由SPSS 22.0完成，GC-MS、电子鼻和感官评价PCA和CA由origin 9.1完成，PLS相关性分析由Unscrambler X 10.4完成。易宇文1，胡金祥2，杨进军2，刘阳2，彭毅秦1，吴华昌2，乔明锋1，邓静1*
1(烹饪科学四川省高等学校重点实验室(四川旅游学院)，四川 成都，610100) 2(四川旅游学院，四川 成都，610100)
摘 要 利用电子鼻、顶空固相微萃取-气质联用，结合化学计量学分析不同年份郫县豆瓣对鱼香调味汁挥发性风味的贡献，并进行风味属性评价。检测到样品中共有风味物质68 种，其中醇类7种、萜烃类24种、醛类18种、含硫化合物12 种，其他化合物7种，不同年份豆瓣对鱼香调味汁风味化学物质的定性与定量影响存在显著差异；主成分和聚类分析显示，气质联用、电子鼻和感官评价结果趋势一致；偏最小二乘法分析表明，郫县豆瓣中的酯类物质等与鱼香调味汁的酯香风味存在相关性。研究表明,气质联用、电子鼻和感官评价结合化学计量学可以对鱼香调味汁风味进行全面分析，是食品风味化学研究的综合评价方法。
关键词 电子鼻；气质联用；化学计量学；风味；鱼香调味汁；郫县豆瓣
第一作者：副研究员(邓静教授为通讯作者，E-mail：79190096@qq.com)。
基金项目：川菜发展研究中心资助项目(CC17Z11，CC18Z05)；四川省教育厅基金项目(18TD0043、18ZA0346、16ZA0349)；四川省科技厅资助项目(2019YJ0344, 2015NZ0037)；烹饪科学重点实验室资助项目(PRKX2015Z11)
收稿日期：2018-07-18，改回日期：2018-08-30
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.018309
鱼香味是川菜复合味型的典型代表，咸甜酸辣，姜葱蒜香味浓郁，具有煮鱼风味而不见鱼的妙处。郫县豆瓣是传统鱼香味不可缺少的一种调料，以蚕豆瓣、红辣椒等原料发酵制作而成的一种调味品，目前报道其风味物质大约有140余种，且发酵时间影响其风味物质的形成，风味物质主要包含酯类、酚类、醇类等，这些物质对“鱼香”风味的形成可能存在重要影响[1-3]，研究不同年份郫县豆瓣对鱼香调味汁风味的贡献，为鱼香肉丝风味化学指纹图谱的建立奠定基础，对于工业化产品质量与成本控制具有重要意义。
本研究探索利用电子鼻(E-nose)、固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪(solid-phase microextraction gas chromatography-tan-dem mass spectrometry， SPME-GC-MS)，结合感官评价与主成分(principal component analysis，PCA)、聚类分析(cluster analysis，CA)、偏最小二乘法(partial least squares，PLS)等化学计量学方法分析不同年份郫县豆瓣对鱼香调味汁挥发性风味的贡献，探讨不同分析方法的区分能力和相关性，并进行风味属性评价。
1、2、3年陈酿绍丰和郫县豆瓣酱，成都市郫县绍丰和调味品实业有限公司；醋、酱油、姜、葱、蒜、白糖、鸡精、食用油，市售。
样品配料及加工方法按标准《川菜烹饪工艺》[4]制备，鲜汤以鸡精和饮用水按质量比1∶10制作。共4个样品，编号1、2、3、4；1号不添加豆瓣，2 号为1年豆瓣，3 号为2年豆瓣，4 号添加3年豆瓣，其他配料不变，将制备的样品用搅拌机搅匀，备用。
专用磁力加热搅拌装置(PC-420D)；75 μm CAR/PDMS手动萃取头，美国Supelco公司；气相色谱质谱联用仪(SQ680)，美国PerkinElmer；电子鼻(FOX 4000型)，法国Alpha MOS公司；搅拌机(HR2874/00)，飞利浦；其他实验室常用设备。
1.3.1 感官评价
采用定量描述性感官评价，评价人员由9名经验丰富的烹饪名师组成。感官评价小组成员依据GB/T 16291.1和GB/T 16291.2进行人员的选拔、培训与维护。对评价人员依据GB/T 29605—2013要求进行培训，分别对蒜香、醋香、酯香、酱香和姜香5个维度进行训练；风味强度评价采用10 分制，0 分表示没有嗅到香味，10 分表示嗅到的香味非常强；每个样品重复评价3次。
1.3.2 电子鼻分析测试条件
取样品2 g置于10 mL样品瓶，密封，放入120 ℃顶空加热器，加热300 s，用注射器吸取2 000 μL注入电子鼻检测器。
电子鼻手动进样，进样速度2 000 μL/s，数据采集时间120 s，数据采集延迟180 s，每个样品平行测试5次，取后3次传感器在第120 s时获得的稳定信号进行分析。
1.3.3 GS-MS萃取及分析测试条件
萃取条件：取样品2 g置于15 mL样品瓶中，加入搅拌子密封，磁力搅拌装置温度120 ℃，转速1.5 r/s，平衡600 s，然后将老化(250 ℃，600 s)的萃取头插入样品瓶萃取7 200 s，随后插入GC-MS进样口，解析600 s。
