基于電子舌、GC-IMS和GC-MS分析桂林米粉鹵水的風味特征

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.021

引文格式：周杰，姜潔群，馬瑞東，等.基于電子舌、GC-IMS和GC-MS分析桂林米粉鹵水的風味特征.中國調味品，2024，49（7）：137-144.

ZHOU J， JIANG J Q， MA R D， et al.Analysis of flavor characteristics of brine of Guilin rice noodles based on electronic tongue， GC-IMS and GC-MS.China Condiment，2024，49（7）：137-144.

摘要：該研究采用電子舌分析技術結合氣相色譜-離子遷移譜聯用技術（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）對南寧和桂林兩市18個桂林米粉餐飲店的鹵水及兩款產業化鹵水進行檢測，經滋味輪廓、指紋圖譜、揮發性物質相似度分析，選擇5個典型樣品，通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術（headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry， HS-SPME-GC-MS）結合氣味活性值（odor activity value，OAV）確定關鍵風味物質。電子舌結果顯示：桂林米粉鹵水的滋味特征為咸味、鮮味明顯，鮮味回味突出，有輕微苦澀味，并伴有一定苦味回味；GC-IMS結果顯示：18家桂林米粉餐飲店的鹵水中共有揮發性物質60種（定性出37種），且具有一定相似性，但與兩款產業化鹵水的揮發性成分有明顯差異；GC-MS共鑒定出84種揮發性物質，其中烯烴類、醇類、醛類、酯類、醚類和雜環類化合物為桂林米粉鹵水主要的揮發性成分；丁香酚、對烯丙基苯甲醚、茴香醚為5個桂林米粉鹵水樣品共有的關鍵風味物質。

關鍵詞：桂林米粉鹵水；揮發性成分；電子舌；氣相色譜-離子遷移譜；頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用

中圖分類號：TS207.3""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）07-0137-08

Analysis of Flavor Characteristics of Brine of Guilin Rice Noodles Based

on Electronic Tongue， GC-IMS and GC-MS

ZHOU Jie1，2， JIANG Jie-qun1，2， MA Rui-dong1，2， QIN Jing-kai1，2，

CHEN Mei1，2， QIN Zhong-yi1，2， LIU Xiao-ling1，2*

（1.College of Light Industry and Food Engineering， Guangxi University， Nanning 530004， China;

2.Key Laboratory of Deep Processing and Safety Control of Special Agricultural

Products of Guangxi Universities， Nanning 530004， China）

Abstract： In this study， electronic tongue analysis technology combined with gas chromatography-ion migration spectrometry （GC-IMS） is used to detect the brine of 18 Guilin rice noodles restaurants in Nanning and Guilin， as well as two types of industrial brine. After taste profile， fingerprint and similarity analysis of volatile substances， five typical samples are selected， and headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry （HS-SPME-GC-MS） combined with odor activity value （OAV） is used to determine the key flavor substances. Electronic tongue results show that the taste characteristics of brine of Guilin rice noodles are significant saltiness and umami， with prominent umami aftertaste， slight bitterness and astringency and a certain bitterness aftertaste. GC-IMS results show that there are a total of 60 volatile substances in the brine from 18 Guilin rice noodles restaurants （37 substances are"" identified by qualitative analysis）， and they have some similarities， but they are significantly different from the volatile

收稿日期：2024-02-25

作者簡介：周杰（1999—），女，碩士，研究方向：食品加工與風味。

*通信作者：劉小玲（1972—），女，教授，博士，研究方向：食品風味化學。

components of two types of industrialized brine. By" using GC-MS， a total of 84 volatile substances are identified， among which， alkenes， alcohols， aldehydes， esters， ethers and heterocyclic compounds are the main volatile components in the brine of Guilin rice noodles. Eugenol， p-allylanisole and anisole are the key flavor substances shared by five Guilin rice noodle brine samples.

