基于電子鼻和氣質(zhì)聯(lián)用分析郫縣豆瓣對魚香調(diào)味汁的風(fēng)味貢獻

易宇文，胡金祥，楊進軍，劉陽，彭毅秦，吳華昌，喬明鋒，鄧靜*

1(烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點實驗室(四川旅游學(xué)院)，四川 成都，610100) 2(四川旅游學(xué)院，四川 成都，610100)

魚香味是川菜復(fù)合味型的典型代表，咸甜酸辣，姜蔥蒜香味濃郁，具有煮魚風(fēng)味而不見魚的妙處。郫縣豆瓣是傳統(tǒng)魚香味不可缺少的一種調(diào)料，以蠶豆瓣、紅辣椒等原料發(fā)酵制作而成的一種調(diào)味品，目前報道其風(fēng)味物質(zhì)大約有140余種，且發(fā)酵時間影響其風(fēng)味物質(zhì)的形成，風(fēng)味物質(zhì)主要包含酯類、酚類、醇類等，這些物質(zhì)對“魚香”風(fēng)味的形成可能存在重要影響[1-3]，研究不同年份郫縣豆瓣對魚香調(diào)味汁風(fēng)味的貢獻，為魚香肉絲風(fēng)味化學(xué)指紋圖譜的建立奠定基礎(chǔ)，對于工業(yè)化產(chǎn)品質(zhì)量與成本控制具有重要意義。

本研究探索利用電子鼻(E-nose)、固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(solid-phase microextraction gas chromatography-tan-dem mass spectrometry， SPME-GC-MS)，結(jié)合感官評價與主成分(principal component analysis，PCA)、聚類分析(cluster analysis，CA)、偏最小二乘法(partial least squares，PLS)等化學(xué)計量學(xué)方法分析不同年份郫縣豆瓣對魚香調(diào)味汁揮發(fā)性風(fēng)味的貢獻，探討不同分析方法的區(qū)分能力和相關(guān)性，并進行風(fēng)味屬性評價。

1 材料與方法

1.1 材料與樣品

1、2、3年陳釀紹豐和郫縣豆瓣醬，成都市郫縣紹豐和調(diào)味品實業(yè)有限公司；醋、醬油、姜、蔥、蒜、白糖、雞精、食用油，市售。

樣品配料及加工方法按標準《川菜烹飪工藝》[4]制備，鮮湯以雞精和飲用水按質(zhì)量比1∶10制作。共4個樣品，編號1、2、3、4；1號不添加豆瓣，2 號為1年豆瓣，3 號為2年豆瓣，4 號添加3年豆瓣，其他配料不變，將制備的樣品用攪拌機攪勻，備用。

1.2 設(shè)備與儀器

專用磁力加熱攪拌裝置(PC-420D)；75 μm CAR/PDMS手動萃取頭，美國Supelco公司；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(SQ680)，美國PerkinElmer；電子鼻(FOX 4000型)，法國Alpha MOS公司；攪拌機(HR2874/00)，飛利浦；其他實驗室常用設(shè)備。

1.3 方法

1.3.1 感官評價

采用定量描述性感官評價，評價人員由9名經(jīng)驗豐富的烹飪名師組成。感官評價小組成員依據(jù)GB/T 16291.1和GB/T 16291.2進行人員的選拔、培訓(xùn)與維護。對評價人員依據(jù)GB/T 29605—2013要求進行培訓(xùn)，分別對蒜香、醋香、酯香、醬香和姜香5個維度進行訓(xùn)練；風(fēng)味強度評價采用10 分制，0 分表示沒有嗅到香味，10 分表示嗅到的香味非常強；每個樣品重復(fù)評價3次。

1.3.2 電子鼻分析測試條件

取樣品2 g置于10 mL樣品瓶，密封，放入120 ℃頂空加熱器，加熱300 s，用注射器吸取2 000 μL注入電子鼻檢測器。

電子鼻手動進樣，進樣速度2 000 μL/s，數(shù)據(jù)采集時間120 s，數(shù)據(jù)采集延遲180 s，每個樣品平行測試5次，取后3次傳感器在第120 s時獲得的穩(wěn)定信號進行分析。

1.3.3 GS-MS萃取及分析測試條件

萃取條件：取樣品2 g置于15 mL樣品瓶中，加入攪拌子密封，磁力攪拌裝置溫度120 ℃，轉(zhuǎn)速1.5 r/s，平衡600 s，然后將老化(250 ℃，600 s)的萃取頭插入樣品瓶萃取7 200 s，隨后插入GC-MS進樣口，解析600 s。

GC條件：進樣口溫度：250 ℃；色譜柱：Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升至170 ℃，保留1 min，然后以15 ℃/min升至250 ℃，保留1 min。載氣(氦氣99.999 9%)，流速1 mL/min，分流比5∶1。

