氣相色譜-質(zhì)譜和電子鼻聯(lián)用對(duì)琚灣酸漿面漿水風(fēng)味品質(zhì)的研究

望詩(shī)琪，王強(qiáng)，楊成聰，羅晶晶，馬磊，郭壯，*

（1.湖北文理學(xué)院食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽(yáng)441053；2.棗陽(yáng)市食品藥品監(jiān)督管理局，湖北棗陽(yáng)441021）

作為中國(guó)地理標(biāo)識(shí)產(chǎn)品和湖北省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的琚灣酸漿面，漿水對(duì)其風(fēng)味形成具有決定性的作用[1]。琚灣酸漿面的漿水制作較為簡(jiǎn)單，其主要步驟是將芹菜等質(zhì)地較硬的新鮮蔬菜熱燙后倒入裝有老漿水為引子的發(fā)酵缸中，加入一定量糊化冷卻的面湯，借助老漿水和蔬菜表面的乳酸菌等多種微生物發(fā)酵而成[2]。漿水營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，含有較多的有機(jī)酸且香味怡人，具有解渴開(kāi)胃和提神洗腦的功效[3－4]，除在湖北地區(qū)琚灣酸漿面中使用外，在甘肅和陜南一帶亦有著廣泛的食用人群。漿水風(fēng)味的形成與氣候、地域、制作工藝和發(fā)酵菌種等因素有關(guān)[5]。近年來(lái)，研究人員對(duì)于漿水的研究主要集中在制備工藝[6]、綜合利用[7]、微生物多樣性研究[8－9]和漿水接種發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽動(dòng)態(tài)變化等方面[10]，而對(duì)于漿水中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成研究的較少。

電子鼻和氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography－mass spectrometer，GC－MS） 技術(shù)在食品風(fēng)味品質(zhì)評(píng)價(jià)方面有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)模仿人類嗅覺(jué)系統(tǒng)，電子鼻的10個(gè)金屬傳感器陣列可對(duì)不同敏感類型的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，在蔬菜新鮮度檢測(cè)[11]、食品發(fā)酵[12]及肉類品質(zhì)鑒定[13]中有著廣泛的應(yīng)用，具有結(jié)果受主觀因素影響小和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)；GC－MC技術(shù)可同時(shí)對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性和定量研究，在葡萄酒[14]、茶葉[15]和肉類[16]等食品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究中有著廣泛的應(yīng)用。

琚灣酸漿面制作使用的漿水多以小面館自家生產(chǎn)為主，因使用原料、加工工藝和制作環(huán)境的不同導(dǎo)致其風(fēng)味可能存在較大差異[17]。本研究采用電子鼻和GC－MC聯(lián)用技術(shù)對(duì)采集到的39個(gè)琚灣酸漿面漿水風(fēng)味進(jìn)行了評(píng)價(jià)，解析了漿水中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和相對(duì)含量，同時(shí)結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法以漿水風(fēng)味為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)樣品進(jìn)行了聚類，并對(duì)隸屬于不同聚類樣品間揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異性進(jìn)行了甄別，通過(guò)本研究的實(shí)施以期為后續(xù)漿水風(fēng)味品質(zhì)改善和琚灣酸漿面的產(chǎn)業(yè)化提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品采集：從湖北省棗陽(yáng)市琚灣鎮(zhèn)、七方鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)和市區(qū)各酸漿面面館采集39個(gè)漿水樣品，樣品采集后裝入樣品瓶，并置于含有冰袋的采樣箱中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。氯化鈉：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

PEN3電子鼻 [配有W1C（對(duì)芳香類物質(zhì)靈敏）、W1S（對(duì)甲烷靈敏）、W1W（對(duì)有機(jī)硫化物、萜類物質(zhì)靈敏）、W2S（對(duì)乙醇靈敏）、W2W（對(duì)有機(jī)硫化物靈敏）、W3C（對(duì)氨氣、芳香類物質(zhì)靈敏）、W3S（對(duì)烷烴類物質(zhì)靈敏）、W5C（對(duì)烷烴、芳香類物質(zhì)靈敏）、W5S（對(duì)氫氧化物靈敏）和W6S（對(duì)氫氣有選擇性）10個(gè)金屬氧化傳感器]：德國(guó)Airsense公司；GCMS－QP2020氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀（配有電子轟擊電離源EI）、SH－Rtx－Wax（30 m×2.25 mm×0.25 μm）色譜柱、HS－20頂空進(jìn)樣器：島津企業(yè)管理（中國(guó)）有限公司；3－18k離心機(jī)：德國(guó)SIGMA實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)股份有限公司；HH－2數(shù)顯恒溫水浴鍋：邦西儀器科技（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 基于GC－MS技術(shù)琚灣酸漿面漿水中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

