許文琪 呂偉 史玉 黃一承 馬福敏 段翠翠 李曉磊 李丹
摘要:為了探究不同產(chǎn)地西瓜醬的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)和高效液相色譜法(HPLC)進(jìn)行測定,并進(jìn)行主成分分析。結(jié)果表明,山東西瓜醬、河南西瓜醬、安徽西瓜醬中共分離鑒定出74種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),包括24種烯烴類、9種醇類、5種醛類、20種酯類、3種酚類、3種酮類、3種醚類和7種其他類物質(zhì),3種西瓜醬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總質(zhì)量濃度分別為9 648.74,8 560.10,4 976.02 μg/g;3種西瓜醬中氣味活度值(OAV)大于1的風(fēng)味物質(zhì)分別有26,17,22種,其中苯乙醛是對三者貢獻(xiàn)率最大的關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì);主成分分析結(jié)果表明不同產(chǎn)地的西瓜醬間揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)區(qū)分明顯。3種西瓜醬中共檢出7種有機(jī)酸,其中含量最高的為檸檬酸,僅在山東西瓜醬中檢出醋酸,其含量為242.92 mg/100 g。
關(guān)鍵詞:西瓜醬;揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì);氣味活度值;主成分分析;有機(jī)酸
中圖分類號:TS255.43? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ?文章編號:1000-9973(2023)04-0060-07
Abstract:? In order to explore the volatile flavor compounds of watermelon jam from different places of origin, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and high performance liquid chromatography (HPLC) are used to determine the volatile flavor compounds, and principal component analysis is carried out. The results show that 74 volatile flavor compounds are isolated and identified from Shandong watermelon jam, Henan watermelon jam and Anhui watermelon jam, including 24 olefins, 9 alcohols, 5 aldehydes, 20 esters, 3 phenols, 3 ketones, 3 ethers and 7 other compounds.The total mass concentration of volatile flavor compounds in the three kinds of watermelon jam is 9 648.74, 8 560.10, 4 976.02 μg/g respectively; there are 26, 17, 22 flavor compounds with odor activity value (OAV) greater than 1 in the three kinds of watermelon jam respectively, among which, phenylacetaldehyde is the key volatile flavor compound with the greatest contribution rate to the three kinds of watermelon jam; the results of principal component analysis show that the difference of volatile flavor compounds of watermelon jam from different places of origin is obvious. A total of 7 organic acids are detected in the three kinds of watermelon jam, among which, citric acid has the highest content. Acetic acid is only detected in Shandong watermelon jam with the content? of 242.92 mg/100 g.
Key words: watermelon jam; volatile flavor compounds; odor activity value; principal component analysis; organic acids
