劉若辰，李 榮,*，姜子濤,2,*，王 穎，譚 津，湯書華

（1.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134；2.天津天獅學(xué)院食品工程學(xué)院，天津 301700）

醋廣泛用于食品加工和調(diào)味。食醋的歷史悠久，種類繁多，且具有一定的抗氧化[1]、抑菌[2-3]和降血糖[4]等功效。食醋具有酸味、甜味、咸味、鮮味、苦澀味等滋味。生產(chǎn)過程中淀粉分解，醋酸桿菌微生物等共同作用生成醋酸，形成主要酸味；且食醋中還含有乳酸、琥珀酸、檸檬酸等多種非揮發(fā)性酸[5]，使食醋的酸味更加柔和。糖類物質(zhì)形成的甜味來源于釀造原料。鮮味則來自食醋中各類氨基酸，如谷氨酸、谷氨酸鈉[6]。食醋的揮發(fā)性香氣成分由酸類、醛類、雜環(huán)類化合物等構(gòu)成。許多此類化合物閾值濃度非常小，即使在食醋中含量較低，亦可提供較強的香氣貢獻，例如浙江玫瑰醋檢測出47種揮發(fā)性香氣成分，其中酸類、酯類、醇類是組成玫瑰醋香氣成分的主要物質(zhì)[7]；山西陳醋中檢測到的氣味化合物中香蘭素、2,3-丁二酮、四甲基吡嗪、3-甲基丁酸、γ-壬內(nèi)酯和愈創(chuàng)木酚等物質(zhì)具有較高的香氣貢獻[8]。

食醋的香氣因其原料和釀造工藝有所區(qū)別。中國食醋多以米、小麥、小米、高粱等谷物為原料，釀造工藝有液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵。其中山西陳醋、鎮(zhèn)江香醋、保寧醋和永春老醋間呈香物質(zhì)的種類及含量均有不同[9]；且研究表明，食醋釀造過程中，因釀造時間、溫度、氧氣含量等條件改變，可以造成食醋的香氣差異[10]。食醋的復(fù)雜成分和它們之間的相互作用使香氣更加豐富多樣。

目前區(qū)分食醋種類和質(zhì)量鑒別常用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用結(jié)合光譜法[11]等，但該類技術(shù)并不能解釋食醋的香氣特征，且耗時較長。因此需要快速的鑒別手段結(jié)合數(shù)據(jù)分析對市場上食醋品類鑒別。而Heracles II超快速氣相色譜電子鼻（ultra-fast gas chromatography-electronic nose，F(xiàn)GC-Enose）能夠提供完整的食醋氣味指紋圖譜，并根據(jù)收集到的化學(xué)信息進行處理和統(tǒng)計。在以往的傳感器電子鼻檢測中，實驗結(jié)果并不能提供樣品成分和相對含量等信息，僅依靠不同傳感器對不同氣味的敏感性進行檢測，得到香氣特征，而無法提供氣味來源的化合物組成，具有一定局限性；而相比傳統(tǒng)的氣相色譜-質(zhì)譜，F(xiàn)GC-Enose的數(shù)百秒的采集時間，能與復(fù)雜樣品體系更好匹配，且可以實施樣品的無損檢測，預(yù)處理顯得便捷許多。

本實驗使用FGC-Enose分析中國香醋、米醋、陳醋的香氣成分特征，并利用保留指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)法結(jié)合AroChemBase數(shù)據(jù)庫，對各揮發(fā)性香氣成分進行定性和定量分析。在此基礎(chǔ)上結(jié)合線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）和隨機森林（random forest，RF），對各類、各品牌食醋的揮發(fā)性成分進行區(qū)分，為食醋的香氣特征及揮發(fā)性成分分析，以及種類鑒別提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗樣品為3類市售食醋，分別為香醋、米醋和陳醋。香醋樣品包括6個品牌；米醋樣品包括8個品牌；陳醋樣品包括11個品牌。食醋產(chǎn)地和配料如表1所示。

表1 食醋產(chǎn)地及生產(chǎn)原料Table 1 Geographical origin and raw materials of vinegar samples tested in this study

