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        不同后熟發(fā)酵時(shí)間郫縣豆瓣醬揮發(fā)性成分分析

        2014-01-17 05:12:05李治華王自鵬姚英政陳福生
        食品科學(xué) 2014年16期
        關(guān)鍵詞:豆瓣醬郫縣乙基

        李治華,黃 馳,王自鵬,姚英政,董 玲,李 浦,謝 江,陳福生*

        不同后熟發(fā)酵時(shí)間郫縣豆瓣醬揮發(fā)性成分分析

        李治華1,2,黃 馳2,王自鵬2,姚英政2,董 玲2,李 浦2,謝 江2,陳福生1,*

        (1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北 武漢 430070;2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,四川 成都 610066)

        分析后熟發(fā)酵過程中郫縣豆瓣醬揮發(fā)性成分的差異,采用電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),對(duì)不同后熟發(fā)酵時(shí)間的郫縣豆瓣醬電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析并結(jié)合感官評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,電子鼻能很好的將不同后熟發(fā)酵時(shí)間豆瓣醬樣品區(qū)分開,根據(jù)傳感器對(duì)樣品的敏感度和區(qū)分度進(jìn)行優(yōu)化,最佳傳感器組合為S1S4S7S10;3 種不同后熟發(fā)酵時(shí)間的郫縣豆瓣醬共分離鑒定出44 種揮發(fā)性化合物,后熟發(fā)酵1 a共鑒定出36 種化合物,占總檢出化合物的81.8%;后熟發(fā)酵2 a共鑒定出30 種化合物,占總檢出化合物的68.2%;后熟發(fā)酵3 a共鑒定出28 種化合物,占總檢出化合物的63.6%;3 種不同后熟發(fā)酵醬中含有19 種相同的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、1-庚醇,它們相對(duì)含量有明顯差別;感官分析顯示后熟發(fā)酵1 a的樣品在色澤、醬香等方面與后熟發(fā)酵2、3 a存在較大差異,而后熟發(fā)酵2、3 a的樣品整體上差別不大。

        郫縣豆瓣醬;后熟發(fā)酵;電子鼻;頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用;風(fēng)味成分

        郫縣豆瓣醬產(chǎn)于四川省成都市的郫縣而得名,起源于四川民間,其傳統(tǒng)加工工藝已有近300 a的歷史,主要包括:制椒、制瓣、后熟釀制等工序[1]。郫縣豆瓣醬因味辣香醇、紅棕油亮、瓣粒酥脆、黏稠絨實(shí)、醬香濃郁等優(yōu)點(diǎn)受到消費(fèi)者青睞,是烹飪川菜必不可少的調(diào)味品,在世界發(fā)酵辣椒醬中獨(dú)樹一幟,堪稱“川菜之魂”[1]。

        電子鼻是仿照生物嗅覺系統(tǒng),利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)曲線來識(shí)別氣味的一種電子系統(tǒng)[2],對(duì)樣品中揮發(fā)成分的整體信息進(jìn)行綜合分析[3],可以避免人為的主觀影響,在食品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4-5]。賈洪鋒等[6]利用電子鼻成功區(qū)分了郫縣豆瓣和非郫縣豆瓣樣品,并認(rèn)為電子鼻用于不同豆瓣樣品的品質(zhì)識(shí)別是可行的。

        頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(headspacesolid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)通過吸附-脫附技術(shù),富集樣品中揮發(fā)性成分,具有靈敏度高、可重現(xiàn)性及操作簡單等特點(diǎn)[7-8],廣范應(yīng)用于各種食品香成分的分析鑒定[9-11],黃明泉等[12]利用該技術(shù)分析了不同品牌、不同工藝的郫縣豆瓣醬揮發(fā)性成分,為改進(jìn)郫縣豆瓣的生產(chǎn)工藝、豆瓣醬類的香精調(diào)配提供了參考。前人研究表明豆瓣醬的獨(dú)特風(fēng)味是在其后熟過程中逐漸形成的[9,13],但是后熟發(fā)酵不同時(shí)間對(duì)風(fēng)味的影響程度,以及采用不同技術(shù)檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)與實(shí)際感官均存在較大爭議[14-15,16-18]。

