趙慧君，胡事成，張振東，郭壯*

(1.湖北文理學(xué)院 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院 鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北 襄陽(yáng) 441053；2.湖北襄陽(yáng)孔明菜食品有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441104)

大頭菜是十字花科蕓薹屬芥菜的一個(gè)變種，新采收的大頭菜辣味和苦味較濃，一般需腌制后食用，不同地區(qū)大頭菜的加工方法造就了大頭菜風(fēng)味的差異。山東成武大頭菜又叫成武醬大頭，屬于醬腌菜類，棕紅透明，集香、咸、甜三味于一體，2010年被評(píng)為國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品。廣西英家大頭菜是廣西壯族自治區(qū)鐘山縣的特產(chǎn)，屬于腌菜類，色澤淡黃、味美鮮香、咸淡適宜、質(zhì)地脆嫩，2016年被評(píng)為國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品。山東成武大頭菜和廣西英家大頭菜都為當(dāng)?shù)氐拿麅?yōu)產(chǎn)品，但是對(duì)其揮發(fā)性物質(zhì)的研究目前仍是空白。

電子鼻(electronic nose，E-nose)作為一種無(wú)損的檢測(cè)技術(shù)，可以規(guī)避生理嗅覺(jué)的缺陷，利用傳感器陣列對(duì)不同揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)值并結(jié)合參數(shù)模型來(lái)識(shí)別物質(zhì)[1]。氣-質(zhì)聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)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)。在電子鼻對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)有效區(qū)分的基礎(chǔ)上，采用GC-MS對(duì)不同的揮發(fā)性物質(zhì)成分進(jìn)行鑒定，目前廣泛應(yīng)用于食品揮發(fā)性物質(zhì)的檢測(cè)。Gao等利用電子鼻和GC-MS聯(lián)用對(duì)12種不同發(fā)酵工藝的老抽進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了41種主要揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)醬油的評(píng)價(jià)提供了很大的幫助[2]。Vera等對(duì)67個(gè)同一品牌和生產(chǎn)工藝但不同產(chǎn)地的啤酒樣品進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示不同產(chǎn)地的啤酒間香氣也存在著差異[3]。用同樣的方法對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)食品蝦醬[4]、中華絨螯蟹[5]、陳醋(中國(guó)山西陳醋、日本黑醋和意大利香醋)[6]、南瓜[7]、發(fā)酵果酒[8]等的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)和分析。電子鼻和GC-MS技術(shù)在大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)的研究上也有應(yīng)用，曾凡坤等通過(guò)蒸餾萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵工藝、脫鹽和新工藝生產(chǎn)的重慶菜市場(chǎng)內(nèi)大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)新工藝揮發(fā)性香氣種類高于傳統(tǒng)大頭菜和脫鹽大頭菜[9]。洪冰等利用蒸餾萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)自然發(fā)酵和接種發(fā)酵的大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)接種發(fā)酵的大頭菜中揮發(fā)性物質(zhì)更多[10]。鄧靜等采用固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)大頭菜腌制過(guò)程中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示：在腌制過(guò)程中，酯類、酸類、醇類、烷烴類及含氮類組分的種類逐漸增加，醛類組分的種類逐漸減少[11]。趙慧君等采用電子鼻技術(shù)對(duì)四川成都、湖北襄陽(yáng)和山東菏澤腌制的大頭菜樣品的風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同時(shí)采用GC-MS對(duì)襄陽(yáng)大頭菜中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)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[12]。

為研究不同產(chǎn)地大頭菜中的揮發(fā)性物質(zhì)，本研究在采用電子鼻對(duì)山東成武和廣西英家大頭菜中揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行有效區(qū)分的基礎(chǔ)上，采用GC-MS對(duì)不同的揮發(fā)性物質(zhì)成分進(jìn)行鑒定，此研究將為后續(xù)不同地區(qū)大頭菜的甄別和揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

廣西英家大頭菜：采購(gòu)自淘寶店鋪“永盛特產(chǎn)”和“南國(guó)風(fēng)味苑”共14個(gè)樣品；山東成武大頭菜：采購(gòu)自淘寶店鋪“天貓超市”、“綠源生態(tài)莊園”和“山東菏澤一鳴特產(chǎn)”共16個(gè)樣品。

