不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味化合物及標(biāo)志性風(fēng)味成分解析

譚馨怡，盧云浩，任堯，何強(qiáng)，遲原龍

(四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065)

郫縣豆瓣是川味中必不可少的一味發(fā)酵調(diào)味品，被譽(yù)為“川菜之魂”[1]。郫縣豆瓣獨(dú)特的香氣構(gòu)成與其傳統(tǒng)的“翻曬露”工藝和一定時(shí)間的陳釀過程密不可分[2-3]。近年來，郫縣豆瓣的風(fēng)味特性及其形成機(jī)理已引起較多關(guān)注。鄧維琴等發(fā)現(xiàn)長時(shí)間的陳釀過程有助于丁酸、2-甲基-戊酯、2-哌啶酮等風(fēng)味化合物的形成[4]。林洪斌等研究了郫縣豆瓣中特征香氣成分的形成機(jī)制，認(rèn)為四甲基吡嗪主要形成于蠶豆發(fā)酵階段，而4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚產(chǎn)生于辣椒發(fā)酵階段[5]。Lu等報(bào)道郫縣豆瓣酯香型風(fēng)味主要來源于乙酯類物質(zhì)，而吡嗪和呋喃酮類化合物是其醬香型風(fēng)味的物質(zhì)基礎(chǔ)[6]。盡管如此，陳釀時(shí)間作為影響郫縣豆瓣香氣形成的重要因素，其對(duì)豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味化合物及標(biāo)志性風(fēng)味成分的影響至今仍不清楚?；诖?，本文以不同陳釀時(shí)間的郫縣豆瓣為研究對(duì)象，考察了陳釀時(shí)間對(duì)其氨基酸態(tài)氮、總酸和色度的影響，利用GC-MS分析了不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣的揮發(fā)性化合物構(gòu)成及其含量，以及主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其香氣。在此基礎(chǔ)上，利用偏最小二乘判別分析確定不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣的標(biāo)志性風(fēng)味成分。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

陳釀時(shí)間為3，6，9，12，29，36個(gè)月的郫縣豆瓣醬：采集自四川成都某豆瓣醬生產(chǎn)廠家，樣品采集后于-18 ℃保存。正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品(C7～C30)和庚酸甲酯：購于上海西格瑪公司；甲醛(36%)、氫氧化鈉等化學(xué)試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Color reader CR-20色度計(jì) 日本柯尼卡-美能達(dá)公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取裝置 美國Supelco公司；QP2010型氣質(zhì)聯(lián)用儀 日本島津公司；DB-5MS氣相色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美國安捷倫公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 氨基酸態(tài)氮、總酸含量及色度的測定

氨基酸態(tài)氮和總酸含量分別依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.235-2016和GB/T 5009.40-2003中的方法進(jìn)行測定。稱量100 g樣品于無色透明平皿中并壓實(shí)，采用色度計(jì)測量樣品表面6個(gè)位置的色度值(L*、a*和b*)。

1.3.2 GC-MS分析及揮發(fā)性風(fēng)味化合物的確定

樣品的萃取和氣質(zhì)測試條件參考Lu等所報(bào)道的方法[7]。在5 g研磨樣品中加入20 μL庚酸甲酯(樣品中濃度為200 μg/kg)作為內(nèi)標(biāo)物定量。樣品于50 ℃孵育10 min，固相吸附30 min后進(jìn)行GC-MS分析，解吸5 min。色譜條件：40 ℃保持3 min，以3 ℃/min升溫至150 ℃，再以6 ℃/min升溫至240 ℃并保持10 min。接口溫度250 ℃，傳輸線和離子源溫度230 ℃。質(zhì)譜條件：以氦氣為載氣，流速1 mL/min，不分流模式。MS掃描范圍為35～400 m/z，電離電壓為350 V，電子碰撞電離能量為70 eV。對(duì)在NIST 14/NIST 14s標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫中匹配度>80且保留指數(shù)(RI)與文獻(xiàn)報(bào)道RI間差值≤30的揮發(fā)性化合物進(jìn)行確認(rèn)，并采用內(nèi)標(biāo)法對(duì)鑒定到的化合物進(jìn)行定量，單位為μg/kg。通過文獻(xiàn)查閱確定化合物的氣味特性及其閾值，并由物質(zhì)含量與其閾值之比計(jì)算每種氣味物質(zhì)的OAV，將OAV>1的物質(zhì)認(rèn)定為樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物。

1.3.3 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣標(biāo)志性風(fēng)味成分的確定

