基于主成分分析法的鹽水鵝老鹵風味強度評價模型的構建

邵俊鋒，李波，陸煬，王君，崔桂友

(揚州大學 旅游烹飪學院，江蘇 揚州，225000)

揚州鹽水鵝是淮揚菜系中一道經典鹵菜，在全國享有盛名[1-2]。鹽水鵝獨特的風味主要是因為老鹵的使用。老鹵是由新鹵至少煮制20～30次而成[3]，在反復鹵煮過程中，會不斷積累源于鵝肉和各種香料中的風味物質，如游離氨基酸、核苷酸、醇類、醛類等，從而形成獨特的風味，進而賦予并增強鹽水鵝特有風味[4-5]，這也是許多賣家常以“百年老鹵”作為賣點的原因之一[4]。研究表明總游離氨基酸、呈味核苷酸、味精當量、醛類、酸類等風味物質含量會隨著鹵水鹵制次數的增加不斷上升[6-11]。老鹵中風味物質種類繁多、組成復雜，對其綜合分析難度較大。目前對于鹵水風味強度的評價主要還是依靠感官指標，但感官評定存在主觀性強、評定人員易受環境影響等缺點。

主成分分析是一種多元統計分析方法，能把原有的多個指標轉化成少數幾個能反映原來指標大部分的信息的綜合指標，并且各個指標之間保持獨立，可以避免出現重疊信息，起著降維和簡化數據結構的作用[12]，在茶葉、羊肉、牛奶等食品[13-16]的香氣質量評價中得到了廣泛的應用。本研究利用頂空固相微萃取(headspace solid phasemicro-extraction，HS-SPME)結合氣相色譜-質譜聯用技術(gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS)對老鹵中風味成分進行萃取并定性定量,采用相對氣味活度值(relative odor activity value，ROAV)尋找關鍵性風味物質，結合主成分分析法和感官評價法建立揚州老鵝老鹵香氣質量的評價模型，為以后更加客觀評價特征性風味強度提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

老鹵：購于揚州市邗江區黃玨鎮5家攤位，均添加了蔥、姜、八角、桂皮、香葉、小茴、花椒等香辛料與鹽，按照各家特定的比例鹵制鹽水鵝20次以上并貯存于不銹鋼鍋中，從鍋底部放液采樣并以50 mL聚丙烯離心管盛裝，標記為L1、L2、L3、L4、L5。

1.2 儀器與設備

DK-S26型電熱恒溫水浴鍋，上海申生生物科技有限公司；75 μm PDMS萃取頭，上海安譜科學儀器有限公司；Trace ISQ氣質聯用儀，美國賽默飛世爾有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 揮發性物質的萃取

萃取頭在氣相色譜進樣口處老化1 h，老化溫度250 ℃。量取15 mL樣品置于萃取瓶中，60 ℃水浴40 min，并將萃取頭的纖維頭置于至萃取瓶上端約1/3 處進行萃取。萃取結束后將萃取頭迅速插入進樣口250 ℃解吸5 min。

1.3.2 儀器工作條件

色譜條件：色譜柱：DB-WAX石英毛細管柱；載氣He，不分流；進樣口溫度280 ℃；檢測器溫度250 ℃；程序升溫:起始溫度40 ℃,保持1 min, 以5 ℃/min升溫至100 ℃, 保持8 min, 再以8 ℃/min升溫至 240 ℃,保持5 min。

質譜條件：電離方式EI；電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃; 接口溫度為250 ℃; 檢測器電壓350 V; 發射電流為150 μA; 質量掃描為33～500m/z。

1.3.3 定性定量方法

定性：檢索結果與NIST Library和Wiley Library譜庫對照進行成分鑒定，僅報道匹配度和反匹配度均不小于800(最大10 000)的物質。

定量：按峰面積歸一化法計算各化合物相對百分比含量。

1.4 風味評價

參考劉登勇等[17]的方法。根據揮發性風味物質的相對百分含量來評價其貢獻程度。ROAV計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Ci和Ti為對應揮發性物質的相對百分含量和感覺閾值；Cmax和Tmax分別為對樣品總體風味貢獻最大組分的相對百分含量和均對應的感覺閾值。

1.5 鹵水香味強度感官評價

將鹵水煮沸后，靜置5 min，由10名(5男5女)經過感官評價培訓的人員評定，年齡均在20～30歲。評定人員在參評前饑飽適中并用清水漱口，在品評時，各成員單獨進行，不可交流。

