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HS-SPME-GC-MS 結(jié)合電子感官技術(shù)分析新疆抓飯的揮發(fā)性物質(zhì)
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2024-01-09 14:45 |
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抓飯是新疆民族特色傳統(tǒng)主食，因盛入大餐盤中以手抓食而得名。抓飯營(yíng)養(yǎng)全面，亦菜亦飯，食用方便，適合各年齡段的人群。風(fēng)味是食品重要的品質(zhì)之一，通常由滋味和氣味兩部分組成。本研究通過(guò)電子鼻/電子舌對(duì)抓飯中的香氣成分進(jìn)行主成分分析（PCA）和判別因子分析（DFA），采用SPME-GC-MS結(jié)合計(jì)算ROAV值確定關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)。
抓飯，市售；Asrree Ⅱ/LS16電子舌、HERACLES Ⅱ電子鼻，氣質(zhì)聯(lián)用儀。 樣品粉碎，稱取1g樣品于20g樣品瓶中，迅速用專用瓶蓋壓蓋密封，電子鼻測(cè)定參數(shù)：清洗時(shí)間120s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間10s，測(cè)定時(shí)間120s，載氣流速150mL/min，每組樣品測(cè)定5次，取最后3次穩(wěn)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 稱取7.5g樣品定容至120mL，振蕩混勻，常溫振蕩孵育30min，4000r/min離心15min，上清液過(guò)濾后上機(jī)測(cè)定。數(shù)據(jù)采集前，對(duì)電子舌進(jìn)行傳感器活化、校準(zhǔn)等操作，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性與穩(wěn)定性。將100mL濾液置于電子舌專用容器中，樣品采集與清洗交替進(jìn)行每?jī)蓚€(gè)樣品間放1杯100mL的蒸餾水，清洗10s，樣品采集時(shí)間120s，重復(fù)7次，取后4次試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 采用頂空固相微萃取法進(jìn)行樣品處理，稱取2g樣品，放入20mL帶有硅膠墊帽的頂空萃取瓶中，立即密封，萃取溫度60℃，平衡15min，頂空吸附45min。250℃解析5min。 利用ROAV定義對(duì)樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，即ROAVmax=100，其它揮發(fā)性成分ROAV按式（1）計(jì)算。
5種抓飯電子鼻檢測(cè)主成分分析PCA結(jié)果如圖1所示，第1主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率為54.178%，第2主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率為38.429%，2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率92.607%，總貢獻(xiàn)率超過(guò)85％表明試驗(yàn)方法的可行性，說(shuō)明PC1和PC2兩軸包含了PCA轉(zhuǎn)換中絕大部分的貢獻(xiàn)率，主要成分可以較好地反映原來(lái)多指標(biāo)的信息。ZS4和ZS5判別指數(shù)為7.4%，表明這兩個(gè)抓飯的香氣高度相似。判別因子分析DFA分析可知，不同抓飯?jiān)贒FA圖中分別有各自的區(qū)域并且沒有重疊。其中主成分1（DF1）的貢獻(xiàn)率達(dá)到了88.227%，主成分2（DF2）的貢獻(xiàn)率達(dá)到了9.237%，主成分1（DF1）和主成分2（DF2）的累積方差貢獻(xiàn)率為97.464%，包含了樣品絕大部分信息，說(shuō)明用DFA來(lái)表示電子鼻整體信息非?？尚?。電子鼻結(jié)合DFA可以很好地區(qū)分5種市售抓飯。
圖1 電子鼻檢測(cè)不同抓飯的PCA和DFA分析圖譜 圖3和圖4為電子舌檢測(cè)抓飯PCA和DFA分析。在PCA中第l主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到70.382％和23.923％，2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率94.305%，總貢獻(xiàn)率超過(guò)85％表明試驗(yàn)方法的可行性，說(shuō)明PC1和PC2兩軸包含了PCA轉(zhuǎn)換中絕大部分的貢獻(xiàn)率，判別指數(shù)DI＝84，主要成分可以較好地反映原來(lái)多指標(biāo)的信息。在DFA中第l主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到94.102％和5.387％，解釋樣品99.489%的有效信息。
