基于智能感官和氣質聯用分析年份料酒

邢俊超，王鵬，韓穎，胡金祥，易宇文*

(1.成都工業學院，成都 610031；2.四川旅游學院，成都 610100)

料酒是一種以大米、水為主要原料釀造的低度酒，然后添加香辛料勾兌而成一種調味料。料酒主要應用在動物性原料中能去腥增香。大多數動物性原料中有一種名為氧化三甲胺的無味物質，這種物質在細菌和酶的作用下，會氧化成二甲胺和三甲胺。三甲胺是閾值極低(0.002 mg/L)的腥臭物質，是判斷動物性原料(魚、蝦、豬肉)新鮮度的標志物[1]，是魚、蝦、豬肉等腥臭的主要原因。料酒中含有乙醇，乙醇是一種沸點(78 ℃)較低的良好溶劑。一方面，它能夠溶解動物性原料中的腥味物質，利用其揮發性去腥；另一方面，乙醇中的醇類物質可與酸類物質發生酯化反應，生成有機酸酯、脂肪酸酯、異丁酯等酯類提香物質(這類物質一般具有水果香氣)，從而達到去腥增香的作用。市售料酒一般分為烹調料酒、姜蔥料酒和年份料酒。目前基于料酒的研究主要在指紋圖譜[2]、料酒中酒精度測定[3]、新產品開發[4]等方面，未見普通料酒和年份料酒差異方面的相關報道。另外，電子舌和電子鼻是模擬人類味覺和嗅覺的仿生儀器，能夠避免感官評價的不穩定性和嗜好性，俗稱智能感官，在水產品等領域應用廣泛[5]。將電子舌和電子鼻獲得的數據進行融合分析，是評價食品風味的新趨勢。氣質聯用是分離、鑒定復雜有機物的有效工具，在調味品等領域應用廣泛[6]。

本文擬利用密度計、色差儀、電子舌、電子鼻、氣質聯用儀(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)結合雷達圖、主成分分析等方法分析烹調料酒和年份料酒在密度、可溶性固形物、色差、整體風味輪廓以及具體風味物質等維度上的差異，為料酒的生產、品質控制、料酒勾兌及產品創新提供了參考。

1 樣品與方法

1.1 樣品、耗材與儀器設備

1.1.1 樣品與耗材

實驗樣品見表1。

表1 實驗樣品Table 1 The samples in the experiment

NaCl分析純：無錫市亞泰聯合化工有限公司。

頂空瓶蓋及頂空瓶保護墊片(均為金屬材質)、頂空墊(PTFE(210 ℃)/硅膠(120 ℃))、頂空瓶(20 mL)：美國PerkinElmer公司。

1.1.2 儀器設備

DA-130N密度計 日本京都公司；NR200型3 nh色差儀 深圳市三恩馳科技有限公司；Astree電子舌、FOX 4000型電子鼻 法國Alpha MOS公司；Elite-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、Clarus 680氣相色譜儀、Clarus SQ8T質譜儀、HST40帶捕集阱的頂空進樣器 美國PerkinElmer公司；雪木萱1000～5000 μL移液槍；其他實驗室常用設備。

1.2 密度、可溶性固形物檢測

密度、可溶性固形物用DA-130N密度計測定。在使用密度計前，先用蒸餾水測試蒸餾水密度差異是否在±0.001 g×cm-3之內，如超過范圍，則需清洗測試容器，并進行校準。該密度計具有自動溫差補償功能。校準后，將樣品吸入測試容器，觀察是否有氣泡，如無氣泡，即可檢測樣品的密度和可溶性固形物。每個樣品測3次，取平均值分析。

1.3 色差檢測

采用3nh色差儀進行色差檢測。3nh NR200型色差儀采用D65光源。測量前先進行白板校正，以確保測量的精確性。色差儀獲得的數據包括L*、a*、b*。L*為明度指數(-100，100)。數字越接近-100，表示顏色越深；數字越接近100，表示顏色越淺。a*為紅綠度值(“+”為紅色，“-”為綠色)；b*為黃藍值(“+”為黃色，“-”為藍色)。ΔE*表示樣品的總色差，其值越小表示差異越小，反之越大[7]。顏色差異大小常用NBS衡量。NBS色差值在0.00～0.50之間時為微小色差(感覺極微)；在0.50～1.50之間時為小色差(感覺輕微)；在1.50～3.00之間時為較小色差(感覺明顯)；在3.00～6.00之間時為較大色差(感覺很明顯)；6以上為大色差(感覺強烈)。每個樣品檢測3次，取平均值。

1.4 電子舌檢測

在電子舌檢測專用燒杯中倒入80 mL樣品，按序號放入自動進樣器的2，4，6位，1，3，5位放裝有85 mL蒸餾水的專用燒杯。每個樣品檢測120 s，清洗傳感器120 s。每個樣品檢測5次，取傳感器后3次在100～120 s之間的穩定值作為檢測結果。