西瓜醬是傳統(tǒng)發(fā)酵食品,以黃豆、西瓜、小麥粉為原料發(fā)酵而成。在發(fā)酵過程中,酵母可利用西瓜中的葡萄糖和果糖產(chǎn)生大量醇類、酸類、酯類等風(fēng)味物質(zhì)[1-2]。西瓜醬中既含有優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、亞油酸、亞麻酸、鈣、磷、鐵等多種對人體有益的營養(yǎng)成分[3],又有防治高血壓、動脈硬化等保健功能[4]。因其具有傳統(tǒng)醬香味和西瓜的清香微甜,深受消費(fèi)者的喜愛。目前市場上山東菏澤、河南開封、安徽阜陽的西瓜醬銷量最多,原料、發(fā)酵工藝及產(chǎn)地等因素的不同導(dǎo)致風(fēng)味存在差異。
近年來,已有學(xué)者對西瓜醬的制作工藝和風(fēng)味進(jìn)行了研究,孫笑寒等[5]通過對比單一菌種制曲和混合菌種制曲發(fā)酵西瓜醬,結(jié)果表明,單一菌種制曲發(fā)酵更有利于酸類及酚類物質(zhì)的形成,混合菌種制曲發(fā)酵在整體感官評分、香氣和滋味上占有優(yōu)勢。王婷婷等[6]利用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對傳統(tǒng)西瓜豆醬中的香氣進(jìn)行分析,共檢測出63種化合物,其中乙酸、3-甲基丁醇的相對含量較高。另外,西瓜醬在發(fā)酵過程中易產(chǎn)生亞硝酸鹽。賈慶超等[7]研究了西瓜與豆曲的比例對亞硝酸鹽的影響,結(jié)果表明,在食鹽添加量相同的情況下,西瓜添加量越高,亞硝酸鹽含量越低。
本文選取山東、河南和安徽的西瓜醬作為試驗(yàn)原料,利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)和高效液相色譜法對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和有機(jī)酸含量進(jìn)行測定和分析,并對其進(jìn)行主成分分析,為西瓜醬的加工和風(fēng)味評價提供了理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料與儀器
山東西瓜醬:由渾城縣恩灝醬菜坊提供;河南西瓜醬:由開封市金明區(qū)杏花營鎮(zhèn)鴻洋醬菜廠提供;安徽西瓜醬:由安徽熬耶醬園食品有限公司提供。2-辛醇(分析純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;草酸、甲酸、蘋果酸、乳酸、醋酸、檸檬酸、琥珀酸、富馬酸標(biāo)準(zhǔn)品及其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
15 mL頂空萃取瓶 美國Supelco公司;QP2010 Ultra氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本Shimadzu公司;Centrifuge 5430離心機(jī) 德國Eppendorf公司;Summit P680高效液相色譜儀 德國Dionex公司。
1.2 方法
1.2.1 HS-SPME-GC-MS分析揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)
1.2.1.1 HS-SPME條件
稱取1 g樣品,碾碎后加入頂空萃取瓶中,向其中加入2 mL蒸餾水和10 μL 2-辛醇(800 mg/L),密封置于250 r/min的磁力攪拌器,于60 ℃平衡10 min,用已活化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取纖維頭(美國Supelco公司)頂空吸附40 min,將萃取頭插入GC進(jìn)樣口解吸5 min。
1.2.1.2 GC-MS分析
GC條件:DB-5MS UI毛細(xì)管柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm;美國Agilent公司);進(jìn)樣口溫度230 ℃,分流比1∶5;載氣He,流速1.0 mL/min;升溫程序:毛細(xì)管柱初溫40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min升至150 ℃,保持2 min,再以8 ℃/min升至260 ℃,保持3 min。
MS條件:GC-MS接口溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃;離子化方式:電子電離源;電子能量70 eV;質(zhì)量掃描范圍(m/z)30~550。
定性方法:運(yùn)用NIST 11標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫對西瓜醬相似度≥80%的揮發(fā)性成分進(jìn)行初步檢索分析,并結(jié)合保留指數(shù)法對化合物輔助定性,對C7~C40正構(gòu)烷烴混合標(biāo)樣進(jìn)行測定,并按照下式計算保留指數(shù):
RI=100N+100n×(tRa-tRN)tR(N+n)-tRN。
