶段进行，是否先进行感官测试再进行仪器测试(或反之)，而储存状态是否为影响变数，再如气味分析时，其取样是否为嗅闻时的条件，甚至颜色测试时，两者使用的光源是否相同等等，都是常常忽略掉而又值得我们在执行时仔细思考的地方。
第二，常被忽略的问题为採用了不适切的感官测试，例如以非训练型评价员进行强度分析的工作，或以非比例性质的感官数据与仪器数据进行迴归，又如以较少的评价员人数进行感官测试，或在未控制的品评环境执行等等，以不适切的感官测试执行，自然无法预期获得有效及可信的数据来进行相关比较。
第三，会发生的是忽略了感官特性的複杂性，我们以前介绍过，感官特性如外观、气味、风味、质地、口感等皆是集合名词，而非单一名词，这也提过的非单一对应问题的一部份，如果相互指定对应的指标并非真正对应，那自然相关性就不会高了。
第四，是两者间取样有误差，例如一瓶果汁前半部取出进行品评，有沉淀的底部进行仪器测试，又如，一块牛肉分切时，一边有筋膜，一边没有筋膜。其实大家都理解取样的重要性，只是忽略掉罢了。
最后是仪器往往较感官系统过于敏感，因此对于一些食品的不均一性较敏感，如黏度测定时，样品中若有小气泡对黏度计读值的影响远大于对感官黏度的影响，或者颜色测定时，样品表面的小凹洞对色差仪读值的影响亦大于对人类视觉的影响。
上述五点为专家们在历来相关性研究中观察到的一些较常发生的通病，提供给大家参考，并纳入执行时的考虑重点。
从企业实务的角度而言，我们再回到电子鼻/电子舌的议题，在企业功能实务应用上，仪器指标(图谱)的量测可以应用在品管功能上。在建立理想产品，或称标的产品的图谱后，将欲测取样的图谱与理想/标的图谱比对后即可决定品管通过或不通过，但也必须先利用执行正确的感官分析程序决定理想产品或称标的产品的容许范围，也就是我们品管所说的上下限。企业可将电子鼻、电子舌应用于像生乳品管验收或是农产品原料上，像这些产品，当下不适宜以人去品尝，就必须蒐集终产品与原料特徵特性的关联性，建立适切的图谱再利用仪器检测。如果觉得不好用，多半是因为方法建立时，未注意变数蒐集的问题，即遍后端有高级的硬体与软体，终究只会产生garbage in garbage out 的结果。至于在研发功能上，因为电子鼻/电子舌无法指出特定的感官特性，在找寻研发方向上，很难提供帮助，能应用的空间非常有限，但如果企业愿意投入资源，建立自己专属的感官特性与开发资料库加上仪器的协助，也不是没有机会应用，只是企业可以评估各种不同方式的投入建立开发资料库的成本效益与产品的生命週期是否能够平衡。

以仪器结果代表感官分析的工作8要素
至于感官分析与仪器分析的关係模式如何来建立呢？我们彙整重点要素如下：
1.善用多变量统计模式(如PCA或SMR)取代传统单变量回归模式。
2.气味类研究可善用气相层析嗅闻系统(GC-sniffing或GC-olfactometer)。
3.在进行比较时，注重感官系统机制，让仪器分析尽量配合感官系统的要求，模拟食品与人类感官系统互动的过程，例如气相层析分析前的取样是否以上部空隙(headspace)取代溶剂萃取即为配合此一趋势的想法。
4.执行感官测试时，採取适切的感官测试方法，例如採用比例估计法以及避免非实验目的之其他因子的影响。
5.两者指标的定义要明确，且执行步骤(因素或条件)明确(应相同)，两者应用范围应一致，并以实际发生为主。
6.在相关性的结论上必须注重统计概念，尤其是显着性的结论。
7.採用多重相关研究设计，不论是採用多项仪测指标或不同仪器测试。
8.最后从降低相关性的鸿沟方面考量，建议先以训练型评价员数据与仪器分析数据进行相关性探讨后，再以训练型品评数据与消费者型品评数据进行相关性探讨。
在企业实务应用上，如果仪器要能突破目前应用频率或应用准确率，首要工作是必须利用感官分析工具建立data base(资料库)，而这个data base并非通用型的资料库，以咖啡萃取液为例，不同咖啡豆来源、不同季节、不同比例与不同製程都是变数，加上各家咖啡饮料的配方、製程条件及包装的变数，那影响产品咖啡风味的data base只有各家自己有，无法套用，只是目前碰到这个建立data base的工作要由仪器商还是产品品牌商(仪器使用者)来进行的困境，必竟建立data base须要先投入人力/物力或成本去建立。

感官分析服务