1.5 電子鼻測定

1.5.1 樣品制備及預處理

取樣品2000 μL置于10 mL樣品瓶中，密封，放入50 ℃頂空加熱器，加熱300 s，用注射器吸取1000 μL頂空瓶頂端的氣體，注入電子鼻檢測器。

1.5.2 檢測方法

電子鼻手動進樣，進樣速度1000 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120 s時獲得的穩定信號進行分析。

1.6 揮發性物質測定

1.6.1 樣品制備

將樣品搖勻，用移液槍準確吸取6000 μL(1000 μL+5000 μL)注入頂空瓶中，然后加入2.000 g NaCl，用頂空瓶蓋(頂空瓶蓋裝配順序：頂空瓶蓋+頂空瓶保護墊+頂空瓶墊，頂空瓶墊PTFE深色一面朝向樣品)密封，放入自動進樣器，待測。

1.6.2 萃取條件

萃取溫度70 ℃，進樣針溫度75 ℃，傳輸線溫度80 ℃，萃取20 min；干吹5 min，解吸0.1 min，加壓/釋壓2 min；捕集阱保持4 min；捕集阱循環次數2次。

1.6.3 GC-MS分析條件

GC條件：載氣(氦氣99.999%)流速1 mL/min，分流比15∶1。進樣口溫度：250 ℃；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，然后以6 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。

MS條件：EI離子源，電子轟擊能量70 eV，離子源溫度230 ℃；質量掃描范圍：45～450 m/z；掃描延遲66 s；標準調諧文件。

1.6.4 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，選取正反匹配度均大于700，同時與文獻值進行比對和結合人工解析質譜圖同時進行確定。

定量分析：采用峰面積歸一化法，計算相對百分含量。

2 結果與分析

2.1 密度、可溶性固形物

在環境溫度為(10.5±0.5)℃的條件下經過溫度補償測得的密度和可溶性固形物含量見表2。3個樣品的密度差異極小，可溶性固形物的含量隨著陳釀時間的延長而有所增加。

表2 密度、可溶性固形物含量Table 2 The density and soluble solids' content

2.2 色差

3個樣品的色差分析見表3。

表3 色差分析結果Table 3 The analysis results of color difference

從明度指數(L*)看，3個樣品差異很小，B，C基本沒有差異；整體而言，3個樣品亮度較好。從紅綠指數(a*)看，樣品均偏綠。從黃藍指數(b*)看，樣品偏藍。從總色差(ΔE*)看，樣品A為0.46，有微小色差；B，C分別為0.82和0.87，說明B，C與標準品比較有小色差(感覺輕微)。B，C相對于A來講，總色差較大。這可能是料酒在陳釀過程中由于美拉德反應以及其他一些褐變引起顏色變深。

2.3 電子舌、電子鼻檢測

2.3.1 電子舌酸、咸、鮮味強度比較

電子舌AHS(酸)、CTS(咸)和NMS(鮮)專一性傳感器檢測到的樣品酸、咸和鮮味的強度值見圖1。

實驗采用Alpha MOS電子舌第六套傳感器，該套傳感器包括AHS、PKS、CTS、NMS、CPS、ANS、SCS共7根傳感器，選擇Ag/AgCl作為參比電極。該套傳感器對酸、咸、鮮具有專一性識別；對甜味、苦味、澀味、辣味等其他滋味無法直接獲得強度值，需結合標準品實現。通過傳感器獲得的數據結合Alpha MOS電子舌分析軟件，能夠獲得樣品在0～12之間的酸、咸和鮮味的相對強度值。利用強度值可對樣品在酸、咸和鮮味維度上進行滋味強度排序。圖1中，樣品C的酸味最強，其次為A，最弱的為B；樣品B的咸味最強，其次為A，C最弱；樣品B的鮮味最強，其次為A，最弱的為C。觀察圖1發現咸味和鮮味的相關性較高。有研究表明，食品的鮮味和咸味關系密切，一般認為鮮味劑溶于水中電離出陰離子，盡管陰離子有一定鮮味，但需要與足夠鈉離子(陽離子)結合，其鮮味才會更加明顯、突出，這足夠的鈉離子需由精鹽提供。僅從酸、咸和鮮維度推測，A，B樣品在滋味上應該比較接近，可能與C有一定的差異。

圖1 電子舌檢測酸、鮮、咸味強度比較Fig.1 Comparison of sourness, umami, saltiness intensity detected by electronic tongue

