王超，付詩鳴，李攀恒，胡東彬，李磊，潘際林，鐘曉凌，胡勇*，徐沁怡，鄭夢玲

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院 湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，武漢 430068；2.鎮(zhèn)江丹和醋業(yè)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212344；3.武漢愛邦高能技術(shù)有限公司，武漢 436000)

傳統(tǒng)固態(tài)醋，也被稱為谷物醋，是中國使用最廣泛的調(diào)味品之一。據(jù)記載，醋的生產(chǎn)可以追溯到數(shù)千年前[1]。目前，中國各地通過傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)來釀造醋，由于獨特的發(fā)酵工藝和原料以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，中國不同地方的醋有其獨特的風(fēng)味和功能。其中鎮(zhèn)江香醋是江蘇鎮(zhèn)江的地方傳統(tǒng)名產(chǎn)[2]，其色濃而味鮮，香而微甜，酸而不澀，并以“香醋擺不壞”而著稱[3]。

眾所周知，食品在出廠前需要進(jìn)行滅菌操作，以防止微生物的滋生[4]。近幾年，冷殺菌技術(shù)逐漸廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。冷殺菌技術(shù)也稱為非熱殺菌技術(shù)，主要包括超高壓殺菌、微波殺菌、輻照殺菌等[5,6]。與傳統(tǒng)的加熱殺菌相比，在殺菌過程中，食品的溫度升溫很小或不升溫，可以有效避免高溫對食品的營養(yǎng)、風(fēng)味、質(zhì)地、色澤的不良影響，充分保留食品的營養(yǎng)成分和原有風(fēng)味。

目前，食醋行業(yè)的原醋一般經(jīng)過100 ℃蒸煮30 min達(dá)到滅菌效果。冷殺菌技術(shù)在食醋中尚未有工業(yè)化應(yīng)用。高能電子束就是冷殺菌技術(shù)的一種，利用其γ射線或電子射線對物質(zhì)具有穿透性的特點，對食品進(jìn)行輻照處理，可以有效殺死食品中的寄生昆蟲和致病菌，具有提高食品的衛(wèi)生質(zhì)量和延長食品的保藏期的效果。本實驗通過對未滅菌的原醋進(jìn)行不同劑量的高能電子束輻照，利用電子鼻系統(tǒng)和頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS)檢測其揮發(fā)性香氣成分的變化，為今后冷殺菌技術(shù)在食醋滅菌工藝中的應(yīng)用提供了理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗的鎮(zhèn)江香醋取自鎮(zhèn)江丹和醋業(yè)有限公司。實驗樣品為原醋(未經(jīng)滅菌處理)、高能電子束輻照后的醋樣(輻照劑量分別為1，3，6 kGy)；2-辛醇(內(nèi)標(biāo))、氯化鈉：國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng) 德國Airsense公司；7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；固相微萃取(SPME)手動進(jìn)樣手柄及萃取頭 美國Supelco公司；恒溫磁力攪拌水浴鍋 常州市金壇友聯(lián)儀器研究所。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品菌落總數(shù)的測定

參考GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》。

1.3.2 電子鼻對醋液的特征響應(yīng)

PEN3電子鼻能夠通過傳感器對簡單或復(fù)雜的有機蒸汽混合物產(chǎn)生不同的響應(yīng)。PEN3電子鼻10個傳感器對應(yīng)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)見表1[7,8]。

1.3.2.1 樣品預(yù)處理

取各組樣品1 mL于頂空瓶內(nèi)，用蒸餾水稀釋一定倍數(shù)后密封，在40 ℃恒溫水浴鍋中富集30 min，用于電子鼻檢測。

1.3.2.2 檢測條件

樣品測定間隔1 s，清洗時間100 s，自動調(diào)零時間10 s，樣品準(zhǔn)備時間5 s，樣品測定時間150 s，內(nèi)部空氣流量400 mL/min，進(jìn)樣流量400 mL/min。

1.3.2.3 數(shù)據(jù)處理

電子鼻測定結(jié)果利用WinMuster軟件進(jìn)行分析，包括主成分分析(PCA)等[9]。傳感器性能描述見表1。

表1 傳感器性能描述Table 1 The description of sensor performance

1.3.3 GC-MS測定樣品風(fēng)味

1.3.3.1 樣品預(yù)處理

采用頂空采樣進(jìn)行樣品處理[10]。取各組樣品10 mL于40 mL頂空瓶中，加入40 μL提前配制好的內(nèi)標(biāo)(2-辛醇)和氯化鈉。頂空瓶中放入轉(zhuǎn)子后蓋上蓋子，固定在40 ℃恒溫磁力攪拌水浴鍋中，插入萃取頭于頂空瓶內(nèi)。樣品預(yù)平衡20 min后，將纖維頭推下后繼續(xù)萃取20 min，然后收起纖維頭，將SPME萃取頭插入GC 進(jìn)樣口，于250 ℃解吸4 min。