MS條件：EI離子源，電子轟擊能量為70 eV，離子源溫度230 ℃；全掃描；質(zhì)量掃描范圍：35～400m/z；掃描延遲66 s；標準調(diào)諧文件。

1.3.4 定性定量分析

定性分析:揮發(fā)性成分的定性以檢索NIST 2011譜庫、計算其保留指數(shù)并與其文獻值進行比對為主，同時結(jié)合人工解析質(zhì)譜圖進行確定。

定量分析:采用峰面積歸一化法進行簡單定量，求得各揮發(fā)性成分的相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法和作圖

化學(xué)計量學(xué)作為食品風(fēng)味化學(xué)中常用的分析方法，包括主成分(PCA)、聚類(CA)和偏最小二乘法(PLS)等。其中，PCA是一種基于降維思想的多元統(tǒng)計方法[5]；CA是一種依據(jù)樣品相似程度，進行自主分類的分析方法[6]；PLS是一種用來解決多元回歸分析中自變量之間的多重相關(guān)性或樣品容量少于變量個數(shù)等問題的多元統(tǒng)計方法，主要應(yīng)用于產(chǎn)品預(yù)測[7]、相關(guān)性分析[8]等方面。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評價結(jié)果

表1為樣品感官評價結(jié)果。1、2、3和4號樣品得分由低到高，方差分析表明4個樣品在蒜香、醋香、醬香和姜香差異均不顯著，僅在酯香這一維度差異顯著，這是郫縣豆瓣對樣品香味貢獻的體現(xiàn)，2、3、4號樣品分別添加了1、2和3年的郫縣豆瓣，得分比較靠近，差異不顯著，這與文獻[1]一致。

表1 樣品感官評分結(jié)果

注：不同小寫字母表示同行組間數(shù)值差異性(P<0.05)，下同。

2.2 樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS分析

樣品GC-MS總離子流如圖1。4個樣品的揮發(fā)性化合物出峰時間分布較均勻，主要在5～25 min之間，說明升溫程序比較科學(xué)合理；相對于2、3和4號樣品，1號樣品峰少，表明郫縣豆瓣對魚香調(diào)味汁揮發(fā)性化合物存在影響。

圖1 樣品揮發(fā)性成分總離子流圖

Fig.1 The total ion chromatogram of volatile components of the samples

表2是GC-MS檢測結(jié)果。1、2、3和4號樣品共檢測到86種揮發(fā)性化合物，分別為70、81、86和84種，分別占揮發(fā)性總物質(zhì)的81.51%、87.78%、93.58%和94.60%；4個樣品均被檢測到的物質(zhì)有68 種，來源于共有調(diào)味品姜、蔥、蒜、醬油、醋、雞精等。樣品中苯乙醇含量差異不顯著，但2、3、4號樣品高于1號樣品，這可能是由于苯乙醇既可來源于醬油[10,21]，又可來源于郫縣豆瓣有關(guān)，具體來源有待于進一步研究證實。通過分析，表2揮發(fā)性成分醇類中的糠醇，醛類中的異戊醛、苯甲醛，酯類中苯乙酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯和乳酸乙酯，其他化合物中的2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚，1號樣品均未檢出，而2(月桂酸乙酯、十四酸乙酯和乳酸乙酯未檢出)、3和4號樣品檢出，其來源于郫縣豆瓣的可能性較大[10, 21]，但具體來源有待于進一步研究。

表2 樣品主要揮發(fā)性成分GC-MS鑒定結(jié)果

續(xù)表2

續(xù)表2

編號化合物樣品及相對含量/%1234特征描述1醋酸Acetic acid0.917±0.05c1.258±0.06b1.888±0.1a1.885±0.03a刺激性酸味[13]22-乙酰基吡咯Ethanone,1-(1H-pyrrol-2-yl)-0.093±0.01d0.516±0.01a0.314±0.01c0.371±0.01b-32,3,5,6-四甲基吡嗪Pyrazine,tetram-ethyl-0.195±0.02a0.016±0.00b0.185±0.01a0.190±0.01a豆醬香[19]4乙酰呋喃Ethanone, 1-(2-furanyl)--0.063±0.00c0.161±0.01b0.205±0.01a-5草蒿腦Anethole0.064±0.01c0.773±0.01a0.303±0.02b0.072±0.01c-62,4-二甲基己烷Hexane, 2,4- dimeth-yl--0.294±0.01a0.024±0.22c0.214±0.01b-72-十一酮 2-Undecanone0.144±0.01b0.072±0.00c0.083±0.01c0.422±0.01a油脂味[13]81-辛烯-3-酮 1-Octen-3-one0.122±0.00c0.111±0.00c0.526±0.01a0.399±0.01b-94-乙基苯酚Phenol, 4-ethyl--0.382±0.01b0.635±0.03a0.363±0.01b中藥味、煙熏味[20]104-乙基-2-甲氧基苯酚Phenol,4-ethyl-2-methoxy--0.571±0.02b0.945±0.01a0.401±0.02c焦香、辛香[10]