2.3.2 電子鼻分析

電子鼻后3次檢測結果的平均值，制作的雷達圖見圖2。

圖2 電子鼻檢測雷達圖Fig.2 Electronic nose detection radar image

由圖2可知，3個樣品在傳感器P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2、P40/1、P10/2、P10/1、T30/1上差異很小。Lu Lin等[8]研究表明LY型傳感器對有毒有害的物質(硫化氫、苯胺等)敏感，而LY2/LG、LY2/G、LY2/Gh、LY2/gCT的響應值大多在-0.6～0之間，響應值較低，說明樣品中沒有有毒有害物質或者含量極低。A，B樣品在T40/2、T40/1、TA/2型傳感器上差異小，且與C樣品差異大，說明A，B中對T40/2、T40/1、TA/2傳感器敏感的物質大致相同，但與C樣品中相關物質差異大。T40/2、T40/1、TA/2傳感器對氧化能力強的氣體和有機化合物敏感。可以推測A，B在整體氣味輪廓上比較接近，而與C有一定差異。

2.3.3 電子舌和電子鼻傳感器數據融合主成分分析

在大多數研究中，經常使用單一的電子舌或者電子鼻對樣品進行區分、鑒定。但是食品是滋味和氣味的綜合體，單一使用電子舌或電子鼻無法同時從滋味和氣味維度評價樣品。有研究表明[9],僅從電子舌滋味或電子鼻氣味單一維度評價往往難以獲得令人滿意的結果。將電子舌和電子鼻傳感器數據聯用、融合，可以同時從滋味和氣味維度來評價樣品的整體風味輪廓，獲得食品滋味和氣味的綜合信息。電子舌和電子鼻數據融合的方法包括原始數據直接融合法、特征值提取后聯用法和分別建模后重組有效信息法。本文采用原始數據直接融合法。電子舌和電子鼻檢測的原始數據融合后進行的主成分分析見圖3。

圖3 電子舌和電子鼻數據融合主成分分析Fig.3 Principal component analysis of electronic tongue and electronic nose data fusion

由圖3可知，PC1和PC2分別為80.67%和14.81%，累積為95.48%，說明融合后的數據在降維時，樣品的主要信息被有效保留。一般認為累積信息(PC1+PC2)超過80%即可反映樣品的整體風味輪廓。C，A，B分別分布在第一、二和三象限。圖中A，B的差異主要來源于PC2，C與A，B的差異主要來源于PC1。有研究表明，如果PC1與PC2差異大，樣品差異主要體現在PC1上，則樣品差異大；如果樣品差異體現在PC2上，則差異小，相似度高。由此可知，A，B的相似度高，C與A，B的差異大。6年陳釀的料酒(C)與烹調料酒(A)和3年陳釀的料酒(B)差異大；烹調料酒(A)與3年陳釀的料酒(B)有差異，但差異較小。

2.4 GC-MS分析

3個樣品的GC-MS分析結果見表4。

表4 樣品GC-MS分析結果

續 表

由表4可知，3個樣品共檢測到28種揮發性物質，A，B，C分別檢測到25，21，19種。A，B，C分別檢測到醇類物質10，8，9種；酯類物質10，8，5種；酸類物質2，1，2種；其他物質3，4，3種。A，B，C分別檢測到揮發性物質的相對百分含量為72.858%、84.200%和83.893%；醇類含量分別為24.947%、32.463%和28.729%；酯類含量分別為39.358%、42.475%和46.856%；酸類含量分別為0.044%、0.681%和7.444%；其他化合物含量分別為8.509%、8.581%和0.864%。醇類物質和酯類物質是3種料酒的主要揮發性物質。醇類物質含量由高到低分別是B>C>A。酯類物質含量隨著陳釀年限的延長呈遞增趨勢。

3個樣品共有醇類物質8種。共有物質丙硫醇、異丁醇、異戊醇、1-戊醇、2-甲基丁醇的相對含量均在1%以上。丙硫醇是一種具有強烈硫化物香氣的物質，是蔥(香蔥、小蔥)[10]的主要揮發性物質，A，B中檢測含量較高，而C中含量較低,可能是在陳釀過程中丙硫醇發生了降解。有研究表明，丙硫醇的降解受環境溫度、pH值、NaCl等因素的影響[11]。電子舌研究表明，C的酸味最強，可能對丙硫醇的降解有一定的影響。另外，丙硫醇的閾值(3.1 μg/kg)低，對樣品香味的形成貢獻大。丙硫醇的存在應該是料酒在勾兌過程中添加了蔥所致。異丁醇在3個樣品中含量比較接近，它是一種具有特殊氣味的物質，在白酒、黃酒和料酒中均有檢出；異丁醇香氣閾值(7000 μg/kg)較高，但含量均在8%以上，故對樣品整體香氣形成有一定貢獻。1-戊醇是一種具有果香香氣的物質[12]，3個樣品中的1-戊醇含量均大于5.000%，閾值為4000 μg/kg，其可能對料酒香氣形成有一定貢獻。2-甲基丁醇在3個樣品中含量均大于2.500%，有研究表明，2-甲基丁醇具有雜醇油、指甲油的刺激性氣味，其閾值(16 μg/kg)較低，對樣品香味的形成貢獻較大。DL-氨基丙醇是C樣品中獨有的物質，且含量較高(3.151%)，其在發酵黑茶[13]、泡菜[14]中有檢出，有關DL-氨基丙醇具體報道的相關文獻較少。

