條斑紫菜與壇紫菜揮發(fā)性風味的電子鼻分析*

胡傳明，王丹青，王錫昌**，周　偉，吳　娜，陸勤勤，姜　波，鄧銀銀

(1.上海海洋大學食品學院，上?！?01306；2.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇南通　226007；3.江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用平臺，江蘇南京　210014；4.常熟理工學院，江蘇常熟　215500)

條斑紫菜與壇紫菜揮發(fā)性風味的電子鼻分析*

胡傳明1,2,3，王丹青1，王錫昌1**，周偉2，吳娜1，陸勤勤2，姜波4，鄧銀銀2

(1.上海海洋大學食品學院，上海201306；2.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇南通226007；3.江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用平臺，江蘇南京210014；4.常熟理工學院，江蘇常熟215500)

摘要:【目的】利用電子鼻技術(shù)區(qū)分條斑紫菜(Pyropia yezoensis)與壇紫菜(Pyropia haitanensis)的原藻及其制品?！痉椒ā繎?yīng)用18個金屬氧化型氣體傳感器并通過風味雷達圖和主成分分析法對2種紫菜的揮發(fā)性風味進行輪廓性分析。【結(jié)果】兩種方法分析原藻及其制品均顯示條斑紫菜和壇紫菜的氣味輪廓與敏感物質(zhì)類型存在差異；相比紫菜原藻，各制品間的氣味輪廓較為一致?！窘Y(jié)論】電子鼻技術(shù)可以區(qū)分條斑紫菜與壇紫菜揮發(fā)性風味，原藻及其制品均有明顯差異。加工過程使得產(chǎn)品揮發(fā)性風味趨于統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：電子鼻紫菜揮發(fā)性風味

0引言

【研究意義】條斑紫菜(Pyropia yezoensis)與壇紫菜(Pyropia haitanensis)是我國重要的經(jīng)濟海藻，其中條斑紫菜主產(chǎn)區(qū)位于長江以北，壇紫菜主產(chǎn)區(qū)位于長江以南。2014年我國紫菜栽培總面積為6.41×104hm2，其中條斑紫菜栽培面積為3.93×104hm2，壇紫菜為2.49×104hm2；2014年紫菜總產(chǎn)量達11.41×104t，其中條斑紫菜年產(chǎn)量達2.77×104t，壇紫菜年產(chǎn)量約8.65×104t(文獻[1])。紫菜是風味獨特的海洋食品，兩種紫菜產(chǎn)品分類有較大差異，條斑紫菜產(chǎn)品以烤紫菜和調(diào)味紫菜為主，壇紫菜主要的商品形式是用作湯料的圓餅紫菜。近年來，紫菜產(chǎn)品品類日趨豐富，有加料脆片、醬料、面食等，產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象日趨嚴重。所以從風味角度研究區(qū)分兩種紫菜對紫菜食品加工業(yè)有著重要的意義。【前人研究進展】食品揮發(fā)性風味具有組成復雜、不穩(wěn)定、物質(zhì)含量極少但品質(zhì)貢獻極大及分子結(jié)構(gòu)缺乏普遍規(guī)律性等特點。揮發(fā)性風味的經(jīng)典研究方法是通過嗅覺感官評定[2]，單純感官分析具有快速靈活、簡便易行、成本低等特點，但難于精確定量及排除外界干擾。隨著風味提取技術(shù)的進步，溶劑、水蒸氣、超臨界等抽提技術(shù)[3]與熱解析技術(shù)[4]、頂空進樣技術(shù)[5]已被廣泛應(yīng)用于食品風味分析。頂空技術(shù)分為靜態(tài)頂空與動態(tài)頂空，控溫范圍廣，補集的揮發(fā)性氣味能夠較大還原食品風味。結(jié)合上述提取技術(shù),氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)技術(shù)可以對揮發(fā)性物質(zhì)進行定性定量，但短于復雜的整體性氣味輪廓分析。電子鼻技術(shù)結(jié)合頂空進樣技術(shù)，可快速描繪揮發(fā)性風味的整體輪廓，推動食品香味的整體特征、食品真?zhèn)舞b定、產(chǎn)地判別、品質(zhì)評定、工藝優(yōu)化等多方面研究進展[6-8]。紫菜的揮發(fā)性風味研究主要集中在中、日、韓3個藻類主產(chǎn)國[9-23]。揮發(fā)性物質(zhì)中包含烴、醇、醛、酮、酯，以及鹵化物與硫化物等多種物質(zhì)[12-13,18-21,23]。二甲基硫作為揮發(fā)性風味的主要貢獻者用于研究紫菜采收期[21-23]和貨架期[13,17,21]等的風味變化，固相微萃取(SPME)技術(shù)的應(yīng)用表明兩種紫菜原藻中8-十七烯含量最大[20-21]，醛、酮類含量也較為顯著，且條斑紫菜大于壇紫菜[20]。但缺乏對兩種紫菜產(chǎn)品的揮發(fā)性風味比較分析?！颈狙芯壳腥朦c】本研究利用多傳感器的電子鼻技術(shù)對紫菜揮發(fā)性風味輪廓進行分析，研究兩種紫菜原藻及其制品的風味整體差異與加工對風味的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以原藻及其制品為原料，應(yīng)用配置金屬氧化氣體傳感器的電子鼻技術(shù)結(jié)合主成分分析方法，研究比較條斑紫菜與壇紫菜的揮發(fā)性風味差別，以及原藻及其制品之間的氣味變化。