式中:N為與風(fēng)味物質(zhì)相鄰的較小烷烴的碳原子數(shù);n為風(fēng)味物質(zhì)兩側(cè)正構(gòu)烷烴碳原子數(shù)差值;tRa、tRN、tR(N+n)分別為風(fēng)味物質(zhì)的保留時間、相鄰較小烷烴的保留時間和相鄰較大烷烴的保留時間。
定量:采用內(nèi)標(biāo)法,選取2-辛醇為內(nèi)標(biāo)物,對西瓜醬中揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行半定量(μg/g)計算。
1.2.2 氣味活度值(OAV)的計算
通過查閱揮發(fā)性成分在水中的閾值,根據(jù)每種風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量濃度與閾值的比值計算其OAV,以此來計算該風(fēng)味物質(zhì)對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度[8]。其中OAV≥1的物質(zhì)為特征風(fēng)味物質(zhì)。OAV計算公式如下:
OAV=CiOTi。
式中:Ci為風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量濃度,μg/g;OTi為風(fēng)味物質(zhì)在水中的閾值,mg/L。
1.2.3 HPLC分析
分別準(zhǔn)確稱取一定量的草酸、甲酸、蘋果酸、乳酸、醋酸、檸檬酸、琥珀酸、富馬酸標(biāo)準(zhǔn)品,用流動相分別配制成1,0.1,20,5,105,20,20,1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液,再依次稀釋成0.10,0.002 5,2.00,0.75,5.25,2.00,2.50,0.125 mg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,用于進(jìn)樣分析。
稱取5 g樣品,用研缽碾碎后用蒸餾水定容至50 mL,取上清液10 000 r/min離心5 min,過0.22 μm針式濾器,待測。
HPLC條件:色譜柱:Acclaim OA(4.0 mm×250 mm,5 μm;美國Thermo Fisher Scientific公司);流動相:100 mmol/L Na2SO4(pH 2.65);檢測波長:UV 210 nm;流速:0.50 mL/min;進(jìn)樣量:20 μL。
采用單點(diǎn)校正法進(jìn)行定量分析,按下式計算:
X=A×cA0×1 000。
式中:X為有機(jī)酸樣品的質(zhì)量濃度,mg/100 g;A為測得有機(jī)酸樣品的峰面積;A0為測得有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品的峰面積,c為有機(jī)酸標(biāo)品的質(zhì)量濃度,mg/g。
1.3 數(shù)據(jù)處理
采用IBM SPSS Statistics 26.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析(P<0.05),采用TBtools進(jìn)行聚類熱圖分析,采用Origin 2021軟件進(jìn)行主成分分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同產(chǎn)地西瓜醬揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析
對3種不同產(chǎn)地的西瓜醬進(jìn)行SPME-GC-MS分析,結(jié)果見圖1,并與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫比較,保留相似度超過80%的組分,結(jié)果見表1。
由表1可知,3種樣品中共鑒定出74種風(fēng)味化合物,包括烯烴類24種、醇類9種、醛類5種、酯類20種、酚類3種、酮類3種、醚類3種和其他類物質(zhì)7種。定量分析結(jié)果表明,3種西瓜醬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量存在顯著性差異(P<0.05)。山東西瓜醬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總質(zhì)量濃度最高(9 648.74 μg/g),其次是河南西瓜醬(8 560.10 μg/g),最后是安徽西瓜醬(4 976.02 μg/g)。
烯烴類物質(zhì)種類最多,主要包括3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯、萜品烯、姜烯等萜烯類物質(zhì)。其中山東西瓜醬中3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯的含量最高,為194.23 μg/g,河南西瓜醬和安徽西瓜醬中姜烯的含量最高,分別為169.10,226.78 μg/g。萜烯類物質(zhì)是一種具有特殊氣味的重要化合物,廣泛存在于植物體內(nèi)[9],其中姜烯主要來源于生姜,具有香脂氣味。傳統(tǒng)西瓜醬在制作過程中會加入大量蔥、姜、蒜、花椒等香料物質(zhì),是產(chǎn)生大量烯烴類物質(zhì)的主要原因。