乙酸乙酯 天津化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇天津市匯航化工科技有限公司；丙酮 天津市化學(xué)試劑供銷公司；36%乙酸 天津市化學(xué)試劑一廠；3-甲基丁醇、異丙醇、苯乙醛（純度≥95%），2-丁醇、2-甲基呋喃、3-戊醇、丙酸、3-甲基丁醛、3-甲基丁酸、吡嗪、愈創(chuàng)木酚（純度≥98%），庚烷、異戊酸乙酯、糠醛、異丁酸乙酯、環(huán)戊酮、己醛、乙酸丁酯、癸醛（純度≥97.0%），異丁酸甲酯、乙酸異戊酯、2-庚酮、苯甲醛、5-甲基糠醛、壬醛（純度≥96.0%） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；C6～C16正構(gòu)烷烴 美國AccuStandard公司。所用試劑除特殊注明外，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Heracles II FGC-Enose（氣相檢測部分含MXT-5（10 mh0.18 mm，0.4 μm）和MXT-1701（10 mh0.18 mm，0.4 μm）毛細管色譜柱） 法國Alpha M.O.S公司；AUY120萬分之一電子天平 日本島津公司；100～1 000 μL移液器 美國TOMOS公司。

1.3 方法

1.3.1 FGC-Enose測定條件的確定

將不同品類食醋均稀釋10 倍作為待測樣品液，移液槍移取5.0 mL樣品液于頂空瓶中密封，選擇最優(yōu)的孵化溫度、孵化時間、進樣量進行測定。以樣品的色譜峰峰形和數(shù)量為指標(biāo)，分別考察孵化溫度、孵化時間、進樣量的影響，其余參數(shù)設(shè)置均采用FGC-Enose常規(guī)預(yù)設(shè)，預(yù)設(shè)值如表2所示。

表2 GC-Enose測定食醋儀器參數(shù)Table 2 Instrumental parameters for the detection of volatile compounds in vinegar by FGC-Enose

1.3.2 食醋的揮發(fā)性成分分析

1.3.2.1 食醋揮發(fā)性成分的定性分析

利用FGC-Enose按照1.3.1節(jié)方法選擇的最優(yōu)條件對3類25個品牌食醋樣品進行測定，每個樣品平行測定5次。

結(jié)合C6～C16正構(gòu)烷烴進行校準(zhǔn)，將所得FGC-Enose色譜圖中每一個色譜峰的保留時間均換算成保留指數(shù)，通過AroChemBase數(shù)據(jù)庫初步進行定性分析，進一步通過對比標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間及相關(guān)文獻確定米醋、香醋和陳醋的特征揮發(fā)性成分。

1.3.2.2 食醋揮發(fā)性成分的定量分析

對上述確定的各樣品中相對含量總計80%以上的揮發(fā)性成分，采用標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)法進行定量分析。稱取0.100 0 mg各標(biāo)準(zhǔn)品置于10 mL比色管中，溶解、稀釋定容至刻度，制成10 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)品儲備液，再稀釋為5個不同梯度質(zhì)量濃度，按照1.3.1節(jié)方法進行測定，每個質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)品平行測定3次。計算不同質(zhì)量濃度的峰面積平均值。以平均峰面積為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制化合物的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，將檢測的食醋樣品液的平均峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中得到每一揮發(fā)性成分的濃度，計算稀釋前食醋樣品中的化合物含量和標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.3 食醋揮發(fā)性成分的香氣分析

根據(jù)1.3.2.2節(jié)得到的揮發(fā)性成分定量分析結(jié)果，按照文獻[12-24]得到揮發(fā)性成分的氣味閾值，按下式計算其氣味活性值（odor activity value，OAV）[25]；結(jié)合各香氣成分的氣味特征及OAV，將同一類香氣的揮發(fā)性成分OAV相加并繪制氣味雷達圖[26]。

式中：c為化合物質(zhì)量濃度/（mg/L）；A為揮發(fā)性香氣成分氣味閾值/（mg/L）。

1.4 統(tǒng)計分析

1.4.1 LDA

LDA為有監(jiān)督學(xué)習(xí)的分類方法，對于給定的化合物含量，將其投影后，基于類內(nèi)方差最小、類間方差最大的原則進行線性組合并形成函數(shù)，從而達到較好地分類效果[27]，挑選方差累計較大的判別函數(shù)進行分析以簡化模型，并可對食醋品牌作出有效判斷。以食醋樣品揮發(fā)性成分的含量為指標(biāo)，使用SPSS進行分析。其中函數(shù)系數(shù)為Fisher’s法，使用組內(nèi)協(xié)方差矩陣進行LDA，以得到不同品牌和種類食醋樣品的區(qū)分。

