不同后熟發酵時間郫縣豆瓣醬揮發性成分分析

李治華，黃 馳，王自鵬，姚英政，董 玲，李 浦，謝 江，陳福生*

不同后熟發酵時間郫縣豆瓣醬揮發性成分分析

李治華1,2，黃 馳2，王自鵬2，姚英政2，董 玲2，李 浦2，謝 江2，陳福生1,*

（1.華中農業大學食品科技學院，湖北 武漢 430070；2.四川省農業科學院農產品加工研究所，四川 成都 610066）

分析后熟發酵過程中郫縣豆瓣醬揮發性成分的差異，采用電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術，對不同后熟發酵時間的郫縣豆瓣醬電子鼻數據進行主成分分析并結合感官評價。結果表明，電子鼻能很好的將不同后熟發酵時間豆瓣醬樣品區分開，根據傳感器對樣品的敏感度和區分度進行優化，最佳傳感器組合為S1S4S7S10；3 種不同后熟發酵時間的郫縣豆瓣醬共分離鑒定出44 種揮發性化合物，后熟發酵1 a共鑒定出36 種化合物，占總檢出化合物的81.8%；后熟發酵2 a共鑒定出30 種化合物，占總檢出化合物的68.2%；后熟發酵3 a共鑒定出28 種化合物，占總檢出化合物的63.6%；3 種不同后熟發酵醬中含有19 種相同的揮發性風味物質，主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、1-庚醇，它們相對含量有明顯差別；感官分析顯示后熟發酵1 a的樣品在色澤、醬香等方面與后熟發酵2、3 a存在較大差異，而后熟發酵2、3 a的樣品整體上差別不大。

郫縣豆瓣醬；后熟發酵；電子鼻；頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用；風味成分

郫縣豆瓣醬產于四川省成都市的郫縣而得名，起源于四川民間，其傳統加工工藝已有近300 a的歷史，主要包括：制椒、制瓣、后熟釀制等工序[1]。郫縣豆瓣醬因味辣香醇、紅棕油亮、瓣粒酥脆、黏稠絨實、醬香濃郁等優點受到消費者青睞，是烹飪川菜必不可少的調味品，在世界發酵辣椒醬中獨樹一幟，堪稱“川菜之魂”[1]。

電子鼻是仿照生物嗅覺系統，利用氣體傳感器陣列的響應曲線來識別氣味的一種電子系統[2]，對樣品中揮發成分的整體信息進行綜合分析[3]，可以避免人為的主觀影響，在食品等領域得到了廣泛應用[4-5]。賈洪鋒等[6]利用電子鼻成功區分了郫縣豆瓣和非郫縣豆瓣樣品，并認為電子鼻用于不同豆瓣樣品的品質識別是可行的。

頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（headspacesolid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）通過吸附-脫附技術，富集樣品中揮發性成分，具有靈敏度高、可重現性及操作簡單等特點[7-8]，廣范應用于各種食品香成分的分析鑒定[9-11]，黃明泉等[12]利用該技術分析了不同品牌、不同工藝的郫縣豆瓣醬揮發性成分，為改進郫縣豆瓣的生產工藝、豆瓣醬類的香精調配提供了參考。前人研究表明豆瓣醬的獨特風味是在其后熟過程中逐漸形成的[9,13]，但是后熟發酵不同時間對風味的影響程度，以及采用不同技術檢測出的揮發性物質與實際感官均存在較大爭議[14-15,16-18]。

本實驗擬利用電子鼻和HS-SPME-GC-MS技術，并結合感官評價對不同后熟發酵時間的郫縣豆瓣醬進行主成分分析（principal component analysis，PCA），探討后熟發酵時間對郫縣豆瓣醬風味的影響，分析電子鼻指紋圖譜與揮發性物質及人們感官評價的對應關系，為電子鼻及HS-SPME-GC-MS在郫縣豆瓣醬生產工藝中評價豆瓣醬品質提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

傳統工藝生產的郫縣豆瓣醬，后熟發酵時間分別為1、2、3 a，2013年4月由成都川菜博物館提供，同一年份的樣品至少采集3 缸混勻，采集后放在冰上立即運回實驗室-20 ℃保存。

1.2 儀器與設備

I-Nose型電子鼻（10 個以上不同性質的金屬氧化物半導體傳感器）、數據采集和分析軟件Smartnose 上海瑞玢國際貿易有限公司感官分析應用實驗室；6890/5973GC-MS聯用儀 美國HP公司；手動SPME進樣器及75 μm Carboxen/PDMS固相微萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 色譜條件