        本實(shí)驗(yàn)擬利用電子鼻和HS-SPME-GC-MS技術(shù),并結(jié)合感官評(píng)價(jià)對(duì)不同后熟發(fā)酵時(shí)間的郫縣豆瓣醬進(jìn)行主成分分析(principal component analysis,PCA),探討后熟發(fā)酵時(shí)間對(duì)郫縣豆瓣醬風(fēng)味的影響,分析電子鼻指紋圖譜與揮發(fā)性物質(zhì)及人們感官評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,為電子鼻及HS-SPME-GC-MS在郫縣豆瓣醬生產(chǎn)工藝中評(píng)價(jià)豆瓣醬品質(zhì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的郫縣豆瓣醬,后熟發(fā)酵時(shí)間分別為1、2、3 a,2013年4月由成都川菜博物館提供,同一年份的樣品至少采集3 缸混勻,采集后放在冰上立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室-20 ℃保存。

        1.2 儀器與設(shè)備

        I-Nose型電子鼻(10 個(gè)以上不同性質(zhì)的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器)、數(shù)據(jù)采集和分析軟件Smartnose 上海瑞玢國際貿(mào)易有限公司感官分析應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室;6890/5973GC-MS聯(lián)用儀 美國HP公司;手動(dòng)SPME進(jìn)樣器及75 μm Carboxen/PDMS固相微萃取頭 美國Supelco公司。

        1.3 方法

        1.3.1 色譜條件

        HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 mm);載氣(He);恒流0.8 mL/min(線速率33 cm/s);分流比5∶1;進(jìn)樣口溫度270 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃保持3 min,以5 ℃/min升至60 ℃,隨后以2 ℃/min升至120 ℃,最后以10 ℃/min升至280 ℃。

        1.3.2 質(zhì)譜條件

        電子能量70 eV;傳輸線溫度270 ℃;離子源溫度230 ℃;四極桿溫度150 ℃;質(zhì)量掃描范圍20~450 u。

        1.3.3 揮發(fā)性化合物的鑒定

        定性檢測結(jié)果保留NIST 05譜庫檢索(只保留匹配度不小于80的成分)和Wiley譜庫檢索(只有當(dāng)正反匹配度均大于800(最大值為1 000))的鑒定結(jié)果,并結(jié)合長期從事譜圖解析的專業(yè)人員分析才予以確定?;衔锵鄬?duì)含量確定采用面積歸一化法。

        1.3.4 電子鼻實(shí)驗(yàn)步驟

        3 個(gè)豆瓣醬樣品每個(gè)樣品取出4 份,每份10 g。先用空氣清洗傳感器,清洗時(shí)間120 s,然后通過真空泵將樣品中的氣體吸入到電子鼻中,進(jìn)氣速率0.8 L/min,檢測時(shí)間60 s。每份豆瓣醬樣品測定1 次。

        1.3.5 HS-SPME取樣條件

        郫縣豆瓣醬10 g放入20 mL棕色的頂空瓶中,以封口膜密封。置于70 ℃恒溫水浴鍋中保溫1 h,加熱到一定溫度。將SPME插入頂空取樣一段時(shí)間,取出,迅速插入到GC-MS聯(lián)用儀的進(jìn)樣口,解吸4~5 min后,取出SPME針管。

        1.3.6 感官評(píng)價(jià)

        感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所進(jìn)行,參照GB/T 16861—1997《感官分析 通過多元分析方法鑒定和選擇用于建立感官剖面的描述詞》、GB/T 10221—2012《感官分析術(shù)語》、GB/T 5009.40—2003《醬衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》執(zhí)行,由10 名20~35 歲的感官評(píng)價(jià)人員組成評(píng)價(jià)小組,其中男性成員5 名,女性成員5 名;針對(duì)感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的、感官評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)評(píng)價(jià)小組進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。對(duì)樣品進(jìn)行隨機(jī)編號(hào),感官評(píng)價(jià)小組人員客觀、獨(dú)立的進(jìn)行評(píng)分,每個(gè)樣品的評(píng)價(jià)之間間隔一定時(shí)間,使用清水漱口,相互之間不交流討論。感官評(píng)價(jià)采用5 分制:各項(xiàng)目依次按沒感覺(0 分)、弱(1 分)、稍弱(2 分)、平均(3 分)、較強(qiáng)(4 分)、強(qiáng)(5 分)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 揮發(fā)性成分分析

