基于電子鼻和氣質(zhì)聯(lián)用分析干燥方式對(duì)郫縣豆瓣風(fēng)味的影響

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(1.四川旅游學(xué)院烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610100; 2.四川廣播電視大學(xué)德陽(yáng)分校綿竹工作站,四川德陽(yáng) 618000; 3.四川旅游學(xué)院食品學(xué)院,四川成都 610100)

郫縣豆瓣是以蠶豆瓣、紅辣椒等原料發(fā)酵而成的一種四川特色調(diào)味品,在川菜中廣泛應(yīng)用,使用量大,但含水量高,造成運(yùn)輸和存儲(chǔ)等不便。豆瓣粉便于運(yùn)輸和存儲(chǔ),由郫縣豆瓣干制并研磨而成,屬新型調(diào)味品,目前鮮有報(bào)道。

熱風(fēng)干燥、微波干燥和烘烤[1]是常用的熱能干燥方法[2],它們利用熱能將食品水分蒸發(fā)而達(dá)到干燥目的,但易使熱敏性風(fēng)味物質(zhì)損失[3],主要應(yīng)用于糧食[4]、茶葉[5]等方面。冷凍干燥利用冰在真空狀態(tài)下升華達(dá)到干燥,溫度低,熱敏性風(fēng)味物質(zhì)損失少,但成本高,效率低,能源消耗多[6],主要應(yīng)用在水果[7]、藥材[8]等方面。研究表明郫縣豆瓣的風(fēng)味物質(zhì)約有140余種[9],其中,酯類、酚類、醇類等物質(zhì)對(duì)郫縣豆瓣風(fēng)味的形成有重要貢獻(xiàn)[10-11]。目前,郫縣豆瓣風(fēng)味物質(zhì)的研究主要集中在發(fā)酵過程中風(fēng)味物質(zhì)的形成和變化[10]、陳釀時(shí)間對(duì)風(fēng)味的影響[11]、快速發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵方法對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的影響[12]等方面,不同干燥方式對(duì)郫縣豆瓣風(fēng)味物質(zhì)的影響研究尚未見報(bào)道,而不同干燥方式對(duì)物料風(fēng)味的影響較大[2-8]。

本實(shí)驗(yàn)以郫縣豆瓣為研究對(duì)象,采用真空冷凍、烘烤、熱風(fēng)和微波四種干燥方式處理郫縣豆瓣,通過電子鼻(E-nose)和固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(SPME-GC-MS),結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)(PCA和CA),分析郫縣豆瓣及豆瓣粉的整體風(fēng)味輪廓和香氣物質(zhì),比較不同干燥方式對(duì)其風(fēng)味的影響,探索最佳豆瓣粉干燥方式,為豆瓣粉的工業(yè)生產(chǎn)及品質(zhì)控制提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紹豐和郫縣豆瓣盒裝 400 g,成都市郫縣紹豐和調(diào)味品實(shí)業(yè)有限公司。

FALLC4N分析天平 常州市衡正電子儀器有限公司;FOX 4000電子鼻 法國(guó)Alpha MOS公司;PC-420D專用磁力加熱攪拌裝置,75 μm CAR/PDMS手動(dòng)萃取頭 美國(guó)Supelco公司;SQ680氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)PerkinElmer;FD-1-50真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;HO-60SF電烤箱 海氏(Hauswirt)中國(guó);101-0 AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;P80D23N1L-A9(S0)微波爐 格蘭仕;ZT-400型高速多功能粉粹機(jī) 永康市展帆工商貿(mào)有限公司;DW-FW 110超低溫冰箱 三洋;其他均為實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 不同干燥方式郫縣豆瓣粉的制備 真空冷凍干燥:將50 g豆瓣放入托盤,平鋪1 cm厚,置于超低溫冰箱(-40 ℃,4 h),后放入真空冷凍干燥機(jī)(-50 ℃,15 Pa)干燥10 h。取出,計(jì)算出蒸發(fā)的水分量,并以此為標(biāo)準(zhǔn),作為烘烤、熱風(fēng)和微波干燥終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

