趙慧君，王玉榮，李昕沂，趙楠，郭壯*

(1.湖北文理學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院 鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北 襄陽(yáng) 441053；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，成都 610066)

大頭菜是以芥菜為原料，經(jīng)晾曬、腌制、脫水和發(fā)酵等工序制作而成的一種傳統(tǒng)腌菜[1]。我國(guó)四川、湖北和山東等地都有制作和食用大頭菜的習(xí)俗，但各地加工大頭菜的方式略有不同，獨(dú)特的腌制及發(fā)酵方式造就了各地大頭菜特有的風(fēng)味[2]。本研究團(tuán)隊(duì)采用電子舌技術(shù)和常規(guī)理化分析方法對(duì)四川成都、湖北襄陽(yáng)和山東菏澤產(chǎn)大頭菜的產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酸味是不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜差異最大的滋味指標(biāo)[3]，襄陽(yáng)大頭菜食鹽含量最高而成武醬大頭具有最高的蛋白質(zhì)、氨基酸態(tài)氮、還原糖和總酸含量[4]。風(fēng)味作為大頭菜品質(zhì)的重要構(gòu)成部分，直接決定了消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的喜好程度，然而目前關(guān)于不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究報(bào)道尚少。

電子鼻是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來(lái)識(shí)別氣味的電子系統(tǒng)，能夠快速、實(shí)時(shí)和連續(xù)性地監(jiān)測(cè)氣味指紋及其變化，然后將測(cè)得的指紋數(shù)據(jù)與建立的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，應(yīng)用軟件進(jìn)行電子指紋識(shí)別[5]，已廣泛應(yīng)用于發(fā)酵食品品質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[6]、油脂氧化分析[7]、食品烘焙工藝優(yōu)化[8]和貨架期內(nèi)食品品質(zhì)評(píng)價(jià)[9]等方面。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)綜合了色譜法的分離能力和質(zhì)譜的定性長(zhǎng)處，可在較短時(shí)間內(nèi)完成多組分混合物的定性和定量分析，具有靈敏度高、定性能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[10]，目前已經(jīng)在大頭菜揮發(fā)性香味物質(zhì)分析方面有了廣泛的應(yīng)用[11,12]。

本研究以四川成都地區(qū)大頭菜、中國(guó)地理標(biāo)識(shí)產(chǎn)品湖北襄陽(yáng)大頭菜和山東菏澤成武醬大頭為研究對(duì)象，采用電子鼻技術(shù)對(duì)其風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并采用GC-MS技術(shù)對(duì)襄陽(yáng)大頭菜的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了解析，以期為后續(xù)大頭菜相關(guān)產(chǎn)品品質(zhì)的改良提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大頭菜：從四川成都市郫都區(qū)和都江堰市的農(nóng)戶家中采集大頭菜樣品7個(gè)，從襄陽(yáng)市2家企業(yè)和5個(gè)農(nóng)戶家中采集大頭菜樣品7個(gè)，從成武縣農(nóng)戶家中采集大頭菜樣品2個(gè)并購(gòu)買袋裝大頭菜產(chǎn)品2個(gè)。

1.2 材料與設(shè)備

GCMS-QP2020氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司；FOX4000電子鼻 法國(guó)Alpha M.O.S公司；SYG-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州朗越儀器制造有限公司；JJ224BC分析天平 常熟市雙杰測(cè)試儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 基于FOX4000電子鼻大頭菜中敏感類型物質(zhì)的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[13]中的頂空進(jìn)樣法測(cè)定且進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。取切碎大頭菜樣品3.5 g置于20 mL頂空瓶中，密封，每隔2 s以500 r/min的速度攪拌5 s，40 ℃頂空孵化300 s以使風(fēng)味物質(zhì)揮發(fā)到頂部空間，然后用自動(dòng)進(jìn)樣器將其抽出匯入載氣流。測(cè)定參數(shù)：以干燥空氣為載氣，流量為150 mL/min，沖洗時(shí)間為120 s，注射器溫度為50 ℃，注射量為2.5 mL，注射速度為500 μL/s，持續(xù)采集時(shí)間為120 s，采集頻率為1 s。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定5次，以后4次的結(jié)果為本研究的原始數(shù)據(jù)。FOX4000電子鼻含有3個(gè)高效傳感器室，共18根傳感器，但不同傳感器響應(yīng)性能有交叉部分，為提高其可靠性，對(duì)傳感器陣列進(jìn)行了優(yōu)化，僅使用LY/G，LY/AA，LY/Gh，LY/gCT，LY/gCT1，T30/1，P10/1，P10/2，T70/2，PA/2，P30/1，P30/2，TA/2 13根傳感器。測(cè)樣品時(shí)傳感器實(shí)際響應(yīng)強(qiáng)度值R=(R1-R0)/R0，其中R1表示各傳感器測(cè)樣品時(shí)的電阻值，R0表示各傳感器測(cè)干燥空氣產(chǎn)生的電阻值。