酯類物質是3個樣品中含量最高的一類物質，共有物質5種，分別為甲酸乙烯酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯異丁酸乙酯和β-丁內酯。3個樣品中甲酸乙烯酯和乙酸乙酯的相對含量均在12.5%以上。甲酸乙烯酯是江米甜酒的主體香氣物質，其在文獻報道中含量不高。本文中檢測到的甲酸乙烯酯含量均較高，這可能與制備的樣品的原料有關。依據楊生玉等[15]和陳雙[16]的報道，推測大米可能對其形成有一定影響。乙酸乙酯是酒類的主要特征香氣物質，在酒類中均有檢出，其具有菠蘿樣香氣。乙酸乙酯的閾值(12.27 μg/L)較低，其含量均高于12%，故對樣品整體香氣形成貢獻較大。β-丁內酯是一種具有奶油味的物質，其閾值(20000 μg/L)較高，含量不高(均低于2.5%)，故對樣品的整體香氣形成貢獻小。乳酸乙酯是A，B樣品共有的物質，閾值為150 μg/L，其具有甜香、果香，參考其含量(均大于4.000%)，其對樣品整體香氣形成貢獻較大。丙酮酸乙酯是一種黃色或無色透明的液體，具有新鮮、甜潤的花果香氣，是重要的有機合成中間體。另外，丙酮酸乙酯在古井貢酒中有檢出[17]。

乙醇酸是C樣品中檢測到的獨有物質，其含量為5.581%，它的存在可能是6年陳釀的料酒偏酸的原因。在電子舌檢測中，C樣品的酸度最強。A，B樣品未檢測到乙醇酸，其具體原因需要進一步研究。

環丙烷是A，B樣品中檢測到的共有物質，其含量分別為7.319%和4.422%。環丙烷具有石油醚的氣味，化學性質不穩定。C樣品未檢測到，有可能分解成其他物質而消失。另外，環丙烷在白酒基酒中有檢出[18]。

乙醛是一種具有果香青香的物質，閾值(100 μg/kg)，參照其在B樣品中的含量(3.290%)，乙醛的存在對3年陳釀料酒的風味形成可能有較大貢獻。比較3個樣品中乙醛的含量，烹調料酒未檢出，6年陳釀料酒含量為0.008%。造成這些現象的原因可能是烹調料酒陳釀時間不夠，乙醛還未形成，隨著陳釀時間的延長，逐漸生成了乙醛，但隨著陳釀時間的繼續延長，乙醛逐步分解所致。

李茜云等利用氣質聯用建立了浙江省典型品牌料酒的氣味指紋圖譜，共檢測到共有峰29個，其中1-己烯-3-醇、苯乙醇是相對含量最高的物質，利用該圖譜鑒別料酒，其相似度可達到0.9400以上。本文利用氣質聯用檢測四川地區的料酒，檢測到共有峰13個，其中甲酸乙烯酯、乙酸乙酯是相對含量最高的物質。與李茜云等的研究結果比較：桉葉油醇是四川和浙江料酒共有的揮發性物質。這說明不同地域的料酒揮發性物質差異極大，造成這種差異可能與原料、發酵方式、菌種、溫度等有關。

3 結論

本文利用密度計、色差儀、電子舌、電子鼻、氣質聯用儀結合雷達圖、主成分分析等方法分析烹調料酒(A)、3年陳釀料酒(B)和6年陳釀料酒(C)在密度、可溶性固形物、色差、整體風味輪廓上以及具體風味物質等維度的差異。實驗結果顯示：不同年份的料酒密度差異小，可溶性固形物含量與陳釀年限呈正相關。料酒陳釀年限越長，顏色越深。電子舌和電子鼻數據融合主成分分析表明，A，B在整體風味輪廓較為相似，與C差異較大。氣質聯用分析表明，3個樣品共檢測到28種揮發性物質；A，B，C分別檢測到25，21，19種，相對含量分別為72.858%、84.200%和83.893%；醇類物質和酯類物質是3種料酒的主要揮發性物質，醇類物質含量由高到低分別是B>C>A；酯類物質含量依據陳釀年限不同呈遞增關系。甲酸乙烯酯、乙酸乙酯和異丁醇可能是3個樣品的主要揮發性物質；酯類物質、酸類物質可能是不同陳釀年限料酒揮發性物質差異的主要來源。研究結果對四川料酒指紋圖譜的構建、料酒的生產品控及產品創新具有積極的參考價值。