        采用 HS-SPME-GC-MS技術(shù),對(duì)采自成都川菜博物館按照傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的后熟發(fā)酵1、2、3 a郫縣豆瓣醬揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析,結(jié)果見表1。

        表1 HS-SPME-GC-MS分析不同后熟時(shí)間豆瓣醬揮發(fā)性成分結(jié)果Table 1 HS-SPME-GC-MS analysis of volatile composition of three Pixian broad-bean sauces with different ripening fermentation times

        續(xù)表1

        由表1可知,后熟發(fā)酵1 a郫縣豆瓣醬中檢測到36 種揮發(fā)性物質(zhì),占總檢出化合物的81.8%,總離子圖見圖1A,醇9 種(25.0%)、酯9 種(25.0%)、醛3 種(8.3%)、烴4 種(11.1%)、酚2 種(5.6%)、酮4 種(11.1%),其他5 種(13.9%)。其主要成分是4-乙基-2-甲氧基苯酚(17.0%)、苯乙醇(15.11%)、2-乙基苯酚(11.96%)、苯甲醛(6.67%)、乙酸乙酯(2.81%)、苯乙醛(2.76%)、乙醇(2.71%)、十六烷酸乙基酯(2.48%)、水楊酸甲酯(2.22%)、1-庚醇(2.11%)、α-衣蘭油烯(1.57%)、γ-雪松烯(1.45%)、十四烷酸乙基酯(1.44%)、9-甲基-1-癸烯(1.31%)、芳樟醇(1.26%)、3-辛酮(1.04%)。

        圖1 不同后熟時(shí)間郫縣豆瓣醬揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatile compositions of Pixian broad-bean sauces with different ripening fermentation times analyzed by GC-MS

        后熟發(fā)酵2a郫縣豆瓣醬中檢測到30種揮發(fā)性物質(zhì),占總檢出化合物的68.2%,總離子圖見圖1B,其中醇6 種(20.0%)、酯3 種(10.0%)、醛6 種(20.0%)、酸1 種(3.3%)、烴6 種(20.0%)、酚3 種(10.0%)、酮3 種(10.0%),其他2 種(6.6%)。其主要成分是苯乙醇(16.77%)、苯甲醛(9.68%)、苯乙醛(9.64%)、1-庚醇(4.01%)、糠醛(3.77%)、己二酸二辛酯(3.31%)、1-辛烯-3-醇(3.13%)、4-乙基-2-甲氧基苯酚(2.05%)、壬醛(1.91%)、辛酸(1.43%)、糠醇(1.30%)、4-乙基苯酚(1.21%)、2-乙基苯酚(1.18%)、γ-雪松烯(1.17%)、水楊酸甲酯(1.12%)、芳樟醇(1.07%)。

        后熟發(fā)酵3 a郫縣豆瓣醬中檢測到28 種揮發(fā)性物質(zhì),占總檢出化合物的63.6%,總離子圖見圖1C,其中醇6 種(21.4%)、酯5 種(17.9%)、醛4 種(14.3%)、烴5 種(18.4%)、酚2 種( 7.1%)、酮3 種(10.7%),其他2 種(7.1%)。其主要成分是苯乙醇(22.86%)、苯乙醛(5.22%)、苯甲醛(4.13%)、1-庚醇(3.00%)、4-乙基-2-甲氧基苯酚(2.42%)、乙醇(2.35%)、4-乙基苯酚(2.23%)、糠醛(1.62%)、苯乙酸乙酯(1.53%)、十六烷酸乙基酯(1.32%)、1-辛烯-3-醇(1.29%)、十四烷酸乙基酯(1.26%)、糠醇(1.18%)、亞油酸乙酯(1.04%)、1-辛醇(1.01%)。