1.4.2 RF算法

RF算法是將多棵決策樹集成的一種機器學(xué)習(xí)算法，每個決策樹會對樣品產(chǎn)生一個分類結(jié)果，RF將每棵樹的結(jié)果集成后，最終將獲得最多投票的分類結(jié)果作為最終結(jié)果輸出。在RF中決策樹的數(shù)量和特征選擇的個數(shù)會影響其分類效果，應(yīng)根據(jù)樣品特征進行選擇[28]。實驗中選擇66.7%的樣品作為訓(xùn)練集，33.3%的樣品作為測試集，并設(shè)置種子以確保實驗的可重復(fù)性，經(jīng)參數(shù)調(diào)整后，以得到對不同種類食醋進行判別區(qū)分。

使用IBM SPSS Statistis 26和Origin 2019對FGC-Enose數(shù)據(jù)進行LDA；使用R軟件實現(xiàn)RF的代碼編譯及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 FGC-Enose測定條件的選擇

按照1.3.1節(jié)方法進行實驗，孵化溫度分別為50、60、70、80、90、100 ℃，孵化時間10 min，進樣量1.0 mL。孵化時間分別為0、10、20 min，孵化溫度90 ℃，進樣量1.0 mL。進樣量分別為0.25、0.5、1.0、5.0 mL，孵化溫度90 ℃，孵化時間20 min，其他條件按表2進行測定。

由圖1可知，當(dāng)孵化時間20 min、孵化溫度90℃、進樣量5.0 mL時，F(xiàn)GC-Enose檢測到化合物數(shù)量最多，觀察色譜圖可知基線平穩(wěn)，色譜峰分離效果好，故選為測定食醋樣品的測定條件。

圖1 FGC-Enose的檢測條件Fig.1 Detection conditions of FGC-Enose

2.2 食醋揮發(fā)性成分測定

2.2.1 揮發(fā)性成分定性分析

按照1.3.2.1節(jié)方法進行實驗，測6個品牌米醋、8個品牌香醋和11個品牌陳醋的FGC-Enose色譜圖，結(jié)果如圖2、3和表3所示。圖2表明：同類樣品間色譜峰在強度、保留時間以及形狀上相似，但各峰面積不同，說明各揮發(fā)性成分組成相近，含量有差異；而不同種類樣品的FGC-Enose色譜圖有明顯差異，說明各類樣品揮發(fā)性成分組成存在較大區(qū)別。實驗測得3類食醋中揮發(fā)性成分共44種，其中醇類化合物6種、酯類8種、醛類11種、酮類3種、酸類5種、烷烴類2種、雜環(huán)類6種，3類食醋共有揮發(fā)性成分32種。這些揮發(fā)性化合物共同形成食醋的風(fēng)味，其種類和含量差異使食醋風(fēng)味有所不同。

表3 食醋樣品揮發(fā)性成分的含量Table 3 Contents of volatile components in vinegar samples

續(xù)表3

6種醇類化合物在3類食醋中共存5種，僅正丙醇在陳醋中檢測到，可能來自釀造過程中乙醇發(fā)酵階段[29]。食醋樣品中酯類化合物在釀造期間會逐漸累積，成為食醋香氣的重要組成部分，香醋和米醋的酯類化合物均含8種，而陳醋僅檢測出6種，其中乙酸己酯和δ-壬內(nèi)酯未檢測出，可能是由于部分米醋樣品為液態(tài)發(fā)酵，輔助料和填充原料較少，釀造過程中界面效應(yīng)及微生物含量均有不同，因此造成揮發(fā)性香氣成分的差異[30]。11種醛類化合物中在香醋、陳醋均含有，米醋僅檢測出9種，戊醛和丁醛未檢出，其中戊醛是陳醋的特有成分。6種雜環(huán)類化合物，其中2,3-二甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪是鎮(zhèn)江香醋的特征揮發(fā)性香氣成分，其含量與炒米色等釀造工藝緊密相關(guān)[31]；2-(5H)-呋喃酮僅在陳醋檢測到，可能是由單糖的環(huán)化而形成[32]；川芎嗪是食醋中的特征揮發(fā)性香氣成分，產(chǎn)生于醋酸發(fā)酵階段，在陳放期含量因美拉德反應(yīng)累積[33]。5種揮發(fā)性酸類物質(zhì)是構(gòu)成食醋香氣的重要部分，在3類食醋中共存3種，丁酸僅在米醋中檢出，可能因為在發(fā)酵過程中丁酸僅在特定階段產(chǎn)生，且含量較低；陳醋中不含甲酸。酮類化合物僅檢測到3種，其中X4、X5、C1中未檢測到環(huán)戊酮，M6、M7、C1、C2中未檢測到2-庚酮。2種烷烴類化合物中2-甲基丁烷僅出現(xiàn)在香醋中，M7中未檢測出庚烷。