將1.3.2中確定的揮發(fā)性風(fēng)味化合物作為自變量x，以某一陳釀時(shí)間下樣品的香氣構(gòu)成作為因變量y，利用SIMCA中偏最小二乘判別分析(PLS-DA)建立兩者間的內(nèi)在聯(lián)系。通過計(jì)算比較揮發(fā)性化合物重要性指數(shù)VIP值，確定不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣的標(biāo)志性風(fēng)味成分。VIP值可以反映自變量x對(duì)因變量y的重要性，其計(jì)算公式如下。

式中：p為自變量個(gè)數(shù)，th為矩陣T的第h列分量，Y為一組因變量(y1，y2，……，yq)構(gòu)成的數(shù)據(jù)表Y=(yij)n×j，Rd(Y;th)為提取第h個(gè)主元對(duì)Y的貢獻(xiàn)值，whi為自變量x在主成分上的權(quán)重[8-9]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有測試平行進(jìn)行3次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)方差。使用SPSS 22.0進(jìn)行最小顯著性差異與鄧肯多重檢驗(yàn)，顯著性水平p<0.05。采用SIMCA 14.1、Origin 9進(jìn)行PLS-DA分析、聚類分析及圖表制作。

2 結(jié)果與討論

2.1 陳釀時(shí)間對(duì)郫縣豆瓣總酸、氨基酸態(tài)氮和色度的影響

氨基酸態(tài)氮和總酸含量是表征郫縣豆瓣風(fēng)味的重要指標(biāo)。通常情況下，郫縣豆瓣的氨基酸態(tài)氮含量越高，其風(fēng)味品質(zhì)越好[10]。隨著陳釀時(shí)間的增加，豆瓣樣品的總酸和氨基酸態(tài)氮含量均呈現(xiàn)逐漸升高趨勢。當(dāng)陳釀時(shí)間達(dá)到12個(gè)月及以上時(shí)，其氨基酸態(tài)氮含量高于0.25 g/100 g，達(dá)到特級(jí)郫縣豆瓣標(biāo)準(zhǔn)，見表1。此外，不同陳釀時(shí)間下樣品的氨基酸態(tài)氮含量間均存在顯著差異，表明氨基酸類風(fēng)味物質(zhì)隨著陳釀時(shí)間的延長而快速累積。陳釀3～12個(gè)月、樣品的總酸含量間無顯著差異。色度也是郫縣豆瓣主要的感官指標(biāo)之一，直接影響消費(fèi)者的購買意愿。樣品的明度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*)均隨著陳釀時(shí)間的增加而降低，表明豆瓣樣品的色度由紅棕色逐漸變?yōu)榘岛稚@可能與豆瓣陳釀過程中美拉德反應(yīng)加劇有關(guān)[11]。

表1 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣的總酸、氨基酸態(tài)氮含量和色度Table 1 The content of total acid, amino acid nitrogen and chroma of Pixian bean paste at various aging time

2.2 陳釀時(shí)間對(duì)郫縣豆瓣揮發(fā)性化合物種類和含量的影響

郫縣豆瓣中含有多種揮發(fā)性成分，包括酯類、醇類、酸類、醛類、酮類、酚類、吡嗪類、吡咯類、呋喃類和其他類化合物。不同陳釀時(shí)間郫縣豆瓣揮發(fā)性化合物的種類和含量呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律，見圖1。在揮發(fā)性化合物種類和構(gòu)成方面，當(dāng)陳釀時(shí)間為3～12個(gè)月時(shí)，豆瓣樣品含有揮發(fā)性化合物67～88種，其中酯類和醇類為主要組成成分；當(dāng)陳釀時(shí)間延長至29～36個(gè)月時(shí)，樣品中揮發(fā)性化合物種類增至100種以上，酯類、醇類和醛類為主要成分，且其他類物質(zhì)種類大幅提升。郫縣豆瓣在較長時(shí)間的陳釀過程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，如蛋白質(zhì)降解、羰氨反應(yīng)、酚類氧化、羥醛縮合等[12]。這些物質(zhì)間轉(zhuǎn)化將有助于提升樣品中揮發(fā)性化合物的種類，可能賦予郫縣豆瓣更加豐富飽滿的風(fēng)味，這與羅靜等的研究結(jié)果相吻合[13]。在揮發(fā)性化合物含量方面，豆瓣樣品在陳釀3～12個(gè)月時(shí)揮發(fā)性化合物總含量均達(dá)到6000 μg/kg以上。當(dāng)陳釀時(shí)間延長至29～36個(gè)月時(shí)，其總含量僅為4000 μg/kg左右。這可能是由于：一些揮發(fā)性較強(qiáng)的化合物在豆瓣長期的開放式陳釀過程中逐漸損失；一些結(jié)構(gòu)簡單的揮發(fā)性酯類、醇類、酚類等物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)復(fù)雜且揮發(fā)性較弱的化合物，如高級(jí)脂肪酸酯、吡嗪和呋喃類化合物。