烘烤、熱風(fēng)、微波干燥:將50 g豆瓣放入托盤,平鋪1 cm厚,分別放入電烤箱(50 ℃,5 h)、電熱鼓風(fēng)機(jī)(50 ℃,5 h)和微波爐(低火,8 min),然后根據(jù)實(shí)際情況減少干燥時(shí)間,直至蒸發(fā)的水分含量與冷凍干燥一致(±2%)為止。

將樣品用多功能粉粹機(jī)磨制成粉,過50目篩,密封備用。真空冷凍、烘烤、熱風(fēng)和微波干燥樣品編號(hào)分別為1、2、3、4,未干燥樣品(參照品)為5。

1.2.2 電子鼻分析 電子鼻由18根金屬氧化傳感器組成,每根傳感器對(duì)一類或幾類物質(zhì)敏感[13]。

準(zhǔn)確稱量樣品2.00 g,置于10 mL頂空瓶,密封、編號(hào)。分析條件:手動(dòng)進(jìn)樣,頂空溫度70 ℃,加熱時(shí)間10 min,載氣流量150 mL/s,進(jìn)樣量2000 μL,進(jìn)樣速度2000 μL/s;數(shù)據(jù)采集時(shí)間2 min,時(shí)間延遲3 min。每個(gè)樣品平行測(cè)試5次,取傳感器后3次在第2 min時(shí)獲得的穩(wěn)定信號(hào)進(jìn)行分析。

1.2.3 GC-MS條件 萃取條件:取樣品2.00 g置于15 mL頂空瓶中,加入攪拌子密封,磁力攪拌裝置溫度70 ℃,轉(zhuǎn)速80 r/min,平衡10 min,然后將老化(250 ℃,10 min)的萃取頭插入頂空瓶,吸附80 min后,在250 ℃氣相色譜進(jìn)樣口解吸10 min。

GC條件:色譜柱:Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度:250 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃,保持2 min,以2 ℃/min升至60 ℃,保留1 min,接著以6 ℃/min升至140 ℃,保留1 min,然后以20 ℃/min 升至250 ℃,保留2 min。載氣:氦氣(99.9999%),流速1 mL/min,分流比5∶1。

MS條件:EI離子源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃;全掃描模式;質(zhì)量掃描范圍:35～400 m/z;掃描延遲1.1 min。

1.2.4 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(kù)、計(jì)算其保留指數(shù)并與其文獻(xiàn)值進(jìn)行比對(duì)為主,同時(shí)結(jié)合人工解析質(zhì)譜圖進(jìn)行確定。

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

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用UnscramblerX 10.4進(jìn)行主成分(PCA)和聚類分析(CA),由origin 9.1完成作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式郫縣豆瓣粉電子鼻分析

2.1.1 電子鼻傳感器響應(yīng)值雷達(dá)圖 對(duì)4種干燥豆瓣粉和未干燥豆瓣(參照品)進(jìn)行電子鼻分析,取傳感器在120 s時(shí)的響應(yīng)值作雷達(dá)圖,結(jié)果見圖1。如圖1可知,1、5號(hào)樣品在多數(shù)傳感器上的相應(yīng)值差異不明顯,表明冷凍干燥樣品與未干燥樣品在香味上差異小,也說明冷凍干燥對(duì)樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的損失最小,能夠最大限度的保留熱敏性物質(zhì)[2]。2、3和4號(hào)樣品與5號(hào)樣品在傳感器T40/2、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2、P40/1、P10/2、T30/1上響應(yīng)值差異明顯,說明豆瓣中熱敏性物質(zhì)在烘烤、熱風(fēng)和微波干燥的條件下?lián)p失嚴(yán)重,由此推測(cè),冷凍干燥樣品與烘烤、熱風(fēng)和微波干燥樣品在香味上差異明顯。