評分標準：90～100分，強烈鵝香味風味；70～90分，鵝香風味明顯；50～70分，中等強度鵝香風味；30～50分，輕微鵝香風味；0～30分，幾乎沒有鵝香風味。

1.6 數據處理。

利用IBM SPSS 19.0進行主成分分析及繪制載荷圖；用Excel 2016做柱狀圖。

2 結果與分析

2.1 不同老鹵中揮發性物質的測定

如圖1所示，從老鹵中共檢測出80種揮發性風味物質，主要包括醛類、醇類、酮類、烯烴類、雜環類化合物等，占所有峰面積的84.04%。在各鹵水中，醛類物質數量最多，L3中數量最低(14種)，但是其醛類物質含量達到了L3中風味物質總量的38%；其次烴、酯類物質含量在各鹵水中揮發性物質總數量最低(11種)也達到了占比29%。醇類和雜環類物質較少，雜環類物質主要是吡嗪類(3種)，呋喃(1種)等。在L5中未檢測出雜環類物質，這可能是由于老鹵在鹵制一定次數后，需向其中添加一定量的香料、鹽及增加水量，致使低閾值的雜環類揮發性物質在鹵水中的相對含量減少[3]，未達到固相微萃取萃取頭的檢出限,增加了香料風味物質的相對含量。

圖1 鹵水中各類揮發性物質種類數Fig.1 Numbers of volatile compounds extracted from marinade

鹵水的風味不僅是由揮發性物質的種類數量決定，還與其在風味體系中的濃度有關，為綜合評價物質對整體風味的貢獻，常利用氣味活度值(odor activity value，OAV)，但OAV的計算涉及到物質的具體濃度，且物質種類眾多，定量困難[18]。故此借鑒劉登勇等[17]的方法，利用ROAV值評價物質的風味貢獻大小。物質的ROAV值均在0～100，且ROAV值越大，該物質的風味貢獻也越大。一般認為ROVA≥1時，該物質為樣品的特征風味物質，0.1≤ROAV<1時，該物質對整體風味有重要的修飾作用。由表1可知共有14種物質在5個老鹵中均被檢出，為壬醛、正己醛、正庚醛、蘑菇醇、甲酸庚酯、正十四烷、E-2-辛烯醛、2-十一烯醛、(Z)-2-壬烯醛、(Z)-2-癸烯醛、(2Z)-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛。其中壬醛、正己醛、蘑菇醇、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛這5種物質在各老鹵中檢出含量較高且ROAV值均大于1，為老鹵的關鍵揮發性風味物質。謝偉等[4]報道經老鹵復鹵過的成品鴨中的辛醛、庚醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛含量高于新鹵復鹵過的成品鴨，與本實驗的研究結果相一致。正庚醛、異戊醛、E-2-癸烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛這5種物質在個別老鹵中檢出含量較低(0.1≤ROAV<1)，對整體風味具有重要的修飾作用。相較于其他化合物，醛類物質閾值通常更低且低級醛含有獨特的脂香，可能是源于類脂物質中不飽和酰基鏈的氧化裂解作用，對整體風味具有較大的貢獻[19-21]。壬醛、己醛、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛主要是源于油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸的氧化[22]。壬醛具有柑橘香、玫瑰等香型,脂香濃郁[23]；己醛具有青草、清新味，能賦予肉制品刺激性的辛辣味，增加味感[24]；(E,E)-2,4-壬二烯醛具有脂肪味[26]；(E,E)-2,4-癸二烯醛是亞油酸氧化的產物,具有脂肪味和炸土豆味，感覺閾值較低，在老鹵中ROAV均大于90，對整體風味具有重要貢獻。醇類源于脂肪氧化，一般閾值較高，在整體風味中起修飾作用[25]。蘑菇醇被公認為是蘑菇的特征風味，其前體物質是亞油酸，作為低閾值的醇類物質，對風味有重要作用[26]。庚醛呈水果香味；異戊醛在低濃度時呈現令人愉快的水果香氣[27]；E-2-癸烯醛天然存在于胡荽油中，有橙子及雞、家禽肉香味；E-2-庚烯醛具有脂肪味、動物脂味；(E,E)-2，4-庚二烯醛呈脂肪、青草、水果味[26]；烯醛類物質味型豐富，能修飾整體風味，還能作為香味的前體物質參與羰氨反應[28]。甲酸庚酯具有玫瑰花香和梅子的甜香[29]。茴香腦、α-松油醇、草蒿腦、青葉醛、芳樟醇、桉樹腦、欖香烯、大茴香醛、紅沒藥烯、香葉基乙烯基醚這類物質可能都源于老鹵中添加的香辛料，都有自己的獨特香型，對老鹵獨特風味的形成可能具有促進作用。