HP-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 mm）；載氣（He）；恒流0.8 mL/min（線速率33 cm/s）；分流比5∶1；進樣口溫度270 ℃；升溫程序：起始溫度40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至60 ℃，隨后以2 ℃/min升至120 ℃，最后以10 ℃/min升至280 ℃。

1.3.2 質譜條件

電子能量70 eV；傳輸線溫度270 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍20～450 u。

1.3.3 揮發性化合物的鑒定

定性檢測結果保留NIST 05譜庫檢索（只保留匹配度不小于80的成分）和Wiley譜庫檢索（只有當正反匹配度均大于800（最大值為1 000））的鑒定結果，并結合長期從事譜圖解析的專業人員分析才予以確定?；衔锵鄬看_定采用面積歸一化法。

1.3.4 電子鼻實驗步驟

3 個豆瓣醬樣品每個樣品取出4 份，每份10 g。先用空氣清洗傳感器，清洗時間120 s，然后通過真空泵將樣品中的氣體吸入到電子鼻中，進氣速率0.8 L/min，檢測時間60 s。每份豆瓣醬樣品測定1 次。

1.3.5 HS-SPME取樣條件

郫縣豆瓣醬10 g放入20 mL棕色的頂空瓶中，以封口膜密封。置于70 ℃恒溫水浴鍋中保溫1 h，加熱到一定溫度。將SPME插入頂空取樣一段時間，取出，迅速插入到GC-MS聯用儀的進樣口，解吸4～5 min后，取出SPME針管。

1.3.6 感官評價

感官評價實驗在四川省農業科學院農產品加工研究所進行，參照GB/T 16861—1997《感官分析 通過多元分析方法鑒定和選擇用于建立感官剖面的描述詞》、GB/T 10221—2012《感官分析術語》、GB/T 5009.40—2003《醬衛生標準的分析方法》執行，由10 名20～35 歲的感官評價人員組成評價小組，其中男性成員5 名，女性成員5 名；針對感官評價實驗的目的、感官評價的標準和要求對評價小組進行適當的培訓。對樣品進行隨機編號，感官評價小組人員客觀、獨立的進行評分，每個樣品的評價之間間隔一定時間，使用清水漱口，相互之間不交流討論。感官評價采用5 分制：各項目依次按沒感覺（0 分）、弱（1 分）、稍弱（2 分）、平均（3 分）、較強（4 分）、強（5 分）。

2 結果與分析

2.1 揮發性成分分析

采用 HS-SPME-GC-MS技術，對采自成都川菜博物館按照傳統工藝生產的后熟發酵1、2、3 a郫縣豆瓣醬揮發性物質進行分析，結果見表1。

表1 HS-SPME-GC-MS分析不同后熟時間豆瓣醬揮發性成分結果Table 1 HS-SPME-GC-MS analysis of volatile composition of three Pixian broad-bean sauces with different ripening fermentation times

續表1

由表1可知，后熟發酵1 a郫縣豆瓣醬中檢測到36 種揮發性物質，占總檢出化合物的81.8%，總離子圖見圖1A，醇9 種（25.0%）、酯9 種（25.0%）、醛3 種（8.3%）、烴4 種（11.1%）、酚2 種（5.6%）、酮4 種（11.1%），其他5 種（13.9%）。其主要成分是4-乙基-2-甲氧基苯酚（17.0%）、苯乙醇（15.11%）、2-乙基苯酚（11.96%）、苯甲醛（6.67%）、乙酸乙酯（2.81%）、苯乙醛（2.76%）、乙醇（2.71%）、十六烷酸乙基酯（2.48%）、水楊酸甲酯（2.22%）、1-庚醇（2.11%）、α-衣蘭油烯（1.57%）、γ-雪松烯（1.45%）、十四烷酸乙基酯（1.44%）、9-甲基-1-癸烯（1.31%）、芳樟醇（1.26%）、3-辛酮（1.04%）。

圖1 不同后熟時間郫縣豆瓣醬揮發性成分的GC-MS總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatile compositions of Pixian broad-bean sauces with different ripening fermentation times analyzed by GC-MS

