藜麥茶研發(fā)及香氣電子鼻分析

李麗霞，王寶怡，李曉晗，張積鑫，張新富*

（1.東營市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 東營 257091；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山東 青島 266109）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd）是藜科藜屬植物，原產(chǎn)于南美洲安第斯山脈的哥倫比亞、厄瓜多爾、秘魯?shù)雀吆０紊絽^(qū)，早在5 000年前，印第安人開始種植并食用藜麥，因其營養(yǎng)價(jià)值極高，被人們稱之為“糧食之母”[1]。我國藜麥種植最早可以追溯到1990年，在西藏地區(qū)開始進(jìn)行試種[2]，目前在山西、甘肅、吉林等地已經(jīng)廣泛種植成功[3]。近年來，藜麥因其高蛋白和高品質(zhì)而愈發(fā)出名，基于其營養(yǎng)功能成分的報(bào)道也越來越多，Wright等[4]研究發(fā)現(xiàn)，甜藜麥和苦藜麥的蛋白質(zhì)含量分別為14.8%和15.7%，陳志婧等[5]對(duì)隴藜1號(hào)、香格里拉白藜、香格里拉黑藜、太旗白藜、太旗紅藜、太旗黑藜6個(gè)品種的營養(yǎng)成分、氨基酸和礦質(zhì)元素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)太旗黑藜蛋白質(zhì)含量高達(dá)16.52 g/100 g，且6個(gè)品種的礦質(zhì)元素含量都高于小麥、水稻和小米。盧宇等[6]對(duì)內(nèi)蒙古藜麥的蛋白質(zhì)進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)其含量為13.1%，高于其他谷物，如小麥（11.9%）、小米（9%）、玉米（8.8%）和稻米（7.9%）。

目前藜麥的主要食用方式以蒸煮為主，其深加工產(chǎn)品在市場上匱乏，但隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注食品的保健功能，以谷物雜糧為原料加工而成的谷物茶越來越受歡迎。烘焙作為一種加工工藝，廣泛應(yīng)用于谷物食品加工。Chandrasekara等[7]研究發(fā)現(xiàn)，腰果在經(jīng)過烘焙之后，總酚含量增加，抗氧化能力增強(qiáng)。Wu等[8]對(duì)高粱茶的加工工藝進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在浸泡、蒸制過程中，高粱的總酚、總黃酮和原花青素含量減少，但在烘焙過程中含量均有顯著增高的趨勢。張藝沛等[9]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)藜麥進(jìn)行烘焙制得藜麥茶后，其酚類含量更高，游離態(tài)酚類和黃酮含量均有提高。

電子鼻具有功能各異的化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)，能夠全面快速地檢測氣味的整體信息[10]。目前電子鼻技術(shù)在酒類[11]、果蔬[12-13]、肉類[14]、乳制品[15]等食品工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用，在谷物的霉變[16-17]以及品質(zhì)檢測[18]方面也有應(yīng)用。因此，本研究以藜麥種粒為原料，用龍井鍋在不同溫度下炒制，結(jié)合感官審評(píng)和電子鼻分析方法，對(duì)其香氣差異進(jìn)行判定分析，為藜麥茶的生產(chǎn)提供一定的方法支持，增加藜麥的附加值以提高農(nóng)民收入。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藜麥品種：隴藜1號(hào)（種植條件為供試土壤潮土，pH7.55、全鹽含量 2.32 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量 15.66 g/kg、速效氮含量83.93 mg/kg、速效磷含量78.53 mg/kg、速效鉀含量230 mg/kg），2020年2月8號(hào)大棚育苗，3月28號(hào)大田覆膜移栽，6月11號(hào)收獲。

PEN3型便攜式電子鼻：德國Airsens公司；龍井鍋：浙江上洋機(jī)械有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 藜麥茶加工工藝

加工工藝：篩選優(yōu)質(zhì)的藜麥晾曬脫粒，去除雜質(zhì)后用清水淘洗2遍，去除灰塵后將水瀝干。根據(jù)前期試驗(yàn)基礎(chǔ)，將瀝干后的藜麥分為4部分，一部位作為原料對(duì)照，另外三部分分別用龍井鍋在150、180、210℃溫度下炒制25 min。

1.2.2 藜麥茶感官審評(píng)方法

湯色、香氣、滋味是影響藜麥茶品質(zhì)的3個(gè)重要因素，參照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評(píng)方法》確定各因素的權(quán)重：外形10%、湯色20%、香氣35%、滋味35%。稱取每份樣品各2 g，加入150 mL沸水浸泡8 min，由5名專業(yè)審評(píng)人員（3男2女）對(duì)其進(jìn)行審評(píng)打分，各因素得分按權(quán)重相加即為藜麥茶感官審評(píng)總得分。