1材料與方法

1.1樣品采集與處理

樣品共分為6組，其中條斑紫菜與壇紫菜原藻樣均取自江蘇東沙海區(qū)，壇紫菜制品-Ⅰ取自江蘇海安縣蘭波實業(yè)有限公司，條斑紫菜制品與壇紫菜制品-Ⅱ均取自江蘇南通瑞雪海洋食品有限公司，取樣日期與紫菜原藻產(chǎn)地見表1。條斑紫菜制品為烤制品，未加調(diào)料與添加劑，長方形，規(guī)格為19.5 cm×21.5 cm，厚0.5 mm，壇紫菜制品-Ⅰ為烘干制品，圓形，直徑為20.5 cm，厚5 mm，壇紫菜制品-Ⅱ為烘干制品，長方形，規(guī)格為19.5 cm×21.5 cm，厚1.5 mm。

采收的原藻經(jīng)海水清洗后陰干。稱取粉碎到5目尺寸以下的6種試樣0.20 g，裝入10 mL頂空進樣瓶內(nèi)。每種樣品各有6個平行試樣。

1.2儀器

Fox 4000型電子鼻，法國Alpha MOS公司，配置18個金屬氧化型氣味傳感器(表2)；10 mL頂空進樣瓶,上海安譜科學儀器有限公司；SW-CJ-1CU雙人單面超凈工作臺，上海松泰凈化科技有限公司。

1.3電子鼻實驗參數(shù)

將進樣瓶于37℃平衡2 min后，以潔凈干燥空氣為載氣，流速150 mL/min，進樣體積2 500 μL，1 s進樣完畢，注射針溫度65℃，數(shù)據(jù)采集時間120 s，傳感器清洗時間10 min。每組樣品6個平行試樣。

表1取樣日期與紫菜原藻產(chǎn)地

Table 1Sampling date and cultivated areas of the laver stock

樣品Sample日期Date 產(chǎn)地Locations條斑紫菜原藻Pyropiayezoensisstock20160113江蘇東沙Dongshasandbanks,Jiangsu條斑紫菜制品ⅠPyropiayezoensisⅠ20160314江蘇東沙Dongshasandbanks,Jiangsu條斑紫菜制品ⅡPyropiayezoensisⅡ20160314江蘇東沙Dongshasandbanks,Jiangsu壇紫菜原藻Pyropiahaitanensisstock20151230江蘇東沙Dongshasandbanks,Jiangsu壇紫菜制品ⅠPyropiahaitanensisⅠ20160222江蘇東沙Dongshasandbanks,Jiangsu壇紫菜制品ⅡPyropiahaitanensisⅡ20160317福建漳州Zhangzhou,Fujian