注：“-”表示未檢出。

依據(jù)化合物結(jié)構(gòu)分類并計算出各類物質(zhì)相對含量，如圖2所示，主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分為醇類、萜烴類、醛類、酯類、含硫化合物等。其中，1-4號樣品醛類物質(zhì)含量分別為50.71%、52.73%、54.34%和55.00%，在揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中含量最高，這些物質(zhì)可能構(gòu)成魚香調(diào)味汁香味的基礎(chǔ)；含量最低的是酯類物質(zhì)，分別為0.13%、 0.65%、1.04%和0.99%，3、4號樣品含量較高，與1、2號差異顯著，且酯類物質(zhì)的風(fēng)味感官閾值較低[10]，可以推測1號與其他3個樣品在風(fēng)味上存在較大差異。

圖2 樣品各類型揮發(fā)性物質(zhì)分析比較結(jié)果

Fig.2 The comparison results of samples aroma components analysis

郫縣豆瓣中的醇類物質(zhì)主要為樣品提供了花果香、甜香和黃油香等香味物質(zhì)[14]，但一般認為醇類物質(zhì)的閾值較高[7]，對樣品的風(fēng)味貢獻不大，而醛類物質(zhì)閾值很低[10]，對樣品的風(fēng)味貢獻大，郫縣豆瓣中醛類物質(zhì)包括異戊醛、苯甲醛、糠醛等，其中含量最高的是糠醛，含量分別為34.03%、23.17%、29.55%和30.87%。酯類物質(zhì)是一類十分重要的呈香物質(zhì)，閾值低[10]，樣品中檢測到的7種物質(zhì)有5種與郫縣豆瓣有關(guān)，均為乙酯類物質(zhì)，給人發(fā)酵辣椒的酸辣香氣的印象[3]，其中3、4號樣品檢測到的酯類物質(zhì)最多，可能是1號樣品香氣有別于2、3和4號樣品的重要原因。其他化合物中非共有物質(zhì)2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚與郫縣豆瓣、醬油、醋有關(guān)，在1號樣品中均未檢測到，來源于郫縣豆瓣的可能性較大；4-乙基苯酚具有木香、酚香和甜香，4-乙基-2-甲氧基苯酚給人焦香、辛香和煙熏香的印象，它們是郫縣豆瓣特征風(fēng)味化合物之一[2]。

2.3 主成分、聚類分析

2.3.1 GC-MS、電子鼻和感官評價PCA

將樣品GC-MS、電子鼻和感官評價結(jié)果進行PCA，結(jié)果見圖3。3種檢測方式的第一、二主成分累計均大于80%，說明提取的主成分信息能夠反應(yīng)樣品的風(fēng)味輪廓信息。1號樣品均分布在以焦點為圓心的實線圓外，說明未添加郫縣豆瓣和添加郫縣豆瓣的樣品在香味上差異明顯。圖3-a、圖3-b中，3、4號樣品靠近，分布在第一象限，可能因為3、4號樣品分別添加了2和3年陳釀的豆瓣，而2、3年陳釀的郫縣豆瓣在香味上比較相似[1]；同時在GC-MS檢驗中，3、4號樣品分別檢測到86 和84 種化合物，共有物質(zhì)84 種，也說明3、4號樣品相似度高。圖3-a中，2 號樣品分布在第三象限，離坐標軸焦點較3、4號樣品遠，但2、3、4號樣品仍被圈在以坐標軸焦點為圓心的實線圓中，說明它們有一定的相似性，與GC-MS結(jié)果一致；圖3-b中，2 號樣品離3、4號樣品比較靠近，但與3、4號樣品差異明顯，說明1年與2、3年陳釀的郫縣豆瓣在風(fēng)味物質(zhì)上有差異[1]，電子鼻能夠區(qū)分出這種差異；圖3-c中，2、3和4號均分布在Y軸的右面，1 號樣品在Y軸的左面，說明感官評價能夠區(qū)分添加郫縣豆瓣的樣品，與GC-MS和電子鼻檢測結(jié)果一致，但無法區(qū)分2、3和4號樣品之間的兩兩相似度，表明感官評價的精密度不夠[22]，在細節(jié)區(qū)分上有局限性。

