基于GC-IMS分析泡椒味萬州烤魚堂食過程的“三層次”風味變化

DOI：10.19913/j.cnki.2095-8730msyj.2024.02.08

收稿日期：2024-02-04

基金項目：重慶市萬州區(qū)博士“直通車”科研項目（wzstc-20220131）

作者簡介：

姜" 容，男，重慶安全技術職業(yè)學院講師，主要從事烹飪工藝和食品風味研究，E-mail： 707597349@qq.com;

劉振平，男，重慶安全技術職業(yè)學院教授，博士，主要從事食品風味與質量控制研究，E-mail： nping305@126.com。

摘" 要：

為分析泡椒味萬州烤魚堂食過程中風味的變化，采用氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS）技術結合偏最小二乘判別分析（PLS-DA）探究其堂食過程中3個階段的整體風味差異性及關鍵的風味標志物。結果顯示：在3個階段中共篩選出65種差異性風味成分，基于這些成分的PLS-DA模型能夠有效區(qū)分各階段的風味，呈現(xiàn)“三層次”風味分明的特點;變量投影重要性分析表明，乙酸異戊酯、乙酸芳樟酯、香茅醛（D）、2-乙基-5-甲基吡嗪、丁酸丁酯、己醇、2，6-二甲基吡啶、2-丁醇、1-辛烯-3-醇、2-庚醇、丁酸異丁酯、乙酸乙酯、2-甲基-2-戊烯醛、3-蒈烯、2，5-二甲基吡嗪共15種風味成分是區(qū)分泡椒味萬州烤魚堂食過程中“三層次”風味的潛在風味標志物。該研究深入挖掘萬州烤魚風味特征，為提升萬州烤魚品牌價值和制定萬州烤魚風味標準提供了有力的支持。

關鍵詞： 萬州烤魚;氣相色譜-離子遷移譜;堂食過程;風味變化

中圖分類號： TS 972.126.1""" 文獻標志碼： A""" 文章編號：

2095-8730（2024）02-0056-06

萬州烤魚是重慶市非物質文化遺產(chǎn)，有關的記載最早可追溯到商周時期［1］，它不僅充分借鑒傳統(tǒng)川菜及重慶火鍋的用料特點，還融合腌、烤、炒、燉（煎）等多種烹飪技藝，形成豐富的口味，因此，位居餐飲烤魚品類之冠，成為風靡全國的地方特色美食。萬州烤魚獨特的烹飪工藝和調味配方使其在上桌后持續(xù)加熱的堂食過程中呈現(xiàn)明顯的“三層次”風味變化：初期是魚和炒料的鮮香;中期則是風味融合的濃香;后期則為焦香和脂香。

風味特征的挖掘是傳承和發(fā)展萬州烤魚文化的重要方向，風味分析技術的快速發(fā)展為全面解析萬州烤魚特色風味提供了技術支持。氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry， GC-IMS）既具有氣相色譜的高效分離性能，也具有離子遷移譜靈敏度高、響應速度快的優(yōu)勢，且不需要進行樣品預處理。由于GC-IMS在鑒別不同樣本的差異性方面具有優(yōu)勢［2］，已被廣泛應用在茶葉產(chǎn)地溯源［3］、蜂蜜植物源鑒別［4］、羊肉新鮮度鑒別［5］等領域。

根據(jù)萬州烤魚平均堂食時間超過60分鐘的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并結合堂食過程中風味發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象，萬州烤魚堂食過程可分為前期（0 min）、中期（30 min）和后期（60 min）3個階段。本研究以經(jīng)典口味泡椒味萬州烤魚為研究對象，運用GC-IMS技術分別測定堂食中各階段的風味成分，并運用化學計量學方法分析和鑒定風味輪廓的“三層次”差異性和風味標志物，旨在挖掘萬州烤魚的風味特征，為預制菜品復刻堂食風味提供依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

泡椒味萬州烤魚樣品采自萬州本地風味正宗、廣受消費者認可的3家烤魚店，分別標記為A、B、C。

1.2" 儀器與設備

FlavourSpec 1H1-00053氣相離子遷移譜聯(lián)用儀：德國G.A.S公司;FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53 mm，1 μm）非極性毛細管柱：美國Restek公司;CTC-PAL自動進樣器裝置：瑞士思特斯分析儀器有限公司。