Key words： brine of Guilin rice noodles; volatile components; electronic tongue; gas chromatography-ion migration spectrometry; headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry

桂林米粉發源于廣西桂林，2021年被列入第五批國家級非物質文化遺產。桂林米粉主要包括米粉和鹵水兩部分，米粉單獨食用時寡淡無味，需鹵水賦予其獨特的風味屬性。桂林米粉鹵水是以水、動物原骨及八角、桂皮、小茴香、肉蔻等二十余種香料一起熬制，再經食鹽、醬油等調味而成?，F有研究主要圍繞桂林米粉的品質、加工工藝及文化品牌構建與傳播對策展開，少數對其風味特征進行評價的研究僅依賴于感官描述，缺少科學試驗對其風味進行深入研究。

電子舌能夠準確表達樣品的酸味、甜味、苦味、咸味、鮮味5種基本味覺，由感知元件和次級傳感器兩部分完成味覺信息的處理和整合，并構建味覺信息定性定量模型，具有高靈敏度、高特異性和實時監測等優勢。氣相色譜-離子遷移譜聯用（GC-IMS）和氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）是最常用的兩種風味物質檢測技術，GC-IMS檢測更便捷高效，但定性譜庫不夠完善，GC-MS技術成熟且譜庫齊全。通過GC-IMS快速檢測區分樣品，GC-MS準確定性定量，有助于對桂林米粉鹵水的揮發性化合物進行深入分析。

為深入描述和評價桂林米粉鹵水的風味特征，本研究通過網絡及市場調研，從桂林市和南寧市共篩選了18家消費者評價度高的桂林米粉餐飲店的鹵水，以及兩款產業化鹵水包作為樣品。采用電子舌、GC-IMS和GC-MS技術對樣品進行分析，確定其整體滋味輪廓和揮發性成分屬性，結合氣味活性值（OAV）確定關鍵風味成分，對桂林米粉鹵水的風味特征做進一步描述，為建立更全面的桂林米粉鹵水風味品質評價標準體系及進一步推進其工業化進程提供了理論基礎。

1" 材料與方法

1.1" 材料

桂林米粉鹵水：分別購于桂林市明桂米粉（GMG）、吃不忘米粉（GCBW）、石記米粉（GSJ）、聚香和米粉（JXH）、劉伯娘桂林米粉（LBN）、路口村桂林米粉（LKC）、馬家米粉（MJ）、神鹵米粉（SL）、鹵王米粉（GLW）;南寧市石記米粉（NSJ）、王記米粉（WJ）、陽家桂林米粉（YJ）、明桂米粉（NMG）、試試看桂林米粉（SSK）、黃記米粉（HJ）、嘗不忘（NCBW）、桂林鹵王米粉（NLW）、粉之都（FZD）；地道桂林米粉有限公司兩款鹵水包（DDR、DDS）。

1.2" 試劑

正構烷烴混標（C7～C40）：上海安譜實驗科技股份有限公司；鄰二氯苯：上海麥克林生化科技有限公司。

1.3" 主要儀器與設備

SQP電子天平" 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；SA-402味覺分析系統" 北京盈盛恒泰科技有限責任公司；FlavourSpec氣相色譜-離子遷移譜" 德國G.A.S.公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭" 美國Supelco公司；7890B-5977A氣相色譜-質譜聯用儀" 美國Agilent公司；DF-101T-5恒溫磁力攪拌器" 上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.4" 方法

1.4.1" 樣品采集與前處理

采用大眾點評和美團兩個應用軟件，分別定位桂林和南寧市，搜索桂林米粉，統計消費者對兩地桂林米粉餐飲店的好評度和排行榜，同時參考當地官方舉辦的美食評選活動結果和一些知名度較高的美食博主測評，對兩地桂林米粉餐飲店進行綜合評價打分。分別選擇桂林和南寧綜合評分前九位的桂林米粉餐飲店鹵水，以及地道桂林米粉有限公司生產的兩款袋裝桂林米粉鹵水包，共計20個桂林米粉鹵水樣品作為研究對象。到各店購買鹵水并分裝到特定采樣瓶中，放入10 ℃恒溫運輸箱中運回實驗室，使用小玻璃瓶將各個鹵水樣品分裝成50 g/瓶，放入－80 ℃低溫冰箱中貯藏備用。