1.2 儀器與設(shè)備

HSS 32電子鼻 德國(guó)Airsense公司；GC-MS-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。

1.3 電子鼻及GC-MS分析測(cè)試條件

參照文獻(xiàn)[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用電子鼻自帶軟件Alphasoft V11進(jìn)行傳感器信號(hào)強(qiáng)度處理，基于數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行PCA、CCA、CA和多元方差分析。利用Kruskal-Wallis檢測(cè)各傳感器對(duì)不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性分析。除雷達(dá)圖使用Excel 2016軟件繪制外，其他圖均使用Origin軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻各傳感器對(duì)山東成武和廣西英家大頭菜的響應(yīng)值分析

每個(gè)傳感器每秒產(chǎn)生的響應(yīng)值均不同，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，山東成武和廣西英家大頭菜的電子鼻響應(yīng)值的差異性分析見(jiàn)表1。

表1 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 The difference analysis of sensors to response values of mustard roots from different regions

由表1可知，山東成武大頭菜對(duì)W5S、W1W傳感器的響應(yīng)值高且與廣西英家大頭菜的響應(yīng)值有顯著差異(p<0.05)，山東成武大頭菜對(duì)W1C、W3C、W5C傳感器的響應(yīng)值低且與廣西英家大頭菜的響應(yīng)值有顯著差異(p<0.05)，山東成武大頭菜對(duì)W6S、W1S、W2S、W2W、W3S傳感器的響應(yīng)值與廣西英家大頭菜的響應(yīng)值無(wú)顯著差異(p>0.05)。由此可見(jiàn)，廣西英家大頭菜芳香類物質(zhì)的含量高于山東成武大頭菜。

為進(jìn)一步研究山東成武大頭菜和廣西英家大頭菜對(duì)電子鼻各個(gè)傳感器的響應(yīng)值，用雷達(dá)圖進(jìn)行了分析，見(jiàn)圖1。

圖1 基于電子鼻數(shù)據(jù)的雷達(dá)分析圖Fig.1 The radar analysis diagram based on electronic nose data

由圖1可知，山東成武大頭菜對(duì)電子鼻的W5S、W6S、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S傳感器的響應(yīng)值都比廣西英家大頭菜高，而W1C、W3C、W5C的響應(yīng)值則相反。

2.2 山東成武和廣西英家大頭菜電子鼻傳感器響應(yīng)值的主成分分析

揮發(fā)性氣味是一種綜合的感覺(jué)，以單一的金屬傳感器去分析不夠全面，因此進(jìn)行了PCA分析。基于電子鼻技術(shù)對(duì)山東成武和廣西英家大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的因子荷載圖見(jiàn)圖2。

圖2 基于主成分分析的因子荷載圖Fig.2 The factor loading diagram based on PCA

由圖2可知，PC1由W1S、W2S、W2W、W1C、W3C、W5C組成，貢獻(xiàn)率為79.80%；PC2由W1W、W3S、W5S、W6S組成，貢獻(xiàn)率為11.8%。PC1和PC2的因子得分達(dá)到91.60%，可以反映原始數(shù)據(jù)的全部信息。芳香性物質(zhì)對(duì)應(yīng)的傳感器W1C、W3C和W5C在第二象限，表明品質(zhì)較好的大頭菜分布在第二象限，第三象限次之，第一象限和第四象限最差。

結(jié)合PC1和PC2的因子得分，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 基于主成分分析的因子得分圖Fig.3 The factor score diagram based on PCA

由圖3可知，第二象限中全部為廣西英家大頭菜，共9個(gè)樣品，其余5個(gè)廣西英家大頭菜樣品在第一象限，且與第二象限距離較近。山東成武大頭菜樣品位于第三和第四象限。與山東成武大頭菜相比，廣西英家大頭菜的芳香性物質(zhì)含量更高，氮氧化物、氫化物、有機(jī)硫化物和烷烴等物質(zhì)含量相對(duì)較低。

2.3 基于GC-MS技術(shù)分析山東成武和廣西英家大頭菜樣品的揮發(fā)性物質(zhì)

利用GC-MS對(duì)山東成武和廣西英家大頭菜中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性檢測(cè)，共檢測(cè)到75種揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)相對(duì)含量超過(guò)1%的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖4。