表2傳感器類型、陣列及其對應(yīng)的敏感化合物類型

Table 2Type,matrix set and sensitive compounds of sensors

類型Type陣列與序號Set&No.名稱Name敏感化合物類型TypeofsensitivecompoundsLYCL21LY2/LG氯、氟、一氧化氮、臭氧Chlorine,fluorine,nitrogenoxide,ozoneCL22LY2/G氨、胺類化合物、一氧化碳Ammonia,amines,carbonmonoxideCL23LY2/AA乙醇AlcoholCL24LY2/GH氨、胺類化合物Ammonia,aminesCL25LY2/gCTL硫化氫HydrogensulfideCL26LY2/gCT丙烷、丁烷Propane,butanePA2P10/1烴類、甲烷Hydrocarbons,methaneA3P10/2甲烷MethaneA4P40/1氟FluorineA6PA/2乙醇、氨、胺類化合物Alcohol,ammonia,aminesB1P30/1烴類、有機化合物Hydrocarbons,organiccompoundsB2P40/2氯ChlorineB3P30/2乙醇AlcoholTA1T30/1有機化合物OrganiccompoundsA5T70/2芳香族化合物(甲苯、二甲苯等)Aromaticcompounds(toluene,xylene,etc.)B4T40/2氯ChlorineB5T40/1氟FluorineB6TA/2乙醇Alcohol

1.4數(shù)據(jù)處理

取18個金屬氧化物氣體傳感器的原始響應(yīng)信號峰值(波峰或波谷值)為Rt，以空載電阻值為R0，|R0-Rt|為ΔR，對電子鼻原始響應(yīng)信號進行ΔR/R0的數(shù)據(jù)標準化處理，消除不同傳感器電阻值的量綱差異。構(gòu)建標準化數(shù)據(jù)矩陣后應(yīng)用Excel 2016版做雷達圖，并應(yīng)用SPSS 22版對已經(jīng)進行標準化處理的18個電子鼻傳感器響應(yīng)值進行主成分分析，通過數(shù)據(jù)降維，提取到反映整體原始信息的18個主成分。

2結(jié)果與分析

2.1響應(yīng)值雷達圖

為了消除干擾因素，本研究的樣品均為片狀，質(zhì)量相等，分析條件相同。在電子鼻定性分析過程中，為了突出樣品間的差異，傳感器信號的標準化值設(shè)在±(0.3～0.8)較為合適。由圖1可知，6種樣品中除了LY2/gCT的標準化值均位于0附近以外，其他傳感器的標準化值主要落在±(0.3～0.8)，說明電子鼻檢測條件合適。壇紫菜的3組樣品與條斑紫菜的3組樣品的雷達圖有明顯區(qū)別。LY2/LG、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2、T30/1共7個傳感器對3組條斑紫菜樣品的標準化響應(yīng)值明顯大于壇紫菜樣品，這7個傳感器包括1個LY型、4個P型和2個T型，敏感物質(zhì)類型包括鹵化物、氨、胺類化合物、芳香族化合物和有機揮發(fā)物等。LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL共4個LY型傳感器對條斑紫菜樣品的標準化響應(yīng)值小于壇紫菜樣品。這4個傳感器的敏感物質(zhì)類型包括硫化物、氨、胺類化合物和弱極性有機揮發(fā)物。另外，TA/2、T40/1、T40/2、P10/1、P10/2、P40/1共6個P型和T型傳感器對2種紫菜試樣的響應(yīng)差異較小，這6個傳感器的敏感物質(zhì)類型主要為烴類與鹵化物。

圖1條斑紫菜與壇紫菜氣味的電子鼻標準化響應(yīng)值雷達圖

Fig.1The Radar chart of standardized data from odors of Pyropia yezoensis and Pyropia haitanensis using electronic nose