1.3" GC-IMS檢測

取樣時間點是堂食開始后0、30和60 min，每個店各時間點分別采樣3次；樣品均為烤盤中魚肉（草魚）、炒料、油脂的均勻混合樣品，于4 ℃保存，24 h內(nèi)檢測。取樣時間點編號為1～9，其中1～3為前期;4～6為中期;7～9為后期。

氣相色譜條件：頂空進樣瓶（20 mL）中裝入2.0 g烤魚樣品，70 ℃保溫8 min，進樣針溫度為80 ℃，高純氮氣（N2，99.99％）為載氣，進樣體積為500 μL，色譜柱溫度為70 ℃。載氣流速設置：0～2 min，2 mL／min;2～10 min，由2 mL／min線性上升至15 mL／min;10～23 min，由15 mL／min線性上升至100 mL／min。

離子遷移譜條件：正離子模式，漂移氣體流速為150 mL／min;平均次數(shù)為12;電場強度為350 V／cm;網(wǎng)格脈沖寬度為100 μs，觸發(fā)延遲時間為100 ms;采樣頻率為150 kHz，重復率為30 ms。

1.4" 數(shù)據(jù)處理

通過氣相色譜-離子遷移測試儀配套軟件VOCal處理并輸出圖譜和數(shù)據(jù);利用GC-IMS Library Search 軟件對標記成分進行檢索，得到部分信號峰對應風味成分的化學信息;對輸出的風味成分信號數(shù)據(jù)通過Excel初步處理后，采用MetaboAnalyst 5.0在線系統(tǒng)進行化學計量學分析。

2" 結果與分析

2.1" 不同門店堂食過程風味差異分析

采用3家門店的樣品數(shù)據(jù)進行偏最小二乘判別分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）。如圖1所示，不同門店3個階段風味成分所屬區(qū)域有部分重疊，通過交叉驗證得到的預測能力參數(shù)（Q2）和擬合優(yōu)度值（R2）分別為 0.832和0.970，Q2gt;0.4說明3個階段風味的類別區(qū)分是有效的［6］，而置換檢驗的Q2值大于當前的Q2值的概率（P）小于0.01，表明模型未出現(xiàn)過擬合［7］。這些結果表明在泡椒味萬州烤魚堂食過程中，3個階段的風味存在顯著差異，呈現(xiàn)明顯的“三層次”變化。不同門店在同一階段的樣品聚集在相對獨立的區(qū)域，說明“三層次”風味特征普遍存在，且不同門店在同一階段的風味特征具有相似性，因此選用A門店的數(shù)據(jù)剖析泡椒味萬州烤魚堂食過程中的風味變化。

2.2" 堂食過程3個階段的GC-IMS圖譜分析

圖2.A所示，樣品中風味成分的保留時間（X）、相對漂移時間（Y）和信號強度（Z）構成三維信息，其中信號強度反映成分的相對濃度。初步觀察發(fā)現(xiàn)，泡椒味萬州烤魚堂食過程3個階段風味成分的信號存在差異。二維圖（圖2.B）更清晰地展示了3個階段樣品中所檢測的風味成分信號及其差異，圖中線框顯示在3個階段的對比中信號強度存在明顯差異的區(qū)域，表明泡椒味萬州烤魚堂食過程各階段的風味成分發(fā)生顯著變化。

為分析不同階段風味成分的差異，以不同樣品中信號峰的有無或者信號強度的顯著變化為原則［8］，3個階段篩選出65個具有差異的信號峰。基于GC-IMS的質譜數(shù)據(jù)庫信息，明確定性的風味成分有52種（附表1），包括11種醛類、9種醇類、8種酮類、8種烯類、5種酯類、4種吡嗪類、2種呋喃類、1種醚類、1種苯酚類、1種苯類、1種吡啶、1種噻唑類，這些風味成分是泡椒味萬州烤魚形成“三層次”風味變化的物質基礎。