a-氣質(zhì)聯(lián)用；b-電子鼻； c-感官評價圖3 樣品氣質(zhì)聯(lián)用、電子鼻和感官評價結(jié)果主成分分析圖

Fig.3 The PCA of GC-MS, E-nose and sensory evaluation of the samples

2.3.2 電子鼻、GC-MS和感官評價CA

將樣品GC-MS、電子鼻和感官評價的結(jié)果進行CA，結(jié)果見圖4。3、4號樣品先聚類，接著2號樣品與3、4號聚類，最后1號樣品與2、3和4號樣品聚類。從聚類距離看，1 號樣品與2號樣品的聚類距離最長，說明添加郫縣豆瓣的樣品在香味上差異明顯。2號樣品與3、4號樣品聚類距離最長的為GC-MS，其次是電子鼻，最后是感官評價，與PCA一致；感官評價聚類距離最短，與PCA中無法判斷2、3和4號樣品的相似度一致。綜上，GC-MS、電子鼻和感官評價CA在總體趨勢一致，差異僅體現(xiàn)在聚類距離上，這與檢測方式的精密度有關(guān)[22]。

a-氣質(zhì)聯(lián)用;b-電子鼻；c-感官評價圖4 樣品氣質(zhì)聯(lián)用、電子鼻和感官評價結(jié)果聚類分析圖

Fig.4 The CA of GC-MS, e-nose and sensory evaluation of the samples

2.3.3 GC-MS分析結(jié)果與感官屬性相關(guān)性分析

圖5 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)與感官屬性相關(guān)性PLS分析圖

Fig.5 PLS plot showing the correlation between volatile compounds and sensory evaluation

以樣品揮發(fā)性組分化學(xué)分類與感官評價結(jié)果為研究對象，采用PLS法以6類化合物的峰面積為自變量，5 個感官屬性為因變量進行相關(guān)分析，結(jié)果見圖5。大小橢圓分別表示50%和100%的方差解釋，其中有一個因變量(醬香)不在50% ≤r2≤ 100%范圍，說明可用PLS模型很好地解釋其他變量。酯類、醇類、醛類和其他化合物與酯香的相關(guān)性良好，結(jié)合表2，7 種酯類物質(zhì)中有5種與郫縣豆瓣有關(guān)(苯乙酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯和乳酸乙酯)，其他化合物中有3種物質(zhì)(2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚)與郫縣豆瓣有關(guān)，醇類物質(zhì)中糠醇來源于郫縣豆瓣的可能性較大；醛類物質(zhì)中的異戊醛、苯甲醛、糠醛(部分)與郫縣豆瓣有關(guān)[10]。另外，酯類物質(zhì)中的反式-4-癸烯酸乙酯在發(fā)酵辣椒[23]中有檢測到，郫縣豆瓣是辣椒的發(fā)酵制品，因此可以推測，郫縣豆瓣中的發(fā)酵辣椒香味與反式-4-癸烯酸乙酯的相關(guān)性極為顯著。這些酯類物質(zhì)的存在賦予了魚香調(diào)味汁發(fā)酵辣椒的酸、辣香氣[7]。

3 結(jié)論

本文采用氣質(zhì)聯(lián)用、電子鼻和感官評價，結(jié)合PCA、CA、PLS等化學(xué)計量學(xué)方法，研究不同年份郫縣豆瓣對魚香調(diào)味汁揮發(fā)性風(fēng)味的貢獻，分析樣品間差異，并以不同類型風(fēng)味化合物為自變量，感官屬性為因變量進行PLS分析。GC-MS檢測到樣品共有風(fēng)味物質(zhì)68 種，其中醇類7種，萜烴類24 種，醛類18 種，含硫化合物12 種，其他化合物7種，不同年份豆瓣對魚香調(diào)味汁風(fēng)味化學(xué)物質(zhì)的定性與定量影響存在顯著差異，比較GC-MS檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)1和2、3、4號樣品在風(fēng)味物質(zhì)上的差異主要體現(xiàn)在糠醇、異戊醛、苯甲醛、苯乙酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯、乳酸乙酯，2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚等這些化合物上，這些物質(zhì)均可能來源于郫縣豆瓣，且2、3年的郫縣豆瓣對樣品的影響差異很??；PCA和CA分析顯示，GC-MS、E-nose和感官評價結(jié)果總體趨勢一致；PLS分析表明，醛類、酯類和其他化合物與酯香(即是郫縣豆瓣的風(fēng)味物質(zhì))存在相關(guān)性。研究結(jié)果為魚香調(diào)味汁工業(yè)化生產(chǎn)品控提供參考，為魚香調(diào)味汁風(fēng)味指紋圖譜的建立奠定基礎(chǔ)；研究結(jié)果也表明氣質(zhì)聯(lián)用、電子鼻和感官評價結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法能夠較全面評價魚香調(diào)味汁中的揮發(fā)性風(fēng)味性物質(zhì)和風(fēng)味屬性，這些研究方法的結(jié)合是食品風(fēng)味綜合評價的趨勢。