1.4.2" 電子舌分析

參考Li等的研究方法并稍作修改。將裝有鹵水的玻璃瓶置于室溫下解凍，在8 000 r/min條件下離心15 min后，取上清液倒入電子舌專用的樣品器皿中進行檢測。為了減少環境變化帶來的影響，保持電子舌的穩定性，所有樣品均在（25±1） ℃的條件下檢測4次，從每個電子舌傳感器中提取響應曲線相對穩定的平均值作為最終結果。

1.4.3" GC-IMS分析

參考Xu等的研究方法并稍作修改。將鹵水樣品置于室溫下解凍后，搖晃均勻。取2.000 g鹵水樣品至20 mL頂空進樣瓶中，設置3組平行對照。孵化溫度60 ℃，孵化時間10 min，進樣方式為頂空進樣，進樣體積1 mL，進樣針溫度65 ℃，加熱方式為振蕩加熱，振蕩速度500 r/min，不分流，清洗時間5 min。一個樣品檢測完畢后自動進入下個樣品的檢測程序。

色譜條件：色譜柱型號FS-SE-54-CB-1；載氣：N2（純度≥99.999%）；載氣流速為0～2 min：2 mL/min，10～20 min；50 mL/min，20～25 min：100 mL/min，25～30 min：150 mL/min；漂移氣流速：150 mL/min。

1.4.4" HS-SPME-GC-MS分析

頂空固相微萃?。簩Ⅺu水樣品于室溫下解凍后搖晃均勻，用飽和食鹽水稀釋10倍，稱?。?.000±0.005） g稀釋樣品于20 mL頂空瓶中，密封后置于60 ℃水浴鍋中加熱平衡10 min，再插入經250 ℃老化30 min 的萃取頭吸附40 min 后，將萃取頭插入GC-MS進樣口中，解吸5 min后取出。

參考Zhou等的研究方法并稍作修改。色譜柱選用HP-INNOWax毛細管柱（60 m×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度：250 ℃；進樣量1.0 μL；載氣為He（純度99.999%），流速1.0 mL/min；升溫程序：初始溫度為40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫至65 ℃，保持3 min，然后以5 ℃/min升溫至120 ℃，保持3 min，最后以10 ℃/min升溫至230 ℃，保持20 min；溶劑延遲5 min。每個樣品平行測定3次。

經NIST 14譜庫進行檢索（匹配度≥70%），化合物的保留指數（RI）通過正構烷烴（C7～C40）的保留時間計算得到。

RI=100n+100×tRx－tRntRn+1－tRn。

式中：RI為保留指數；n為正構烷烴的碳原子數；tRn和tRn+1分別代表碳數為n、n+1的正構烷烴的保留時間（min）；tRx為被測組分的保留時間（min）。

采用以鄰二氯苯為內標和化合物峰面積進行半定量分析，并根據文獻中化合物閾值計算其OAV，計算公式如下：

OAV=CT。

式中：C表示風味物質的含量（μg/kg）；T表示該風味物質在水中的感覺閾值（μg/kg）。

1.5" 數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據統計；采用Origin 2021進行雷達圖和聚類熱圖繪制；GC-IMS結果采用Library Search軟件進行定性分析，采用LAV軟件和Reporter插件繪制指紋圖譜和PCA。

2" 結果與分析

2.1" 桂林米粉鹵水電子舌結果分析

通過電子舌分析可以評價不同桂林米粉鹵水的滋味差異，將20個桂林米粉鹵水的電子舌味覺指標數值做雷達圖，見圖1。

由圖1可知，20個樣品在酸味、咸味、鮮味、豐富性和苦味回味上存在一定差異，其中JXH咸味值最高，WJ鮮味值最高。整體上看，20個樣品中滋味協調性較好的有GMG、GSJ、JXH、NLW、NMG、FZD。桂林米粉鹵水的滋味輪廓表現為咸味、鮮味明顯，鮮味回味突出，有輕微苦澀味，并伴有一定苦味回味。

2.2" 桂林米粉鹵水揮發性成分GC-IMS定性分析

通過GC-IMS對揮發性物質進行檢測，利用LAV軟件的Gallery Plot插件對桂林米粉鹵水中共有的峰進行指紋圖譜分析。20個桂林米粉鹵水的共有氣味指紋圖譜見圖2。

