藜麥茶研發及香氣電子鼻分析

李麗霞，王寶怡，李曉晗，張積鑫，張新富*

（1.東營市農業科學研究院，山東 東營 257091；2.青島農業大學園藝學院，山東 青島 266109）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd）是藜科藜屬植物，原產于南美洲安第斯山脈的哥倫比亞、厄瓜多爾、秘魯等高海拔山區，早在5 000年前，印第安人開始種植并食用藜麥，因其營養價值極高，被人們稱之為“糧食之母”[1]。我國藜麥種植最早可以追溯到1990年，在西藏地區開始進行試種[2]，目前在山西、甘肅、吉林等地已經廣泛種植成功[3]。近年來，藜麥因其高蛋白和高品質而愈發出名，基于其營養功能成分的報道也越來越多，Wright等[4]研究發現，甜藜麥和苦藜麥的蛋白質含量分別為14.8%和15.7%，陳志婧等[5]對隴藜1號、香格里拉白藜、香格里拉黑藜、太旗白藜、太旗紅藜、太旗黑藜6個品種的營養成分、氨基酸和礦質元素進行研究，發現太旗黑藜蛋白質含量高達16.52 g/100 g，且6個品種的礦質元素含量都高于小麥、水稻和小米。盧宇等[6]對內蒙古藜麥的蛋白質進行測定，發現其含量為13.1%，高于其他谷物，如小麥（11.9%）、小米（9%）、玉米（8.8%）和稻米（7.9%）。

目前藜麥的主要食用方式以蒸煮為主，其深加工產品在市場上匱乏，但隨著生活水平的提高，人們越來越關注食品的保健功能，以谷物雜糧為原料加工而成的谷物茶越來越受歡迎。烘焙作為一種加工工藝，廣泛應用于谷物食品加工。Chandrasekara等[7]研究發現，腰果在經過烘焙之后，總酚含量增加，抗氧化能力增強。Wu等[8]對高粱茶的加工工藝進行研究發現，在浸泡、蒸制過程中，高粱的總酚、總黃酮和原花青素含量減少，但在烘焙過程中含量均有顯著增高的趨勢。張藝沛等[9]研究發現，對藜麥進行烘焙制得藜麥茶后，其酚類含量更高，游離態酚類和黃酮含量均有提高。

電子鼻具有功能各異的化學傳感器陣列和適當的模式識別系統，能夠全面快速地檢測氣味的整體信息[10]。目前電子鼻技術在酒類[11]、果蔬[12-13]、肉類[14]、乳制品[15]等食品工業中都有廣泛應用，在谷物的霉變[16-17]以及品質檢測[18]方面也有應用。因此，本研究以藜麥種粒為原料，用龍井鍋在不同溫度下炒制，結合感官審評和電子鼻分析方法，對其香氣差異進行判定分析，為藜麥茶的生產提供一定的方法支持，增加藜麥的附加值以提高農民收入。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藜麥品種：隴藜1號（種植條件為供試土壤潮土，pH7.55、全鹽含量 2.32 g/kg、有機質含量 15.66 g/kg、速效氮含量83.93 mg/kg、速效磷含量78.53 mg/kg、速效鉀含量230 mg/kg），2020年2月8號大棚育苗，3月28號大田覆膜移栽，6月11號收獲。

PEN3型便攜式電子鼻：德國Airsens公司；龍井鍋：浙江上洋機械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 藜麥茶加工工藝

加工工藝：篩選優質的藜麥晾曬脫粒，去除雜質后用清水淘洗2遍，去除灰塵后將水瀝干。根據前期試驗基礎，將瀝干后的藜麥分為4部分，一部位作為原料對照，另外三部分分別用龍井鍋在150、180、210℃溫度下炒制25 min。

1.2.2 藜麥茶感官審評方法

湯色、香氣、滋味是影響藜麥茶品質的3個重要因素，參照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》確定各因素的權重：外形10%、湯色20%、香氣35%、滋味35%。稱取每份樣品各2 g，加入150 mL沸水浸泡8 min，由5名專業審評人員（3男2女）對其進行審評打分，各因素得分按權重相加即為藜麥茶感官審評總得分。