通過對不同階段樣品GC-IMS圖譜中具有相同保留時間和漂移時間的信號峰進行截取并對比，形成泡椒味萬州烤魚堂食過程的風味成分指紋圖譜。如圖3所示，圖中每個點代表一種風味成分，點的顏色代表該成分的相對含量;每一行顯示樣品中所選的用于對比的風味成分，而每一列顯示同一風味成分在不同樣品中的相對含量。由圖3可知，在泡椒味萬州烤魚堂食過程中，4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、2-庚醇、檸檬烯（M）、檸檬烯（D）、3-蒈烯、乙酸異戊酯、甲基異丁基甲酮等風味成分的相對含量在前期明顯高于中期和后期;3-辛醇、2-乙基-5-甲基吡嗪、辛醛、乙二醇乙醚、乙酸芳樟酯、辛酮等成分的相對含量在前期和中期明顯高于后期;2，5-二甲基吡嗪、2，6-二甲基吡啶、3-甲基-2-丁烯醛、羅勒烯、環(huán)戊酮、4-甲基-3-戊烯-2-酮、乙酸乙酯等風味成分的相對含量在后期明顯升高。

2.3" 風味成分的聚類分析

圖4顯示，泡椒味萬州烤魚堂食過程3個階段風味成分存在明顯差異。區(qū)域a中所列風味成分的相對含量在前期較低，隨著堂食時間的延長明顯提高;區(qū)域b中所列風味成分的相對含量則在前期較高，但在中期和后期不斷降低。這些結果表明泡椒味萬州烤魚堂食過程風味成分的組成隨著堂食時間的延長而變化，這可能與萬州烤魚在堂食中持續(xù)加熱的習慣有關。

2.4" PLS-DA

由圖5可知，3組樣品各自分布在獨立區(qū)域，無重疊。通過交叉驗證和置換檢驗所得Q2和R2分別為0.979和0.999，且Plt;1，表示此PLS-DA模型未出現(xiàn)過擬合。由此表明3個階段風味存在顯著差異，呈現(xiàn)明顯的“三層次”變化，這與圖1結果一致。另外，還可以直觀地觀察到，泡椒味萬州烤魚堂食過程中3個階段樣品之間的離散程度隨著堂食時間的延長而明顯增大，這表明3個階段風味成分不僅發(fā)生明顯變化，而且變得更多元和復雜。

各風味成分對于有效區(qū)分樣品類別的貢獻程度可用變量投影重要性（variable importance for the projection，VIP）值表征［9］。一般情況下，VIP 值大于1的風味成分被視為潛在標志物［10-11］。如圖6所示，在篩選的65種風味成分中，有20種在泡椒味萬州烤魚堂食過程3個階段的風味變化中發(fā)揮重要作用，其中15種經(jīng)過質譜識別定性，包括乙酸異戊酯、乙酸芳樟酯、香茅醛、2-乙基-5-甲基吡嗪、丁酸丁酯、2，6-二甲基吡啶、己醇、2-丁醇、1-辛烯-3-醇、2-庚醇、丁酸異丁酯、乙酸乙酯、2-甲基-2-戊烯醛、3-蒈烯、2，5-二甲基吡嗪。

2.5" “三層次”風味標志物分析

隨著堂食時間的延長，乙酸異戊酯（類似蘋果、香蕉和梨等水果香氣）、乙酸芳樟酯（類似鈴蘭、薰衣草等香精油的優(yōu)雅香氣）、2-乙基-5-甲基吡嗪（堅果香）、丁酸丁酯（熱帶水果成熟多汁的香氣）、2-丁醇（類似葡萄酒的香氣）、1-辛烯-3-醇（蘑菇香氣）、2-庚醇（輕微的脂蠟花香）、3-蒈烯（類似強烈的松木香氣）等8種成分的相對含量逐漸降低，這些特征風味成分構成第一層次的鮮香風味。泡椒味萬州烤魚在炒料時習慣加入山胡椒調味，所以山胡椒的主要風味成分乙酸芳樟酯和3-蒈烯［12-14］賦予其獨特風味。這些風味物質在燉煎過程中因揮發(fā)、分解造成其相對含量越來越低。