1.2.3 藜麥茶香氣的電子鼻評(píng)價(jià)方法

分別稱取藜麥茶各5 g于錐形瓶中，加入150 mL沸水，然后迅速用保鮮膜將瓶口密封并在60℃水浴中平衡10 min，平衡后將進(jìn)樣針插入瓶口進(jìn)行檢測。每個(gè)樣品重復(fù)3次。

電子鼻設(shè)置進(jìn)樣參數(shù)：傳感器自動(dòng)清洗時(shí)間為200 s，傳感器歸零時(shí)間為10 s，進(jìn)樣準(zhǔn)備時(shí)間為5 s，分析采樣時(shí)間為120 s，采樣時(shí)間間隔為1 s，進(jìn)樣流量為400 mL/min，清洗傳感器后進(jìn)樣。電子鼻10個(gè)傳感器代表的敏感物質(zhì)見表1。

表1 PEN3電子鼻傳感器敏感物質(zhì)Table 1 PEN3 sensitive substances for electronic nose sensor

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用PEN3型電子鼻配套軟件WinMuster對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）、負(fù)荷加載分析（Loadings）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 藜麥茶感官審評(píng)結(jié)果

不同炒制溫度藜麥茶的感官審評(píng)結(jié)果見表2。

表2 不同烘焙溫度的藜麥茶審評(píng)結(jié)果Table 2 The sensory evaluation of different baking temperature of quinoa tea

從表2中可以看出，當(dāng)炒制溫度達(dá)到150℃時(shí)，藜麥茶顆粒呈金黃色，湯色淡黃明亮，香氣清淡，滋味香醇甘爽，總得分為90.10；當(dāng)炒制溫度到180℃時(shí)，藜麥茶顆粒呈深黃略帶棕色，湯色黃色，香氣濃郁滋味濃醇較爽，總得分為91.20；炒制溫度達(dá)到210℃時(shí)，藜麥茶顆粒呈棕色、顏色尚勻，湯色黃稍棕、尚亮，香氣濃厚帶有焦味，滋味微澀，總得分為88.15。從上述結(jié)果可以得出，當(dāng)炒制溫度為180℃時(shí)，制得的藜麥茶品質(zhì)最好得分最高，可以選擇為最佳加工工藝。

2.2 電子鼻傳感器特征響應(yīng)曲線分析

電子鼻響應(yīng)曲線以及黎麥茶香氣雷達(dá)圖如圖1所示。

圖1 電子鼻響應(yīng)曲線以及黎麥茶香氣雷達(dá)圖Fig.1 Electronic nose response curve and aroma radar map of quinoa tea

選取適度黎麥茶的響應(yīng)曲線，即從圖1中可以看出初始階段，R2、R7、R9號(hào)傳感器的響應(yīng)值較高，其他的較為平緩，并且R2、R7、R9號(hào)響應(yīng)值也隨時(shí)間的延長，出現(xiàn)平緩的趨勢。

G0傳感器在經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)活性炭過濾氣體清洗后的電導(dǎo)率，G是傳感器接觸到樣品氣體后的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率比值（G/G0）值的變化代表了香氣物質(zhì)含量的相對(duì)變化。

電子鼻響應(yīng)曲線圖中可以看出在118 s開始各傳感器響應(yīng)曲線逐漸趨于平穩(wěn)，因此選取120 s時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值作為分析點(diǎn)建立雷達(dá)圖，根據(jù)各傳感器對(duì)不同類物質(zhì)的敏感程度，其響應(yīng)值越高表明該類物質(zhì)濃度越高。由圖1可知，在原料和3種黎麥茶香氣雷達(dá)響應(yīng)圖中，傳感器R6、R9、R7和R2的響應(yīng)值都比較高，表明烷類、芳香成分和有機(jī)硫化物、氮氧化合物在4組樣品中含量較高。黎麥茶香氣電導(dǎo)率G/G0比值見表3。

表3 黎麥茶香氣電導(dǎo)率G/G0比值Table 3 The conductivity ratio（G/G0）of quinoa tea

從表3可以看出，經(jīng)過烘炒之后，藜麥茶中芳烴化合物、氨類化合物呈現(xiàn)下降趨勢，氮氧化物、芳香成分、硫化合物以及硫的有機(jī)化合物呈現(xiàn)上升趨勢。

2.3 主成分分析（PCA）

對(duì)不同烘焙溫度的黎麥茶進(jìn)行PCA分析見圖2。

圖2 不同炒制溫度的黎麥茶PCA分析Fig.2 The PCA analysis of different frying temperature of quinoa tea