GC条件：进样口温度：250 ℃；色谱柱：Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；升温程序：起始温度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升至170 ℃，保留1 min，然后以15 ℃/min升至250 ℃，保留1 min。载气(氦气99.999 9%)，流速1 mL/min，分流比5∶1。
MS条件：EI离子源，电子轰击能量为70 eV，离子源温度230 ℃；全扫描；质量扫描范围：35～400 m/z；扫描延迟66 s；标准调谐文件。
1.3.4 定性定量分析
定性分析:挥发性成分的定性以检索NIST 2011谱库、计算其保留指数并与其文献值进行比对为主，同时结合人工解析质谱图进行确定。
定量分析:采用峰面积归一化法进行简单定量，求得各挥发性成分的相对含量。
化学计量学作为食品风味化学中常用的分析方法，包括主成分(PCA)、聚类(CA)和偏最小二乘法(PLS)等。其中，PCA是一种基于降维思想的多元统计方法[5]；CA是一种依据样品相似程度，进行自主分类的分析方法[6]；PLS是一种用来解决多元回归分析中自变量之间的多重相关性或样品容量少于变量个数等问题的多元统计方法，主要应用于产品预测[7]、相关性分析[8]等方面。
感官评价和GC-MS结果由SPSS 22.0完成，GC-MS、电子鼻和感官评价PCA和CA由origin 9.1完成，PLS相关性分析由Unscrambler X 10.4完成。
表1为样品感官评价结果。1、2、3和4号样品得分由低到高，方差分析表明4个样品在蒜香、醋香、酱香和姜香差异均不显著，仅在酯香这一维度差异显著，这是郫县豆瓣对样品香味贡献的体现，2、3、4号样品分别添加了1、2和3年的郫县豆瓣，得分比较靠近，差异不显著，这与文献[1]一致。
表1 样品感官评分结果
Table 1 Sensory evaluation results of samples
注：不同小写字母表示同行组间数值差异性(P<0.05)，下同。
样品GC-MS总离子流如图1。4个样品的挥发性化合物出峰时间分布较均匀，主要在5～25 min之间，说明升温程序比较科学合理；相对于2、3和4号样品，1号样品峰少，表明郫县豆瓣对鱼香调味汁挥发性化合物存在影响。
图1 样品挥发性成分总离子流图
Fig.1 The total ion chromatogram of volatile components of the samples
表2是GC-MS检测结果。1、2、3和4号样品共检测到86种挥发性化合物，分别为70、81、86和84种，分别占挥发性总物质的81.51%、87.78%、93.58%和94.60%；4个样品均被检测到的物质有68 种，来源于共有调味品姜、葱、蒜、酱油、醋、鸡精等。样品中苯乙醇含量差异不显著，但2、3、4号样品高于1号样品，这可能是由于苯乙醇既可来源于酱油[10,21]，又可来源于郫县豆瓣有关，具体来源有待于进一步研究证实。通过分析，表2挥发性成分醇类中的糠醇，醛类中的异戊醛、苯甲醛，酯类中苯乙酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯和乳酸乙酯，其他化合物中的2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚，1号样品均未检出，而2(月桂酸乙酯、十四酸乙酯和乳酸乙酯未检出)、3和4号样品检出，其来源于郫县豆瓣的可能性较大[10, 21]，但具体来源有待于进一步研究。
表2 样品主要挥发性成分GC-MS鉴定结果
Table 2 Identification of the main volatile components of samples by GC-MS
续表2
续表2
注：“-”表示未检出。
依据化合物结构分类并计算出各类物质相对含量，如图2所示，主要挥发性风味物质分为醇类、萜烃类、醛类、酯类、含硫化合物等。其中，1-4号样品醛类物质含量分别为50.71%、52.73%、54.34%和55.00%，在挥发性风味物质中含量最高，这些物质可能构成鱼香调味汁香味的基础；含量最低的是酯类物质，分别为0.13%、 0.65%、1.04%和0.99%，3、4号样品含量较高，与1、2号差异显著，且酯类物质的风味感官阈值较低[10]，可以推测1号与其他3个样品在风味上存在较大差异。
图2 样品各类型挥发性物质分析比较结果
Fig.2 The comparison results of samples aroma components analysis
