影响蚝油气味品质的关键风味化合物的研究

蚝油是南方沿海城市的传统调味品,以牡蛎蒸煮液或酶解液为核心基料,辅以其他添加剂调配而成。蚝油产品的气味属性影响着消费者对其品质的直观印象。高品质的蚝油产品以其独特的海鲜风味深受消费者的喜爱。随着蚝油产品市场的扩大,亟需明确影响蚝油产品气味品质的理化指标,从而构建科学的产品品质评价体系。

在GB/T 21999—2008《蚝油》中描述了气味应为“有熟蚝香”,较为直接的要求了蚝油产品的感官要求,但尚未明确与感官特征相关联的挥发性风味物质。当前蚝油及其基料挥发性风味物质的鉴定和定量研究中多仅对其中的挥发性风味物质种类或含量进行检测,如有报道通过改良固相萃取法检测出6款蚝油中3-呋喃甲醇、5-甲基-2-乙酰基呋喃、3-(甲硫基)丙醛和2-甲基-2-丁烯醛这4种风味物质含量范围在18.2～86.9 ng/g[1],在生熟牡蛎气味研究中也借助固相微萃取技术发现了分别含有的34和36种主要风味化合物[2]。通过数学统计的方法可对蚝油的挥发性风味物质与感官品质进行相关性研究[3-4],但在市场上蚝油产品众多的背景下,当前研究中涉及的样本量较少(少于6种),难以涵盖不同产区不同价位的畅销产品。此外,温度会通过影响分子热运动速度进而对其气味感官品质产生影响,但相关研究中样品在感官评价过程与挥发性风味物质鉴定过程中样品的温度状态并不一致,所得结论的科学性还需要进一步验证。因此需要将更多元的蚝油样品纳入评价,设计更合理的感官评价方法,并通过数学统计的方法在感官和挥发性风味物质之间建立相关性,从而明确影响蚝油产品气味品质的关键指标。

本研究以来自8个品牌的15款市售蚝油为研究对象,首先采用定量描述性分析对蚝油产品的气味进行感官评定,基于电子鼻比较不同产品的气味轮廓差异,并借助气-质联用对蚝油产品的挥发性风味化合物进行分析,再进一步通过偏最小二乘回归分析和皮尔逊相关性分析考察感官属性与挥发性风味物质的相关性,从而明确影响蚝油产品气味品质的关键组分,为蚝油产品质量评价体系的构建和产品开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

NaOH标准液(0.05 mol/L)、甲醛(36%～38%,质量分数)、1,2-二氯苯、无水乙醇,国药集团化学试剂有限公司;蚝油样品均购自各品牌线上官方店铺。市售蚝油样品的选定依据产品的市场占有量和综合销量,选取了各品牌共15款蚝油产品,按照每千克销售单价由高到低对产品进行编号。

1.2 实验仪器

7890B-5977B GC/MSD气相色谱-质谱联用仪,美国Agilent公司;DVB/CAR/PDMS萃取头,上海安普科学仪器有限公司;810R冷冻离心机,德国Eppendorf生命科学公司;FE38-Standard实验室pH计,梅特勒-托利多仪器有限公司;Heracles Ⅱ快速气相色谱电子鼻,法国Alpha M.O.S.公司。

1.3 实验方法

1.3.1 感官评定方法

感官评价小组从江南大学食品学院食品化学实验室评价员群组中招募,参考GB/T 16291.1—2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分:优选评价员》,首先从42份报名问卷中筛选出24人进行线下测试,经过现场面试测试和问卷测试,测试内容包括感官敏感性、量化敏感性以及描述表达能力,最终选取11名组成评价小组,评价过程中使用15点标度法对15款蚝油样品的滋味特征进行定量描述分析。

所有样品均采用三位数随机编码。要求评价小组成员在体验样品后给出蚝油的感官描述词,根据GB/T 16861—1997《感官分析通用多元分析方法鉴定和选择用于建立感官剖面的描述词》对描述词进行初筛,删去快感词、重复词和不相关词语,随后根据最终经过讨论确定留下评价员均能明确感知的评价词组成滋味的词汇表,之后讨论选择评价词对应的参照物以及参比标准。每次评价前样品称取3 g于密封盒放置在55 ℃恒温箱中保存10 min后使用,在评价样品时为降低评价员感官疲劳,要求评价员在评价一个样品后应在室外充分休息,每个样品之间间隔约2 min,每轮之间间隔约10 min。蚝油产品感官描述词、定义及参比标准如表1所示。