由圖2可知，縱坐標為各樣品名，橫坐標為揮發性物質的名稱或代號，可以發現DDR和DDS兩個產業化鹵水包與餐飲店鹵水的揮發性化合物差異明顯，桂林米粉餐飲店的鹵水揮發性化合物具有較高的相似性，但含量存在差異導致其呈現出不同的風味特征。

經GC-IMS測定，在餐飲店鹵水樣品中共發現60種共有揮發性物質，經譜庫定性出37種，其中主要有酯類8種、酮類8種、醇類6種、醛類6種、烯烴類4種、雜環類3種、含硫化合物和烷烴類各1種。桂林米粉鹵水共有的揮發性化合物主要為丙酸乙酯、丁酸乙酯、呋喃酮、2-戊酮、2，3-戊二酮、烯丙基甲基硫醚、α-蒎烯、檸檬烯、2-乙基吡啶等。酯類是白酒的主要揮發性成分，桂林米粉鹵水中的丙酸乙酯、丁酸乙酯、2-戊酮可能直接來源于其加工過程中添加的酒類調味產品。呋喃酮常在豬肉或牛肉湯中檢出，烯丙基甲基硫醚存在于大蒜、大蔥中，為鹵水提供咸香、醬肉香等香氣。

2.3" 桂林米粉鹵水揮發性成分的GC-MS定性定量分析

綜合20個桂林米粉鹵水樣品的電子舌和GC-IMS結果，選擇FZD、GMG、GSJ、JXH、NLW 5個滋味協調性較好且相似度較高的桂林米粉鹵水進行GC-MS分析。利用HS-SPME萃取桂林米粉鹵水中的香氣成分，通過GC-MS對其進行定性和定量分析，見表1。在 5個桂林米粉鹵水樣品中共檢測出84種揮發性化合物，包括烯烴類16種、雜環類13種、酯類12種、醇類12種、醛類9種、酮類6種、酚類6種、芳香族化合物3種、含硫化合物3種、醚類3種、酸類1種。

由表1可知，5個桂林米粉鹵水樣品中烯烴類化合物的種類最多，主要為γ-松油烯、β-蒎烯、月桂烯、β-欖香烯、α-姜黃烯、檸檬烯、石竹烯和肉豆蔻烯等。萜烯類化合物通常在香料植物中通過甲基戊酸途徑產生，表現出草藥香、水果香、花香等較清甜柔和的香氣。桂林米粉鹵水揮發性成分中烯烴類物質含量較低且具有較高閾值，對風味的貢獻不明顯，但有助于提高桂林米粉鹵水的整體風味。

桂林米粉鹵水樣品中的醇類化合物主要有桉油醇、芳樟醇、（-）-4-萜品醇、α-松油醇和苯乙醇。桂林米粉鹵水中的醇類化合物主要來源于香辛料，少量由脂肪氧化產生。桉油醇、芳樟醇、（-）-4-萜品醇、α-松油醇是香葉、肉桂、八角的主要揮發性成分，可提供花香、薄荷香、肉豆蔻香。

桂林米粉鹵水中的醛類物質主要有茴香醛、壬醛和苯甲醛，其中茴香醛主要來自各種香辛料，呈現花香和香料香氣；壬醛是脂肪氧化降解產物，具有突出的肉香味且氣味閾值較低，對桂林米粉鹵水的香氣特征有較大影響，苯甲醛主要由骨湯中苯丙氨酸降解產生，說明桂林米粉鹵水加工過程中發生了一定程度的脂肪氧化及氨基酸降解。

5個樣品中檢測出了13種雜環類化合物，主要為吡嗪類和呋喃類物質，由桂林米粉鹵水熬制過程中發生的美拉德反應產生。吡嗪主要由美拉德反應中氨基酸通過Strecker降解產生的氨基羰基化合物縮合而成，具有辛辣味、烤榛子香、甜玉米香。呋喃類來源于碳水化合物脫水和脂肪酸氧化，如2-戊基呋喃是加熱過程中從亞油酸中衍生的非羧基化合物，閾值較低，具有水果味和黃油味。