郫县豆瓣中的醇类物质主要为样品提供了花果香、甜香和黄油香等香味物质[14]，但一般认为醇类物质的阈值较高[7]，对样品的风味贡献不大，而醛类物质阈值很低[10]，对样品的风味贡献大，郫县豆瓣中醛类物质包括异戊醛、苯甲醛、糠醛等，其中含量最高的是糠醛，含量分别为34.03%、23.17%、29.55%和30.87%。酯类物质是一类十分重要的呈香物质，阈值低[10]，样品中检测到的7种物质有5种与郫县豆瓣有关，均为乙酯类物质，给人发酵辣椒的酸辣香气的印象[3]，其中3、4号样品检测到的酯类物质最多，可能是1号样品香气有别于2、3和4号样品的重要原因。其他化合物中非共有物质2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚与郫县豆瓣、酱油、醋有关，在1号样品中均未检测到，来源于郫县豆瓣的可能性较大；4-乙基苯酚具有木香、酚香和甜香，4-乙基-2-甲氧基苯酚给人焦香、辛香和烟熏香的印象，它们是郫县豆瓣特征风味化合物之一[2]。
2.3.1 GC-MS、电子鼻和感官评价PCA
将样品GC-MS、电子鼻和感官评价结果进行PCA，结果见图3。3种检测方式的第一、二主成分累计均大于80%，说明提取的主成分信息能够反应样品的风味轮廓信息。1号样品均分布在以焦点为圆心的实线圆外，说明未添加郫县豆瓣和添加郫县豆瓣的样品在香味上差异明显。图3-a、图3-b中，3、4号样品靠近，分布在第一象限，可能因为3、4号样品分别添加了2和3年陈酿的豆瓣，而2、3年陈酿的郫县豆瓣在香味上比较相似[1]；同时在GC-MS检验中，3、4号样品分别检测到86 和84 种化合物，共有物质84 种，也说明3、4号样品相似度高。图3-a中，2 号样品分布在第三象限，离坐标轴焦点较3、4号样品远，但2、3、4号样品仍被圈在以坐标轴焦点为圆心的实线圆中，说明它们有一定的相似性，与GC-MS结果一致；图3-b中，2 号样品离3、4号样品比较靠近，但与3、4号样品差异明显，说明1年与2、3年陈酿的郫县豆瓣在风味物质上有差异[1]，电子鼻能够区分出这种差异；图3-c中，2、3和4号均分布在Y轴的右面，1 号样品在Y轴的左面，说明感官评价能够区分添加郫县豆瓣的样品，与GC-MS和电子鼻检测结果一致，但无法区分2、3和4号样品之间的两两相似度，表明感官评价的精密度不够[22]，在细节区分上有局限性。
a-气质联用；b-电子鼻； c-感官评价
图3 样品气质联用、电子鼻和感官评价结果主成分分析图
Fig.3 The PCA of GC-MS, E-nose and sensory evaluation of the samples
2.3.2 电子鼻、GC-MS和感官评价CA
将样品GC-MS、电子鼻和感官评价的结果进行CA，结果见图4。3、4号样品先聚类，接着2号样品与3、4号聚类，最后1号样品与2、3和4号样品聚类。从聚类距离看，1 号样品与2号样品的聚类距离最长，说明添加郫县豆瓣的样品在香味上差异明显。2号样品与3、4号样品聚类距离最长的为GC-MS，其次是电子鼻，最后是感官评价，与PCA一致；感官评价聚类距离最短，与PCA中无法判断2、3和4号样品的相似度一致。综上，GC-MS、电子鼻和感官评价CA在总体趋势一致，差异仅体现在聚类距离上，这与检测方式的精密度有关[22]。
a-气质联用;b-电子鼻；c-感官评价
图4 样品气质联用、电子鼻和感官评价结果聚类分析图
Fig.4 The CA of GC-MS, e-nose and sensory evaluation of the samples
2.3.3 GC-MS分析结果与感官属性相关性分析
图5 挥发性风味物质与感官属性相关性PLS分析图
Fig.5 PLS plot showing the correlation between volatile compounds and sensory evaluation
以样品挥发性组分化学分类与感官评价结果为研究对象，采用PLS法以6类化合物的峰面积为自变量，5 个感官属性为因变量进行相关分析，结果见图5。大小椭圆分别表示50%和100%的方差解释，其中有一个因变量(酱香)不在50% ≤ r2≤ 100%范围，说明可用PLS模型很好地解释其他变量。酯类、醇类、醛类和其他化合物与酯香的相关性良好，结合表2，7 种酯类物质中有5种与郫县豆瓣有关(苯乙酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯和乳酸乙酯)，其他化合物中有3种物质(2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚)与郫县豆瓣有关，醇类物质中糠醇来源于郫县豆瓣的可能性较大；醛类物质中的异戊醛、苯甲醛、糠醛(部分)与郫县豆瓣有关[10]。另外，酯类物质中的反式-4-癸烯酸乙酯在发酵辣椒[23]中有检测到，郫县豆瓣是辣椒的发酵制品，因此可以推测，郫县豆瓣中的发酵辣椒香味与反式-4-癸烯酸乙酯的相关性极为显著。这些酯类物质的存在赋予了鱼香调味汁发酵辣椒的酸、辣香气[7]。