圖1 電子鼻傳感器響應(yīng)雷達(dá)圖Fig.1 The radar map of E-nose responses

2.1.2 電子鼻PCA分析 圖2為電子鼻分析豆瓣粉風(fēng)味結(jié)果的主成分分析。王瓊[14]等認(rèn)為兩個(gè)主成分超過85%即可反映樣品的主要特征信息,圖中主成分1和2分別為90%和9%,貢獻(xiàn)率99%,說明其降維是有效的,能夠反映樣品的主要特征信息與總體風(fēng)味輪廓。1、5號(hào)樣品分布在Y軸的右側(cè),且分別分布在第四和第一象限,說明1、5號(hào)樣品的差異主要來(lái)源于第二主成分,而第二主成分僅有9%,故1、5號(hào)樣品差異小,與雷達(dá)圖結(jié)果類似,和張曉敏[15]等研究結(jié)論一致。2、3和4號(hào)分布在Y軸左側(cè),說明1、5號(hào)與2、3和4號(hào)樣品差異大,4號(hào)樣品到2號(hào)樣品的距離較3號(hào)遠(yuǎn),說明4、3號(hào)樣品更為相似,僅在第二主成分上有差異。

圖2 樣品電子鼻主成分分析Fig.2 The PCA of E-nose of the samples

2.1.3 電子鼻CA分析 圖3是樣品電子鼻傳感器響應(yīng)值的聚類分析圖。圖中可看出,1、5號(hào)樣品相似度高,在0.18882處聚類,與PCA分析一致;3、4號(hào)樣品在0.09058處聚類,且與2號(hào)樣品在0.18417處聚類,與PCA分析中3、4號(hào)樣品僅在第二主成分上有差異,且4號(hào)樣品距2號(hào)樣品較3號(hào)遠(yuǎn)一致,也與3個(gè)樣品均分布在Y軸的左面一致;2、3、4號(hào)樣品的聚類比主成分分析更清晰的反應(yīng)出它們兩兩相似程度。

圖3 樣品電子鼻聚類分析Fig.3 The CA of E-nose of the samples

2.2 不同干燥方式郫縣豆瓣粉揮發(fā)性物質(zhì)成分分析

表1是不同干燥方式郫縣豆瓣粉揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS檢測(cè)結(jié)果。1、2、3、4和5號(hào)樣品共檢測(cè)到75種揮發(fā)性物質(zhì),分別為64、33、37、46和75種,占總揮發(fā)性物質(zhì)的81.70%、55.03%、51.82%、62.97%、87.21%,共有化合物14種。相對(duì)含量較高有糠醇、芳樟醇、苯乙醇、3-糠醛、苯甲醛、苯乙醛、乙酸、山梨酸甲酯、苯甲酸乙酯、檸檬烯、羅勒烯、4-乙基苯酚、2-正戊基呋喃、茴香腦、2-乙酰基吡咯等15種,特別是乙酸(平均含量13.685%);含量較低的有異戊醇、2-甲基丁酸乙酯、辛酸甲酯、癸酸乙酯、十二烷、α-長(zhǎng)葉蒎烯、α-蒎烯、2,3-戊二酮、甲苯、苯酚、3-苯基呋喃等11種。李治華[12]等認(rèn)為乙酸、糠醇、苯甲酸乙酯等物質(zhì)雖然在郫縣豆瓣中含量較高,但對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)并不大。從GC-MS檢測(cè)到的揮發(fā)性物質(zhì)種類來(lái)看,真空冷凍干燥(64種)效果最好,其次是微波干燥(46種),再次是熱風(fēng)干燥(37種),烘烤效果最差為(33種),由此可見干燥會(huì)造成揮發(fā)性物質(zhì)損失,熱能干燥方式損失較嚴(yán)重,真空冷凍干燥對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)的損害最小。

表1 樣品主要揮發(fā)性成分GC-MS鑒定結(jié)果Table 1 Identification of the main volatile components of samples by GC-MS