圖2 3類不同食醋的FGC-Enose色譜圖Fig.2 FGC-Enose chromatograms of three kinds of vinegar

圖3 29種標(biāo)準(zhǔn)品的FGC-Enose色譜圖Fig.3 FGC-Enose chromatogram of 29 standards

2.2.2 揮發(fā)性成分定量分析

對食醋樣品中含量總計80%以上的29種揮發(fā)性成分，其中醇類5種、酯類6種、酮類3種、醛類8種、其他類型化合物7種，利用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品進行外標(biāo)法定量，結(jié)果見表3。29種揮發(fā)性成分的線性回歸方程相關(guān)系數(shù)（R2）均大于0.99，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.002 4%～19.71%，表明該方法準(zhǔn)確度較高。

醇類物質(zhì)在食醋中較為普遍，主要產(chǎn)生于乙醇發(fā)酵階段[31]，大都由微生物的作用產(chǎn)生，多種醇類物質(zhì)的生成與釀造方法以及微生物的多樣性相關(guān)，且在不同釀造階段的變化趨勢也有不同[34]，可因高溫揮發(fā)或發(fā)生酯化反應(yīng)[35]。實驗測得醇類化合物中含量最高的是異丙醇，其質(zhì)量濃度為7.976～509.9 mg/L，又以香醋中最多（8.367～509.9 mg/L）；而質(zhì)量濃度最低的為3-戊醇，僅為未檢出～1.314 mg/L，其中M4～M7、C1、C7和C9未檢出3-戊醇，對食醋香氣貢獻較低。

醛類物質(zhì)通常在酶的作用下由相應(yīng)的醇類和酸類化合物縮合形成。其中3-甲基丁醛、糠醛在食醋中被認(rèn)定為特征香氣成分，3-甲基丁醛來自氨基酸的Strecker降解，也存在于糠、麩皮和炒米色中[31]；5-甲基糠醛和糠醛則由戊糖或己糖經(jīng)脫水環(huán)化形成[36]，在釀造過程中隨陳釀時間下降。實驗測得香醋中醛類化合物含量最高，其中香醋樣品X1的糠醛質(zhì)量濃度高達301.9 mg/L，但米醋樣品中M2未檢測到糠醛，M3中質(zhì)量濃度也較低，僅為0.919 6 mg/L，可能與米醋的釀造原料有關(guān)；陳醋樣品中質(zhì)量濃度最高的C5為62.14 mg/L，是陳釀時間較長導(dǎo)致。3類食醋中癸醛的質(zhì)量濃度最低，僅為0.003 386～0.067 70 mg/L，因其氣味閾值極低，為食醋提供了較強的水果香氣。

酯類物質(zhì)大都由醇和相應(yīng)的酸或輔酶縮合而成，主要產(chǎn)生于乙醇發(fā)酵和醋酸發(fā)酵階段[34]，其質(zhì)量濃度與發(fā)酵過程中水分和酯類前體物質(zhì)的含量相關(guān)，且與固態(tài)發(fā)酵時芽孢桿菌和紅螺菌目相對豐度變化趨勢一致[37]。3類食醋樣品中乙酸乙酯的質(zhì)量濃度為最高（11.26～135.0 mg/L）；香醋樣品中異戊酸乙酯質(zhì)量濃度最低（0.076 42～0.277 2 mg/L），米醋和陳醋樣品中異丁酸乙酯的質(zhì)量濃度最低（0.023 31～0.193 6 mg/L），但二者氣味閾值較低，是香氣的重要組成部分。

酮類物質(zhì)作為醇類或酸類物質(zhì)發(fā)酵的副產(chǎn)物，主要產(chǎn)生于食醋釀造的乙醇發(fā)酵和醋酸發(fā)酵階段，且受發(fā)酵條件影響[10]。3類食醋樣品中丙酮質(zhì)量濃度最高（2.297～407.9 mg/L），而環(huán)戊酮（未檢出～1.148 mg/L）和2-庚酮（未檢出～0.324 9 mg/L）幾乎不提供香氣。