1.2.3 藜麥茶香氣的電子鼻評價方法

分別稱取藜麥茶各5 g于錐形瓶中，加入150 mL沸水，然后迅速用保鮮膜將瓶口密封并在60℃水浴中平衡10 min，平衡后將進樣針插入瓶口進行檢測。每個樣品重復3次。

電子鼻設置進樣參數：傳感器自動清洗時間為200 s，傳感器歸零時間為10 s，進樣準備時間為5 s，分析采樣時間為120 s，采樣時間間隔為1 s，進樣流量為400 mL/min，清洗傳感器后進樣。電子鼻10個傳感器代表的敏感物質見表1。

表1 PEN3電子鼻傳感器敏感物質Table 1 PEN3 sensitive substances for electronic nose sensor

1.3 數據處理

運用PEN3型電子鼻配套軟件WinMuster對數據進行主成分分析（principal component analysis，PCA）、負荷加載分析（Loadings）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

2 結果與分析

2.1 藜麥茶感官審評結果

不同炒制溫度藜麥茶的感官審評結果見表2。

表2 不同烘焙溫度的藜麥茶審評結果Table 2 The sensory evaluation of different baking temperature of quinoa tea

從表2中可以看出，當炒制溫度達到150℃時，藜麥茶顆粒呈金黃色，湯色淡黃明亮，香氣清淡，滋味香醇甘爽，總得分為90.10；當炒制溫度到180℃時，藜麥茶顆粒呈深黃略帶棕色，湯色黃色，香氣濃郁滋味濃醇較爽，總得分為91.20；炒制溫度達到210℃時，藜麥茶顆粒呈棕色、顏色尚勻，湯色黃稍棕、尚亮，香氣濃厚帶有焦味，滋味微澀，總得分為88.15。從上述結果可以得出，當炒制溫度為180℃時，制得的藜麥茶品質最好得分最高，可以選擇為最佳加工工藝。

2.2 電子鼻傳感器特征響應曲線分析

電子鼻響應曲線以及黎麥茶香氣雷達圖如圖1所示。

圖1 電子鼻響應曲線以及黎麥茶香氣雷達圖Fig.1 Electronic nose response curve and aroma radar map of quinoa tea

選取適度黎麥茶的響應曲線，即從圖1中可以看出初始階段，R2、R7、R9號傳感器的響應值較高，其他的較為平緩，并且R2、R7、R9號響應值也隨時間的延長，出現平緩的趨勢。

G0傳感器在經過標準活性炭過濾氣體清洗后的電導率，G是傳感器接觸到樣品氣體后的電導率，電導率比值（G/G0）值的變化代表了香氣物質含量的相對變化。

電子鼻響應曲線圖中可以看出在118 s開始各傳感器響應曲線逐漸趨于平穩，因此選取120 s時的穩態響應值作為分析點建立雷達圖，根據各傳感器對不同類物質的敏感程度，其響應值越高表明該類物質濃度越高。由圖1可知，在原料和3種黎麥茶香氣雷達響應圖中，傳感器R6、R9、R7和R2的響應值都比較高，表明烷類、芳香成分和有機硫化物、氮氧化合物在4組樣品中含量較高。黎麥茶香氣電導率G/G0比值見表3。

表3 黎麥茶香氣電導率G/G0比值Table 3 The conductivity ratio（G/G0）of quinoa tea

從表3可以看出，經過烘炒之后，藜麥茶中芳烴化合物、氨類化合物呈現下降趨勢，氮氧化物、芳香成分、硫化合物以及硫的有機化合物呈現上升趨勢。

2.3 主成分分析（PCA）

對不同烘焙溫度的黎麥茶進行PCA分析見圖2。

圖2 不同炒制溫度的黎麥茶PCA分析Fig.2 The PCA analysis of different frying temperature of quinoa tea

