基于電子鼻和GC-MS技術(shù)對不同地區(qū)腌制大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)的評價

趙慧君，雷炎，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 441053； 2.湖北襄陽孔明菜食品有限公司，湖北 襄陽 441104)

大頭菜是十字花科蕓苔屬芥菜的一個變種，屬于根用蔬菜。新采收的大頭菜辣味和苦味較重，不宜生食，加工成腌制品后味道更佳[1]，在我國許多地方均有加工和食用大頭菜的飲食習(xí)慣，但是不同的制作方法造就了不同地區(qū)大頭菜各自的風(fēng)味。玫瑰大頭菜是云南名特產(chǎn)品，產(chǎn)品成熟食用時，色澤油黑光亮，味道芳香脆嫩，咸淡適口回甜，并有濃郁的玫瑰香和醬香氣[2]。襄陽大頭菜是中國國家地理標志產(chǎn)品，采用獨特的“三腌、五鹵、六曬”的獨特工藝歷時18個月腌制而成，具有口感脆嫩、香味濃郁的特點[3]。四川宜賓大頭菜也是中國國家地理標志產(chǎn)品，腌制后色澤金黃、味咸味甘、脆爽適口、香氣撲鼻。揮發(fā)性物質(zhì)是大頭菜風(fēng)味的一個重要組成部分，然而目前關(guān)于不同地區(qū)大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)評價的研究還很少。

電子鼻(electronic nose，E-nose)作為一種無損的檢測技術(shù)，可以避免生理嗅覺的缺陷，利用傳感器陣列對不同揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)值進行測定并結(jié)合參數(shù)模型來識別物質(zhì)[4]。氣質(zhì)聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)可在較短時間內(nèi)完成多組分混合物的定性和定量分析，具有靈敏度高、定性能力強的優(yōu)點。在利用電子鼻對揮發(fā)性物質(zhì)有效區(qū)分的基礎(chǔ)上，采用GC-MS對不同的揮發(fā)性物質(zhì)成分進行鑒定，目前廣泛應(yīng)用于食品揮發(fā)性物質(zhì)的檢測，如陳醋、啤酒、蝦醬、蘋果醋、鄒椒辣椒粉、紅花椒、風(fēng)干牛肉等[5-11]，目前在大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)的檢測上也有應(yīng)用[12]。

本研究采用電子鼻和GC-MS技術(shù)對云南玫瑰大頭菜、襄陽大頭菜和四川宜賓大頭菜中的揮發(fā)性物質(zhì)進行了評價和解析，以期為后續(xù)大頭菜的產(chǎn)地甄別及揮發(fā)性物質(zhì)的指紋圖譜構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

襄陽大頭菜：采集自襄陽609菜市場共6個樣品；云南玫瑰大頭菜：購自淘寶“家鄉(xiāng)堡云南土特產(chǎn)”、“吃在云南”和“彩云花城特產(chǎn)”店鋪共9個樣品；四川宜賓大頭菜：購自淘寶“小饞嘴土特產(chǎn)食品店”、“戎陳坊食品”和“購三江宜賓特產(chǎn)店”店鋪共7個樣品。

1.2 儀器與設(shè)備

FOX4000電子鼻法國 Alpha M.O.S公司；GCMS-QP2020氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 島津企業(yè)管理(中國)有限公司。

1.3 電子鼻及GC-MS分析測試條件

電子鼻及GC-MS分析測試條件見參照文獻[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用電子鼻自帶軟件Alpha Soft V11進行傳感器信號強度處理，基于數(shù)據(jù)矩陣進行PCA、CCA、CA和多元方差分析。利用Kruskal-Wallis檢測各傳感器對不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性分析。除雷達圖使用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 電子鼻各傳感器對不同地區(qū)腌制大頭菜響應(yīng)值分析

每個傳感器每秒產(chǎn)生的響應(yīng)值均有不同，選擇各傳感器最大響應(yīng)值進行數(shù)據(jù)處理與分析，各傳感器對不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性分析見表1。