比較條斑紫菜樣品的雷達圖，T40/2、P40/2對3組條斑紫菜樣品的響應(yīng)值差異不明顯，其敏感物質(zhì)類型均為氯化物。LY2/LG、T30/1、T70/2、PA/2、P30/1、P30/2共6個傳感器對條斑紫菜制品的標準化響應(yīng)值大于原藻。這與上述條斑紫菜標準化響應(yīng)值明顯大于壇紫菜的6個傳感器重合。TA/2、T40/1、P10/1、P10/2、P40/1共5個敏感物質(zhì)類型主要為烴類和鹵化物的傳感器，其對條斑紫菜原藻的響應(yīng)值大于其他5組試樣。壇紫菜3組樣品的雷達圖幾乎重疊，僅TA/2、T40/1、P40/1、P10/2共4個傳感器對壇紫菜原藻的標準化響應(yīng)值大于制品。

2.2主成分分析

由表3可知，第一主成分(PC-1)的方差貢獻率達到73.99%，第二主成分(PC-2)的方差貢獻率達到24.83%，兩者的總方差貢獻率達98.82%，即表示前2個主成分的信息反映了原始信息的98.82%。

表3指標特征值與貢獻率

Table 3The index characteristic values and the variances contribution rate

主成分Principlecomponent特征值Eigenvalue方差貢獻率Percentageofvariance(%)累計貢獻率Percentageofcumulative(%)113.3273.9973.9924.4724.8398.8230.080.4499.2640.060.3299.58…………181.19e-56.60e-5100.00

根據(jù)累計貢獻率大于85%的原則提取PC-1與PC-2，由表4可以看出，PC-1對PA/2、T30/1、LY2/gCT、P30/1、LY2/GH、T70/2、LY2/AA、LY2/G、P30/2、LY2/gCTL、P40/2、T40/2、LY2/LG共13個傳感器有較大的絕對值載荷，其中LY2/gCT、LY2/GH、LY2/AA、LY2/G、LY2/gCTL共5個傳感器響應(yīng)值對PC-1呈負相關(guān)。PC-2對P10/2、P40/1、TA/2、T40/1共4個傳感器有較大的絕對值載荷。

將PC-1與PC-2在各樣品上的因子得分做聚類圖(圖2)，條斑紫菜與壇紫菜原藻明顯分為2類。兩者在PC-1與PC-2上均有較大差別，前者只有一個試樣在PC-2與后者平行。條斑紫菜原藻位于右上部，壇紫菜原藻位于左上部。且條斑紫菜原藻各樣品間差異較大，壇紫菜原藻差異較小，這可能與藻體細胞學特征有關(guān)。

條斑紫菜兩種制品間有部分重疊，條斑紫菜制品-Ⅰ位于制品-Ⅱ左上部，且兩者與原藻在PC-1上平行，差異主要在PC-2，制品位于下方。壇紫菜兩種制品也出現(xiàn)部分重疊，壇紫菜制品-Ⅰ位于制品-Ⅱ左下，兩種壇紫菜制品與原藻差異也主要在PC-2，且位于原藻下方。條斑紫菜制品各樣品存在較大差異，但小于原藻，壇紫菜制品-Ⅱ各樣品間差異比原藻小，壇紫菜制品-Ⅰ各樣品間差異較制品-Ⅱ稍大。說明加工過程使得紫菜原藻的揮發(fā)性風味發(fā)生了較大變化，造成PC-2的因子得分降低，加工制品比原藻風味趨于統(tǒng)一。

如圖2所示，條斑紫菜制品與壇紫菜制品在PC-2上基本處于平行位置。在方差貢獻率為73.99%的PC-1上差異較大，說明兩種制品風味差異明顯。由于壇紫菜制品位于負軸，根據(jù)表4，LY2/gCT、LY2/GH、LY2/AA、LY2/G、LY2/gCTL共5個LY型傳感器與PC-1呈負相關(guān)，并結(jié)合圖1，說明壇紫菜制品對LY2/GH、LY2/AA、LY2/G、LY2/gCTL共4個傳感器較為敏感。表明壇紫菜制品的氣味特征可能在硫化物、氨、胺類化合物和弱極性有機揮發(fā)物上有別于條斑紫菜制品。

