不同蒸制條件下荔浦芋的風味評價

蘇可珍 ，黎小椿，聶輝，李官麗 ，伍淑婕，羅楊合 *

1. 大連工業大學食品學院（大連 116034）；2. 賀州學院食品科學與工程技術研究院（賀州 542899）

芋頭[Colocɑsiɑ esculentɑ（L.）Schott]，又稱芋艿、青芋、土芝、毛芋等，為多年生草本植物。全世界的芋頭品種在700個左右，主要品種有紅芋[1]（又稱紅芽芋）、白芋（又稱白芽芋）、九頭芋（狗爪芋）、檳榔芋等。荔浦芋是檳榔芋的著名品種，是廣西極具特色的農作物，荔浦芋在廣西各地都有栽培，以荔浦縣的品質最優，至今已有340多年的栽培歷史，現已成為國家地理標志保護農產品[2]，被譽為“芋中極品”[3]，是廣西素負盛名的特產蔬菜，2017年被評為中國農產品百強品牌。根據農業部亞熱帶果品蔬菜質量監督檢驗測試中心測定：荔浦芋水分含量≤65.9%；灰分含量≥1%；蛋白質含量≥1.88 g/100 g；淀粉含量≥25.7 g/100 g；鋅含量≥15.08 mg/kg；鐵含量≥1.12 mg/kg；鉀含量≥448 mg/100 g；氨基酸含量≥1.26%。荔浦芋含有豐富的淀粉、蛋白質、維生素、多糖、礦物質、膳食纖維等[4-5]，具有健脾消食、調補中氣、消瘍散結、降壓降脂、增強人體免疫力等作用，既可作菜肴也可作零食，是老幼皆宜的滋補佳品。

目前，國內外對芋頭的研究主要集中在栽培技術[6-7]、貯藏保鮮[8-9]和營養成分分析[10-11]及加工[12]方面，對芋頭的揮發性風味物質研究較少。根據所查閱文獻，尚未有關于荔浦芋揮發性風味物質方面研究的文獻報道。如今，運用于揮發性風味物質檢測常用的較為先進的技術有氣相色譜法（GC）[13]、液相色譜法（LC）[14]、氣質聯用測定法（GC-MS）[15]、液質聯用測定法（LC-MS）[16]、氣相色譜-吸聞技術（GC-O）[17]、電子鼻技術（EN）[18-21]等。其中，電子鼻以其特定的傳感器和模式識別系統快速提供被測樣品的整體信息、識別物質的類別和成分，常被用來模仿生物鼻快速檢測食品的揮發性風味物質。利用感官評價與PEN3電子鼻對不同蒸制時間（0，2.5，5，7.5，10和12.5 min）荔浦芋揮發性風味物質進行檢測與評分，并結合傳感器載荷分析（Loadings analysis，LA）、主成分分析（Principal components analysis，PCA）以及線性判別分析（Linear discrimination analysis，LDA）區別不同蒸制時間荔浦芋的揮發性風味物質以及量化揮發性風味物質的主成分貢獻率，以期為荔浦芋的深加工利用提供相關基礎理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

新鮮荔浦芋（1.5～2 kg/個），產自廣西賀州市，形態完整個體飽滿，無蟲斑無機械損傷。

德國PNE3電子鼻，北京盈盛恒泰科技有限公司；C21-RT2170多功能電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；AQT-1500分析天平，艾德姆橫器武漢有限公司。

1.2 方法

1.2.1 荔浦芋前處理

將荔浦芋清洗，切去外皮，取中間部位沿著縱向方向切片，切成厚約1 cm，長約8 cm，寬約4 cm的芋片。

1.2.2 蒸制荔浦芋的制備及樣品采集

使用普通蒸鍋和電磁爐對芋片進行蒸制，蒸鍋內水高度約為3.5 cm，先用2 100 W功率把水煮至沸騰，水沸騰后把芋片放至蒸鍋內的蒸板上蒸制并計時，同時把功率降至1 000 W。蒸制時間分別為0 min（HS 0），2.5 min（HS 2.5），5 min（HS 5），7.5 min（HS 7.5），10 min（HS 10），12.5 min（HS 12.5），每個時間點的芋片樣品進行單獨蒸制并取3個平行，其中5 min為荔浦芋片蒸制到剛好熟透時所需時間，蒸制時間結束取出室溫放置3 min后將3個平行樣品切碎，混勻后準確稱取樣品7.0 g于250 mL一次性塑料杯中并附上封口膜，室溫靜置平衡30 min后進行電子鼻檢測。

