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
結果與分析
討論
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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材料與方法
材料與耗材
樣品
紫皮大蒜:山東金鄉(A);云南洱源(B);江蘇新沂(C);遼寧鐵嶺(D)。
樣品
紫皮大蒜:山東金鄉(A);云南洱源(B);江蘇新沂(C);遼寧鐵嶺(D)。
GC-MS頂空瓶蓋及保護墊片(均為金屬材質)、頂 空瓶 墊 (PTFE(210 ℃)/Silicone(120 ℃))、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、Elite-5MS色 譜柱(30m×0.25mm×0.25μm)、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6套傳感器(該套傳感器為部分專一性傳感器),包括 AHS(酸)、PKS、CTS(咸)、NMS(鮮)、CPS、ANS、SCS共7根 傳 感 器,選 擇 Ag/AgCl作為參比電極。該套傳感器對酸、咸、鮮具有專一性識別。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0~12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、咸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 D65光 源。D65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,以確保測量的精確性。3nhNR200型色差儀獲得的數據包括L* 、a* 、b* 、c* 、h* ,其代表的具體意義見文獻。 每個樣品檢測3次,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、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,放入容量瓶中定容(蒸餾水)至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。將 A、B、C、D 樣品分別放入電子舌自動進樣 器 的2,4,6,8位;1,3,5,7位 放 裝有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5次,取后3次在100~120s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(約0.1cm3)。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500μL,注入電子鼻檢測器,進樣速度500μL/s。電子鼻檢測120s,檢測器清潔180s,取傳感器在120s時的穩定值作為檢測結果進行分析。每個樣品平行檢測 7次,取后3次穩定值作為檢測數據進行分析。
GC-MS樣品制備及檢測
GC-MS樣品制備及檢測
取大蒜50g,用刀剁碎(約0.1cm3)。準 確 稱 取1.0g,裝入頂空瓶中,用 GC-MS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2次。
GC條件:載氣(氦氣99.999%)流速1mL/min, 分流比15:1。
進樣口溫度:250 ℃;
升溫程序:40 ℃, 保留2min,以2 ℃/min升溫至 170 ℃,保留 5min, 以10 ℃/min升溫至 250 ℃,保留1min。
進樣口溫度:250 ℃;
升溫程序:40 ℃, 保留2min,以2 ℃/min升溫至 170 ℃,保留 5min, 以10 ℃/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:45~450m/z;掃描延遲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
4個樣品色差主成分分析結果見圖1。
圖1 色差主成分分析
由圖1可知,PC1+PC2為91.87%,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。圖1中 A、B分別分布在 Y 軸的右、左,說明 A、B 差 異 明 顯。C、D 分 布 在 Y 軸 上,且互有交叉,說明 C、D差異小。
智能感官分析
電子舌酸、咸、鮮味比較分析
電子舌 AHS(酸)、CTS(咸)和 NMS(鮮)專 一 性傳感器檢測到的樣品酸、咸和鮮味的強度值見圖2
圖2 電子舌檢測酸味、咸味、鮮味強度比較
由圖2可知,B酸味最強,其次為 C、A,D 最弱;D咸味最 強,其 次 為 A、C,B 最 弱;C 鮮 味 最 強,其 次 為A、B,D最弱。
電子舌、電子鼻及數據融合主成分分析
電子舌(a)、電子鼻(b)及電子舌和電子鼻數據融合(c)的主成分分析圖見圖3。
圖3 電子舌(a)、電子鼻(b)及電子舌和電子鼻數據融合(c)主成分分析
圖3中a分析 表 明,PC1+PC2為85.44%,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(a)分析表明,A、B相似度高,C與 A、B有一 定 差 異,其差異主要來源于 PC2,A、B、C 與 D差異大,其差 異 主 要 來 源 于 PC1。有 研 究 表 明,如果 PC1與 PC2差異大,樣品差異主要體現在 PC1上,則樣品差異 大,相 似 度 低;如果樣品差異體現在 PC2上,則差異小,相似度高。圖3中電子鼻(b)分析表明,B、C相似度高,與 D有一定相似度,與 A 差異大;A、D分別分布在 Y 軸的右、左,差異明顯(差異極大)。食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。圖3中c是電子舌和電子鼻傳感器數據融合后主成分分析結果,可知 PC1+PC2為86.50%,能夠反映樣品的總體風味輪廓。4個樣品分布在二維圖的4個象限,A、D、B、C分別 分 布 在 第 一、二、三 和 四 象 限。說 明 數 據 融合后,4個樣品在風味上差異明顯。融 合 后 的 分 析 結果表明,B、C較為相似,差異主要來源于 PC2;A、D 相似度低,其差異主要來源于 PC1;B、A 較 B、D 相似度無法直觀判斷,需 進 一 步 研 究。圖3中c與 圖3中a比較,差異大;圖3中c與圖3中 b比較,趨勢基本一致,但具體細節有差異,這說明在評價大蒜風味時,大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4。
圖4 電子舌和電子鼻數據融合聚類分析
由圖4可知,B、C在155.45處聚類,這與數據融合主成分分析中B、C相似、一致;B、C與A在170.98處聚類;4個樣品在322.84處聚為一類,這與數據融合主成分分析中 A、D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 B、C相似度高。聚類分析還顯示A與B、C有一定相似度,D與 A、B、C差異較大。
GC-MS分析
質譜圖比較分析
GC-MS檢測結果的質譜圖見圖5
圖5 GC-MS檢測的質譜圖
由圖5可知,樣品 A、B、C、D分別得到12,21,18,17種揮發性物質。4個樣品的主要出峰時間均集中在2~30min之間,40min左右有個別有效峰出現。
4個樣品揮發性物質比較
4個樣品 GC-MS檢測結果見表1。
表1 4個樣品揮發性物質
注:“ND”表示未檢出。
