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基于智能感官和氣質聯用分析不同產地的蒜
發布日期:2023-08-09
         本文擬利用色差儀、智能感官、氣質聯用技術結合主成分、數據融合、維恩圖等研究方法分析不同產地的大蒜在色差、滋味、氣味維度方面的異同,為大蒜深加工及不同產地的大蒜指紋圖譜的構建提供了參考。

         材料與方法
         材料與耗材
         樣品
         紫皮大蒜山東金鄉);云南洱源);江蘇新沂);遼寧鐵嶺)。
         GCMS頂空瓶蓋及保護墊片均為金屬材質)、空瓶 墊 PTFE210 ℃)/Silicone120 ℃))、頂 空 瓶 20mL):美國PerkinElmer公司電子鼻頂空瓶10mL)、 瓶蓋及墊片ALWSCI公司
         儀器
         3nhNR200型色 差 儀 深 圳 市 三 恩 馳 科 技 有 限 公司Astree型 電 子 舌FOX4000 型 電 子 鼻 法 國 AlphaMOS公司Clarus680氣相色譜儀Elite5MS譜柱30m×0.25mm×0.25μ)、ClarusSQ8T質譜儀HST40帶捕集阱的頂空進樣器 美國PerkinElmer公司
SG9200T超聲儀 上海冠特超聲儀器有限公司其 他 實驗室常用設備
         目前 AlphaMOS公司的 Astree型電子舌傳感器分為非專一性傳感器和部分專一性傳感器實驗采用AlphaMOS電子舌第套傳感器該套傳感器為部分專一性傳感器),包括 AHS)、PKSCTS)、NMS)、CPSANSSCS根 傳 感 器選 擇 AgAgCl作為參比電極該套傳感器對酸鮮具有專一性識通過傳感器獲得的數據結合 AlphaMOS電子舌分析軟件能夠獲得樣品在12之間的酸味咸味和鮮味的相對強度值利用強度值可對樣品在酸味味和鮮味維度上進行滋味強度排序由于甜味苦味呈味機理比較復雜該套傳感器無法直接獲得其滋味強度需結 合 標 準 品 實 現Alpha MOS 公 司 的 FOX4000型電子鼻由18根 金 屬 氧 化 物 傳 感 器 組 成每 根 傳感器對一類或幾類揮發性物質敏感
         色差檢測
         3nhNR200型 色 差 儀 采 用 65光 源65光 源 是模擬人在近似太陽光下觀測到的照明效果是較為通用的色差檢測光源色差檢測前需進行白板校正確保測量的精確性3nhNR200型色差儀獲得的數據包其代表的具體意義見文獻每個樣品檢測進行主成分分析
         電子舌電子鼻樣品處理方法及檢測方法
         電子舌樣品處理及檢測
         取大蒜50g用攪拌機攪碎準確稱取30.0g入容量瓶中定容蒸餾水250mL放入超聲儀超聲12min經驗值55kHz不加熱)。過濾取濾液80mL放入電子舌檢測專用燒杯樣品分別放入電子舌自動進樣 器 的位 放 裝85mL 的 蒸 餾 水在 檢 測 樣 品 前先 清 洗 傳 感 器120s然后檢測120s每個樣品檢測取后100120s之間的穩定值作為檢測結果進行分析
         電子鼻樣品處理及檢測
         取大蒜50g用刀剁碎0.1cm)。準 確 稱 取1.0g裝入頂空瓶中用電 子 鼻 頂 空 瓶 蓋 密 封待 測將樣品置于50 ℃的保溫設備中孵化5min用進樣針 抽取500μ注入電子鼻檢測器進樣速度500μ電子鼻檢測120s檢測器清潔180s取傳感器在120s的穩定值作為檢測結果進行分析每個樣品平行檢測 取后次穩定值作為檢測數據進行分析
         GCMS樣品制備及檢測