酸類物質(zhì)由原料中碳水化合物在酶和微生物作用下轉(zhuǎn)化產(chǎn)生，多形成于醋酸發(fā)酵階段。3類食醋中酸類物質(zhì)含量差別不大。其中乙酸質(zhì)量濃度最高，2.082h104～2.524h104mg/L，是食醋的主要香氣成分，其值與發(fā)酵中酯化反應(yīng)與糠醛的生成相關(guān)[31]。3-甲基丁酸由氨基酸在微生物的作用下降解生成[31]，質(zhì)量濃度為未檢出～19.11 mg/L。丙酸的質(zhì)量濃度為未檢出～1.186h104mg/L，來自丙酮酸和還原糖的反應(yīng)或游離氨基酸的代謝，為食醋提供油脂奶酪香氣。

雜環(huán)類化合物中，僅選擇2-甲基呋喃和吡嗪進行定量分析，其中米醋樣品中吡嗪質(zhì)量濃度較高（12.85～123.5 mg/L），而2-甲基呋喃質(zhì)量濃度為0.130 8～8.822 mg/L，由微生物發(fā)酵或美拉德反應(yīng)生成，因氣味閾值高，在食醋香氣中貢獻較小。其余定量分析的化合物中，愈創(chuàng)木酚的含量較高（未檢出～21.09 mg/L），可能來自木質(zhì)素的降解或微生物代謝，其含量受釀造時溫度影響[38]，是花香的主要來源。

2.3 食醋揮發(fā)性成分的香氣分析

如表4和圖4所示，食醋香氣主要以酸味、水果香、花香和堅果可可香為主，辛香、油脂奶酪香和燒烤香使其香氣更加豐富。3類食醋中水果香和花香的差異較大，其次是油脂奶酪香、酸味和堅果可可香，差異最小的是燒烤香和辛香，其中香醋的水果香、酸味和堅果可可香更突出。乙酸是食醋中酸味的主要來源，在食醋中含量最高。3類食醋的乙酸平均OAV分別為3 812.71、3 546.77、3 604.13，米醋的酸味較二者最低，酸味隨乙酸含量升高而增大，乙酸含量可能與食醋陳釀時間有關(guān)[34]，在陳釀過程中，易揮發(fā)的化合物隨著水分蒸發(fā)而流失，導(dǎo)致乙酸含量降低[8]。食醋中的水果香主要由3-甲基丁醛提供，香醋中其OAV高達385.69～15 639.76，其中又以X1的OAV使香醋水果香明顯高于米醋和陳醋；癸醛也提供了較強的水果香氣，香醋的OAV為158.34～676.98，平均OAV明顯高于米醋和陳醋。堅果可可香主要來自苯乙醛，在香醋和米醋中平均OAV差異不大，二者略高于陳醋。花香來自愈創(chuàng)木酚、壬醛和異丁酸甲酯，而其中愈創(chuàng)木酚的OAV最高，在919.22～2 292.27；陳醋較其余兩類食醋的花香味最濃，是由于陳醋中愈創(chuàng)木酚含量較高，其平均OAV為1 598.55，香醋和米醋的OAV分別為1 300.96和1 032.96。此外，陳醋的油脂奶酪香味比其他兩類食醋都低，因為陳醋中提供油脂奶酪味的3-甲基丁酸含量較低，其平均OAV僅為22.65。香醋的燒烤香最濃，是3-甲基丁醇和糠醛含量高而形成，其平均OAV為3.33和15.63，而米醋的僅為1.01和0.32，陳醋的OAV為1.01和2.36。3類食醋辛香差異不大，提供辛香的揮發(fā)性化合物主要為丙酮、2-庚酮和庚烷，因為在3類醋中含量相近，其辛香的平均OAV分別為9.11、6.56和2.42。結(jié)果表明揮發(fā)性香氣成分含量的差異使它們的OAV不同，而造成3類食醋香氣的明顯不同。

表4 食醋樣品的揮發(fā)性成分的閾值、氣味描述及OAVTable 4 Threshold, odor description and OAV of volatile components in vinegar samples

圖4 3類食醋的氣味雷達圖Fig.4 Odor radar chart of three kinds of vinegar

2.4 統(tǒng)計分析

2.4.1 食醋的LDA

對3類不同品牌的25個食醋樣品的3 組平行FGCEnose數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，按照方法1.3.4.1節(jié)進行LDA，得到食醋樣品的線性判別函數(shù)表達式y(tǒng)=Ac+B，其中變量的系數(shù)A越大，該化合物在對樣品區(qū)分時貢獻率越高，c為揮發(fā)性成分的含量，判別函數(shù)系數(shù)為方程中c前所示數(shù)值，y表示將含量代入典則判別函數(shù)后的函數(shù)值。將各化合物含量c代入線性判別函數(shù)1、2得到y(tǒng)1、y2，并分別將其作為橫、縱坐標(biāo)繪制典則判別函數(shù)圖，如圖5所示。選擇判別函數(shù)1、2的累計方差貢獻率均超過80%，表明可對食醋樣品進行區(qū)分[39]。