1.2.3 感官評定方法

參照GB/T 15682—2008[22]食味品質感官評價方法以及殷劍美等[23]建立的芋頭食味品質評價方法，根據荔浦芋自身特點制定蒸制荔浦芋的感官評分標準及方法。評定小組由10名（四男六女，年齡24～35歲）身體狀況良好、無不良嗜好的實驗室食品專業人員組成，品評環境符合要求，評定前后用清水漱口[24]，按照口感（硬度、沙性、糯性、黏液量）、形狀、色澤、氣味進行評分，評分為百分制，評分表見表1。品評前，讓品評員熟悉并確認荔浦芋的感官特性，評價步驟為先聞并評定荔浦芋的氣味，然后觀察其色澤，再通過咀嚼、手觸摸及手掰輔助判斷，評定芋片各相應指標的得分，最后的感官得分為10名品評員的平均分。每個樣品取5個平行。

表1 不同蒸制時間荔浦芋的感官評價標準

1.2.4 電子鼻檢測

采用德國PNE3電子鼻檢測系統，傳感器名稱及其陣列性能描述見表2。測試樣品6組，每組5個平行。傳感器室流量400 mL/min，載氣速度400 mL/min，清洗時間60 s，電子鼻采樣間隔1 s，樣品準備時間5 s，檢測時間為120 s。1.2.5 數據的統計分析

表2 PNE3型電子鼻標準傳感器陣列性能

采用PEN3電子鼻內部自帶Win Muster軟件進行主成分分析、傳感器載荷分析及線性判別分析，試驗結果數據處理采用Excel 2016軟件。

2 結果與分析

2.1 感官評價數據與分析

由表3可知，蒸制10 min的樣品的感官總評分最高，為88.1分；7.5和12.5 min樣品評分相近，分別為83和83.7分。不同蒸制時間荔浦芋硬度、沙性、糯性、色澤方面，2.5～10 min蒸制時間范圍內，評分隨著蒸制時間的延長而升高；12.5 min評分降低，可能是由于蒸制時間過長，荔浦芋開始軟塌，花紋的色澤變暗，總體口感和揮發性風味物質品質也變差。黏液量和氣味方面，蒸制時間越長評分越高；10和12.5 min樣品氣味評分相近。總體評價上，蒸制10 min芋片的感官特點表現為芋頭形狀完整，香味濃郁，硬度、沙性、糯性、黏液量均適中，芋片肉顏色呈紫白色，花紋呈深紫色且色澤均勻；而蒸制7.5和12.5 min總體感官評分稍低于10 min，7.5 min芋片色澤不夠均勻，12.5 min芋片肉和花紋顏色變暗且稍有軟塌；蒸制2.5 min時芋片未熟透，各方面評分均較低；蒸制5 min時芋片剛好熟透，但香味不飽滿，肉和花紋的色澤未徹底呈現，且咀嚼時偏硬，口感不佳。感官評價結果顯示，當蒸制時間為10 min時，荔浦芋的總體揮發性風味物質最佳。

表3 不同蒸制時間荔浦芋感官評定結果

2.2 電子鼻數據與分析

2.2.1 電子鼻傳感器對不同蒸制時間荔浦芋的響應雷達圖分析

不同蒸制時間荔浦芋的六組樣品對傳感器的相應雷達圖如圖1。傳感器響應值越大，表明蒸制荔浦芋中該傳感器代表的某類物質濃度越大[25]，響應值差異越大表明傳感器對六組不同蒸制時間荔浦芋揮發性氣味的區分效果越好。由圖可知，傳感器S6（對甲基類靈敏）、S7（對硫化物靈敏）、S8（對醇類、醛酮類靈敏）、S9（對芳香成分、有機硫化物靈敏）對不同蒸制時間的荔浦芋樣品的響應值較大，其中S6區分能力最強。從0～12.5 min，S1、S3、S4、S5、S10傳感器響應值接近于1，說明不同蒸制時間荔浦芋中對應的化合物含量較低；從2.5～12.5 min，S6、S7、S8、S9傳感器的響應值隨著蒸制時間的延長而增大，說明S6、S7、S8、S9所代表的揮發性風味物質的濃度隨著蒸制時間的延長而增大，含量較為突出。響應雷達圖分析說明，不同蒸制時間荔浦芋的特征揮發性風味物質均來自甲基類物質、硫化物、氮氧化物、醇類及醛酮類物質，而樣品0 min的氮氧化物、硫化物濃度較大。

2.2.2 不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質成分主成分分析

主成分分析在對樣品特性一無所知的前提下，利用降維的思想把傳感器多指標的信息轉換為少數幾個綜合指標，挖掘有用的信息。該算法不丟失樣品的任何信息，僅通過改變坐標軸來達到區分樣品的目的。PC1和PC2上包含了PCA轉換中得到的第一主成分和第二主成分的貢獻率[26]，貢獻率越大，越能更好地反映樣品信息。由圖2可知，不同蒸制時間荔浦芋的第1主成分（PC1）貢獻率為91.85%，第2主成分（PC2）的貢獻率為7.96%，累積貢獻率為99.81%，表明這兩個主成分基本包含了原始數據的所有信息[27]，即代表了樣品的大部分信息特征且以PC1區分為主。各個不同蒸制時間的樣品幾乎可以區分開，且在PC1和PC2上呈現一定的變化趨勢，樣品HS 10和HS 12.5有重疊，表明這兩個樣品彼此間氣味差異不大，HS 0 樣品在PC1方向與其他樣品間距均較大，說明蒸制0 min荔浦芋在氣味上與其他樣品存在較大差異。PCA分析表明經過蒸制的荔浦芋揮發性風味物質成分發生的變化較大。