得出第一主成分的貢獻率87.81%，第二主成分貢獻率為11.42%，總貢獻率為99.22%。主成分分析（PCA）就是對多指標的高維數據進行降維，提取數據中反應最大的幾個特征值對應的特征向量作為主成分，貢獻率越大，說明該主成分在數據信息中越重要，越能最大限度地反映樣本最原始的信息。由圖2可知，原料與150℃藜麥茶在第一主成分和第二主成分上明顯區別于其他兩個茶樣，可以看出隨著炒制溫度一定程度的升高，藜麥茶的香氣成分在類別和含量上也發生了比較明顯的變化；180℃與210℃的藜麥茶在第一主成分和第二主成分上區分不顯著，但從整體來說，PCA分析能很好地將4種茶樣區分開來。黎麥茶香氣PCA分析的區分度見表4。

表4 黎麥茶香氣PCA分析的區分度Table 4 Differentiation of PCA analysis of the quinoa tea

由表4可知區分度值越趨近于1，表明兩種物質差異越明顯。表4中原料與3種茶樣的區分度均在90%以上，150℃藜麥茶與180℃以及210℃藜麥茶的區分度也都在70%以上，180℃藜麥茶與210℃藜麥茶的區分度大于50%，表明PCA可以在不同程度上將藜麥茶的香氣區分開來。

2.4 傳感器區別貢獻率分析法（Loadings）

Loadings分析，反映的是不同傳感器在紅茶香氣的區分中貢獻的大小，一般通過傳感器在圖中的位置來判斷。傳感器與原點的距離越近，說明傳感器對樣品分析起到的作用越小，反之則表示作用越大。不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分Loadings分析見圖3。

圖3 不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分Loadings分析Fig.3 The Loadings analysis of different frying temperature of quinoa tea

由圖3可知，第一主成分起主要作用，這和PCA分析所得結論相同，R7傳感器對第一主成分貢獻率最大，R9、R2、R6次之；R6傳感器對第二主成分貢獻率最大，R8、R1 次之。R3、R4、R5、R10 傳感器負載較低，表明其對茶葉香氣成分敏感度較低。Loadings分析表明在不同烘焙溫度的黎麥茶區分中硫化物、芳香型化合物、氮氧化合物以及烷類對區分貢獻有主要作用。

2.5 線性判別式分析（LDA）

LDA更側重于同一類別的空間分布狀態和距離的精度。LDA分析是在PCA分析后對傳感器響應藜麥茶香氣成分的優化，通過擴大差異更直觀地表現不同炒制溫度藜麥茶香氣之間的區別。不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分LDA分析見圖4。

圖4 不同炒制溫度的黎麥茶香氣成分LDA分析Fig.4 The LDA analysis of different frying temperature of quinoa tea

圖4中第一主成分貢獻率為78.94%，第二主成分貢獻率為15.36%，總貢獻率為99.83%，能很好地反應黎麥茶香氣的信息。由圖4得知，4個樣品中，除了180℃和210℃藜麥茶相距較近，其他樣品之間兩兩都相距較遠，可以在線性判別分析完全區分開，這與PCA分析以及感官審評結果一致，表明不同炒制溫度對黎麥茶香氣的改變差異較大。整體結果對比PCA分析較為相似，說明電子鼻在區分不同炒制溫度的黎麥茶香氣中具有可行性。

3 結論

利用電子鼻檢測技術，結合PCA分析、Loadings分析和LDA分析數據統計，對不同炒制溫度的3組黎麥茶香氣進行分析，結合感官審評探究電子鼻在區分不同炒制溫度對黎麥茶香氣影響的可行性。感官審評結果顯示在溫度為180℃時，炒制的藜麥茶品質最佳，顆粒呈深黃稍棕，湯色黃亮，香氣濃郁，滋味濃醇較爽。電子鼻技術對不同炒制溫度的黎麥茶均有較好的響應，可有效區分不同炒制溫度的黎麥茶，且第R7、R9、R6和R8傳感器在黎麥茶香氣區分中起主要作用，即萜烯類和硫化物、芳香化合物、烷類以及芳烴化合物對藜麥茶香氣貢獻較大。利用電子鼻技術可以初步分析藜麥茶揮發性成分，并為后續更加深入的分析奠定理論基礎。