1.3.2 蚝油气味特性分析

采用快速气相色谱电子鼻进行气味特性分析。取5 g蚝油样品于15 mL顶空瓶,每个样品设置5组平行。气相色谱条件:DB-5和DB-1701(10 m×0.18 mm)色谱柱;萃取温度55 ℃,600 s;进样口温度250 ℃,进样量500 μL;捕集温度和解吸温度分别为45和250 ℃;初始柱温50 ℃,保持2 s再以1 ℃/s升高至80 ℃,然后以3 ℃/s升高至120 ℃,保持21 s再以1.5 ℃/s升高到250 ℃,保持60 s;氢火焰离子化检测器温度260 ℃,采集时间100 s。

1.3.3 挥发性风味物质分析

采用顶空固相微萃取结合气-质联用分析,通过NIST 17质谱库定性,采用内标法定量。样品制备:称取3 g蚝油样品置于放有转子的气质瓶,加入1 mL饱和NaCl溶液,再加入50 μL 0.018 μg/mL的1,2-二氯苯作为内标,旋紧瓶盖。顶空固相微萃取:将装有样品的顶空进样瓶放入55 ℃的恒温水浴锅内,取老化后的萃取针头由瓶盖中心的橡胶部位插入瓶内,将萃取针头置于样品上方1.5 cm处固定。萃取35 min后取出萃取针头,插入气质联用仪解吸附10 min。气相色谱条件:DB-WAX弹性毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度250 ℃;升温程序:色谱柱初始温度40 ℃,维持3 min,之后以5 ℃/min程序升温至90 ℃,再以10 ℃/min程序升温至230 ℃,维持6 min;载气(He)流量0.7 mL/min,不分流。质谱条件:电子轰击离子源(EI);传输线温度250 ℃;发射电流80 μA;离子源温度250 ℃;检测器电压1 000 eV;电子能量70 eV。

挥发性风味化合物定性数据匹配基于美国国家标准与技术研究院质谱数据库(NIST 17),化合物的保留指数(retention index,RI)计算如公式(1)所示:

式中:t(x)、t(Cn)、t(Cn+1)分别代表待测化合物x及碳原子数为n和n+1正构烷烃标准品的质谱检测保留时间。

1.3.4 气味活性值(odor activity value,OAV)的计算

计算如公式(2)所示:

式中:C,蚝油中挥发性风味化合物的含量,μg/kg;T,该化合物的气味阈值,μg/kg。

1.4 数据统计分析

使用Origin 2018软件进行主成分分析和热图绘制;使用Excel 2021进行公式运算和数据处理;采用SIMCA-P 14.1进行偏最小二乘回归分析(partial least squares regression,PLSR),使用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析(P<0.05为显著性差异)和皮尔逊相关性分析。

2 结果与分析

2.1 市售蚝油产品的气味特性差异

感官定量描述分析方法能将不同样品的感官指标进行量化,从而更直观的反映样品的感官特点。评价小组从气味角度建立了描述蚝油产品感官的4个描述词,包括酱香、蚝香、烤香、腥味4个气味描述词,并对其进行定义和参照物的确定,构建出蚝油的感官评价体系,结果如图1所示。

由感官风味雷达图可知,在气味上4号样品的酱香最为突出;2号样品的蚝香和腥味最高;6号样品的烤香强度最高。蚝香和腥味最大的来源可能是基于牡蛎蒸煮液或酶解液得到的核心基料蚝汁,而蚝汁也是蚝油独特风味的重要贡献者,不同地区消费者由于饮食文化差异,对于蚝香的接受度存在差异,同样的风味强度下可能会出现蚝香与腥味的认知差异。烤香可能来源于蚝油生产的热加工环节,过程中发生的美拉德反应可能是其形成的主要因素。酱香来源则是生产者为了调和风味添加的酿造酱油、酵母抽提物、植物水解蛋白等,同时也能够满足不同地域消费者的风味需求。

电子鼻分析能够弥补感官评价非客观性的不足,同时与人类的嗅觉和传统检测方法结果相兼容。为明确产品之间的风味轮廓差异,对15款蚝油产品进行电子鼻分析,结果如图2所示。