表4提取的主成分對于各傳感器的載荷情況

Table 4The loading of principle components on sensors

序號No.傳感器Sensor因子載荷FactorloadingPC1PC2序號No.傳感器Sensor因子載荷FactorloadingPC1PC21PA/20.999*-0.00710LY2/gCTL-0.979*0.1882T30/10.997*-0.04311P40/20.978*0.1093LY2/gCT-0.996*0.01712T40/20.946*0.2774P30/10.996*-0.01013LY2/LG0.929*-0.2985LY2/GH-0.995*0.08914P10/2-0.0080.990**6T70/20.994*-0.10215P40/10.1200.988**7LY2/AA-0.993*0.10916TA/2-0.3590.931**8LY2/G-0.992*0.11217T40/1-0.3730.918**9P30/20.990*-0.13218P10/10.6260.774

注：*表示在PC-1上載荷較大；**表示在PC-2上載荷較大

Note:*more loading on PC-1;**more loading on PC-2

圖2條斑紫菜與壇紫菜氣味主成分分析

Fig.2PCA chart of odors derived from Pyropia yezoensis and Pyropia haitanensis

3討論

應(yīng)用電子鼻技術(shù)，從原藻與工業(yè)制品兩個角度均可以有效區(qū)分條斑紫菜與壇紫菜的揮發(fā)性風味。為了消除產(chǎn)地因素的干擾，條斑紫菜與壇紫菜原藻樣均取自同一海區(qū)，采用相同前處理方式。從敏感物質(zhì)類型角度分析，條斑紫菜原藻對有機鹵化物和芳香族類物質(zhì)更為敏感。有機鹵化物經(jīng)常與污染物聯(lián)系起來，同時在自然界廣泛存在[24]，一般具有較低的氣味活化值，如2,4,6-三氯苯甲醚的閾值達到0.002 μg/L(文獻[25])。二鹵代苯酚在海藻中廣泛存在，也具有較低的閾值，且刺激性強[26]，如2,6-二溴苯酚是澳大利亞對蝦中類碘酊氣味的主要貢獻物質(zhì)，其閾值比前者更低[27]。壇紫菜原藻則對硫化物較為敏感。海洋生物硫化物中多甲基硫占有較大比重，二甲基硫最早是1935年在紅藻門多管藻Polysiphonia fastigiata和Polysiphonia nigrescens中被發(fā)現(xiàn)[28]，后被日本學者作為紫菜中的特征揮發(fā)物[10,17]，研究表明，多種海藻含有二甲基硫、三甲基硫等氣味閾值較低的硫化物[29]。應(yīng)用PDMS/DVB萃取頭的SPME-GC/MS技術(shù)對兩種紫菜原藻的揮發(fā)物分析發(fā)現(xiàn)，條斑紫菜中醛與酮的相對量值高于壇紫菜，揮發(fā)物組分上同樣差異明顯[20]。較大差異的揮發(fā)性風味也是兩種紫菜食用品類不同的原因之一。

對條斑紫菜與壇紫菜不同采收期的揮發(fā)性風味分析表明，條斑紫菜中醛和酮對前期的風味貢獻較大，中期為醇和酯，后期為烴類[23]。壇紫菜的一水和二水揮發(fā)性成分變化較小，質(zhì)量較穩(wěn)定，三水和四水的壇紫菜其揮發(fā)性變化較大，應(yīng)用電子鼻技術(shù)可以區(qū)分[21]。本研究條斑紫菜制品采用相同工藝，未加入添加劑與調(diào)料，原藻取自不同的采收時期，但其制品揮發(fā)性風味輪廓較為接近，沒有完全分開。說明加工過程改變了條斑紫菜原藻的揮發(fā)性風味，使得風味趨于統(tǒng)一，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。對同一生產(chǎn)年度的日本條斑紫菜的干制品中二甲基硫、硫化氫與甲硫醇含量的分析表明，不同海區(qū)條斑紫菜的二甲基硫含量差異較為明顯[11]。本研究兩種壇紫菜同工藝生產(chǎn)制品的原藻同樣取自不同海區(qū)，但兩種制品的揮發(fā)性風味比較相似，本實驗也沒有完全區(qū)分，同樣說明加工過程使得商品風味更為一致。