1.2.1.1 樣品處理

取待測(cè)漿水樣品8 mL置于20 mL樣品瓶中，加入3 g氯化鈉溶解均勻，采用具有聚四氟乙烯的鋁帽封口，并在60℃攪拌預(yù)熱20min，平衡20min，進(jìn)樣量 1 μL，進(jìn)樣口解析6 min后直接進(jìn)入GC－MS分析[18]。

1.2.1.2 GC測(cè)定條件

SH－Rtx－Wax（30 m×2.25 mm×0.25 μm）色譜柱；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣；分流比為10∶1；載氣控制方式：線速度36.1 cm/s；載氣為高純氮?dú)猓ǎ?9.999 9%）和高純氦氣（＞99.999 9%）；進(jìn)樣口溫度200℃；柱溫程序：起始溫度35℃，保持5 min，以5℃/min上升到50℃，保持10 min，然后以6℃/min升到130℃，不保持，然后以10℃/min升到200℃，保持7 min。

1.2.1.3 MS測(cè)定條件

離子源：EI離子源；離子源溫度：250℃；連接口溫度：280℃；電子轟擊能量：70eV；檢測(cè)器電壓：相對(duì)于調(diào)諧結(jié)果 0.2 kV；m/z范圍：33.00 amu～450 amu；采集方式：Q3 Scan。

1.2.1.4 定性分析

保留指數(shù)定性；NIST14標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)定性。

1.2.1.5 定量分析

利用峰面積百分比對(duì)樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)含量進(jìn)行分析。

國(guó)際組織在推進(jìn)我國(guó)可持續(xù)城市建設(shè)中也起到了積極作用。全球環(huán)境基金于2014年啟動(dòng)了全球可持續(xù)城市綜合試點(diǎn)項(xiàng)目,中國(guó)有7個(gè)城市成為全球試點(diǎn)。我國(guó)還積極利用世界銀行、亞洲開(kāi)發(fā)銀行、歐洲投資銀行、國(guó)際農(nóng)發(fā)基金等金融組織貸款,支持建成涉及農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水土、能源、環(huán)境、城建、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域的一大批示范項(xiàng)目,有力推動(dòng)了城市的可持續(xù)發(fā)展。2015年7月,聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布《可持續(xù)城市與社區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則》,并在中國(guó)推動(dòng)試點(diǎn)區(qū)建設(shè)。

1.2.2 基于電子鼻技術(shù)琚灣酸漿面漿水中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

漿水10 000 r/min離心10 min后，上清液抽濾備用，取15 mL濾液稀釋3倍置于120 mL樣品瓶中，于60℃水浴鍋保溫30 min后，使用電子鼻對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定前金屬傳感器進(jìn)行95 s自動(dòng)清洗，樣品測(cè)試時(shí)間為60 s，每秒測(cè)定一個(gè)響應(yīng)值，取49、50 s和51 s的相應(yīng)值數(shù)據(jù)求平均后進(jìn)行后續(xù)分析。響應(yīng)值為金屬傳感器測(cè)定樣品時(shí)所產(chǎn)生的電阻值G和測(cè)定空氣時(shí)的電阻值G0的比值，響應(yīng)值與1的偏離程度越大，則表明與之相對(duì)應(yīng)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)濃度越大[19-20]。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）聚類、主成分分析法（principal component analysis，PCA）和典范對(duì)應(yīng)分析法（canonical correspondence analysis，CCA）對(duì)琚灣酸漿面漿水風(fēng)味整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行差異性分析；采用冗余分析（redundancy analysis，RDA）和庫(kù)魯斯卡爾-沃利斯檢驗(yàn)法（Kruskal-Wallis test）對(duì)琚灣酸漿面漿水中關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行甄別。