表1 傳感器對不同地區(qū)大頭菜響應(yīng)值的差異性分析Table 1 Difference analysis of each sensor on response value of mustard roots from different regions

注：同行數(shù)字肩標字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

由表1可知，W1C、W3C和W5C金屬傳感器對襄陽和宜賓地區(qū)大頭菜的響應(yīng)值顯著高于云南玫瑰大頭菜(p<0.05)；W1S、W2S、W5S金屬傳感器對云南玫瑰大頭菜的響應(yīng)值顯著高于襄陽地區(qū)大頭菜(p<0.05)，而W3S金屬傳感器對3個地區(qū)大頭菜的響應(yīng)值沒有統(tǒng)計學(xué)上的差別(p>0.05)；W1W金屬傳感器對云南玫瑰大頭菜和宜賓大頭菜的響應(yīng)值顯著高于襄陽大頭菜(p<0.05)，W2W金屬傳感器對宜賓大頭菜的響應(yīng)值高于襄陽大頭菜(p<0.05)。綜上所述，襄陽大頭菜的風(fēng)味品質(zhì)最優(yōu)，其次為宜賓大頭菜和云南玫瑰大頭菜。

為了進一步分析3個地區(qū)揮發(fā)性物質(zhì)的相似性，用雷達圖進行了分析，見圖1。

圖1 不同地區(qū)大頭菜電子鼻響應(yīng)值的雷達圖Fig.1 Radar map of electronic nose response value of mustard roots from different regions

由圖1可知，襄陽大頭菜、宜賓大頭菜和云南玫瑰大頭菜對電子鼻不同傳感器的響應(yīng)值之間差異都很大，相對來說，襄陽大頭菜和云南玫瑰大頭菜的差異相對小些。

2.2 3個地區(qū)大頭菜電子鼻的主成分分析

揮發(fā)性氣味是一種綜合的感覺，從單一的金屬傳感器去分析不夠全面，基于這種考慮進行了PCA分析，基于電子鼻技術(shù)對3個地區(qū)大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的因子得分圖見圖2。

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

由圖2可知，PC1和PC2的因子得分達到92.77%，可以反映原始數(shù)據(jù)的全部信息。

本研究進一步用典范對應(yīng)分析對3個地區(qū)揮發(fā)性物質(zhì)進行了評價，見圖3。

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

由圖3可知，云南玫瑰大頭菜主要分布在第三和第四象限，襄陽大頭菜主要分布在第二、第三和第四象限，宜賓大頭菜主要分布在第一和第二象限，3個地區(qū)大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)雖然有重疊，但是整體呈現(xiàn)分散趨勢，進一步說明不同地區(qū)的大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)存在著差異。

本研究進一步基于馬氏距離的聚類對3個地區(qū)大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)進行了分析，結(jié)果見圖4。

圖4 不同地區(qū)大頭菜風(fēng)味品質(zhì)的聚類分析Fig.4 Cluster analysis of the flavor quality of mustard roots from different regions

注：“*”表示p<0.05，“***”表示p<0.001。

由圖4可知，云南玫瑰大頭菜與襄陽大頭菜形成一個聚類，進而兩者與宜賓大頭菜形成第二個聚類。這也驗證了雷達圖所反映的云南與襄陽大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)差異較小，這兩者與宜賓大頭菜揮發(fā)性物質(zhì)差距較大的結(jié)論。采用MANOVA對3個地區(qū)大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)進行了顯著性分析，發(fā)現(xiàn)云南玫瑰大頭菜與襄陽大頭菜差異顯著(p<0.05)，兩者與宜賓大頭菜的差異均達到了極顯著(p<0.01)。

2.3 基于GC-MS技術(shù)分析3個地區(qū)大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)

利用GC-MS對云南玫瑰大頭菜、襄陽大頭菜和宜賓大頭菜中的揮發(fā)性物質(zhì)進行定性檢測，共檢測到82種揮發(fā)性物質(zhì)，對其相對含量超過1%的進行統(tǒng)計，見圖5。