         取大蒜50g用刀剁碎0.1cm)。準 確 稱 取1.0g裝入頂空瓶中GCMS專用頂空瓶蓋頂空瓶蓋裝配順序頂空瓶蓋頂空瓶保護墊頂空瓶墊頂空瓶 墊 PTFE 深色一面朝向樣品密 封放 入 自 動進樣器待測萃取溫度50℃進樣針55℃傳輸線60℃萃取20min干吹2min解 吸0.1min加 壓釋 壓2min捕集阱保持4min捕集阱循環次數
         GC條件載氣氦氣99.999%流速1mLmin分流比15:1
         進樣口溫度250 ℃
         升溫程序40 ℃保留2min2 ℃min升溫至 170 ℃保留 5min10 ℃min升溫至 250 ℃保留1min
         MS條件EI離子源電子轟擊能量為70eV離子源溫度230℃全掃描質量掃描范圍45450m描延遲66s標準調諧文件
         定性分析揮發性成分的 定 性 以 檢 索 NIST2011譜庫選取正反匹配度均大于700同時與文獻值進行比對和結合人工解析質譜圖進行確定
         定量分析峰面積歸一化法計算相對百分含量
         數據分析及制圖
         數據分析及制圖采用 Origin2018軟件

         結果與分析
         色差分析
         個樣品色差主成分分析結果見圖
圖1
色差主成分分析
         由圖可知PC1+PC291.87%說明在進行線性變換時色差的主要信息被有效保留能夠反映樣品的主要色差信息分別分布在 軸的說明 差 異 明 顯分 布 在 軸 上互有交叉說明 差異小
         智能感官分析
         電子舌酸鮮味比較分析
         電子舌 AHS)、CTSNMS專 一 性傳感器檢測到的樣品酸咸和鮮味的強度值見圖
圖2
電子舌檢測酸味咸味鮮味強度比較
         由圖可知酸味最強其次為 最弱咸味最 強其 次 為 最 弱鮮 味 最 強其 次 為最弱
         電子舌電子鼻及數據融合主成分分析
         電子舌)、電子鼻及電子舌和電子鼻數據融的主成分分析圖見圖
圖3
電子舌)、電子鼻及電子舌和電子鼻數據融合主成分分析 
         分析 表 明PC1+PC285.44%能 夠反映樣品的主要滋味輪廓有研究表明在電子舌分析中PC1+PC2大于80%即可反映樣品的整體滋味輪廓電子舌分析表明相似度高有一 定 差 異其差異主要來源于 PC2差異大其差 異 主 要 來 源 于 PC1有 研 究 表 明PC1PC2差異大樣品差異主要體現在 PC1則樣品差異 大相 似 度 低如果樣品差異體現在 PC2則差異小相似度高中電子鼻分析表明相似度高有一定相似度差異大分別分布在 軸的右差異明顯差異極大)。品是滋味和氣味的綜合體單獨從滋味或者氣味維度無法說明樣品整體差異性數據融合是將電子舌和電子鼻傳感器獲得的數據聯用分析從而獲得樣品滋味和氣味的綜合信息數據融合的方法包括原始數據直接融合法特征值提取后聯用法和分別建模后重組有效信息法本文采用原始數據直接融合法是電子舌和電子鼻傳感器數據融合后主成分分析結可知 PC1+PC286.50%能夠反映樣品的總體風味輪廓個樣品分布在二維圖的個象限分別 分 布 在 第 一三 和 四 象 限說 明 數 據 融合后個樣品在風味上差異明顯融 合 后 的 分 析 結果表明較為相似差異主要來源于 PC2似度低其差異主要來源于 PC1相似度無法直觀判斷需 進 一 步 研 究與 圖比較差異大與圖比較趨勢基本一但具體細節有差異這說明在評價大蒜風味時蒜氣味所占權重更大而滋味所占權重相對較小
         聚類分析
         將電子舌和電子鼻融合后的數據進行聚類分析結果見圖
圖4
電子舌和電子鼻數據融合聚類分析
         由圖可知155.45處聚類這與數據融合主成分分析中相似一致170.98處聚個樣品在322.84處聚為一類這與數據融合主成分分析中 相似度低一致數據融合后的聚類分析和主成分分析均表明 相似度高聚類分析還顯示有一定相似度差異較大