圖1 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣揮發(fā)性化合物的種類(A)及含量(B)Fig.1 The types (A) and content (B) of volatile compounds from Pixian bean paste at various aging time

2.3 陳釀時(shí)間對(duì)郫縣豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味化合物的影響

郫縣豆瓣中共確定24種揮發(fā)性風(fēng)味化合物(OAV>1)，包括8種酯類、5種醇類、5種醛類、2種酮類、3種酚類和1種烯烴。癸酸甲酯、3-甲基丁醇、芳樟醇和苯乙醛是郫縣豆瓣的主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物，賦予其花果香、油脂香和蜂蜜香，見表2。陳釀3～12個(gè)月的樣品中酯類和醇類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為8～10種，醛類、酮類、酚類及其他類物質(zhì)為4～6種，而陳釀29～36個(gè)月的樣品中醛類、酮類、酚類及其他類風(fēng)味物質(zhì)增加至8種，醇類和酯類物質(zhì)為6種，表明郫縣豆瓣的風(fēng)味構(gòu)型隨著陳釀時(shí)間的延長而產(chǎn)生一定程度的變化。辛酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯和3-甲基-丁酸乙酯是陳釀3～12個(gè)月豆瓣特有的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，使陳釀時(shí)間較短的豆瓣有較強(qiáng)的花果基底香氣。3-辛烯醇、反式壬烯醛和癸醛是陳釀29～36個(gè)月豆瓣特有的主要風(fēng)味化合物，賦予長時(shí)陳釀郫縣豆瓣以板栗、黃瓜和橙皮等復(fù)合香氣。

表2 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味化合物Table 2 The volatile flavor compounds of Pixian bean paste at various aging time

2.4 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣標(biāo)志性風(fēng)味成分分析

采用偏最小二乘判別分析(PLS-DA)探討郫縣豆瓣中24種揮發(fā)性風(fēng)味化合物與陳釀時(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而確定不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣的標(biāo)志性風(fēng)味成分。由PLS-DA的主成分提取和聚類分析可知，陳釀29～36個(gè)月豆瓣樣品的風(fēng)味物質(zhì)明顯區(qū)別于陳釀時(shí)間為3～12個(gè)月的樣品，見圖2中A和B。依據(jù)風(fēng)味物質(zhì)對(duì)不同陳釀時(shí)間下豆瓣樣品香氣的貢獻(xiàn)度(VIP值)，確定陳釀3～12個(gè)月豆瓣的標(biāo)志性風(fēng)味物質(zhì)為辛酸乙酯和4-乙基-愈創(chuàng)木酚，而陳釀29～36個(gè)月的豆瓣為反式-壬烯醛，見表3。

圖2 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣揮發(fā)性風(fēng)味化合物PLS-DA得分圖(A)和聚類分析(B)Fig.2 PLS-DA scores (A) and clustering analysis (B) of volatile flavor compounds of Pixian bean paste at various aging time

表3 不同陳釀時(shí)間下郫縣豆瓣主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物及其重要性指數(shù)Table 3 The main volatile flavor compounds of Pixian bean paste at various aging time and their importance indexes

3 結(jié)論

陳釀時(shí)間對(duì)郫縣豆瓣的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其香氣構(gòu)成具有重要影響。隨著陳釀時(shí)間的延長，郫縣豆瓣的氨基酸態(tài)氮含量和揮發(fā)性化合物種類均顯著增加。陳釀3～12個(gè)月的郫縣豆瓣表現(xiàn)出較強(qiáng)的花果香氣，標(biāo)志性風(fēng)味成分為辛酸乙酯和4-乙基-愈創(chuàng)木酚；陳釀29～36個(gè)月的豆瓣呈現(xiàn)板栗、黃瓜和橙皮等復(fù)合香氣，標(biāo)志性風(fēng)味成分為反式-壬烯醛。本文可為傳統(tǒng)發(fā)酵調(diào)味品的風(fēng)味化學(xué)研究提供有價(jià)值的參考。