除 RDA采用 Cannoco 4.5軟件（Microcomputer Power，NY，USA）分析外，其他分析均采用 Matlab 2010軟件（The MathWorks，Natick，MA，USA）分析；除熱圖由Matlab 2010b軟件繪制外，其他圖均使用origin 8.5軟件（OriginLab，MA，USA）繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 琚灣酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

本研究首先使用GC-MS對(duì)酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成進(jìn)行了解析，共檢測(cè)出159種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中醇類、酮類、烴類和酯類化合物分別有23種、14種、63種和23種，相對(duì)含量分別為45.07%、16.55%、9.86%和9.32%。由此可見(jiàn)，琚灣酸漿面漿水中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為醇類和酮類，其中平均相對(duì)含量高于5.0%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類及含量如圖1所示。

圖1 酸漿面漿水中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)強(qiáng)度Fig.1 The relative abundance of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples

由圖1可知，酸漿面漿水中相對(duì)含量在5.0%以上的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共有6種，分別為3-丁炔-1-醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮、桉葉油醇、丙醇、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺和醋酸乙酯，其平均含量分別為21.17%、15.60%、9.06%、6.81%、7.14%和4.77%。漿水的制作通常以前日剩下的漿水為引子，加入煮沸的面湯和蔬菜后冷卻，依靠引子中殘留的乳酸菌和環(huán)境中的微生物發(fā)酵而成。經(jīng)走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)餐飲店漿水的制作通常使用塑料缸或桶，長(zhǎng)時(shí)間熱水的浸泡可能使塑料中的物質(zhì)溶出，這可能是導(dǎo)致酸漿面漿水中3-丁炔-1-醇相對(duì)含量較高的主要原因。

2.2 酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味區(qū)分度分析

在使用電子鼻和GC-MS技術(shù)對(duì)39個(gè)琚灣酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，本研究采用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)其揮發(fā)性風(fēng)味區(qū)分度進(jìn)行了研究，基于電子鼻技術(shù)漿水樣品的UPGMA聚類分析如圖2所示。

圖2 基于聚類分析的酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.2 Cluster analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples

由圖2可知，基于電子鼻技術(shù)39個(gè)漿水樣品整體上可以劃分為3個(gè)聚類，其中隸屬于聚類III的樣品多達(dá)23個(gè)，占所有樣品數(shù)量的59%，而隸屬于聚類I和II的樣品僅有6個(gè)和10個(gè)。本研究進(jìn)一步基于GCMS技術(shù)對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，基于GC-MS技術(shù)漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的CCA如圖3所示。

圖3 基于CCA的酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.3 Canonical correspondence analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples

由圖3可知，在以電子鼻技術(shù)得到的分組結(jié)果為環(huán)境變量對(duì)酸漿面酸漿進(jìn)行空間排布時(shí)，39個(gè)樣品呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢(shì)，其中隸屬于聚類I的樣品主要集中在一、四象限、隸屬于聚類II的樣品主要集中在第三象限，而隸屬于聚類III的樣品主要集中在第二象限。由此可見(jiàn)，采用電子鼻和GC-MS技術(shù)分別對(duì)漿水樣品揮發(fā)性風(fēng)味進(jìn)行區(qū)分，所得到的結(jié)論是一致的。

2.3 酸漿面漿水關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的甄別

在對(duì)酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味區(qū)分度進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，以聚類Ⅰ、聚類Ⅱ和聚類Ⅲ為分組依據(jù)，采用RDA對(duì)酸漿面漿水關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了甄別，基于電子鼻技術(shù)的RDA雙序圖如圖4所示。

圖4 基于電子鼻技術(shù)的RDA雙序圖Fig.4 Biplot of the RDA based on electronic nose

由圖4可知，W2S、W3S、W5C、W6S、W3C 和 W1C傳感器檢測(cè)結(jié)果與RDA雙排序圖約束軸上的樣品賦值良好相關(guān)，其中 W3S、W5C、W6S、W3C 和 W1C 位于隸屬于聚類I的漿水樣品一側(cè)，而W2S則位于隸屬于聚類III中的漿水樣品一側(cè)，這說(shuō)明隸屬于聚類Ⅰ的漿水芳香類物質(zhì)和烷烴類物質(zhì)含量可能最高，而隸屬于聚類Ⅲ中的樣品乙醇含量可能最高。為了對(duì)這一結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，本研究進(jìn)一步對(duì)隸屬于不同聚類間樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了比較分析，結(jié)果如表1所示。