本文采用气质联用、电子鼻和感官评价，结合PCA、CA、PLS等化学计量学方法，研究不同年份郫县豆瓣对鱼香调味汁挥发性风味的贡献，分析样品间差异，并以不同类型风味化合物为自变量，感官属性为因变量进行PLS分析。GC-MS检测到样品共有风味物质68 种，其中醇类7种，萜烃类24 种，醛类18 种，含硫化合物12 种，其他化合物7种，不同年份豆瓣对鱼香调味汁风味化学物质的定性与定量影响存在显著差异，比较GC-MS检测结果发现1和2、3、4号样品在风味物质上的差异主要体现在糠醇、异戊醛、苯甲醛、苯乙酸乙酯、反式-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯、乳酸乙酯，2,4-二甲基己烷、4-乙基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚等这些化合物上，这些物质均可能来源于郫县豆瓣，且2、3年的郫县豆瓣对样品的影响差异很小；PCA和CA分析显示，GC-MS、E-nose和感官评价结果总体趋势一致；PLS分析表明，醛类、酯类和其他化合物与酯香(即是郫县豆瓣的风味物质)存在相关性。研究结果为鱼香调味汁工业化生产品控提供参考，为鱼香调味汁风味指纹图谱的建立奠定基础；研究结果也表明气质联用、电子鼻和感官评价结合化学计量学方法能够较全面评价鱼香调味汁中的挥发性风味性物质和风味属性，这些研究方法的结合是食品风味综合评价的趋势。
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YI Yuwen1, HU Jinxiang2，YANG Jinjun2，LIU Yang2,PENG Yiqin1, WU Huachang2, QIAO Mingfeng1， DENG Jing1*
1(Culinary Science Key Laboratory of Sichuan Province(Sichuan Tourism University), Chengdu 610100,China) 2(Sichuan Tourism University, Chengdu 610100,China)
Abstract In this study, E-nose, HS-SPME-GC-MS, and sensory evaluation were used to analyze the flavor contribution of Pixian horsebean from different aging years to Yuxiang (fish-like flavour) sauce. The results showed that a total of 68 flavor compounds were identified by GC-MS, including seven alcohols, 24 terpene hydrocarbons, 18 aldehydes, 12 sulfides and seven other compounds. The qualitative and quantitative effects of horsebean from different years on the flavor compounds of Yuxiang sauce had significant differences. Principle component analysis (PCA) and cluster analysis (CA) showed that the results of GC-MS, E-nose, and sensory evaluation agreed with each other. Partial least squares (PLS) showed that esters and other compounds in horsebean were correlated with the ester flavor of Yuxiang sauce. These findings indicated that a method combined GC-MS, E-nose, and sensory evaluation with chemometrics could evaluate the flavor of Yuxiang sauce thoroughly, and therefore it can be used to comprehensively evaluate food flavor.
Key words electronic nose；gas chromatography-mass spectrometry；chemometrics； flavor；yuxiang sauce；pixian horsebean