香醋中以函數(shù)2區(qū)分時X1、X6與其他食醋樣品距離較遠，表3中X1的乙醇、乙酸乙酯含量明顯低于其他香醋，而3-甲基丁醛、異丁酸乙酯、異丁酸甲酯含量遠高于X2～X5；X6的2-丁醇、3-甲基丁酸低于其他品牌食醋。以判別函數(shù)1區(qū)分時，除X1、X6外，X3與其他食醋也有差別，表3顯示X3的異丙醇、3-戊醇和3-甲基丁酸含量明顯高于其他5個品牌香醋，且X3使用大曲發(fā)酵，不同于其他品牌（表1），在釀造過程中主要微生物有所不同，從而影響食醋揮發(fā)性成分[40]，造成X3與其他品牌香醋的差異。結(jié)合判別函數(shù)的系數(shù)，認(rèn)為3-戊醇、異丁酸乙酯、異丁酸甲酯、3-甲基丁醛和乙醇對區(qū)分不同品牌香醋起主要作用。

米醋樣品以函數(shù)1區(qū)分時，M1、M3與其他樣品距離較遠，表3中M1的異丁酸乙酯含量最低而環(huán)戊酮、異丁酸甲酯含量最高，M3的異丙醇和3-戊醇含量最高；以函數(shù)2進行區(qū)分時，M7、M5、M3與其他5個品牌米醋有明顯差別，表3顯示M5的環(huán)戊酮含量最低，M5庚烷含量最高而M7不含，且M7的3-甲基丁醛含量最低，結(jié)合判別函數(shù)系數(shù)，認(rèn)為3-戊醇、異丁酸乙酯、環(huán)戊酮和庚烷含量差異對區(qū)分不同品牌米醋起主要作用。

陳醋樣品以函數(shù)2為區(qū)分時，C1與其他樣品相距較遠，表3中C1的苯甲醛、庚烷含量明顯低于其他品牌陳醋，且未檢出2-庚酮、環(huán)戊酮、3-戊醇和3-甲基丁醇，認(rèn)為函數(shù)2是以2-庚酮、庚烷、環(huán)戊酮和苯甲醛含量差異為主進行區(qū)分。C2～C10樣品點較分散，無法通過觀察單個化合物含量進行區(qū)分，需借助函數(shù)判別，將化合物含量代入函數(shù)1，C1、C3、C5～C7的值小于0，其余的品牌樣品大于0。

進一步對3類食醋使用LDA，圖5顯示3類食醋區(qū)分明顯。以函數(shù)1進行判別時，香醋距二者較遠，而以函數(shù)2判別時，米醋和陳醋區(qū)分較明顯。表3可知香醋的癸醛、庚烷、乙酸丁酯、己醛含量最高，米醋的3-甲基丁醇、異丁酸乙酯和2-庚酮含量最低而丙酸含量最高。研究表明，不同樣品由于釀造原料、地理來源和釀造工藝的差異，均可造成揮發(fā)性香氣特性的不同[41]，結(jié)合判別函數(shù)系數(shù)，認(rèn)為癸醛、異丁酸乙酯、2-庚酮、己醛、乙酸異戊酯和苯甲醛含量差異對3類食醋的區(qū)分起到主要作用。FGC-Enose定量分析的結(jié)果結(jié)合LDA后，使3類食醋得到良好區(qū)分。

香醋：y1=-176.83c乙醇+17.19c丙酮-232.53c異丙醇+3 425.63c2-甲基呋喃-227.29c乙酸乙酯-1 656.19c3-甲基丁醛+61 684.23c異丁酸甲酯-274 027.55c3-戊醇+720.40c吡嗪-4 222.06c庚烷-105.49c3-甲基丁醇+78 276.13c異丁酸乙酯-143 465.69

y2=53.57c乙醇+0.53c丙酮+12.91c異丙醇+182.32c2-甲基呋喃+13.59c乙酸乙酯+232.92c3-甲基丁醛-2 345.77c異丁酸甲酯+10 429.03c3-戊醇+6.09c吡嗪-467.04c庚烷+23.05c3-甲基丁醇-5 493.12c異丁酸乙酯-2 687.60