电子鼻通过模拟人体气味处理模式去鉴别气味分子,将气体传感器阵列与生物嗅觉感受器细胞对应,可检测空气中的气味分子。模式识别系统对捕捉到的气味信号进行特征提取,再利用机器学习相关算法来识别和区分气味[6]。通过对15款蚝油样品的检测结果进行主成分分析,发现PC-1和PC-2之和为90.2%,表明模型能够很好的解释这15款样品的风味差异,其中4号、6号和12号样品气味轮廓与其他样品差异十分明显,且三者之间也存在较大差异。基于15款蚝油产品的配料情况,仅有样品4、6、12号3款样品添加了酿造酱油,这可能是造成此三者气味与其他样品存在差异的原因。

2.2 市售蚝油产品挥发性风味化合物的差异

不同蚝油产品的气味特征与其挥发性风味化合物的组成及含量密切相关[7],为进一步明确不同蚝油产品气味特性差异的原因,通过顶空固相微萃取结合气质联用对15款市售蚝油产品中的挥发性风味物质进行分析,结果如图3所示。

15款市售蚝油产品中共检测出挥发性风味物质134种,其中醇类17种、酚类15种、含硫化合物4种、醛类14种、酸类13种、烃类14种、酮类14种、杂环类34种、酯类9种。样品中的挥发性化合物用颜色填充的方框表示,颜色强度标准化范围从深蓝色到深红色,表明化合物含量从高到低。由图3可知蚝油产品挥发性风味物质的种类丰富,不同蚝油产品在化合物种类和含量上存在差异,如4号样品中醇类、醛类和含硫化合物的含量较高,而5号样品中部分酯类和杂环类化合物含量较高,这种差异是不同蚝油产品风味特征差异的内在表现。由于蚝油产品中挥发性风味物质种类较多,且不同挥发性风味化合物含量和感受阈值不同,如酚类物质阈值较高对风味贡献较低,醛类物质阈值较低易影响产品风味。

为了进一步评估挥发性风味化合物对蚝油气味的贡献,对其OAV进行比较。采用内标法测定不同蚝油中挥发性风味化合物的含量,之后结合其阈值计算各种化合物的OAV,结果见表2,所列化合物均至少在一个样品中OAV>1。

OVA能够体现挥发性风味物质对整体风味的贡献,通常认为OAV>1的化合物是该样品的特征风味物质。芳樟醇具有铃兰香、木香、果香,是传统香辛料的特征风味物质[8]。3-甲基-1-丁醇可来源于原料的发酵过程,带来酒香味和酸味,与酿造酱油的添加有关,也可能源自工艺中的发酵环节[9],这是4号样品酱香突出的原因。2-甲氧基苯酚是酱油中烟熏味和焦香味的主要贡献者之一,在蚝油中可能产生同样效果[10]。含硫化合物如二甲基二硫醚、二甲基三硫醚等由氨基酸的降解产生,来源于含硫氨基酸如半胱氨酸的转化,它们在低浓度时被描述为蟹的香味[11],与海鲜(如扇贝、鱼)味有关,贡献出新鲜海味的特征,是4号样品的主要风味贡献物质,但会因蚝油加工中蒸煮过程的影响而含量有所损失[12],因而其在不同样品中的含量可能反映了加工方式的差异。在蚝油中检测出较多碳原子的醛类,其呈香效果与碳原子数有关,整体上随碳原子数的增大呈现出愉悦的气味,如辛醛、壬醛等通常认为是海鲜中腥味和海鲜味的贡献者[13],也赋予了如1号、2号、3号等蚝油样品的特征蚝味或腥味。2-丁烯醛被认为在干制浒苔的风味呈现中起到了良好的修饰作用[14]。2,3-丁二酮又名双乙酰,作为二酮类化合物具有奶香味,脂质氧化、糖类分解、发酵、美拉德反应过程均是其可能的来源[15]。吡嗪类化合物能提供典型的焙烤香气,有助于掩盖其他的不良风味[16]。2-戊基吡啶能够带来脂香和烤香[17]。在样品中杂环类化合物3-乙基-2,5-二甲基吡嗪或2-乙基-3,5-二甲基吡嗪的OAV均远大于1,表明其对产品的风味起着主要贡献,这也与YU等[4]的研究结果相一致。