         GCMS分析
         質譜圖比較分析
         GCMS檢測結果的質譜圖見圖
圖5
5 GCMS檢測的質譜圖
         由圖可知樣品 分別得到12211817種揮發性物質個樣品的主要出峰時間均集中在30min之間40min左右有個別有效峰出現
         個樣品揮發性物質比較
         個樣品 GCMS檢測結果見表
1 4個樣品揮發性物質
表1

表1續
         :“ND表示未檢出
         由表可知個樣品共鑒定出31種揮發性物質其中含硫化合物19醛類物質其他物質分 別 檢 測 到12211817占 總 含 量 的 95.679%95.357%92.737%88.893%檢 測 到含硫化合物11其他物質檢測到含硫化合13醛類物質其他物 質檢 測 到 含硫化合物15醛類物質其他物質測到含硫化合物13醛類物質其他物質含硫化合物是大蒜的主要揮發性物質個 樣 品 的 含硫化合物含量分別為95.045%93.866%92.209%87.346%樣品 山東)、云南)、江蘇)、遼寧中含量最高的物質均為二烯丙基二硫醚其含量分別為46.597%49.034%50.503%31.986%二烯丙基二硫醚是不同產地大蒜的主要揮發性物質二烯丙基二硫醚具有生蒜的辛辣味它是大蒜素受熱降解的產物大蒜素受熱降解的產物主要包括二烯丙基二硫醚二烯丙基硫醚等化合物二烯丙基二硫醚的生成應該與樣品在揮發性物質富集時受熱有關
         樣品揮發性物質差異分析
         維恩圖分析結果見圖
 圖6
樣品揮發性成分比較維恩圖
         維恩圖是一種展示在不同的事物群組集合之間大致關系的方法它常常被用來幫助推導關于集合運算的一些規律由圖可知個樣品共有物 質均為含硫化合物),分別為烯丙基甲基硫醚二烯丙基二硫醚烯丙基甲基二硫醚二烯丙基四硫醚基丙烯基二硫醚二烯丙基硫醚二甲基二硫醚共有物質含量分別為80.264%93.282%91.357%85.335%樣品特有物質為乙酸甲酯甲硫醇樣品特有物質為 丙 醛丁 醛順 式-3己 烯 醛、(烯醛1環 丁 烯甲 醇二 甲 基二 氫 呋含量均較低樣品特有物質烯基磺酰基丙甲 基 異 丙 基 二 硫 醚丁 酮樣 品特有物質為硫 化 丙 烯硼 烷 二 甲 硫 醚丙 酸丙 烯氧雜環丁烷含量均較低無共有物質共有物質,3二甲 基噻吩共有物質為二氧化硫共有物質為烯丙硫醇丙基烯丙基 硫 醚樣 品 的 烯丙硫醇11.389%含量高共有物質二甲基三硫二 甲 基 噻 吩、(烯 醛甲 基丁醛共有物質種類較多共有物質為甲基丙基二硫醚

         討論
         完整大蒜并不具有強烈的刺激性氣味大蒜刺激性氣味的產生是大蒜組織受到破壞時大蒜中蒜氨酸受蒜氨酸酶作用而生成了次磺酸大蒜素等物質大蒜素是一種高度不穩定的化合物會分解成硫醚類化合物這些物質大多數是硫代亞磺酸酯的衍生物),如二烯丙基 二 硫 醚二 烯 丙 基 三 硫 醚二 烯 丙 基 四 硫二烯丙基 硫 醚二氧化硫等物質二 烯 丙 基二硫醚二烯丙基三硫醚二烯丙基硫醚二烯丙基四硫醚是大蒜中最常見的種特征硫化物
         二烯丙基二硫醚在個樣品中均為含量最高的物它是大蒜素降解的最主要化合物17其含量分別46.597%49.034%50.503%31.986%二烯丙基二硫醚屬于鏈狀含硫化合物閾值低4.3μkg),有強烈的洋蔥芥末大蒜香味可用于多種食品的調是大蒜香精的主要成分它們的存在對大蒜香味的形成貢獻大有研究表明二烯丙基二硫醚是新鮮大蒜的主要香氣物質比較而言中二烯丙基二硫醚含量比較接近遼寧樣品的二烯丙基二硫醚含量較低這可能與遼寧的地理環境等因素有關