酯類物質(zhì)主要是通過醇類和酸類物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng)生成,通常會呈現(xiàn)果香味[10]。3種西瓜醬中檢測出苯甲酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯等20種酯類,其中棕櫚酸乙酯、油酸乙酯是西瓜醬中典型的高級脂肪酸,是增加西瓜醬后味的重要物質(zhì)。山東西瓜醬中苯甲酸乙酯的含量極高,為4 807.85 μg/g,是河南西瓜醬的32倍,安徽西瓜醬的17倍[11]。
醇類物質(zhì)能產(chǎn)生使人愉快的氣味,還可被氧化成醛、酸等,同時還是酯化反應(yīng)的重要前體物質(zhì)[12-13]。3種西瓜醬中共檢出9種醇類物質(zhì),分別為1-辛烯-3-醇、桉葉油醇、芳樟醇、苯乙醇、4-萜烯醇、松油醇、(-)-4-萜品醇、亞麻醇、4-乙基環(huán)己醇。3種西瓜醬中芳樟醇的質(zhì)量濃度存在顯著性差異,其濃度分別為65.91,95.71,17.14 μg/g。芳樟醇的香味獨(dú)特,是最常用的香料。在山東和安徽的西瓜醬中檢出1-辛烯-3-醇,濃度分別為38.02,127.01 μg/g,有研究表明在西瓜中也含有1-辛烯-3-醇,推測1-辛烯-3-醇是原料西瓜中的物質(zhì)。
低濃度的醛酮類物質(zhì)會產(chǎn)生清新愉悅的香氣,而濃度過高則會產(chǎn)生刺激性味道[12]。西瓜中壬醛的含量超過10%,但僅在山東西瓜醬中檢測到壬醛,且含量較低。苯甲醛、苯乙醛在3種西瓜醬中均被檢測到,苯甲醛具有較濃重的苦杏仁香氣,而苯乙醛氣味香甜,有玫瑰花香,苯甲醛、苯乙醛是由苯丙氨酸降解產(chǎn)生[13]。有研究表明,4-乙基愈創(chuàng)木酚呈現(xiàn)出醬香、辛香的風(fēng)味[14],其含量隨發(fā)酵時間的延長而減少,山東和安徽西瓜醬中4-乙基愈創(chuàng)木酚質(zhì)量濃度分別為321.71,115.22 μg/g,而在河南西瓜醬中未檢測到該物質(zhì),這可能是樣品發(fā)酵時間不同導(dǎo)致的。
不同產(chǎn)地的西瓜醬鑒定出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和濃度存在顯著性差異,其中山東西瓜醬中鑒定出35種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),河南西瓜醬中鑒定出37種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),安徽西瓜醬中鑒定出47種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。由圖2可知,3種西瓜醬中共有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為10種,分別為芳樟醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、α-亞乙基-苯乙醛、苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、茴香腦。山東西瓜醬中獨(dú)有的成分有16種,其中具有香草味的苯甲酸甲酯濃度最大,含量為498.77 μg/g,可能是因?yàn)樯綎|西瓜醬在制作過程中添加了食品保鮮劑。河南西瓜醬中獨(dú)有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有8種。安徽西瓜醬中獨(dú)有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有15種,其中脫氫乙酸濃度最大,含量為210.82 μg/g,可能是因?yàn)樵谥谱鬟^程中添加了食品防腐劑。
2.2 揮發(fā)性化合物聚類熱圖分析
為進(jìn)一步探究不同西瓜醬中揮發(fā)性化合物的差異,采用聚類熱圖分析,直觀展示了84種揮發(fā)性化合物在3種西瓜醬中的分布規(guī)律。由圖3可知,縱向分析可以將揮發(fā)性化合物分為1(苯甲酸乙酯~4′,6-二甲基-2-羥基苯乙酮),2(間苯二甲酸二(2-乙基己基)酯~1-亞油酸單甘油酯),3(α-亞乙基-苯乙醛~苯乙醛),4(4-烯丙基苯甲醚~茴香腦)4個系列。1系列以壬醛、α-萜品烯和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯為主,呈現(xiàn)檸檬味、柑橘味,僅在山東西瓜醬中含有。2系列以右旋萜二烯和甲基丁香酚為主,在安徽西瓜醬中含量較多,其余2種西瓜醬中含量較少。3系列以(E)-β-羅勒烯和苯乙醛為主,呈現(xiàn)甜味,河南西瓜醬中最多,山東西瓜醬次之,安徽西瓜醬最少。4系列以苯乙醇為主,呈現(xiàn)玫瑰、丁香味,僅在河南西瓜醬中含有。3種西瓜醬中揮發(fā)性化合物差異較大,西瓜醬的風(fēng)味也各不相同。
2.3 關(guān)鍵揮發(fā)性化合物風(fēng)味分析