表1 基于電子鼻技術(shù)隸屬于不同聚類的漿水樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的比較分析Fig.1 The significance analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples belong to different clusters based on electronic nose

由表1可知，經(jīng)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除W3S和W6S外其他8個(gè)傳感器對(duì)隸屬于不同聚類漿水樣品的響應(yīng)值均存在顯著差異（P<0.05）。其中傳感器W1C、W3C和W5C對(duì)隸屬于聚類I樣品的響應(yīng)值顯著偏高，這進(jìn)一步證實(shí)了隸屬于聚類Ⅰ的漿水其芳香類物質(zhì)和烷烴類物質(zhì)含量最高，由于芳香類物質(zhì)和烷烴類物質(zhì)為漿水的特征性風(fēng)味物質(zhì)，由此可見(jiàn)隸屬于聚類I的漿水其風(fēng)味品質(zhì)最佳，而隸屬于聚類II的可能較差。

為了對(duì)電子鼻檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證且進(jìn)一步明確風(fēng)味物質(zhì)的種類，本研究采用GC-MS技術(shù)對(duì)39個(gè)漿水樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了定性和定量分析，隸屬于不同聚類漿水樣品揮發(fā)性成分的比較分析如圖5所示。

由圖5可知，醇類、酮類、烴類和酯類化合物為酸漿面漿水中的主要揮發(fā)性物質(zhì)，其在聚類I中的相對(duì)含量分別為49.11%、7.18%、7.86%和18.32%；在聚類II中的相對(duì)含量分別為43.18%、8.72%、8.86%和11.39%，在聚類III中相對(duì)含量分別為44.84%、22.40%、13.06%和6.22%。經(jīng)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隸屬于聚類I的樣品酸類和酯類化合物的相對(duì)含量顯著偏高（P<0.05），而酮類呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)（P<0.05）。值得一提的是，隸屬于不同聚類的酸漿面漿水醇類和烴類化合物相對(duì)含量差異不顯著（P>0.05）。由此可知，不同樣品間酸類、酮類和酯類化合物相對(duì)含量不同可能是引起酸漿面漿水風(fēng)味品質(zhì)存在差異的主要原因。酸漿面漿水中平均相對(duì)含量大于1.0%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)強(qiáng)度的熱圖如圖6所示。

圖5 基于GC-MS技術(shù)酸漿面漿水揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的比較分析Fig.5 Comparative analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples belong to different clusters

圖6 酸漿面漿水中平均相對(duì)含量大于1.0%揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)強(qiáng)度的熱圖Fig.6 Heat map of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples with the relative abundance more than 1.0%

由圖6可知，本研究共甄別出14種在酸漿面漿水中平均相對(duì)含量大于1.0%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，且隸屬于不同聚類的酸漿面漿水中八甲基環(huán)四硅氧烷、3-丁炔-1-醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺、丙醇、乙酸乙酯、乙醇、十甲基環(huán)戊硅氧烷、十二甲基環(huán)己硅氧烷和α-松油醇的相對(duì)含量存在顯著差異（P<0.05）。由圖6亦可知，隸屬于聚類I的酸漿面漿水中乙酸乙酯、丙醇和（S）-L-丙氨酸乙基酰胺相對(duì)含量明顯高于其他樣品，而桉葉油醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮和3-丁炔-1-醇在隸屬于聚類III的樣品中含量較高。由此可見(jiàn)，乙酸乙酯、丙醇、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺、桉葉油醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮和 3-丁炔-1-醇可能是導(dǎo)致酸漿面漿水風(fēng)味品質(zhì)存在差異的主要物質(zhì)。

3 結(jié)論

使用GC-MS從琚灣酸漿面漿水中共檢測(cè)出159種物質(zhì)，其中醇類、酮類、烴類和酯類化合物為其主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。根據(jù)風(fēng)味品質(zhì)的不同，琚灣酸漿面漿水可以劃分為3類，其中乙酸乙酯、丙醇、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺、桉葉油醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮和3-丁炔-1-醇含量不同可能是導(dǎo)致酸漿面漿水風(fēng)味品質(zhì)存在差異的主要原因。