主成分分析法是通過降低多組相互交叉變量的維度而盡可能還原原始信息的一種統(tǒng)計方法。Fox 4000型電子鼻是采用18個傳感器組成的傳感器陣列，對不同氣體具有廣譜響應(yīng)性與交叉敏感性?；趥鞲衅鞯倪@種特性，適用主成分分析法，通過對響應(yīng)值的歸納、整理，得到少量正交的綜合指標，盡可能還原原始數(shù)據(jù)包含的信息，從而客觀分析樣品間的差異。電子鼻技術(shù)雖可在一定程度上模擬鼻子的識別氣味方式，但與感官感受仍有一定距離，本研究采用的電子鼻應(yīng)用范圍廣，響應(yīng)速度快，其傳感器適用于多個領(lǐng)域，但在氣味模擬上反映的是樣本的總體信息，而不是定性或定量的結(jié)果，因此該技術(shù)融合感官分析、質(zhì)量分析等手段將更好地推動紫菜食品風味研究。

4結(jié)論

本研究采用的電子鼻技術(shù)可以區(qū)分條斑紫菜與壇紫菜揮發(fā)性風味，兩種紫菜在原藻及其制品上均有明顯差異。加工工藝造成紫菜原藻揮發(fā)性風味發(fā)生顯著變化，兩種紫菜的加工制品風味趨于統(tǒng)一。

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(責任編輯：陸雁)

Odors Analysis of Pyropia yezoensis and Pyropia haitanensis by Electronic Nose

HU Chuanming1,2,3，WANG Danqing1，WANG Xichang1，ZHOU Wei2，WU Na1，LU Qinqin2，JIANG Bo4，Deng Yinyin2

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai,201306,China;2.Jiangsu Marine Fisheries Research Institute,Nantong,Jiangsu,226007,China;3.Jiangsu Provincial Platform for Conservation and Utilization of Agricultural Germplasm,Nanjing,Jiangsu,210014,China;4.Changshu Institute of Technology,Changshu,Jiangsu,215500,China)

Abstract:【Objective】The odors differences of Pyropia yezoensis and Pyropia haitanensis on stock and products were analyzed using electronic nose.【Methods】The odors outlines of 2 lavers were evaluated by 18 metal-oxide sensors using the volatile radar chart and principal component analysis.【Results】The odors outlines and the types of sensitive compounds of Pyropia yezoensis and Pyropia haitanensis were different between stock and products,which were identified by 2 analytical methods,and the odors outline of products was more uniform than that of stock.【Conclusion】The difference of volatile flavor derived from the stock and products of Pyropia yezoensis and Pyropia haitanensis could be obviously distinguished by electronic nose technology.The processing resulted in the unification of the volatile flavor of laver products.

Key words:electronic nose，Pyropia，odors

收稿日期：2016-04-05

作者簡介：胡傳明(1980-)，男，助理研究員，主要從事海藻育種與理化分析工作。 **通訊作者：王錫昌(1964-)，男，教授，博士生導師，主要從事食品風味方面研究，E-mail:xcwang@shou.edu.cn。

中圖分類號：TS254.1

文獻標識碼：A

文章編號：1005-9164(2016)02-0138-06

*南通市科技計劃項目(MS12015068)，國家自然科學基金面上項目(31272664)，江蘇省自然科學基金項目(BK20140439)，江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目(CX(14)2081)和江蘇省水產(chǎn)三新工程重大項目(D2015-18)資助。

廣西科學Guangxi Sciences 2016,23(2):138～143

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-05-11

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160511.1022.008.html