1.3.3.2 檢測條件

a.色譜條件[11,12]

色譜柱：DB-WAX毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；以氦氣為載氣(流速為0.9 mL/min)；進(jìn)樣口溫度設(shè)定為250 ℃，不分流。升溫程序：起始溫度40 ℃，3 min，階段一：以5 ℃/min升溫至120 ℃，階段二：以10 ℃/min升溫至200 ℃，保持5 min，階段三：以30 ℃/min升溫至260 ℃，保持6 min。

b.質(zhì)譜條件

電子離子(EI)；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；接口溫度280 ℃；電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍33～450 amu。

1.3.3.3 定性和定量方法

將得到的每個樣品的質(zhì)譜數(shù)據(jù)與NIST Library對照相匹配，結(jié)合保留指數(shù)、質(zhì)譜圖譜、保留指數(shù)等對其揮發(fā)性成分定性，利用內(nèi)標(biāo)物2-辛醇進(jìn)行定量分析，求得各樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌落總數(shù)的測定

圖1 高能電子束輻照醋的菌落總數(shù)測定Fig.1 Determination of the total number of colonies of vinegar irradiated by high-energy electron beam

由圖1可知，原醋通過高能電子束輻照1 kGy，其菌落總數(shù)對比原醋下降了1/3，而輻照劑量達(dá)到3 kGy和6 kGy時，原醋中無菌落生長，說明高能電子束輻照對原醋具有滅菌作用，同時最佳輻照劑量為3 kGy。

2.2 電子鼻檢測

2.2.1 不同傳感器響應(yīng)值分析

通過取第130 s時電子鼻不同感應(yīng)器對每組樣品風(fēng)味物質(zhì)中的特征響應(yīng)值，可以得到變化趨勢，見圖2。

圖2 電子鼻傳感器對高能電子束輻照的醋中揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)值Fig.2 Response values of electronic nose sensor to volatile components in vinegar irradiated by high-energy electron beam

圖2中原醋為實驗的對照組，由圖2可知，S1、S3、S4、S5、S10這5個傳感器的響應(yīng)值變化不顯著，而S2、S6、S7、S8、S9這5個傳感器的響應(yīng)值較高，并且這5個傳感器的實驗組和對照組差異明顯，說明在后期分析風(fēng)味上，其參考性較大。

2.2.2 載荷傳感器貢獻(xiàn)率分析

圖3 高能電子束輻照醋的載荷傳感器貢獻(xiàn)率分析Fig.3 Analysis of load sensor contribution rate of vinegar irradiated by high-energy electron beam

由圖3可知，每個點代表一個傳感器，第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為76.76%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為17.69%，其和為94.45%(>85%)，說明該方法有效[13]。在PC1貢獻(xiàn)率上，S9(有機硫化物)貢獻(xiàn)最高，而在PC2貢獻(xiàn)率方面，S6(甲基類)貢獻(xiàn)最高，同時S8(醇類、醛酮類)也有貢獻(xiàn)，而其他傳感器在載荷貢獻(xiàn)率中出現(xiàn)多個重疊現(xiàn)象，且接近于0，表示其貢獻(xiàn)率較小，實際應(yīng)用時應(yīng)予以舍棄。通過對傳感器進(jìn)行響應(yīng)值和載荷傳感器貢獻(xiàn)率分析可知，每個傳感器對樣品的響應(yīng)值不同，同時各傳感器在貢獻(xiàn)率分析上有明顯差異，為了使實驗結(jié)果更加精確，選擇S6、S8、S9傳感器對輻照處理后的醋中揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行PCA分析。

2.2.3 PCA分析

圖4 高能電子束輻照的醋中揮發(fā)性物質(zhì)的主成分分析Fig.4 Principal component analysis of volatile components in vinegar irradiated by high-energy electron beam

由圖4可知，第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為76.76%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為17.69%，其和為94.45%(>85%)，說明此方法有效。在相同的實驗條件下，原醋利用不同劑量的高能電子束輻照后，可以得出，輻照劑量為1 kGy和3 kGy時，與原醋發(fā)生重疊，說明三者差異較小，而隨著輻照劑量提高至6 kGy時，對比原醋會存在一定的差異性。說明原醋在低劑量的輻照下可以保持原有的香氣成分。綜上所述，電子鼻可以有效地分析每組樣品之間的差異，但是并不能檢測出每組樣品中具體有哪些風(fēng)味物質(zhì)存在差異，因此還需要借助GC-MS進(jìn)一步分析。