得出第一主成分的貢獻(xiàn)率87.81%，第二主成分貢獻(xiàn)率為11.42%，總貢獻(xiàn)率為99.22%。主成分分析（PCA）就是對(duì)多指標(biāo)的高維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，提取數(shù)據(jù)中反應(yīng)最大的幾個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量作為主成分，貢獻(xiàn)率越大，說明該主成分在數(shù)據(jù)信息中越重要，越能最大限度地反映樣本最原始的信息。由圖2可知，原料與150℃藜麥茶在第一主成分和第二主成分上明顯區(qū)別于其他兩個(gè)茶樣，可以看出隨著炒制溫度一定程度的升高，藜麥茶的香氣成分在類別和含量上也發(fā)生了比較明顯的變化；180℃與210℃的藜麥茶在第一主成分和第二主成分上區(qū)分不顯著，但從整體來說，PCA分析能很好地將4種茶樣區(qū)分開來。黎麥茶香氣PCA分析的區(qū)分度見表4。

表4 黎麥茶香氣PCA分析的區(qū)分度Table 4 Differentiation of PCA analysis of the quinoa tea

由表4可知區(qū)分度值越趨近于1，表明兩種物質(zhì)差異越明顯。表4中原料與3種茶樣的區(qū)分度均在90%以上，150℃藜麥茶與180℃以及210℃藜麥茶的區(qū)分度也都在70%以上，180℃藜麥茶與210℃藜麥茶的區(qū)分度大于50%，表明PCA可以在不同程度上將藜麥茶的香氣區(qū)分開來。

2.4 傳感器區(qū)別貢獻(xiàn)率分析法（Loadings）

Loadings分析，反映的是不同傳感器在紅茶香氣的區(qū)分中貢獻(xiàn)的大小，一般通過傳感器在圖中的位置來判斷。傳感器與原點(diǎn)的距離越近，說明傳感器對(duì)樣品分析起到的作用越小，反之則表示作用越大。不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分Loadings分析見圖3。

圖3 不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分Loadings分析Fig.3 The Loadings analysis of different frying temperature of quinoa tea

由圖3可知，第一主成分起主要作用，這和PCA分析所得結(jié)論相同，R7傳感器對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)率最大，R9、R2、R6次之；R6傳感器對(duì)第二主成分貢獻(xiàn)率最大，R8、R1 次之。R3、R4、R5、R10 傳感器負(fù)載較低，表明其對(duì)茶葉香氣成分敏感度較低。Loadings分析表明在不同烘焙溫度的黎麥茶區(qū)分中硫化物、芳香型化合物、氮氧化合物以及烷類對(duì)區(qū)分貢獻(xiàn)有主要作用。

2.5 線性判別式分析（LDA）

LDA更側(cè)重于同一類別的空間分布狀態(tài)和距離的精度。LDA分析是在PCA分析后對(duì)傳感器響應(yīng)藜麥茶香氣成分的優(yōu)化，通過擴(kuò)大差異更直觀地表現(xiàn)不同炒制溫度藜麥茶香氣之間的區(qū)別。不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分LDA分析見圖4。

圖4 不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分LDA分析Fig.4 The LDA analysis of different frying temperature of quinoa tea

圖4中第一主成分貢獻(xiàn)率為78.94%，第二主成分貢獻(xiàn)率為15.36%，總貢獻(xiàn)率為99.83%，能很好地反應(yīng)黎麥茶香氣的信息。由圖4得知，4個(gè)樣品中，除了180℃和210℃藜麥茶相距較近，其他樣品之間兩兩都相距較遠(yuǎn)，可以在線性判別分析完全區(qū)分開，這與PCA分析以及感官審評(píng)結(jié)果一致，表明不同炒制溫度對(duì)黎麥茶香氣的改變差異較大。整體結(jié)果對(duì)比PCA分析較為相似，說明電子鼻在區(qū)分不同炒制溫度的黎麥茶香氣中具有可行性。

3 結(jié)論

利用電子鼻檢測技術(shù)，結(jié)合PCA分析、Loadings分析和LDA分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)不同炒制溫度的3組黎麥茶香氣進(jìn)行分析，結(jié)合感官審評(píng)探究電子鼻在區(qū)分不同炒制溫度對(duì)黎麥茶香氣影響的可行性。感官審評(píng)結(jié)果顯示在溫度為180℃時(shí)，炒制的藜麥茶品質(zhì)最佳，顆粒呈深黃稍棕，湯色黃亮，香氣濃郁，滋味濃醇較爽。電子鼻技術(shù)對(duì)不同炒制溫度的黎麥茶均有較好的響應(yīng)，可有效區(qū)分不同炒制溫度的黎麥茶，且第R7、R9、R6和R8傳感器在黎麥茶香氣區(qū)分中起主要作用，即萜烯類和硫化物、芳香化合物、烷類以及芳烴化合物對(duì)藜麥茶香氣貢獻(xiàn)較大。利用電子鼻技術(shù)可以初步分析藜麥茶揮發(fā)性成分，并為后續(xù)更加深入的分析奠定理論基礎(chǔ)。