1.3.2 基于GC-MS技術(shù)對(duì)襄陽(yáng)大頭菜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析

樣品處理：稱取大頭菜樣品10 g于頂空樣品瓶中，加入0.1 g/mL NaCl溶液，并以帶聚四氟乙烯的鋁帽密封，置于60 ℃條件下振蕩30 min后平衡10 min后進(jìn)入GC-MS開始采集數(shù)據(jù)。

GC條件：SH-Rtx-Wax(30 m×2.25 mm×0.25 μm)極性毛細(xì)管色譜柱；傳輸線溫度：200 ℃；進(jìn)樣口溫度：230 ℃；溫控程序：開始溫度40 ℃，保持5 min，以5 ℃/min上升至150 ℃，然后以10 ℃/min上升至230 ℃，保持6 min；載氣：N2，He，Ar；流量：1.2 mL/min；分流模式進(jìn)樣，分流比：15∶1。

MS條件：離子源：EI離子源；電子能量：(70±0.1) eV；離子源溫度：220 V；m/z范圍：33.00～450 amu；通過(guò)NIST14標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)和保留指數(shù)定性對(duì)未知化合物進(jìn)行定性，且僅當(dāng)匹配度高于80%時(shí)的結(jié)果才予以采用；采用儀器自帶工作站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行面積歸一化處理，確定組分的相對(duì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用電子鼻自帶Alphasoft V11軟件進(jìn)行傳感器信號(hào)強(qiáng)度處理，基于數(shù)據(jù)矩陣使用主成分分析(principal coordinate analysis，PCA)、典范對(duì)應(yīng)分析(canonical correlation analyses，CCA)、聚類分析(cluster analysis，CA)和多元方差分析(multivariate analysis of variance，MANOVA)對(duì)不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，使用kruskal-wallis檢驗(yàn)對(duì)各傳感器對(duì)不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性進(jìn)行分析。除雷達(dá)圖使用Excel 2016軟件繪制外，其他圖均使用Origin 8.5軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于電子鼻技術(shù)對(duì)不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)的差異性分析

本研究首先采用電子鼻技術(shù)對(duì)不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了分析，各傳感器響應(yīng)曲線見圖1。

圖1 各傳感器響應(yīng)曲線圖Fig.1 The response curve of each sensor

由圖1可知，每個(gè)傳感器每秒產(chǎn)生的響應(yīng)值略有不同，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析時(shí)，選擇各傳感器最大響應(yīng)值進(jìn)行分析。各傳感器對(duì)不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性分析見表1。

表1 各傳感器對(duì)不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性分析Table 1 Significance analysis of each sensor response in salted mustard root collected from different regions

注：0.004±0.002表示平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；含有相同字母的同一行數(shù)據(jù)差異不顯著(P<0.05)。

由表1可知，傳感器T30/1，P10/2，T70/2，PA/2，P30/1，P30/2，TA/2對(duì)湖北襄陽(yáng)大頭菜的響應(yīng)值顯著偏低(P<0.05)，而傳感器LY2/gCT呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)(P>0.05)。由于傳感器TA/2，T30/1，T70/2，P30/1，P30/2分別對(duì)食物的香氣或發(fā)酵氣味敏感，因而成武醬大頭的風(fēng)味品質(zhì)優(yōu)于襄陽(yáng)大頭菜，這可能與其加工工藝有關(guān)，成武醬大頭為醬大頭菜而襄陽(yáng)大頭菜為腌大頭菜。值得一提的是，雖然傳感器LY2/G，LY2/AA，LY2/Gh，LY2/gCT1，P10/1對(duì)不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜的響應(yīng)值差異亦顯著(P<0.05)，但實(shí)際響應(yīng)強(qiáng)度值均接近于0，因而可認(rèn)為大頭菜中不含有胺類和硫化氫等有毒氣體?；谥鞒煞值腜C1和PC2因子得分圖見圖2。

圖2 不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)的主成分分析Fig.2 Evaluation of the flavor profile characterization of salted mustard root collected from different regions based on principal coordinate analysis

由圖2可知，不同地區(qū)的大頭菜樣品雖有部分交叉但整體上呈現(xiàn)出較明顯的分離趨勢(shì)，其中5 個(gè)襄陽(yáng)大頭菜樣品多數(shù)分布在第二象限，4個(gè)成武醬大頭樣品主要分布在第一象限，而四川大頭菜主要分布在第三和第四象限。由此可見，不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜的風(fēng)味品質(zhì)存在較大差異。本研究進(jìn)一步使用典范對(duì)應(yīng)分析對(duì)不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖3。