2.3 GC-MS測定

本實驗對對照組原醋和高能電子束輻照1，3，6 kGy時揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行GC-MS分析，結(jié)果見表2。

表2 高能電子束輻照的醋中揮發(fā)性香氣成分氣相色譜-質(zhì)譜分析結(jié)果Table 2 Results of gas chromatography-mass spectrometry analysis of volatile aroma components in vinegarirradiated by high-energy electron beam

注：“*”為乳酸異戊酯、甲酸苯乙酯、甲氧基乙酸乙酯、大馬士酮、1,2,3,4-四氫-1,1,6-三甲基萘、1-(1-甲基乙烯基)-2,3,4,5-四甲基苯6種成分無參考的保留指數(shù)，僅參考NIST 數(shù)據(jù)庫鑒定。

由表2可知，實驗組和對照組共檢測出揮發(fā)性香氣成分19種，即酸類2種、醇類2種、酯類9種、醛類1種、酮類1種、酚類2種、萘類1種、其他物質(zhì)1種。其中原醋樣品檢測出17種香氣成分，輻照(1 kGy)樣品檢測出12種，輻照(3 kGy)樣品檢測出12種，輻照(6 kGy)樣品檢測出11種。與對照組(原醋)相比，經(jīng)過高能電子束輻照后，酸類、醇類無明顯變化，酯類物質(zhì)的種類有變化，而醛類、酮類、酚類、萘類未檢測出，說明高能電子束輻照對原醋揮發(fā)性香氣成分存在影響。同時為了確定香氣成分的準(zhǔn)確性，計算了每種成分的保留指數(shù)，由于乳酸異戊酯、大馬士酮、1,2,3,4-四氫-1,1,6-三甲基萘、1-(1-甲基乙烯基)-2,3,4,5-四甲基苯4種成分無參考的保留指數(shù)，因此對以上4種物質(zhì)采用CAS號進(jìn)行查詢。

原醋中所占比例較大的風(fēng)味物質(zhì)是乙酸、2,3-丁二醇、苯乙醇、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、乙酸苯乙酯，其中酯類物質(zhì)很豐富，尤其是乙酸異戊酯、乙酸苯乙酯，其質(zhì)量濃度分別達(dá)到101.0，43.8 μg/L，這與Guerrero E D等[14]的結(jié)果相似。并且還存在少量的醛類、酮類、酚類及萘類物質(zhì)，共同促進(jìn)食醋獨特的風(fēng)味[15]。經(jīng)過不同劑量(1，3，6 kGy)的高能電子束輻照后，原醋的香氣成分含量變化不規(guī)律，其中乙酸異戊酯、乳酸異戊酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯隨著輻照劑量的增加，其含量呈下降的趨勢，并且原醋中的醛類、酚類及萘類等物質(zhì)的香氣成分有所損失，但卻檢測出其他酯類物質(zhì)，比如甲酸苯乙酯和甲氧基乙酸乙酯，說明在輻照的過程中，損失的香氣成分可能轉(zhuǎn)換為其他的酯類或者酸類物質(zhì)，導(dǎo)致乙酸、己酸、丁二酸二乙酯等含量的上升。當(dāng)輻照的劑量達(dá)到6 kGy時，在樣品中未檢測到苯甲酸乙酯，表明高劑量的高能電子束輻照對原醋的香氣成分會造成一定的影響。

3 結(jié)論

本實驗經(jīng)過高能電子束輻照原醋后，通過電子鼻和GC-MS的檢測，觀察其香氣成分的變化，并評價不同劑量(1，3，6 kGy)高能電子束照射對食醋風(fēng)味的影響。

原醋經(jīng)過高能電子束輻照后，通過菌落總數(shù)的測定發(fā)現(xiàn)輻照劑量>3 kGy時，滅菌效果較好。通過電子鼻檢測得出：S2、S6、S7、S8、S9這5個傳感器的響應(yīng)值較高，當(dāng)輻照劑量為1 kGy和3 kGy時，與原醋的風(fēng)味差異較小。并且結(jié)合GC-MS的測定，發(fā)現(xiàn)輻照后的原醋香氣成分的含量變化不規(guī)律，同時檢測出新的酯類物質(zhì)，比如甲酸苯乙酯和甲氧基乙酸乙酯，但醛類、酚類、萘類成分有所損失，而輻照劑量為3 kGy時，雖然改變了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類與含量，但通過電子鼻分析，此變化未明顯改變傳感器響應(yīng)值，表明選用輻照劑量為3 kGy的高能電子束輻照可用于原醋的殺菌處理。