續(xù)表

劉平[11]、黃湛[26]的研究表明異戊醛、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯、3-甲硫基丙醛、苯乙醛、四甲基吡嗪、芳樟醇、苯乙醇、2-乙基苯酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚、糠醛、十六酸乙酯為郫縣豆瓣的特征風(fēng)味物質(zhì),一致確認(rèn)的特征風(fēng)味物質(zhì)有異戊醛、芳樟醇、苯乙醇。目前有關(guān)郫縣豆瓣的文獻(xiàn)[9-12,17,26-28]中,這三種物質(zhì)均有被檢出,而其他特征風(fēng)味物質(zhì)卻并未一致檢出,可以推測(cè)這三種物質(zhì)為郫縣豆瓣的基本特征風(fēng)味物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)合未干燥樣品和黃湛、劉平等的研究成果確定異戊醛、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯、苯乙醛、芳樟醇、苯乙醇、4-乙基-2-甲氧基苯酚、糠醛這8種物質(zhì)為郫縣豆瓣的特征風(fēng)味物質(zhì)。相對(duì)于未干燥的郫縣豆瓣,冷凍干燥樣品共檢測(cè)到7種特征風(fēng)味物質(zhì)(4-乙基-2-甲氧基苯酚未檢測(cè)出),烘烤干燥檢測(cè)到4種特征風(fēng)味物質(zhì)(芳樟醇、苯乙醇、異戊醛、苯乙醛),熱風(fēng)干燥5種特征風(fēng)味物質(zhì)(芳樟醇、苯乙醇、異戊醛、糠醛、苯乙醛),微波干燥5種特征風(fēng)味物質(zhì)(芳樟醇、苯乙醇、異戊醛、苯乙醛、4-乙基-2-甲氧基苯酚)。冷凍干燥樣品與未干燥樣品在特征風(fēng)味物質(zhì)上最為相似,其次是熱風(fēng)干燥和微波干燥。另外,4種干燥方式均檢測(cè)到基本特征風(fēng)味物質(zhì)(異戊醛、芳樟醇、苯乙醇)。

2.3 不同干燥方式郫縣豆瓣粉揮發(fā)性物質(zhì)種類及相對(duì)含量分析

圖4是四種干燥方式所得豆瓣粉風(fēng)味化合物的分類及相對(duì)含量比較,主要揮發(fā)性物質(zhì)為醇類、醛類、酸類、酯類、烴類、酮類、酚類和其他化合物。未干燥郫縣豆瓣的醛類、酯類、酮類和酚類物質(zhì)相對(duì)含量分別為22.533%、15.819%、1.917%、7.629%,而4種方式干燥后,其含量均降低。干燥后,酸類物質(zhì)含量大幅上升,可能與水分喪失有關(guān),以及與其他離子形成鹽或者被某些物質(zhì)所吸附[10],而在干燥時(shí)釋放有關(guān)。酸類物質(zhì)一般只提供刺激性氣味,協(xié)調(diào)各風(fēng)味[10],不是郫縣豆瓣的特征風(fēng)味物質(zhì)。熱能干燥的豆瓣粉在醇類、酸類、烴類上均有較大幅度下降,可能與物質(zhì)的沸點(diǎn)和干燥時(shí)間有關(guān),真空冷凍干燥樣品其含量較高(12.925%、28.224%、13.959%),可能與低溫有關(guān)。

圖4 樣品各類型揮發(fā)性物質(zhì)分析比較Fig.4 The comparison and analysis of volatile chemical substances in samples

3 結(jié)論

通過對(duì)不同干燥方式郫縣豆瓣的電子鼻雷達(dá)圖、PCA和CA分析表明:冷凍干燥豆瓣粉與郫縣豆瓣在香味上最為接近,烘烤、熱風(fēng)和微波干燥樣品風(fēng)味差異大。GC-MS分析表明:冷凍、烘烤、熱風(fēng)和微波干燥的豆瓣粉與郫縣豆瓣分別檢測(cè)到揮發(fā)性物質(zhì)64、33、37、46和75種,特征風(fēng)味物質(zhì)為7、4、5、5和8種,均檢測(cè)到三種基本特征風(fēng)味物質(zhì)(異戊醛、芳樟醇、苯乙醇)。未干燥的郫縣豆瓣與冷凍干燥的樣品在風(fēng)味上最為相似,與熱風(fēng)、微波和烘烤樣品差異大,但都具有基本特征風(fēng)味物質(zhì);冷凍干燥對(duì)樣品風(fēng)味物質(zhì)影響最小,可作為高端豆瓣粉加工工藝,其他干燥方式可作為大眾產(chǎn)品的開發(fā)方法。