         烯丙基甲基 二 硫 醚 在 個 樣 品 中 的 含 量 分 別 為12.158%18.393%15.112%14.407%含 量 較 高烯丙基甲基二硫醚是大蒜的活性物質之一它也是甲基丙烯基二硫醚的同分異構體19劉 建20的 研 究 表山東金鄉大蒜中烯丙基甲基二硫醚含量占總含量的10%左右這與本文的研究結果基本一致烯丙基甲基 二硫醚具有韭菜味和蒜香味其香氣閾值為6.3μ對大蒜風味的形成貢獻較大
         二烯丙基硫醚在個樣品中的含量分別為9.877%3.739%6.076%6.934%二烯丙基硫醚屬于鏈 狀含硫化合物具有強烈的洋蔥大蒜和芥末香氣它的 形成可能是大蒜中含硫化合物發生了不穩定的 C-S鍵均裂形成了丙烯基自由基和烷硫基這些物質與其他小分子揮發性物質形成了二烯丙基硫化物樣品中的二烯丙基硫醚含量最高云南樣品含量最低江蘇)、遼寧含量相當
         烯丙基甲基硫醚是一種具有蒜臭味的鏈狀含硫化合個樣品中含量分別為6.310%2.521%2.478%4.299%山 東樣 品 含 量 較 高其 次 為 遼 寧), 云南)、江蘇含量較低且含量相當
         二甲基二硫醚的含量是個樣品中共有物質相對較低的物質其含量分別為4.044%2.952%1.376%1.899%二甲基二硫醚的香氣閾值為68μ考慮 其含量其對大蒜風味的形成可能有一定貢獻
         二烯丙基四硫醚在個樣品中的含量差異較大其中 山 東樣 品 含 量 最 低0.909%)。遼 寧品含 量 最 高21.087%),這與劉建的研究結論一致云南)、江 蘇樣 品 中 的 二 烯 丙 基 四 硫 醚 含 量 相均在13%左右
         甲基丙烯基二硫醚是烯丙基甲基二硫醚的同分異構體在不同產 地 的 樣 品 中 差 異 較 大山 東樣 品含量低 0.369%),遼 寧樣 品 含 量 高 4.723%),云南)、江蘇樣品中含量相當
          總體來看云 南)、江 蘇共 有 物 質 總 體 含 量相當93.282%91.357%),山 東)、遼 寧有物質含量差異較大

         結   論
         為探究 山東)、云南)、江蘇)、遼寧地大蒜品質的差異實驗采用色差儀電子舌電子鼻氣質聯用結合主成分及數據融合維恩圖分析不同產地的大蒜在色差滋味氣味整體風味輪廓以及具體風味物質方面的差異實驗結果表明色差分析顯示色差明顯差異較小電子舌滋味強度分析表明 酸味最強其次為 最弱的為 咸味最其次為 最弱的為 鮮味最強其次為 最弱的為 電子舌主成分分析表明 較為相有一定 差 異差 異 大電 子 鼻 主 成 分 分析表明 較為相似有一定相似度差異明顯電子舌和電子鼻傳感器數據融合主成分分析表較為相似數據融合主成分分析還表明在評價大蒜風味時大 蒜 氣 味 所 占 權 重 更 大而 滋 味 權 重 較數據融合聚類分析結果與數據融合主成分分析結果基本一致同時能夠進一步說明 似度更高GCMS分析結果表明個樣品共檢測到31揮發性物質分別檢測到12211817總含 量 的95.679%95.357%92.737%88.893%維恩圖分析表明不同產地的大蒜共有物質均為含硫化合物含硫化合物是不同產地大蒜的主要揮發性物質分別占總含量的95.045%93.866%92.209%87.346%烯丙基二硫醚烯丙基甲基二硫醚是大蒜最主要的揮發性物質含硫化合物的種類和含量可能是不同產地大蒜的主要區別實驗結果對不同產地大蒜的鑒別及指紋圖譜的構建具有積極的參考價值

        參考文獻:范波,王鵬,韓穎等.基于智能感官和氣質聯用分析不同產地的蒜[J].中國調味品,2022,47(08):160-166.
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