米醋：y1=-286 489.38c乙醇+9 591.13c丙酮+390 401.95c異丙醇-1 238 002.72c2-甲基呋喃-25 263.68c乙酸乙酯-882 196.45c3-甲基丁醛-79 620.05c異丁酸甲酯+640 320 726.52c3-戊醇+42 291.41c吡嗪+608 598.30c庚烷-55 941.00c3-甲基丁醇+53 661 514.94c異丁酸乙酯-2 681 376.21c環(huán)戊酮-22 744 553.33c乙酸丁酯+72 795.263c糠醛-20 600 568.48c異戊酸乙酯-283 537 077.71

y2=-6 949.45c乙醇+240.57c丙酮+9 203.47c異丙醇-35 069.69c2-甲基呋喃-563.62c乙酸乙酯-12 319.24c3-甲基丁醛-4 520.66c異丁酸甲酯+19 643 382.80c3-戊醇+1 043.02c吡嗪+15 073.67c庚烷+1 745.14c3-甲基丁醇+1 260 743.89c異丁酸乙酯+49 926.69c環(huán)戊酮-643 617.97c乙酸丁酯+896.01c糠醛-523 085.74c異戊酸乙酯-293 300.95

陳醋：y1=2 945.96c乙醇-8.05c丙酮-737.27c異丙醇+5 208.49c2-甲基呋喃+385.75c乙酸乙酯+1 591.35c3-甲基丁醛+3 389.51c異丁酸甲酯-43 511.64c3-戊醇-346.82c吡嗪-3 731.72c庚烷-957.82c3-甲基丁醇+144 961.63c異丁酸乙酯-7 200.55c環(huán)戊酮-66 478.36c乙酸丁酯-420.14c糠醛-21 812.49c異戊酸乙酯-12 185.84c乙酸異戊酯+165 817.29c2-庚酮-1 288.46c5-甲基糠醛+14 342.74c苯乙醛+152.17c愈創(chuàng)木酚+11 370.39c苯甲醛-60 708.22

y2=-9 877.06c乙醇-94.10c丙酮-2 255.79c異丙醇+7 828.09c2-甲基呋喃+33.46c乙酸乙酯-527.05c3-甲基丁醛+5 979.75c異丁酸甲酯+19 709.99c3-戊醇-662.67c吡嗪-2 488.19c庚烷+1 766.39c3-甲基丁醇+175 830.55c異丁酸乙酯+42 430.33c環(huán)戊酮-89 401.22c乙酸丁酯-84.10c糠醛-81 580.95c異戊酸乙酯-10 550.66c乙酸異戊酯+389 260.31c2-庚酮-1 874.98c5-甲基糠醛+8 986.46c苯乙醛+64.6c愈創(chuàng)木酚+25 647.51c苯甲醛-78 690.42

3類食醋：y1=-1 785.36c乙醇-2 415.16c丙酮-213.13c異丙醇+96 826.48c2-甲基呋喃+3 420.01c乙酸乙酯+18 935.60c3-甲基丁醛+20 581.67c異丁酸甲酯+132 614.71c3-戊醇+11 044.82c吡嗪-108 463.51c庚烷-47 421.67c3-甲基丁醇-3 541 725.45c異丁酸乙酯+129 777.72c環(huán)戊酮-115 678.04c乙酸丁酯-733.31c糠醛-275 494.03c異戊酸乙酯-509 166.98c乙酸異戊酯-1 198 856.65c2-庚酮-1 718.72c5-甲基糠醛+18 029.46c苯乙醛-32 877.64c愈創(chuàng)木酚+10 746.72c壬醛-10 922 106.69c癸醛+323 229.13c苯甲醛-23 671.58c2-丁醇+20.98c丙酸+561.93c乙酸-3 642.29c3-甲基丁酸-746 876.85c己醛-6 083.97

y2=908.48c乙醇-3 323.11c丙酮-49.32c異丙醇+44 667.97c2-甲基呋喃+6 268.55c乙酸乙酯+21 894.21c3-甲基丁醛+4 365.82c異丁酸甲酯+217 923.64c3-戊醇+11 648.25c吡嗪-110 915.92c庚烷-72 654.19c3-甲基丁醇-3 331 755.27c異丁酸乙酯+387 036.57c環(huán)戊酮-265 299.54c乙酸丁酯-673.67c糠醛-315 849.65c異戊酸乙酯-664 153.34c乙酸異戊酯-1 763 079.26c2-庚酮-5 901.68c5-甲基糠醛+28 572.19c苯乙醛-32 564.88c愈創(chuàng)木酚+15 040.35c壬醛-12 134 812.32c癸醛+362 171.63c苯甲醛-25 919.47c2-丁醇+37.60c丙酸+607.63c乙酸-20 504.68c3-甲基丁酸-1 115 725.57c己醛-6 993.90