由表1可知,4個樣品共鑒定出31種揮發性物質,其中含硫化合物19種,醛類物質6種,其他物質6種。A、B、C、D 分 別 檢 測 到12,21,18,17種,占 總 含 量 的 95.679%、95.357%、92.737%、88.893%。A 檢 測 到含硫化合物11種,其他物質1種。B檢測到含硫化合物13種,醛類物質6種,其他物 質2種。C 檢 測 到 含硫化合物15種,醛類物質2種,其他物質1種。D 檢測到含硫化合物13種,醛類物質2種,其他物質2種。含硫化合物是大蒜的主要揮發性物質,4個 樣 品 的 含硫化合物含量分別為95.045%、93.866%、92.209%、87.346%。樣品 A(山東)、B(云南)、C(江蘇)、D(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%和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6
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)之間的“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6可知,4個樣品共有物 質7種(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、甲基丙烯基二硫醚、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%。A 樣品特有物質2種,為乙酸甲酯、甲硫醇。B樣品特有物質6 種,為 丙 醛、丁 醛、順 式-3-己 烯 醛、(E)-2-乙 基-2-烯醛、1-環 丁 烯-1-甲 醇、3,4-二 甲 基-2,5-二 氫 呋喃,含量均較低。C樣品特有物質3種,為1-丙-1-烯基磺酰基丙-1-烯、甲 基 異 丙 基 二 硫 醚、丁 酮。D 樣 品特有物質4種,為硫 化 丙 烯、硼 烷 二 甲 硫 醚、丙 酸-2-丙 烯酯、氧雜環丁烷,含量均較低。A、B,A、C,A、D,B、D, A、C、D無共有物質。B、C共有物質1種,為2,3-二甲 基噻吩。C、D共有物質1種,為二氧化硫。A、B、C共有物質2種,為烯丙硫醇、丙基烯丙基 硫 醚;A 樣 品 的 烯丙硫醇(11.389%)含量高。B、C、D 共有物質4種,為二甲基三硫、3,4-二 甲 基 噻 吩、(E)-丁-2-烯 醛、2-甲 基丁醛。B、C、D共有物質種類較多。A、B、D 共有物質1種,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。而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 硫醚、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4種特征硫化物。
二烯丙基二硫醚在4個樣品中均為含量最高的物質,它是大蒜素降解的最主要化合物[17]。其含量分別為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(4.3μg/kg),具有強烈的洋蔥、芥末、大蒜香味,可用于多種食品的調香,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,A、B、C中二烯丙基二硫醚含量比較接近;而 D(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 4 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 表明,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6.3μg/L,對大蒜風味的形成貢獻較大。
烯丙基甲基 二 硫 醚 在 4 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 表明,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6.3μg/L,對大蒜風味的形成貢獻較大。
二烯丙基硫醚在4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。A(山東)樣品中的二烯丙基硫醚含量最高,B(云南)樣品含量最低,C(江蘇)、D(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物,在4個樣品中含量分別為6.310%、2.521%、2.478%、 4.299%。A(山 東)樣 品 含 量 較 高,其 次 為 D(遼 寧), B(云南)、C(江蘇)含量較低,且含量相當。
二甲基二硫醚的含量是4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68μg/L,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4個樣品中的含量差異較大,其中 A(山 東)樣 品 含 量 最 低(0.909%)。D(遼 寧)樣品含 量 最 高(21.087%),這與劉建的研究結論一致。 B(云南)、C(江 蘇)樣 品 中 的 二 烯 丙 基 四 硫 醚 含 量 相當,均在13%左右。
二烯丙基四硫醚在4個樣品中的含量差異較大,其中 A(山 東)樣 品 含 量 最 低(0.909%)。D(遼 寧)樣品含 量 最 高(21.087%),這與劉建的研究結論一致。 B(云南)、C(江 蘇)樣 品 中 的 二 烯 丙 基 四 硫 醚 含 量 相當,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。A(山 東)樣 品含量低 (0.369%),D(遼 寧)樣 品 含 量 高 (4.723%),B(云南)、C(江蘇)樣品中含量相當。
總體來看,B(云 南)、C(江 蘇)共 有 物 質 總 體 含 量相當(93.282%、91.357%),而 A(山 東)、D(遼 寧)共有物質含量差異較大。
結 論
為探究 A(山東)、B(云南)、C(江蘇)、D(遼寧)產地大蒜品質的差異,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A、B色差明顯,C、D差異較小。電子舌滋味強度分析表明 B酸味最強,其次為 C、A,最弱的為 D;D 咸味最強,其次為 A、C,最弱的為 B;C 鮮味最強,其次為 A、B,最弱的為 D。電子舌主成分分析表明 A、B 較為相似,與 C有一定 差 異,與 D 差 異 大。電 子 鼻 主 成 分 分析表明 B、C較為相似,與 D 有一定相似度,與 A 差異明顯。電子舌和電子鼻傳感器數據融合主成分分析表明 B、C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 較小;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 A與B、C較D與B、C相似度更高。GC-MS分析結果表明4個樣品共檢測到31種揮發性物質,A、B、C、D 分別檢測到12,21,18,17種,占總含 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7種,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%;二烯丙基二硫醚、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.
提醒:文章僅供參考,如有不當,歡迎留言指正和交流。且讀者不應該在缺乏具體的專業建議的情況下,擅自根據文章內容采取行動,因此導致的損失,運營方不負責。如文章涉及侵權或不愿我平臺發布,請聯系處理。