        從3 種不同后熟發(fā)酵的郫縣豆瓣醬中共分離鑒定出44 種揮發(fā)性化合物,包括醇10 種、酯10 種、酸1 種、醛6 種、酮4 種、酚3 種,其他10 種。由圖2和表1可知,3 種樣品共有的揮發(fā)性成分19 種,占總檢出化合物的43.18%,其中主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、1-庚醇,但是其相對(duì)含量隨發(fā)酵時(shí)間的不同而有差異。發(fā)酵1 a(C1)獨(dú)有的揮發(fā)性成分有9 種,發(fā)酵2 a(C2)獨(dú)有的揮發(fā)性成分有4 種,發(fā)酵3 a(C3)沒有獨(dú)有的揮發(fā)性成分(圖2)。

        圖2 3 種不同后熟發(fā)酵時(shí)間郫縣豆瓣醬揮發(fā)性物質(zhì)整體比較Fig.2 Comparison of volatile composition of three different ripening fermentation times of Pixian broad-bean sauces with Venn Diagram

        C1獨(dú)有的9 種揮發(fā)性物質(zhì)里乙酸乙酯相對(duì)含量大于1%,達(dá)到2.81%,其余包含醇類3 種(3-甲基-1-丁醇(0.09%)、松油醇(0.93%)、芐醇(0.51%)),酯類2 種(十六烷酸乙基酯(0.24%)、9-十八烯酸乙酯(0.54%)),酮類1 種(1-(1H-吡咯-2-基)-乙酮(0.77%)),檸檬烯(0.63%)、正二十烷(0.48%)。

        乙酸乙酯具有水果香[19],3-甲基-1-丁醇具有特殊有辛辣不愉快氣味,嗅覺閾質(zhì)量濃度7.3 μg/L[20],松油醇具有紫丁香味去臭作用[21],芐醇(苯甲醇)是一種定香劑,暫時(shí)允許使用的食用香料[22],檸檬烯有類似檸檬的香味,廣泛存在于天然的植物精油中[23],正二十烷等烴類成分由于大多數(shù)不具有香味,所以它們對(duì)產(chǎn)品的香氣貢獻(xiàn)也是很少的[24]。C2獨(dú)有的4 種揮發(fā)性物質(zhì)里辛酸相對(duì)含量大于1%,達(dá)到1.43%,其余3-甲基丁醛(0.25%)、己二酸雙(2-甲基丙基)酯(0.36%)、正二十五烷(0.89%)。酸類成分大部分應(yīng)該是在實(shí)驗(yàn)過程中由酯類水解產(chǎn)生的[12],3-甲基丁醛具有蘋果香味,用作食品原料、香精等[25]。因此,推測在C1和C2獨(dú)有的揮發(fā)性成分里對(duì)郫縣豆瓣醬香氣有較大貢獻(xiàn)的是低級(jí)的脂肪酸酯(如乙酸乙酯),以及醇、醛等。

        2.2 電子鼻分析

        利用I-Nose型電子鼻系統(tǒng),對(duì)后熟發(fā)酵1 a(C1)、2 a(C2)、3 a(C3)的郫縣豆瓣醬風(fēng)味成分進(jìn)行檢測分析,測量豆瓣醬揮發(fā)性成分特征時(shí),獲得電子鼻10 個(gè)傳感器的響應(yīng)值,得到特征值、及對(duì)應(yīng)的主成分信息占有率和主成分得分圖(圖3A)獲得最佳傳感器組合為S1S4S7S10,區(qū)分指數(shù)(discrimination index,DI)為96.3%,區(qū)分指數(shù)最大值為100,其值越大表明不同組數(shù)據(jù)之間區(qū)分度越好,一般≥80表示能夠有效區(qū)分。主成分分析結(jié)果見圖3B,第一主成分貢獻(xiàn)度PC1占99.9%,PC2占0.1%。C1、C2、C3之間無重疊,區(qū)分度很好,表明C1、C2、C3之間存在明顯差異。

        圖3 主成分信息占有率和推薦傳感器列表Fig.3 Information about the main components and recommended sensor

        2.3 感官分析

        圖4 郫縣豆瓣醬不同后熟發(fā)酵時(shí)間感官剖面圖Fig.4 Sensory profiles of different post-ripening fermented Pixian broad-bean sauces

        通過刪減描述詞,選擇13 個(gè)有差異的描述詞對(duì)C1、C2、C3進(jìn)行感官分析,結(jié)果如圖4所示,C1紅色的程度要大于C2、C3;黏稠度、咸味、辣度、酯香3 個(gè)樣品基本一致,其中咸味主要由所加食鹽引起,據(jù)測定3 個(gè)樣品食鹽含量(以NaCl計(jì)在18%~20%);醬香、褐色、光澤程度C1要低于C2、C3;而C2、C3整體上差別不大。

