蘇可珍 ，黎小椿，聶輝，李官麗 ，伍淑婕，羅楊合 *

1. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院（大連 116034）；2. 賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院（賀州 542899）

芋頭[Colocɑsiɑ esculentɑ（L.）Schott]，又稱芋艿、青芋、土芝、毛芋等，為多年生草本植物。全世界的芋頭品種在700個(gè)左右，主要品種有紅芋[1]（又稱紅芽芋）、白芋（又稱白芽芋）、九頭芋（狗爪芋）、檳榔芋等。荔浦芋是檳榔芋的著名品種，是廣西極具特色的農(nóng)作物，荔浦芋在廣西各地都有栽培，以荔浦縣的品質(zhì)最優(yōu)，至今已有340多年的栽培歷史，現(xiàn)已成為國家地理標(biāo)志保護(hù)農(nóng)產(chǎn)品[2]，被譽(yù)為“芋中極品”[3]，是廣西素負(fù)盛名的特產(chǎn)蔬菜，2017年被評為中國農(nóng)產(chǎn)品百強(qiáng)品牌。根據(jù)農(nóng)業(yè)部亞熱帶果品蔬菜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心測定：荔浦芋水分含量≤65.9%；灰分含量≥1%；蛋白質(zhì)含量≥1.88 g/100 g；淀粉含量≥25.7 g/100 g；鋅含量≥15.08 mg/kg；鐵含量≥1.12 mg/kg；鉀含量≥448 mg/100 g；氨基酸含量≥1.26%。荔浦芋含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、維生素、多糖、礦物質(zhì)、膳食纖維等[4-5]，具有健脾消食、調(diào)補(bǔ)中氣、消瘍散結(jié)、降壓降脂、增強(qiáng)人體免疫力等作用，既可作菜肴也可作零食，是老幼皆宜的滋補(bǔ)佳品。

目前，國內(nèi)外對芋頭的研究主要集中在栽培技術(shù)[6-7]、貯藏保鮮[8-9]和營養(yǎng)成分分析[10-11]及加工[12]方面，對芋頭的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究較少。根據(jù)所查閱文獻(xiàn)，尚未有關(guān)于荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)方面研究的文獻(xiàn)報(bào)道。如今，運(yùn)用于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)檢測常用的較為先進(jìn)的技術(shù)有氣相色譜法（GC）[13]、液相色譜法（LC）[14]、氣質(zhì)聯(lián)用測定法（GC-MS）[15]、液質(zhì)聯(lián)用測定法（LC-MS）[16]、氣相色譜-吸聞技術(shù)（GC-O）[17]、電子鼻技術(shù)（EN）[18-21]等。其中，電子鼻以其特定的傳感器和模式識別系統(tǒng)快速提供被測樣品的整體信息、識別物質(zhì)的類別和成分，常被用來模仿生物鼻快速檢測食品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。利用感官評價(jià)與PEN3電子鼻對不同蒸制時(shí)間（0，2.5，5，7.5，10和12.5 min）荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測與評分，并結(jié)合傳感器載荷分析（Loadings analysis，LA）、主成分分析（Principal components analysis，PCA）以及線性判別分析（Linear discrimination analysis，LDA）區(qū)別不同蒸制時(shí)間荔浦芋的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)以及量化揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主成分貢獻(xiàn)率，以期為荔浦芋的深加工利用提供相關(guān)基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

新鮮荔浦芋（1.5～2 kg/個(gè)），產(chǎn)自廣西賀州市，形態(tài)完整個(gè)體飽滿，無蟲斑無機(jī)械損傷。

德國PNE3電子鼻，北京盈盛恒泰科技有限公司；C21-RT2170多功能電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；AQT-1500分析天平，艾德姆橫器武漢有限公司。