圖4 大頭菜各揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)強(qiáng)度值的箱形圖(n=30)Fig.4 The box plot of relative intensity of volatile components in mustard roots (n=30)

由圖4可知，醋酸、異戊醛(令人愉快的果香)、乙酸乙酯(清靈、微帶果香的酒香)、丁醛、甲硫醚(蔬菜香氣)和丙酮(辛辣氣味)是這兩個(gè)地區(qū)大頭菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)。其中醋酸在不同樣品中差異性最大，其次為乙酸乙酯，差異性最小的為異戊醛。

利用GC-MS檢測(cè)到的75種揮發(fā)性物質(zhì)中，酮類6種，占7.28%；醇類11種，占12.30%；酸類3種，占5.66%；醛類10種，占28.78%；硫醚類3種，占18.07%；酯類9種，占8.61%；烯類14種，占10.52%；烷類6種，占4.66%；其他13種，占4.12%。山東成武大頭菜中檢出35種，廣西英家大頭菜中檢出54種，相對(duì)含量見(jiàn)表2。

表2 大頭菜中揮發(fā)性物質(zhì)及其相對(duì)含量Table 2 The volatile components and their relative content in mustard roots

續(xù) 表

由表2可知，相對(duì)含量超過(guò)1%的6種物質(zhì)中，丙酮(4.3%)、醋酸(1.93%)和丁醛(9.05%)在山東成武和廣西英家大頭菜中含量均很豐富，異戊醛(14.16%)和甲硫醚(2.74%)在山東成武大頭菜中含量豐富，乙酸乙酯(2.37%)在廣西英家大頭菜中含量豐富。山東成武和廣西英家大頭菜中共有的揮發(fā)性物質(zhì)為丙酮、乙醇(微甘，并伴有刺激的辛辣滋味)、醋酸、異戊醛、丁醛、苯甲酸甲酯(濃郁的冬青油和尤南迦油香氣)、苯甲酸乙酯(水果氣味)。山東成武大頭菜每個(gè)樣品中均含有廣西英家大頭菜中沒(méi)有的揮發(fā)性物質(zhì)，包括二奎酸酐、2-丁酮(辛辣氣味)、異戊醇(不愉快氣味)、苯乙醛(水果的甜香味)、可可醛(果香、木香、草香、巧克力香)、可卡醛、丙烯基乙醚、甲硫醚、2-丁基-4-甲基-1，3-二氧雜環(huán)戊烷、二氧雜環(huán)庚烷類、L-丙氨酸乙酰胺(S)。

廣西英家大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)較為雜亂且沒(méi)有太多規(guī)律，其中樣品1，2，3中特有的物質(zhì)較多，包括新薄荷醇、α-松油醇、4-萜烯醇、2-甲基戊醛、環(huán)已烯、α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、水芹烯、α-松油烯、β-羅勒烯、γ-松油烯、α-異松油烯、石竹烯、β-雪松烯、正十四碳烷玫瑰氧化物和順式-芳樟醇氧化物，這可能與不同廠家的生產(chǎn)工藝不同有關(guān)。

3 結(jié)論

山東成武和廣西英家大頭菜均為國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品，為研究和比較這兩種大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)，首先采用電子鼻技術(shù)對(duì)山東成武和廣西英家大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)廣西英家大頭菜含有的芳香性物質(zhì)比山東成武高，氮氧化物、氰化物、有機(jī)硫化物和烷烴等物質(zhì)含量相對(duì)較低。GC-MS結(jié)果表明，異戊醛和甲硫醚在山東成武大頭菜中含量豐富，乙酸乙酯在廣西英家大頭菜中含量豐富，與電子鼻結(jié)果相符合。造成這種差異的原因可能有兩個(gè)：一是大頭菜的種植環(huán)境不同，山東和廣西不同的地域造就了大頭菜的不同風(fēng)味；二是大頭菜的制作工藝不同，山東成武大頭菜為醬腌菜類，廣西英家大頭菜為腌菜類。本研究首次研究了不同地區(qū)不同類型大頭菜中揮發(fā)性物質(zhì)的異同，為今后不同地區(qū)間大頭菜指紋圖譜的繪制奠定了基礎(chǔ)。