后熟發酵2a郫縣豆瓣醬中檢測到30種揮發性物質，占總檢出化合物的68.2%，總離子圖見圖1B，其中醇6 種（20.0%）、酯3 種（10.0%）、醛6 種（20.0%）、酸1 種（3.3%）、烴6 種（20.0%）、酚3 種（10.0%）、酮3 種（10.0%），其他2 種（6.6%）。其主要成分是苯乙醇（16.77%）、苯甲醛（9.68%）、苯乙醛（9.64%）、1-庚醇（4.01%）、糠醛（3.77%）、己二酸二辛酯（3.31%）、1-辛烯-3-醇（3.13%）、4-乙基-2-甲氧基苯酚（2.05%）、壬醛（1.91%）、辛酸（1.43%）、糠醇（1.30%）、4-乙基苯酚（1.21%）、2-乙基苯酚（1.18%）、γ-雪松烯（1.17%）、水楊酸甲酯（1.12%）、芳樟醇（1.07%）。

后熟發酵3 a郫縣豆瓣醬中檢測到28 種揮發性物質，占總檢出化合物的63.6%，總離子圖見圖1C，其中醇6 種（21.4%）、酯5 種（17.9%）、醛4 種（14.3%）、烴5 種（18.4%）、酚2 種（ 7.1%）、酮3 種（10.7%），其他2 種（7.1%）。其主要成分是苯乙醇（22.86%）、苯乙醛（5.22%）、苯甲醛（4.13%）、1-庚醇（3.00%）、4-乙基-2-甲氧基苯酚（2.42%）、乙醇（2.35%）、4-乙基苯酚（2.23%）、糠醛（1.62%）、苯乙酸乙酯（1.53%）、十六烷酸乙基酯（1.32%）、1-辛烯-3-醇（1.29%）、十四烷酸乙基酯（1.26%）、糠醇（1.18%）、亞油酸乙酯（1.04%）、1-辛醇（1.01%）。

從3 種不同后熟發酵的郫縣豆瓣醬中共分離鑒定出44 種揮發性化合物，包括醇10 種、酯10 種、酸1 種、醛6 種、酮4 種、酚3 種，其他10 種。由圖2和表1可知，3 種樣品共有的揮發性成分19 種，占總檢出化合物的43.18%，其中主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、1-庚醇，但是其相對含量隨發酵時間的不同而有差異。發酵1 a（C1）獨有的揮發性成分有9 種，發酵2 a（C2）獨有的揮發性成分有4 種，發酵3 a（C3）沒有獨有的揮發性成分（圖2）。

圖2 3 種不同后熟發酵時間郫縣豆瓣醬揮發性物質整體比較Fig.2 Comparison of volatile composition of three different ripening fermentation times of Pixian broad-bean sauces with Venn Diagram

C1獨有的9 種揮發性物質里乙酸乙酯相對含量大于1%，達到2.81%，其余包含醇類3 種（3-甲基-1-丁醇（0.09%）、松油醇（0.93%）、芐醇（0.51%）），酯類2 種（十六烷酸乙基酯（0.24%）、9-十八烯酸乙酯（0.54%）），酮類1 種（1-（1H-吡咯-2-基）-乙酮（0.77%）），檸檬烯（0.63%）、正二十烷（0.48%）。

乙酸乙酯具有水果香[19]，3-甲基-1-丁醇具有特殊有辛辣不愉快氣味，嗅覺閾質量濃度7.3 μg/L[20]，松油醇具有紫丁香味去臭作用[21]，芐醇（苯甲醇）是一種定香劑，暫時允許使用的食用香料[22]，檸檬烯有類似檸檬的香味，廣泛存在于天然的植物精油中[23]，正二十烷等烴類成分由于大多數不具有香味，所以它們對產品的香氣貢獻也是很少的[24]。C2獨有的4 種揮發性物質里辛酸相對含量大于1%，達到1.43%，其余3-甲基丁醛（0.25%）、己二酸雙（2-甲基丙基）酯（0.36%）、正二十五烷（0.89%）。酸類成分大部分應該是在實驗過程中由酯類水解產生的[12]，3-甲基丁醛具有蘋果香味，用作食品原料、香精等[25]。因此，推測在C1和C2獨有的揮發性成分里對郫縣豆瓣醬香氣有較大貢獻的是低級的脂肪酸酯（如乙酸乙酯），以及醇、醛等。

2.2 電子鼻分析

利用I-Nose型電子鼻系統，對后熟發酵1 a（C1）、2 a（C2）、3 a（C3）的郫縣豆瓣醬風味成分進行檢測分析，測量豆瓣醬揮發性成分特征時，獲得電子鼻10 個傳感器的響應值，得到特征值、及對應的主成分信息占有率和主成分得分圖（圖3A）獲得最佳傳感器組合為S1S4S7S10，區分指數（discrimination index，DI）為96.3%，區分指數最大值為100，其值越大表明不同組數據之間區分度越好，一般≥80表示能夠有效區分。主成分分析結果見圖3B，第一主成分貢獻度PC1占99.9%，PC2占0.1%。C1、C2、C3之間無重疊，區分度很好，表明C1、C2、C3之間存在明顯差異。