圖2 不同蒸制時間荔浦芋PCA圖

2.2.3 不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質成分傳感器載荷分析（LA）

LA通常用來體現傳感器在識別模式中的重要程度，位點坐標表示其在主成分上的比重，坐標值越大，說明傳感器對檢測樣品的揮發性風味物質反應較敏感，該傳感器是識別傳感器[28]。根據圖3不同蒸制時間荔浦芋LA圖可知，第1主成分（LA1）的貢獻率為91.85%，第2主成分（LA2）的貢獻率為7.96%，累計貢獻率為99.81%，反映了樣品絕大部分信息特征。傳感器S10、S5、S4、S3、S1的分布接近零坐標，且位置靠近，有部分重疊，表明其感應信號變化較弱，貢獻率小，表明它們對不同蒸制時間荔浦芋揮發性氣味的敏感程度較低。傳感器S6（甲基類）、S7（硫化物）對第1主成分的貢獻率較大，且S6對第2主成分的貢獻率最大，S6是區別不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質的主要傳感器[25]。LA分析說明甲基類物質和硫化物在對不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質區分中貢獻較大，與2.2.1雷達圖分析結果相符。

圖3 不同蒸制時間荔浦芋LA圖

2.2.4 不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質成分線性判別分析（LDA）

線性判別分析，是繼PCA分析之后對傳感器所感應的揮發性風味物質的響應信號進一步優化處理，擴大數據之間的差異性，進而反映樣品香氣的差異情況。線性判別分析時，可以利用所有的傳感器信號以提高分類的準確性[29]。線性判別分析相比于主成分分析來說更加注重樣品在空間中的分布規律及各樣品間的距離分析[30]，通常與PCA法同時采用，達到更好的分析目的。這兩種方法在電子鼻氣味檢測領域已取得良好的效果。根據圖4可知，不同蒸制時間荔浦芋LDA圖第1判別函數（LDA1）的貢獻率為67.24%，第2判別函數（LDA2）的貢獻率為31.96%，累計貢獻率達到99.2%，能很好地反映樣品的總體信息。隨著蒸制時間的延長，除HS 0樣品外，其他樣品在LDA1上相差不大并沒有規律，在LDA2上變化明顯，并呈現一定的變化規律，其中HS 10與HS 12.5沒有明顯被區分開，說明這兩個蒸制時間的荔浦芋揮發性風味物質成分差異不大。HS 0在LDA1和LDA2方向均表現出最大差異，說明蒸制后的荔浦芋揮發性風味物質發生的變化較大。相比其他樣品，HS 2.5偏離HS 0最近，可能是由于蒸制2.5 min荔浦芋尚未熟透，因此與蒸制0 min樣品相似的揮發性風味物質成分較多。LDA分析總體結果與2.2.2的PCA分析相似，說明電子鼻可以達到區分不同蒸制時間荔浦芋的目的。

圖4 不同蒸制時間荔浦芋LDA圖

3 結論

利用感官評價并結合電子鼻結合多元統計分析方法對不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質進行分析研究。感官評價結果顯示蒸制10 min的荔浦芋品質更佳。由雷達分布圖、LA、PCA及LDA結果表明，電子鼻系統能夠很好地區分不同蒸制時間荔浦芋樣品，具有很好的識別不同蒸制時間荔浦芋的能力。不同蒸制時間荔浦芋LA分析說明第1主成分起關鍵作用，傳感器S6、S7對第1主成分的貢獻率較大，且S6對第2主成分的貢獻率最大，即甲基類和硫化物對區分不同蒸制時間荔浦芋貢獻較大。PCA分析時PC1和PC2的總貢獻率為99.81%，LDA分析時，LD1和LD2的總貢獻率為99.2%，同樣能較好地區分不同蒸制時間的荔浦芋。

通過電子鼻這種快速檢測方法可以看出，不同蒸制時間的荔浦芋揮發性風味物質存在差異，荔浦芋在蒸制過程中揮發性風味物質發生了變化，但不能對揮發性風味物質成分進行定性和定量分析，不能檢測出樣品的特征性揮發性風味物質的種類及含量，要了解不同蒸制時間荔浦芋揮發性風味物質的組成，需要結合GC-O、GC-MS做進一步的分析。