圖5 3類食醋樣品的LDAFig.5 LDA plots of three kinds of vinegar

2.4.2 食醋的RF分析

按照方法1.3.4.2節(jié)，以25個品牌食醋樣品的平行3次FGC-Enose檢測數(shù)據(jù)共75個樣本編號為自變量，定量的29個揮發(fā)性成分含量為因變量進行RF分析，共75 組數(shù)據(jù)，其中50個樣品作為訓(xùn)練集，25個樣品為測試集。通過代碼尋找最優(yōu)參數(shù)，如圖6A、B所示，對特征個數(shù)與決策樹個數(shù)進行選擇。圖6A顯示錯誤率低于0.08的特征個數(shù)為3、4、6、7、9、10，分別搭建模型后根據(jù)正確率選擇最優(yōu)特征個數(shù)；圖6B表明當(dāng)決策樹個數(shù)大于130時，模型的錯誤率趨于穩(wěn)定，選擇決策樹個數(shù)130、140、150分別搭建模型并根據(jù)正確率選擇最優(yōu)值。對模型訓(xùn)練后最終選擇最佳參數(shù)為：特征個數(shù)為4，決策樹為140個。隨機選擇2 021為種子數(shù)后，運行結(jié)果得到混淆矩陣（圖6C）和揮發(fā)性成分的重要性排序（圖6D）。

混淆矩陣反應(yīng)模型分類的準(zhǔn)確性，其中主對角線上（左上右下）的為正確分類的樣品數(shù)，而主對角線以外的位置為錯誤分類的樣品數(shù)，每一行之和為該類的樣品總數(shù)。圖6C顯示RF模型對測試集中樣品分類均在主對角線上，而非對角線上錯誤分類的樣品個數(shù)均為0，RF經(jīng)訓(xùn)練后的正確概率能穩(wěn)定在100%，說明RF對食醋樣品有較好的分類能力。圖6D中以基尼指數(shù)為依據(jù)對29個揮發(fā)性成分的重要性排序，基尼系數(shù)越大，其重要性越高[42]，因此較重要的化合物依次為3-甲基丁醇、愈創(chuàng)木酚、苯甲醛、丙酮、糠醛、癸醛和乙酸乙酯。結(jié)合表3可以看出，香醋中的苯甲醛、3-甲基丁醇、癸醛的含量明顯高于米醋和陳醋，米醋中愈創(chuàng)木酚、糠醛含量最低，而香醋和米醋中的丙酮、乙酸乙酯含量明顯高于陳醋，這與氣味雷達圖中造成典型香氣差異一致。

圖6 3類食醋樣品的RF結(jié)果Fig.6 Results of classification of three kinds of vinegar by random forest

3 結(jié) 論

3類食醋中揮發(fā)性成分共44種，其中醇類化合物6種、酯類8種、醛類11種、酮類3種、酸類5種、烷烴類2種、雜環(huán)類6種，3類食醋共有揮發(fā)性成分32種。其中2-甲基丁烷和2-乙基-6-甲基吡嗪僅在香醋中檢測出，丁酸僅在米醋中檢測出，戊醛、2-(5H)-呋喃酮僅在陳醋中檢測出。3類食醋中酸類化合物含量最高，其次為醇類和醛類，烷烴類含量最低，而不同種類的食醋樣品其揮發(fā)性成分的含量有一定的差異。

3類食醋中OAV均大于1的共20種，其中關(guān)鍵香氣成分有乙酸、丙酸、3-甲基丁醛、苯乙醛、壬醛、癸醛和愈創(chuàng)木酚。香氣成分的含量差異使3類食醋樣品的香氣組成不同，香醋的堅果可可香、水果香和酸味較突出，陳醋的花香較突出，而米醋的酸味以外揮發(fā)性香氣較弱。

LDA顯示相同種類不同品牌的食醋其香氣特征及揮發(fā)性成分也存在不同。RF模型經(jīng)訓(xùn)練后對食醋樣品的分類準(zhǔn)確率可達到100%，苯甲醛和3-甲基丁醇等可作為區(qū)分食醋種類的重要化合物。

本研究將化學(xué)檢測和定性定量、統(tǒng)計學(xué)、OAV分析結(jié)合，快速鑒定3類食醋揮發(fā)性化合物及香氣特征的差異分析，為食醋香氣分析及種類鑒定提供理論依據(jù)。