1.2 方法

1.2.1 荔浦芋前處理

將荔浦芋清洗，切去外皮，取中間部位沿著縱向方向切片，切成厚約1 cm，長約8 cm，寬約4 cm的芋片。

1.2.2 蒸制荔浦芋的制備及樣品采集

使用普通蒸鍋和電磁爐對芋片進(jìn)行蒸制，蒸鍋內(nèi)水高度約為3.5 cm，先用2 100 W功率把水煮至沸騰，水沸騰后把芋片放至蒸鍋內(nèi)的蒸板上蒸制并計(jì)時(shí)，同時(shí)把功率降至1 000 W。蒸制時(shí)間分別為0 min（HS 0），2.5 min（HS 2.5），5 min（HS 5），7.5 min（HS 7.5），10 min（HS 10），12.5 min（HS 12.5），每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的芋片樣品進(jìn)行單獨(dú)蒸制并取3個(gè)平行，其中5 min為荔浦芋片蒸制到剛好熟透時(shí)所需時(shí)間，蒸制時(shí)間結(jié)束取出室溫放置3 min后將3個(gè)平行樣品切碎，混勻后準(zhǔn)確稱取樣品7.0 g于250 mL一次性塑料杯中并附上封口膜，室溫靜置平衡30 min后進(jìn)行電子鼻檢測。

1.2.3 感官評定方法

參照GB/T 15682—2008[22]食味品質(zhì)感官評價(jià)方法以及殷劍美等[23]建立的芋頭食味品質(zhì)評價(jià)方法，根據(jù)荔浦芋自身特點(diǎn)制定蒸制荔浦芋的感官評分標(biāo)準(zhǔn)及方法。評定小組由10名（四男六女，年齡24～35歲）身體狀況良好、無不良嗜好的實(shí)驗(yàn)室食品專業(yè)人員組成，品評環(huán)境符合要求，評定前后用清水漱口[24]，按照口感（硬度、沙性、糯性、黏液量）、形狀、色澤、氣味進(jìn)行評分，評分為百分制，評分表見表1。品評前，讓品評員熟悉并確認(rèn)荔浦芋的感官特性，評價(jià)步驟為先聞并評定荔浦芋的氣味，然后觀察其色澤，再通過咀嚼、手觸摸及手掰輔助判斷，評定芋片各相應(yīng)指標(biāo)的得分，最后的感官得分為10名品評員的平均分。每個(gè)樣品取5個(gè)平行。

表1 不同蒸制時(shí)間荔浦芋的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 電子鼻檢測

采用德國PNE3電子鼻檢測系統(tǒng)，傳感器名稱及其陣列性能描述見表2。測試樣品6組，每組5個(gè)平行。傳感器室流量400 mL/min，載氣速度400 mL/min，清洗時(shí)間60 s，電子鼻采樣間隔1 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s，檢測時(shí)間為120 s。1.2.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

表2 PNE3型電子鼻標(biāo)準(zhǔn)傳感器陣列性能

采用PEN3電子鼻內(nèi)部自帶Win Muster軟件進(jìn)行主成分分析、傳感器載荷分析及線性判別分析，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)處理采用Excel 2016軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評價(jià)數(shù)據(jù)與分析

由表3可知，蒸制10 min的樣品的感官總評分最高，為88.1分；7.5和12.5 min樣品評分相近，分別為83和83.7分。不同蒸制時(shí)間荔浦芋硬度、沙性、糯性、色澤方面，2.5～10 min蒸制時(shí)間范圍內(nèi)，評分隨著蒸制時(shí)間的延長而升高；12.5 min評分降低，可能是由于蒸制時(shí)間過長，荔浦芋開始軟塌，花紋的色澤變暗，總體口感和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)品質(zhì)也變差。黏液量和氣味方面，蒸制時(shí)間越長評分越高；10和12.5 min樣品氣味評分相近?？傮w評價(jià)上，蒸制10 min芋片的感官特點(diǎn)表現(xiàn)為芋頭形狀完整，香味濃郁，硬度、沙性、糯性、黏液量均適中，芋片肉顏色呈紫白色，花紋呈深紫色且色澤均勻；而蒸制7.5和12.5 min總體感官評分稍低于10 min，7.5 min芋片色澤不夠均勻，12.5 min芋片肉和花紋顏色變暗且稍有軟塌；蒸制2.5 min時(shí)芋片未熟透，各方面評分均較低；蒸制5 min時(shí)芋片剛好熟透，但香味不飽滿，肉和花紋的色澤未徹底呈現(xiàn)，且咀嚼時(shí)偏硬，口感不佳。感官評價(jià)結(jié)果顯示，當(dāng)蒸制時(shí)間為10 min時(shí)，荔浦芋的總體揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)最佳。