        3 結(jié) 論

        電子鼻法能很好的區(qū)分不同后熟發(fā)酵時(shí)間的郫縣豆瓣醬,HS-SPME-GC-MS共分離鑒定出44 種揮發(fā)性化合物,共有的揮發(fā)性成分19 種,主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、1-庚醇,這些成分可能是郫縣豆瓣醬發(fā)酵的主體揮發(fā)性物質(zhì),3 個(gè)樣品間相對(duì)含量有較大差異。后熟發(fā)酵1 a有9 種特有的揮發(fā)性物質(zhì),發(fā)酵2 a有4 種特有的揮發(fā)性物質(zhì),而發(fā)酵3 a沒有產(chǎn)生特有的揮發(fā)性物質(zhì),區(qū)別主要在低級(jí)的脂肪酸酯(如乙酸乙酯),以及醇、醛等的不同。感官分析結(jié)果表明后熟發(fā)酵2 a與3 a的樣品在整體上并無多大差異,暗示郫縣豆瓣醬后熟發(fā)酵可能主要導(dǎo)致各揮發(fā)性成分相對(duì)含量細(xì)微的差異,尤其是酚、醇、醛和低級(jí)脂肪酸相對(duì)含量和種類的細(xì)微差異,而這些差異可以被電子鼻傳感器檢測到,因此,可以將電子鼻應(yīng)用于郫縣豆瓣醬企業(yè)生產(chǎn)中在線檢測和質(zhì)量控制。

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        Analysis of Volatile Components of Pixian Broad-Bean Sauce with Different Post-Ripening Fermentation Times

        LI Zhi-hua1,2, HUANG Chi2, WANG Zi-peng2, YAO Ying-zheng2, DONG Ling2, LI Pu2, XIE Jiang2, CHEN Fu-sheng1,*
        (1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. Agro-Food Science and Technology Research Institute, Sichuan Academy of Agriculture Sciences, Chengdu 610066, China)

        In this study, the volatile compounds in three different post-ripening fermented Pixian broad-bean sauces were analyzed with an electronic nose and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) coupled to gas chromatographymass spectrometry (GC-MS). Differences were observed by applying principal component analysis (PCA) to electronic nose data sets. The three samples showed apparent groupings and the best combination of sensors was S1S4S7S10. A total of 44 volatile components were identified by HS-SPME-GC-MS. Nineteen volatile compounds were common to the three samples mainly including 4-ethyl-2-methoxy-phenol, phenylethyl alcohol, 2-ethyl-phenol, benzaldehyde, benzeneacetaldehyde, 2-hydroxy-methyl benzoic acid ester, 1-heptanol, and the one, two, three-year post-ripening fermented samples were identified to contain 36, 30, and 28 volatile compounds which accounted for 81.8%, 68.2%, and 63.6% of the total volatile compounds, respectively. Sensory analysis showed that the 1-year post-ripening fermented sample was different in color, aroma, and other aspects from the 2 and 3-year fermented samples, which, however, were not obviously different as a whole.

        Pixian broad-bean sauce; post-ripening fermentation; electronic nose; headspace solid-phase microextractiongas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS); volatile compounds

        TS214.9

        A

        1002-6630(2014)16-0180-05

        10.7506/spkx1002-6630-201416035

        2013-10-29

        四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院“青年科研骨干培養(yǎng)”項(xiàng)目;四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金項(xiàng)目(2012QNJJ-024);

        四川省財(cái)政創(chuàng)新能力提升工程-自然科學(xué)基金補(bǔ)助專項(xiàng)(2013KXJJ-026);四川省財(cái)政基因工程專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2011JYGC12-037)

        李治華(1982—),男,副研究員,博士研究生,研究方向?yàn)槭称钒l(fā)酵與分子生物學(xué)。E-mail:lzh82@hotmail.com

        *通信作者:陳福生(1965—),男,教授,博士,研究方向?yàn)槭称肺⑸?。E-mail:chenfs@mail.hzau.edu.cn

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