圖3 不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)的典范對(duì)應(yīng)分析Fig.3 Evaluation of the flavor profile characterization of salted mustard root collected from different regions based on canonical correlation analysis

由圖3可知，相對(duì)于無(wú)監(jiān)督的主成分分析，在使用有監(jiān)督的典范對(duì)應(yīng)分析對(duì)18 個(gè)樣品進(jìn)行空間排布時(shí)，不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜呈現(xiàn)出明顯的分離趨勢(shì)，這進(jìn)一步證明了不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜樣品的風(fēng)味品質(zhì)存在較大差異。本研究進(jìn)一步對(duì)不同地區(qū)產(chǎn)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)的相似性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，各傳感器對(duì)不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的雷達(dá)圖見圖4。

圖4 各傳感器對(duì)不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的雷達(dá)圖Fig.4 Radar map of each sensor response in salted mustard root collected from different regions

由圖4可知，成武醬大頭和四川成都地區(qū)大頭菜的風(fēng)味品質(zhì)較為相似，除傳感器PA/2外，其他傳感器對(duì)兩類大頭菜樣品的響應(yīng)值無(wú)明顯差異，這與kruskal-wallis檢驗(yàn)結(jié)果基本一致。由此可見，較之襄陽(yáng)大頭菜，成武醬大頭和四川成都地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)較為相似。本研究進(jìn)一步采用基于馬氏距離的聚類對(duì)這一定性結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證[15]，結(jié)果見圖5。

圖5 不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)的聚類分析Fig.5 Evaluation of the flavor profile characterization of salted mustard root collected from different regions based on cluster analysis

注：“**”表示P<0.01，“***”表示P<0.001。

由圖5可知，四川成都地區(qū)大頭菜和菏澤成武醬大頭樣品形成了1個(gè)聚類，同時(shí)兩者與襄陽(yáng)大頭菜形成了第2個(gè)聚類，這亦驗(yàn)證了較之襄陽(yáng)大頭菜，成武醬大頭和四川成都地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)較為相似。本研究進(jìn)一步采用MANOVA對(duì)不同地區(qū)大頭菜的風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了顯著性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四川成都地區(qū)大頭菜和菏澤成武醬大頭差異非常顯著(P<0.01)，而兩者均與襄陽(yáng)大頭菜差異極顯著(P<0.001)，這亦與PCA和CCA結(jié)果相一致。

2.2 基于GC-MS技術(shù)襄陽(yáng)大頭菜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析

本研究使用GC-MS技術(shù)對(duì)7個(gè)襄陽(yáng)大頭菜樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類及含量進(jìn)行了測(cè)定，共檢測(cè)出了37種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中醇類、醚類、醛類、酮類、烷烴類、烯烴類和酯類分別為5，3，9，3，2，11，2種，平均相對(duì)含量分別為19.76%，7.00%，35.37%，7.47%，0.17%，14.25%，14.36%。由此可知，襄陽(yáng)大頭菜中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為醛類化合物，襄陽(yáng)大頭菜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量見表2。

表2 襄陽(yáng)大頭菜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量Table 2 The relative content of volatile flavor components in Xiangyang salted mustard root %

續(xù) 表

襄陽(yáng)大頭菜樣品中平均相對(duì)含量大于5.0%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為3-丁炔-1-醇、壬醛、乙酸異戊酯、D-檸檬烯、丙酮、乙酸乙酯和異戊醛，其平均相對(duì)含量分別為17.52%，13.44%，7.52%，7.19%，7.16%，6.83%，6.11%。不同襄陽(yáng)大頭菜樣品中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在較大的差異，1#樣品中含量最多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為3-丁炔-1-醇，相對(duì)含量為66.24%；2#和5#樣品中含量最多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均為乙酸乙酯，相對(duì)含量分別為12.08%和35.74%；3#和4#樣品中含量最多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均為壬醛，相對(duì)含量分別為43.57%和24.33%；6#樣品中含量最多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為乙酸異戊酯，相對(duì)含量為31.00%；而7#樣品中含量較多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為苯甲醛和二甲基二硫醚，相對(duì)含量分別為19.89%和19.78%。

3 結(jié)論

采用電子鼻和GC-MS聯(lián)合技術(shù)對(duì)大頭菜的風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了比較研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)較之襄陽(yáng)大頭菜，成武醬大頭和四川成都地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)較為相似，經(jīng)GC-MS分析發(fā)現(xiàn)襄陽(yáng)大頭菜中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為壬醛、1,2-丙二烯-1,3-二酮、3-丁炔-1-醇、乙酸異戊酯、D-檸檬烯、丙酮、乙酸乙酯和異戊醛。