表3 不同蒸制時(shí)間荔浦芋感官評定結(jié)果

2.2 電子鼻數(shù)據(jù)與分析

2.2.1 電子鼻傳感器對不同蒸制時(shí)間荔浦芋的響應(yīng)雷達(dá)圖分析

不同蒸制時(shí)間荔浦芋的六組樣品對傳感器的相應(yīng)雷達(dá)圖如圖1。傳感器響應(yīng)值越大，表明蒸制荔浦芋中該傳感器代表的某類物質(zhì)濃度越大[25]，響應(yīng)值差異越大表明傳感器對六組不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性氣味的區(qū)分效果越好。由圖可知，傳感器S6（對甲基類靈敏）、S7（對硫化物靈敏）、S8（對醇類、醛酮類靈敏）、S9（對芳香成分、有機(jī)硫化物靈敏）對不同蒸制時(shí)間的荔浦芋樣品的響應(yīng)值較大，其中S6區(qū)分能力最強(qiáng)。從0～12.5 min，S1、S3、S4、S5、S10傳感器響應(yīng)值接近于1，說明不同蒸制時(shí)間荔浦芋中對應(yīng)的化合物含量較低；從2.5～12.5 min，S6、S7、S8、S9傳感器的響應(yīng)值隨著蒸制時(shí)間的延長而增大，說明S6、S7、S8、S9所代表的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的濃度隨著蒸制時(shí)間的延長而增大，含量較為突出。響應(yīng)雷達(dá)圖分析說明，不同蒸制時(shí)間荔浦芋的特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均來自甲基類物質(zhì)、硫化物、氮氧化物、醇類及醛酮類物質(zhì)，而樣品0 min的氮氧化物、硫化物濃度較大。

2.2.2 不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分主成分分析

主成分分析在對樣品特性一無所知的前提下，利用降維的思想把傳感器多指標(biāo)的信息轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，挖掘有用的信息。該算法不丟失樣品的任何信息，僅通過改變坐標(biāo)軸來達(dá)到區(qū)分樣品的目的。PC1和PC2上包含了PCA轉(zhuǎn)換中得到的第一主成分和第二主成分的貢獻(xiàn)率[26]，貢獻(xiàn)率越大，越能更好地反映樣品信息。由圖2可知，不同蒸制時(shí)間荔浦芋的第1主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為91.85%，第2主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為7.96%，累積貢獻(xiàn)率為99.81%，表明這兩個(gè)主成分基本包含了原始數(shù)據(jù)的所有信息[27]，即代表了樣品的大部分信息特征且以PC1區(qū)分為主。各個(gè)不同蒸制時(shí)間的樣品幾乎可以區(qū)分開，且在PC1和PC2上呈現(xiàn)一定的變化趨勢，樣品HS 10和HS 12.5有重疊，表明這兩個(gè)樣品彼此間氣味差異不大，HS 0 樣品在PC1方向與其他樣品間距均較大，說明蒸制0 min荔浦芋在氣味上與其他樣品存在較大差異。PCA分析表明經(jīng)過蒸制的荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分發(fā)生的變化較大。