2，5-二甲基吡嗪（炒花生、巧克力、奶油香氣）、2，6-二甲基吡啶（堅果、木香、白蘭地和蔬菜似的香氣）、乙酸乙酯（甜香味）、2-甲基-2-戊烯醛（草莓香味）的相對含量逐漸升高，是風味逐步向第三層次焦香和脂香過渡的主要表現(xiàn)，這些風味成分是在堂食加熱過程中逐步生成的。2，5-二甲基吡嗪可通過烤魚及調料中的丙烯醛與銨鹽，或丙醇胺在加熱的條件下發(fā)生化學反應產(chǎn)生［15］;2，6-二甲基吡啶和乙酸乙酯可以由料酒、香醋等調味料中的乙酸和乙醇通過類似乙酰乙酸乙酯合成途徑生成［16］;2-甲基-2-戊烯醛，除本身具有香氣外，還是幾十種香料的中間體，可由丙醛縮合而成［17］。堂食過程中持續(xù)燉煎為原有風味成分的揮發(fā)和新風味成分的形成提供了必要的反應條件［18］，是泡椒味萬州烤魚形成多層次風味的主要原因。

香茅醛（檸檬草香氣）、己醇（青草與植物香氣）、丁酸異丁酯（蘋果、菠蘿香氣）的相對含量呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢。這些成分在中期的相對含量較低，與第二層次無顯著風味特征相符。這可能是調味原料在炒料時釋放或生成了這些風味成分，這些成分因上桌后持續(xù)加熱而揮發(fā)，但是隨著燉煎時間的延長，這類風味成分又逐步釋放或生成。例如，香茅醛主要存在于山胡椒中［19］，泡椒味萬州烤魚添加的山胡椒顆粒，前期炒料時會釋放出部分香茅醛，這是前期能夠檢測到的原因;但由于其水溶性差和沸點較高，在堂食過程的中期并不會迅速溶出和釋放;在后期，盤中水分持續(xù)減少，油的占比不斷增大，溫度逐步升高，致使山胡椒顆粒中的香茅醛得以持續(xù)的溶出和釋放，從而相對含量明顯升高。

3" 結論

本研究結果表明泡椒味萬州烤魚堂食過程3個階段的風味成分差異顯著，呈現(xiàn)“三層次”變化，并初步揭示了泡椒味萬州烤魚上桌后風味向多元和復雜變化的內(nèi)在規(guī)律。“三層次”風味變化與調味用料、烹飪方式及堂食習慣密不可分，持續(xù)加熱的燉煎過程是風味變化的重要原因。本研究創(chuàng)新性地挖掘了萬州烤魚“三層次”風味特征，為促進萬州烤魚風味標準化、復刻堂食風味的預制萬州烤魚開發(fā)、提升萬州烤魚品牌價值提供支撐，從而推動萬州烤魚產(chǎn)業(yè)的高質量發(fā)展。

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Analysis of “three-levels” flavor changes during dine-in of pickled pepper flavor Wanzhou grilled fish based on GC-IMS

JIANG Rong1， REN Kang2， LIU Zhenping1， LONG Daoqi1， GAN Fangyuan1， PANG Kejing1

（1.Chongqing Vocational Institute of Safety Technology， Chongqing 404000， China;

2.Sichuan ‘DingDianEr’ Food Development Co.， Ltd.， Chengdu， Sichuan 611732， China）

Abstract：

In order to analyze the flavor changes during dine-in of pickled pepper flavor Wanzhou grilled fish， gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS） combined with partial least squares discriminant analysis （PLS-DA） was used to analyze the overall flavor differences and the flavor markers at three stages. The result showed that 65 differential flavor components were screened in three stages， PLS-DA based on these differential flavor components could effectively distinguish the flavors of each stage， showing the characteristics of “three levels”. According to variable importance for the projection （VIP） values， 15 flavor components， including isoamyl acetate， linalyl acetate， citronellal （D）， 2-ethyl-5-methylpyrazine， butyl butyrate， hexanol， 2， 6-dimethylpyridine， 2-butanol， 1-octene-3-ol， 2-heptanol， isobutyl butyrate， ethyl acetate， 2-methyl-2-pentenal， 3-carene and 2， 5-dimethylpyrazine， were the potential characteristic markers to distinguish the“three levels” flavor. The study deeply explored the characteristics of Wanzhou grilled fish， and provided strong support for improving the brand value of Wanzhou grilled fish and formulating the flavor standard of Wanzhou grilled fish.

Key words：

Wanzhou grilled fish; gas chromatography-ion mobility spectrometry; dine-in; flavor changes

（責任編輯：曹文磊）