圖3 主成分信息占有率和推薦傳感器列表Fig.3 Information about the main components and recommended sensor

2.3 感官分析

圖4 郫縣豆瓣醬不同后熟發酵時間感官剖面圖Fig.4 Sensory profiles of different post-ripening fermented Pixian broad-bean sauces

通過刪減描述詞，選擇13 個有差異的描述詞對C1、C2、C3進行感官分析，結果如圖4所示，C1紅色的程度要大于C2、C3；黏稠度、咸味、辣度、酯香3 個樣品基本一致，其中咸味主要由所加食鹽引起，據測定3 個樣品食鹽含量（以NaCl計在18%～20%）；醬香、褐色、光澤程度C1要低于C2、C3；而C2、C3整體上差別不大。

3 結 論

電子鼻法能很好的區分不同后熟發酵時間的郫縣豆瓣醬，HS-SPME-GC-MS共分離鑒定出44 種揮發性化合物，共有的揮發性成分19 種，主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、1-庚醇，這些成分可能是郫縣豆瓣醬發酵的主體揮發性物質，3 個樣品間相對含量有較大差異。后熟發酵1 a有9 種特有的揮發性物質，發酵2 a有4 種特有的揮發性物質，而發酵3 a沒有產生特有的揮發性物質，區別主要在低級的脂肪酸酯（如乙酸乙酯），以及醇、醛等的不同。感官分析結果表明后熟發酵2 a與3 a的樣品在整體上并無多大差異，暗示郫縣豆瓣醬后熟發酵可能主要導致各揮發性成分相對含量細微的差異，尤其是酚、醇、醛和低級脂肪酸相對含量和種類的細微差異，而這些差異可以被電子鼻傳感器檢測到，因此，可以將電子鼻應用于郫縣豆瓣醬企業生產中在線檢測和質量控制。

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Analysis of Volatile Components of Pixian Broad-Bean Sauce with Different Post-Ripening Fermentation Times

LI Zhi-hua1,2, HUANG Chi2, WANG Zi-peng2, YAO Ying-zheng2, DONG Ling2, LI Pu2, XIE Jiang2, CHEN Fu-sheng1,*
(1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. Agro-Food Science and Technology Research Institute, Sichuan Academy of Agriculture Sciences, Chengdu 610066, China)

In this study, the volatile compounds in three different post-ripening fermented Pixian broad-bean sauces were analyzed with an electronic nose and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) coupled to gas chromatographymass spectrometry (GC-MS). Differences were observed by applying principal component analysis (PCA) to electronic nose data sets. The three samples showed apparent groupings and the best combination of sensors was S1S4S7S10. A total of 44 volatile components were identified by HS-SPME-GC-MS. Nineteen volatile compounds were common to the three samples mainly including 4-ethyl-2-methoxy-phenol, phenylethyl alcohol, 2-ethyl-phenol, benzaldehyde, benzeneacetaldehyde, 2-hydroxy-methyl benzoic acid ester, 1-heptanol, and the one, two, three-year post-ripening fermented samples were identified to contain 36, 30, and 28 volatile compounds which accounted for 81.8%, 68.2%, and 63.6% of the total volatile compounds, respectively. Sensory analysis showed that the 1-year post-ripening fermented sample was different in color, aroma, and other aspects from the 2 and 3-year fermented samples, which, however, were not obviously different as a whole.

Pixian broad-bean sauce; post-ripening fermentation; electronic nose; headspace solid-phase microextractiongas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS); volatile compounds

TS214.9

A

1002-6630（2014）16-0180-05

10.7506/spkx1002-6630-201416035

2013-10-29

四川省農業科學院“青年科研骨干培養”項目；四川省農業科學院青年基金項目（2012QNJJ-024）；

四川省財政創新能力提升工程-自然科學基金補助專項（2013KXJJ-026）；四川省財政基因工程專項資金項目（2011JYGC12-037）

李治華（1982—），男，副研究員，博士研究生，研究方向為食品發酵與分子生物學。E-mail：lzh82@hotmail.com

*通信作者：陳福生（1965—），男，教授，博士，研究方向為食品微生物。E-mail：chenfs@mail.hzau.edu.cn