圖5 大頭菜各揮發(fā)性物質(zhì)相對強度值的箱形圖(n=22)Fig.5 The box plot of relative intensity of volatile compounds in mustard roots (n=22)

由圖5可知，異戊醛、二甲基二硫醚、2-甲基丁醛、己醛、異丁醛、異戊醇、丙酮和異丁醇為3個地區(qū)大頭菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)。其中異戊醛在不同樣品中差異性最大，其次為二甲基二硫醚，差異性最小的為異丁醇。利用GC-MS從云南玫瑰大頭菜、襄陽大頭菜和宜賓大頭菜中共定性檢測出82種揮發(fā)性物質(zhì)，其中酮類5種，占3.68%；醇類12種，占14.84%；硫醚類4種，占19.63%；醛類7種，占31.96%；酯類10種，占3.09%；烯烴類24種，占15.38%；烷類8種，占6.48%；酸類3種，占2.79%；其他9種，占2.12%。云南玫瑰大頭菜檢測出23種，襄陽大頭菜檢測出25種，四川宜賓大頭菜檢測出65種，相對含量見表2。由表2可知，相對含量超過1%的揮發(fā)性物質(zhì)中，異戊醛(16.13%)、2-甲基丁醛(7.28%)、異丁醛(6.82%)和丙酮(2.22%)主要集中在云南玫瑰大頭菜和襄陽大頭菜中，宜賓大頭菜中的含量很少；己醛(1.43%)、異丁醇(2.08%)、異戊醇在襄陽大頭菜中相對含量高，在云南玫瑰大頭菜和宜賓大頭菜中含量很低；二甲基二硫醚(8.97%)在云南玫瑰大頭菜中含量高，在襄陽大頭菜和宜賓大頭菜中含量低。云南玫瑰大頭菜中特有的主要揮發(fā)性物質(zhì)為甲基三硫醚和甲基四硫醚；襄陽大頭菜中特有的揮發(fā)性物質(zhì)含量和占比均很少；宜賓大頭菜中特有的揮發(fā)性物質(zhì)種類最多，但含量均不高，主要為側(cè)柏酮、α-松柏醇、2-甲基-5-異丙基-二環(huán)[3.1.0]己烷-2-醇、己酸乙酯、α-水芹烯、α-蒎烯、β-蒎烯、水合檜烯、β-月桂烯、3-蒈烯、α-松油烯、羅勒烯、松油烯、石竹烯等。云南玫瑰大頭菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為異戊醛、2-甲基丁醛、丙酮、甲基三硫醚和甲基四硫醚；襄陽大頭菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為異戊醛、2-甲基丁醛、異丁醛、丙酮、己醛和異丁醛；宜賓大頭菜中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為烯烴類物質(zhì)。

表2 大頭菜中揮發(fā)性物質(zhì)及其相對含量Table 2 Volatile compounds and their relative content in mustard roots

續(xù) 表

續(xù) 表

3 結(jié)論

采用電子鼻對云南玫瑰大頭菜、襄陽大頭菜和四川宜賓大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)襄陽大頭菜和云南玫瑰大頭菜在風(fēng)味上比較相似，與四川宜賓大頭菜相差較遠。經(jīng)GC-MS分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與電子鼻結(jié)果一致，襄陽大頭菜和云南玫瑰大頭菜的揮發(fā)性物質(zhì)相似度較高，與四川宜賓大頭菜主要的揮發(fā)性物質(zhì)有很大的區(qū)別。3種大頭菜用料均為芥菜，揮發(fā)性物質(zhì)的區(qū)別與3種大頭菜的制作工藝有關(guān)，云南玫瑰大頭菜為醬菜，襄陽大頭菜為腌菜，四川宜賓大頭菜同樣為腌菜，但是腌制時間較短且加入花椒、辣椒、油脂之類的調(diào)味品，造成了與其他兩種大頭菜風(fēng)味的差異。