OAV用于估計單個香氣化合物對西瓜醬整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)[15]。研究表明,OAV大于1的物質(zhì)對樣品呈現(xiàn)的整體風(fēng)味有貢獻(xiàn)[16]。由表2可知,山東、河南、安徽3種西瓜醬中OAV大于1的風(fēng)味物質(zhì)分別有26,17,22種。山東西瓜醬中OAV最大的為苯乙醛(80 845.98),其次為4-乙基愈創(chuàng)木酚(73 115.40);河南西瓜醬中OAV最大的為苯乙醛(80 819.62),其次為4-烯丙基苯甲醚(42 815.53);安徽西瓜醬中OAV最大的為苯乙醛(73 471.07),其次為4-烯丙基苯甲醚(27 712.11)。苯乙醛氣味香甜,對西瓜醬的整體風(fēng)味有貢獻(xiàn),這與其他豆類發(fā)酵食品中含有苯乙醛的研究結(jié)果一致[17-19]。4-乙基愈創(chuàng)木酚是一種伴有大豆芳香的物質(zhì),這與制作西瓜醬的原料大豆有關(guān)。乙酸松油酯、十四酸乙酯、月桂酸乙酯、2-乙酰基吡咯等化合物的閾值相對較高,導(dǎo)致這些物質(zhì)對西瓜醬風(fēng)味的貢獻(xiàn)率較小[15]。
2.4 主成分分析
由圖4可知,主成分1的貢獻(xiàn)率為54.3%,主成分2的貢獻(xiàn)率為42.2%,總貢獻(xiàn)率為96.5%,大于95%,說明這兩個主成分已經(jīng)基本代表了樣品的主要特征信息。對第1主成分貢獻(xiàn)率較大的呈香物質(zhì)有(-)-α-蒎烯、姜烯、β-紅沒藥烯、β-倍半水芹烯、2-羥基-5-甲基苯乙酮、茴香酚,對第2主成分貢獻(xiàn)率較大的呈香物質(zhì)有1-辛烯-3-醇、可卡醛、苯乙酸乙酯、1-亞油酸單甘油酯。3種西瓜醬在PC1、PC2上均有較明顯差異,說明不同產(chǎn)地的西瓜醬在風(fēng)味上區(qū)分明顯,且差異較大。
2.5 不同產(chǎn)地西瓜醬有機(jī)酸含量分析
西瓜醬在發(fā)酵過程中,酵母菌、乳酸菌等將原料中的蛋白質(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì)進(jìn)行分解,產(chǎn)生醇類、酸類、酯類等易消化吸收的小分子物質(zhì)[22],發(fā)酵過程中形成的有機(jī)酸是增加西瓜醬風(fēng)味的有效成分[23-24]。不同產(chǎn)地的3種西瓜醬中有機(jī)酸的含量見表3,3種西瓜醬中有機(jī)酸種類和各成分的含量存在顯著性差異。醋酸作為增味劑在食品中十分常見,但僅在山東西瓜醬中檢測出醋酸,其含量為242.92 mg/100 g。3種西瓜醬中有機(jī)酸含量最高的為檸檬酸,其次為乳酸和草酸。有研究表明,蘋果酸、檸檬酸和草酸是西瓜的主要有機(jī)酸[25]。3種西瓜醬中檢測出檸檬酸的含量分別為6 227.99,9 234.69,9 182.72 mg/100 g,檸檬酸的形成一部分來源于制作過程中微生物的發(fā)酵,一部分來源于西瓜本身。山東西瓜醬和安徽西瓜醬中乳酸含量是河南西瓜醬乳酸含量的2倍。發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸的途徑不同,導(dǎo)致產(chǎn)生的乳酸量不同,山東和安徽的西瓜醬在發(fā)酵過程中發(fā)生的是同型乳酸發(fā)酵,而河南西瓜醬可能是異型乳酸發(fā)酵[26]。3種西瓜醬中草酸含量存在顯著性差異,其含量分別為436.13,480.98,289.78 mg/100 g,可能是因?yàn)?個地區(qū)的環(huán)境不同,導(dǎo)致在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的菌不同[27],形成的有機(jī)酸也不同。
3 結(jié)論
通過HS-SPME-GC-MS從山東西瓜醬、河南西瓜醬、安徽西瓜醬中共分離鑒定出74種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),包括24種烯烴類、9種醇類、5種醛類、20種酯類、3種酚類、3種酮類、3種醚類和7種其他類物質(zhì)。3種西瓜醬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量存在顯著性差異,安徽西瓜醬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類最多,河南西瓜醬次之,山東西瓜醬種類最少,但山東西瓜醬揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總質(zhì)量濃度最高。山東西瓜醬、河南西瓜醬、安徽西瓜醬中OAV大于1的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分別有26,17,22種,其中苯乙醛是對三者貢獻(xiàn)率最大的關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。PCA結(jié)果顯示山東西瓜醬、河南西瓜醬、安徽西瓜醬間揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)區(qū)分明顯。
有機(jī)酸是西瓜醬產(chǎn)生風(fēng)味的有效成分,3種西瓜醬中共檢出7種有機(jī)酸,其中含量最高的為檸檬酸。醋酸僅在山東西瓜醬中檢出,其含量為242.92 mg/100 g,是山東西瓜醬區(qū)別于其他2種西瓜醬的主要物質(zhì)。
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