2.3 影响蚝油产品气味感官特性的关键风味化合物

各种理化指标与蚝油产品的各项感官属性并不是简单的线性关系,气味化合物之间的复杂相互关系协同作用于蚝油的气味形成。因此首先采用PLSR探索感官风味与挥发性风味化合物之间的关系,并从挥发性风味物质组成的角度明确产品之间的差异,阐明不同产品的气味感官特点,揭示通过理化分析实现蚝油品质评价的可行性。以15种挥发性风味物质的含量作为X变量,4个感官属性作为Y变量进行相关性分析,结果如图4所示。

在PLSR中R2Xcum=0.792、R2Ycum=0.727、Q2cum=0.177,表明该模型预测能力较好。由图4-a可知,一半以上的样品在第四象限较为集中,且与各个气味感官距离较远,表明这些产品感官特点较为接近,气味属性较为均衡。此外5、7、11、14号样品与烤香,1、2号样品与蚝香和腥味,4、6号样品与酱香在主成分上距离较近,表明产品的感官气味特点分别与对应感官属性接近。所有感官风味均在50%解释方差外,表明其能被PLSR模型很好的解释。腥味和蚝香较为接近表明其感官风味较为接近;烤香、酱香与腥味和蚝香分别在不同的象限,表明感官风味差异较大。芳樟醇、2-丁烯醛、己醛在50%解释方差内,表明其与感官属性相关性较差。腥味和蚝香可能与其接近的辛醛、2-戊基呋喃、二甲基硫醚有关;酱香可能与2-甲氧基苯酚、苯乙醛、3-甲基-1-丁醇相关;烤香可能与三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪有关。图4-b为各变量权重值(variable importance projection,VIP),该值大于1被认为具有较高的影响[18],结果显示有8个指标的VIP>1.0,包括辛醛、二甲基二硫醚、三甲基吡嗪、苯乙醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、3-甲基-1-丁醇、2-甲氧基苯酚。进一步用皮尔逊相关性分析明确关键气味化合物与蚝油感官品质的关系,结果如表3所示。

根据相关性分析结果(表3),酱香与3-甲基-1-丁醇(r=0.60,P<0.05)、2-甲氧基苯酚(r=0.69,P<0.05)、二甲基二硫醚(r=0.53,P<0.05)、苯乙醛(r=0.70,P<0.05)达到了显著正相关。阮志强等[19]认为酱油风味物质中的醇类如3-甲基-1-丁醇能赋予醇香风味。2-甲氧基苯酚被认为与酱油的特殊烟熏和焦香风味有关[20]。二甲基硫醚是许多发酵类食品的特征风味化合物,在蚝油中可能来源于外源添加发酵酱油[21-23]。李凡等[24]在检测酱油和酱香风味酵母的特征风味时发现苯乙醛是酱香风味的重要来源之一。几种吡嗪类化合物均与酱香风味呈显著负相关,意味着酱香风味较为突出的样品烘烤风味会相对较弱,这与李凡等[24]的研究结论一致。腥味与辛醛(r=0.80,P<0.05)呈显著正相关。醛类作为在水产品风味中起主导作用的一类物质,阈值相对较低,易与其他风味物质产生风味重叠,其呈香效果可能与相对含量有关,在较高含量时其风味趋向于腥味[25]。辛醛也与蚝香存在正相关性,降低其含量使其风味强度下降后则表现为海鲜特有的新鲜味[26]。烘烤味与2,3-丁二酮(r=0.58,P<0.05)、三甲基吡嗪(r=0.61,P<0.05)、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪(r=0.50,P<0.05)、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪(r=0.61,P<0.05)有显著正相关。吡嗪类化合物作为美拉德反应的特征产物,能够为产品带来特征的焦香、坚果香、烤香等特征风味[27]。

3 结论与讨论

通过对15款市售蚝油的气味品质的感官特性进行定量描述分析,建立了蚝油产品气味感官属性的分析和评价方法。基于风味活度值的比较发现不同蚝油产品的特征风味化合物存在较大差异,通过偏最小二乘回归和皮尔逊相关性分析确定了影响蚝油产品香气品质的关键组分。蚝油产品的酱香受到3-甲基-1-丁醇、2-甲氧基苯酚、二甲基二硫醚、苯乙醛的显著正影响;辛醛同时与蚝油的蚝香和腥味均存在正相关,但与腥味的关联度更高,通过控制产品中辛醛的含量可以改变产品的海鲜风味强度,从而有助于调控产品风味以满足不同地区消费者的需求;烤香与三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪存在显著正相关性,吡嗪类化合物越多意味着产品的烤香风味越强。本研究可以为蚝油产品的品质分级和产品改良提供思路和依据。

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