圖2 不同蒸制時(shí)間荔浦芋PCA圖

2.2.3 不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分傳感器載荷分析（LA）

LA通常用來體現(xiàn)傳感器在識別模式中的重要程度，位點(diǎn)坐標(biāo)表示其在主成分上的比重，坐標(biāo)值越大，說明傳感器對檢測樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)反應(yīng)較敏感，該傳感器是識別傳感器[28]。根據(jù)圖3不同蒸制時(shí)間荔浦芋LA圖可知，第1主成分（LA1）的貢獻(xiàn)率為91.85%，第2主成分（LA2）的貢獻(xiàn)率為7.96%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為99.81%，反映了樣品絕大部分信息特征。傳感器S10、S5、S4、S3、S1的分布接近零坐標(biāo)，且位置靠近，有部分重疊，表明其感應(yīng)信號變化較弱，貢獻(xiàn)率小，表明它們對不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性氣味的敏感程度較低。傳感器S6（甲基類）、S7（硫化物）對第1主成分的貢獻(xiàn)率較大，且S6對第2主成分的貢獻(xiàn)率最大，S6是區(qū)別不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要傳感器[25]。LA分析說明甲基類物質(zhì)和硫化物在對不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)區(qū)分中貢獻(xiàn)較大，與2.2.1雷達(dá)圖分析結(jié)果相符。

圖3 不同蒸制時(shí)間荔浦芋LA圖

2.2.4 不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分線性判別分析（LDA）

線性判別分析，是繼PCA分析之后對傳感器所感應(yīng)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的響應(yīng)信號進(jìn)一步優(yōu)化處理，擴(kuò)大數(shù)據(jù)之間的差異性，進(jìn)而反映樣品香氣的差異情況。線性判別分析時(shí)，可以利用所有的傳感器信號以提高分類的準(zhǔn)確性[29]。線性判別分析相比于主成分分析來說更加注重樣品在空間中的分布規(guī)律及各樣品間的距離分析[30]，通常與PCA法同時(shí)采用，達(dá)到更好的分析目的。這兩種方法在電子鼻氣味檢測領(lǐng)域已取得良好的效果。根據(jù)圖4可知，不同蒸制時(shí)間荔浦芋LDA圖第1判別函數(shù)（LDA1）的貢獻(xiàn)率為67.24%，第2判別函數(shù)（LDA2）的貢獻(xiàn)率為31.96%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到99.2%，能很好地反映樣品的總體信息。隨著蒸制時(shí)間的延長，除HS 0樣品外，其他樣品在LDA1上相差不大并沒有規(guī)律，在LDA2上變化明顯，并呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，其中HS 10與HS 12.5沒有明顯被區(qū)分開，說明這兩個(gè)蒸制時(shí)間的荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分差異不大。HS 0在LDA1和LDA2方向均表現(xiàn)出最大差異，說明蒸制后的荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生的變化較大。相比其他樣品，HS 2.5偏離HS 0最近，可能是由于蒸制2.5 min荔浦芋尚未熟透，因此與蒸制0 min樣品相似的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分較多。LDA分析總體結(jié)果與2.2.2的PCA分析相似，說明電子鼻可以達(dá)到區(qū)分不同蒸制時(shí)間荔浦芋的目的。

圖4 不同蒸制時(shí)間荔浦芋LDA圖

3 結(jié)論

利用感官評價(jià)并結(jié)合電子鼻結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法對不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析研究。感官評價(jià)結(jié)果顯示蒸制10 min的荔浦芋品質(zhì)更佳。由雷達(dá)分布圖、LA、PCA及LDA結(jié)果表明，電子鼻系統(tǒng)能夠很好地區(qū)分不同蒸制時(shí)間荔浦芋樣品，具有很好的識別不同蒸制時(shí)間荔浦芋的能力。不同蒸制時(shí)間荔浦芋LA分析說明第1主成分起關(guān)鍵作用，傳感器S6、S7對第1主成分的貢獻(xiàn)率較大，且S6對第2主成分的貢獻(xiàn)率最大，即甲基類和硫化物對區(qū)分不同蒸制時(shí)間荔浦芋貢獻(xiàn)較大。PCA分析時(shí)PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率為99.81%，LDA分析時(shí)，LD1和LD2的總貢獻(xiàn)率為99.2%，同樣能較好地區(qū)分不同蒸制時(shí)間的荔浦芋。

通過電子鼻這種快速檢測方法可以看出，不同蒸制時(shí)間的荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在差異，荔浦芋在蒸制過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生了變化，但不能對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分進(jìn)行定性和定量分析，不能檢測出樣品的特征性揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類及含量，要了解不同蒸制時(shí)間荔浦芋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成，需要結(jié)合GC-O、GC-MS做進(jìn)一步的分析。