表1 各鹵水中揮發性風味物質SPME-GC-MS分析結果及對應ROAV

2.2 風味物質的主成分分析

對27種物質(ROAV≥0.1)以及甲酸庚酯(未找到其閾值，但具有玫瑰和梅子香味[29]且在5個老鹵中均有出現，可能為鹵水的關鍵香味成分)進行主成分分析，提取特征值大于1的成分。方差貢獻率表示該主成分能夠代表整個數據分布多少的變化。表2表明第1主成分占據了43.39%原始數據的標準變異，第2主成分說明了28.81%的變異。數據的分布是有一定規律的，在某一個方向上的投影是大于其他方向的。其中有43.39%的變異是落在第一個方向上。前3個主成分累計貢獻率已達到90.25%，已包含風味物質的大部分信息，可進行老鹵的風味評估。

續表1

表2 相關矩陣的特征值和累計貢獻率Table 2 Eigen values and cumulative contribution rates of top three principal components

結合表3可求得各主成分的方程：

表3 主成分的特征向量Table 3 Eigenvectors of top three principal components

F1=-0.091X1+0.251X2+0.275X4+…-0.038X63-0.102X71+0.280X76

F2=-0.326X1-0.117X2-0.066X4+…-0.207X63-0.307X71+0.056X76

F3=0.118X1-0.117X2+0.125X4+…+0.058X63+0.164X71+0.103X76

這3個主成分占據了所有數據90%以上的變異。

物質載荷的絕對值越大，對于主成分的影響就越大，這種影響則可以通過載荷所代表的點到原點之間的距離來進行評判，風味物質在進行主成分分析之后位置在原點附近，則說明該風味物質對于老鹵之間的區別貢獻不大[12]。載荷圖上每個點都分布在不同的方向，表明這些風味物質相互之間并沒有太大的相似性，揮發性物質主成分與載荷如圖2所示。

圖2 揮發性物質主成分載荷圖Fig.2 Principal component analysis loading plots

由圖2可看出，其中第1主成分的值同草蒿腦、E-2，4-庚二烯醛、橙花醛、欖香烯、桉樹腦、大茴香醛、青葉醛的含量成正相關，這些物質大部分源于老鹵中添加的香辛料，意味著第1主成分主要代表了老鹵中香料的風味。

第2主成分主要代表成分有2，4-癸二烯醛、正十四烷、2-乙酰基噻唑、茴香腦、十二烷、蘑菇醇、芳樟醇，與正己醛、異戊醛含量成負相關。2，4-癸二烯醛、正十四烷、十二烷、蘑菇醇主要源于脂類物質的降解、2-乙酰基噻唑可能是源于Maillard反應[26]，而茴香腦及芳樟醇主要源于鹵水中添加的香料物質。

第3主成分代表了18.04%的變異程度和所有變量都呈現正相關，代表了矩陣所有變異程度10%，其值與反-2-辛烯醛、正辛醛、(Z)-2-癸烯醛、(Z)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、壬醛含量成正相關。這些物質主要源于脂類物質的氧化降解，代表了老鹵中烯醛一類的揮發性物質。

通過各風味物質主成分的特征向量計算出各老鹵的第1、第2主成分值。將第1主成分的值作為橫坐標，第2主成分的值作為縱坐標，繪制出各老鹵的得分圖。得分圖可以反映出樣本的區分情況,如圖3所示。

圖3 樣品主成分得分圖Fig.3 Sample principal component analysis score plots

由圖3可知，L1、L3距離原點較近，說明其各項物質含量較均衡，L2與L4處于第2主成分兩極，L4與L5處于第1主成分兩極，表明L2中烷醇類物質較少，但相應L4中烷醇類物質較多，L5中源于香料的風味物質更多，與表1中結果吻合。

2.3 鹵水特征性風味強度評分

表4 鹵水特征性風味強度評分Table 4 Principal component scores of marinade samples

3 結論

為評價揚州鹽水鵝老鹵的風味強度，利用SPME-GC-MS對老鹵的揮發性風味物質進行采集鑒定，共鑒定出80種物質，其中醛類物質種類最多，烴、酯類物質種類數量次之，這可能是由于鹵水在不斷烹煮老鵝的過程中，類脂物質中不飽和酰基鏈不斷氧化，產生了醛類、酮類等低閾值揮發性物質。依據ROAV值的大小探討揚州鹽水鵝老鹵的關鍵性風味物質。其中壬醛、正己醛、蘑菇醇、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛為老鹵的關鍵揮發性風味物質；正庚醛、異戊醛、E-2-癸烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛對整體風味具有重要的修飾作用。對上述物質進行主成分分析，其中第1主成分主要代表了老鹵中香料的香味，第2主成分代表了老鹵中烷醇一類的揮發性風味物質，第3主成分代表了老鹵中烯醛一類的揮發性風味物質；并以此建立鹵水風味強度評價模型，得到鹵水風味強度評價模型為F=0.433 9F1+0.288 1F2+0.180 4F3，與傳統感官評價結果具有較好的一致性。利用主成分分析法構建的鹵水評價模型具有一定的適用性，為以后感官結合儀器客觀評價風味強度提供參考依據。