基于電子鼻和氣質聯用分析郫縣豆瓣對魚香調味汁的風味貢獻

易宇文，胡金祥，楊進軍，劉陽，彭毅秦，吳華昌，喬明鋒，鄧靜*

1(烹飪科學四川省高等學校重點實驗室(四川旅游學院)，四川 成都，610100) 2(四川旅游學院，四川 成都，610100)

魚香味是川菜復合味型的典型代表，咸甜酸辣，姜蔥蒜香味濃郁，具有煮魚風味而不見魚的妙處。郫縣豆瓣是傳統魚香味不可缺少的一種調料，以蠶豆瓣、紅辣椒等原料發酵制作而成的一種調味品，目前報道其風味物質大約有140余種，且發酵時間影響其風味物質的形成，風味物質主要包含酯類、酚類、醇類等，這些物質對“魚香”風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味汁風味的貢獻，為魚香肉絲風味化學指紋圖譜的建立奠定基礎，對于工業化產品質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-質譜聯用儀(solid-phase microextraction gas chromatography-tan-dem mass spectrometry， SPME-GC-MS)，結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)等化學計量學方法分析不同年份郫縣豆瓣對魚香調味汁揮發性風味的貢獻，探討不同分析方法的區分能力和相關性，并進行風味屬性評價。

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味品實業有限公司；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；氣相色譜質譜聯用儀(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名經驗豐富的烹飪名師組成。感官評價小組成員依據GB/T 16291.1和GB/T 16291.2進行人員的選拔、培訓與維護。對評價人員依據GB/T 29605—2013要求進行培訓，分別對蒜香、醋香、酯香、醬香和姜香5個維度進行訓練；風味強度評價采用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，數據采集時間120 s，數據采集延遲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；質量掃描范圍：35～400m/z；掃描延遲66 s；標準調諧文件。

1.3.4 定性定量分析

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

定量分析:采用峰面積歸一化法進行簡單定量，求得各揮發性成分的相對含量。

1.4 數據分析方法和作圖

化學計量學作為食品風味化學中常用的分析方法，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計方法[5]；CA是一種依據樣品相似程度，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性或樣品容量少于變量個數等問題的多元統計方法，主要應用于產品預測[7]、相關性分析[8]等方面。

2 結果與分析

2.1 感官評價結果

表1為樣品感官評價結果。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，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 樣品感官評分結果

注：不同小寫字母表示同行組間數值差異性(P<0.05)，下同。

2.2 樣品揮發性風味物質GC-MS分析

樣品GC-MS總離子流如圖1。4個樣品的揮發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味汁揮發性化合物存在影響。

圖1 樣品揮發性成分總離子流圖

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

表2是GC-MS檢測結果。1、2、3和4號樣品共檢測到86種揮發性化合物，分別為70、81、86和84種，分別占揮發性總物質的81.51%、87.78%、93.58%和94.60%；4個樣品均被檢測到的物質有68 種，來源于共有調味品姜、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，具體來源有待于進一步研究證實。通過分析，表2揮發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 樣品主要揮發性成分GC-MS鑒定結果

續表2

續表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。

依據化合物結構分類并計算出各類物質相對含量，如圖2所示，主要揮發性風味物質分為醇類、萜烴類、醛類、酯類、含硫化合物等。其中，1-4號樣品醛類物質含量分別為50.71%、52.73%、54.34%和55.00%，在揮發性風味物質中含量最高，這些物質可能構成魚香調味汁香味的基礎；含量最低的是酯類物質，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，且酯類物質的風味感官閾值較低[10]，可以推測1號與其他3個樣品在風味上存在較大差異。

圖2 樣品各類型揮發性物質分析比較結果

Fig.2 The comparison results of samples aroma components analysis

郫縣豆瓣中的醇類物質主要為樣品提供了花果香、甜香和黃油香等香味物質[14]，但一般認為醇類物質的閾值較高[7]，對樣品的風味貢獻不大，而醛類物質閾值很低[10]，對樣品的風味貢獻大，郫縣豆瓣中醛類物質包括異戊醛、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%。酯類物質是一類十分重要的呈香物質，閾值低[10]，樣品中檢測到的7種物質有5種與郫縣豆瓣有關，均為乙酯類物質，給人發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，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果進行PCA，結果見圖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樣品的風味輪廓信息。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味物質上有差異[1]，電子鼻能夠區分出這種差異；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分添加郫縣豆瓣的樣品，與GC-MS和電子鼻檢測結果一致，但無法區分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]，在細節區分上有局限性。

a-氣質聯用；b-電子鼻； c-感官評價圖3 樣品氣質聯用、電子鼻和感官評價結果主成分分析圖

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果進行CA，結果見圖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，差異僅體現在聚類距離上，這與檢測方式的精密度有關[22]。

a-氣質聯用;b-電子鼻；c-感官評價圖4 樣品氣質聯用、電子鼻和感官評價結果聚類分析圖

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

2.3.3 GC-MS分析結果與感官屬性相關性分析

圖5 揮發性風味物質與感官屬性相關性PLS分析圖

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

以樣品揮發性組分化學分類與感官評價結果為研究對象，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分析，結果見圖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性良好，結合表2，7 種酯類物質中有5種與郫縣豆瓣有關(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(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，醇類物質中糠醇來源于郫縣豆瓣的可能性較大；醛類物質中的異戊醛、苯甲醛、糠醛(部分)與郫縣豆瓣有關[10]。另外，酯類物質中的反式-4-癸烯酸乙酯在發酵辣椒[23]中有檢測到，郫縣豆瓣是辣椒的發酵制品，因此可以推測，郫縣豆瓣中的發酵辣椒香味與反式-4-癸烯酸乙酯的相關性極為顯著。這些酯類物質的存在賦予了魚香調味汁發酵辣椒的酸、辣香氣[7]。

3 結論

本文采用氣質聯用、電子鼻和感官評價，結合PCA、CA、PLS等化學計量學方法，研究不同年份郫縣豆瓣對魚香調味汁揮發性風味的貢獻，分析樣品間差異，并以不同類型風味化合物為自變量，感官屬性為因變量進行PLS分析。GC-MS檢測到樣品共有風味物質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味汁風味化學物質的定性與定量影響存在顯著差異，比較GC-MS檢測結果發現1和2、3、4號樣品在風味物質上的差異主要體現在糠醇、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小；PCA和CA分析顯示，GC-MS、E-nose和感官評價結果總體趨勢一致；PLS分析表明，醛類、酯類和其他化合物與酯香(即是郫縣豆瓣的風味物質)存在相關性。研究結果為魚香調味汁工業化生產品控提供參考，為魚香調味汁風味指紋圖譜的建立奠定基礎；研究結果也表明氣質聯用、電子鼻和感官評價結合化學計量學方法能夠較全面評價魚香調味汁中的揮發性風味性物質和風味屬性，這些研究方法的結合是食品風味綜合評價的趨勢。