桂林米粉鹵水中共檢出酯類物質12種。酯類化合物通常由酸類與醇類經酯化反應產生，給鹵水帶來甜味、水果香味、辛辣味。桂林米粉鹵水的揮發性成分中醚類化合物含量最高，對烯丙基苯甲醚和茴香醚均存在于5個樣品中，其直接來源于茴香、小茴香、八角等香辛料，賦予鹵水愉悅的甘草、茴香香氣。

2.4" 桂林米粉鹵水揮發性成分GC-MS聚類熱圖分析

為了進一步可視化標志性化合物對分類的貢獻作用，對特征化合物含量進行聚類熱圖分析，由圖3可知，5個桂林米粉鹵水的揮發性成分相互區分，FZD與GMG聚為一類，與JXH、NLW距離較遠，說明FZD與GMG的揮發性成分相近，與JXH、NLW的揮發性成分有較大差異。

2.5" OAV分析

揮發性化合物濃度的高低并不能直接判定其對樣品整體風味的影響。OAV是評價揮發性物質對整體風味貢獻的指標，通過綜合濃度和氣味閾值來評定揮發性化合物對整體風味的貢獻，通常以OAV＞1的揮發性化合物作為關鍵風味物質。因本研究旨在尋找桂林米粉鹵水的共有特征氣味成分，定義存在于表1中60%以上的樣品中的揮發性物質為桂林米粉鹵水的共有揮發性化合物。因此，對存在于3個樣品及以上的揮發性物質進行OAV分析，結果見表2。

通過以往文獻已明確了化合物的閾值，在5個桂林米粉鹵水樣品的共有揮發性化合物中共確定了19種OAV≥1的關鍵氣味化合物，主要為醇類、醛類、酚類、醚類及少部分芳香族和雜環類化合物。整體來看，丁香酚、對烯丙基苯甲醚、茴香醚的OAV較高，其次是茴香醛、桉油醇、檸檬烯、芳樟醇、2，5-二甲基吡嗪、壬醛等，賦予了桂林米粉鹵水典型的肉香味、香料香味、草藥味、花果清甜香氣。由表2可知，桂林米粉鹵水共有揮發性物質中丁香酚的OAV最高，其中GMG、GSJ中丁香酚的OAV分別為3 295.8，2 793.99，表明其在桂林米粉鹵水的整體風味中發揮著關鍵作用。鹵水中的丁香酚由原料丁香直接導入，具有強烈辛香氣味，同時具有抗菌、抗氧化等作用。對烯丙基苯甲醚和茴香醚在5個桂林米粉鹵水中的OAV均遠大于1，其在八角、茴香、小茴香等香料精油中以天然產物形式存在，具有濃烈的茴香味、甘草味，對氣味的貢獻程度最大，且對鮮味有一定的增益效果。

3" 結論

本研究通過電子舌對20個桂林米粉鹵水樣品的滋味進行分析，結果表明桂林米粉鹵水的總體滋味特征為咸味、鮮味明顯，鮮味回味突出，有輕微苦澀味，并伴有一定苦味回味。經GC-IMS分析結果發現，18家桂林米粉餐飲店的鹵水中共有揮發性物質60種且具有一定相似性，但與產業化鹵水的揮發性成分有明顯差異。采用HS-SPME-GC-MS法共鑒定出84種揮發性化合物，5個樣品均含有的揮發性物質有桉油醇、芳樟醇、檸檬烯、石竹烯、α-姜黃烯、肉豆蔻烯、苯甲醛、茴香醛、肉桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、4-乙基-2-甲氧基苯酚、丁香酚、對烯丙基苯甲醚、茴香醚共14種。結合OAV分析桂林米粉鹵水的關鍵氣味成分，主要包括丁香酚、對烯丙基苯甲醚、茴香醚3種揮發性成分，表現為辛香氣味、茴香味、甘草甜味。本研究利用一系列科學方法深入探討了桂林米粉鹵水的風味特征，為進一步實現鹵水產業化進程奠定了理論基礎。

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