圖2 電子舌檢測(cè)不同抓飯的PCA和DFA分析圖譜 表1是5個(gè)不同品種抓飯電子舌區(qū)別指數(shù)分析，ZS2、ZS3、ZS5區(qū)別指數(shù)分別為6.59，9.56，12.87，距離值最小，可知三者味覺的相似性較大。ZS1和ZS4的距離值最大43.25，可知兩者的相似性最小。
5種不同市售抓飯的雷達(dá)指紋圖譜見圖3和表2，由圖3和表2可知，不同抓飯?jiān)贏NS、CPS味覺上存在顯著性差異。AHS和CSC味覺上差異較小。
圖3 電子舌檢測(cè)不同抓飯的雷達(dá)圖分析
GC-MS檢測(cè)揮發(fā)性物質(zhì)種類與含量 5種市售抓飯共鑒定出132種化合物，其中包括烷烴（25種）、烯烴（16種）、醛類（27種）、醇類（26種）、酮類（11種）、酯類（9種）、苯酚類（15種）、其它（3種）。從圖4可以看出，ZS1鑒定出87種，其中醛類（43.31%）、烷烴（20.54%）相對(duì)含量較高；ZS2鑒定出92種，其中醛類（50.68%）、烯烴（17.41%）、烷烴（10.53%）相對(duì)含量較高；ZS3鑒定出74種，其中烷烴（11.11%）、烯烴（8.11%）相對(duì)含量較高；ZS4鑒定出92種，其中醛類（32.47%）、烯烴（11.12%）相對(duì)含量較高；ZS5鑒定出86種，其中醛類（30.04%）烯烴（16.85%）相對(duì)含量較高。
圖4 不同抓飯揮發(fā)性成分分類和相對(duì)含量統(tǒng)計(jì) 5組抓飯GC-MS分析如表4所示，共檢測(cè)出共有揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)39種，主要包括：烷烴類（6種）相對(duì)平均含量7.67%，烯烴類（8種）相對(duì)平均含量10.25%、醛類（11種）相對(duì)平均含量19.58%、醇類（4種）相對(duì)平均含量0.66%、酯類（2種）相對(duì)平均含量0.1%、酮類（2種）相對(duì)平均含量0.14%、雙萜類（2種）相對(duì)平均含量1.39%、其它（4種）相對(duì)平均含量1.46%。5組抓飯共有化合物相對(duì)平均含量為41.252%。相對(duì)平均含量超過(guò)1%的化合物有10種分別為：十一烷（4.54%）、十二烷（2.47%）、月桂烯（4.54%）、萜品烯（3.52%）、1-石竹烯（3.63%）、(E,Z)-2,4-癸二烯醛（1.35%）、4-異丙基苯甲醛（7.51%）、4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛（1.91%）、反式-2,4-癸二烯醛（2.94%）、4-丙烷-2-環(huán)己胺-1,4-二烯-1-碳醛（2.55%），這10種化合物相對(duì)總含量達(dá)到34.96%，占共有化合物相對(duì)含量的84.7%。 表3 基于氣相色譜質(zhì)譜（GC-MS）鑒定抓飯共有揮發(fā)性成分
根據(jù)文獻(xiàn)查閱感覺閾值并計(jì)算抓飯香氣成分ROAV，本研究只針對(duì)能查到感覺閾值的化合物。篩選ROAV大于0.1的揮發(fā)性物質(zhì)分析，結(jié)果如表4所示，(E,Z)-2,4-癸二烯醛對(duì)抓飯香氣貢獻(xiàn)最大，定義其為ROAVmax=100，ROAV≥1的物質(zhì)對(duì)抓飯香氣貢獻(xiàn)較大，0.1≤ROAV＜1的物質(zhì)對(duì)抓飯香氣有重要的修飾作用。月桂烯、1-石竹烯、己醛、庚醛、(E)-2-壬烯醛、反-2-辛烯醛、壬醛、(E,Z)-2,4-癸二烯醛、4-異丙基苯甲醛、4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛、苯乙醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-庚烯醛、α-紫羅酮、β-紫羅酮、2-正戊基呋喃18種化合物ROAV大于0.1，為抓飯香氣主要香氣成分。其中(E,Z)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛、(E)-2-癸烯醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、β-紫羅酮7種化合物ROAV大于1，為抓飯關(guān)鍵香氣成分，其余11種化合物對(duì)抓飯香氣具有重要修飾作用。 表4 抓飯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的香氣閾值及ROAV
為進(jìn)一步研究抓飯揮發(fā)性成分的變化，采用主成分分析法對(duì)抓飯ROAV進(jìn)行分析。由圖5可知，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為59.4%，第二主成分方差貢獻(xiàn)率為19.4%，第三主成分方差貢獻(xiàn)率為15.8%，前3個(gè)主成分方差累計(jì)率為94.6%，表明3個(gè)主成分能夠代表原始數(shù)據(jù)的信息。在第一主成分上，D5[(E)-2-壬烯醛]、D10（壬醛）、D15[(E,Z)-2,4-癸二烯醛]、D19[(E)-2-癸烯醛]、D21[(E,E)-2,4-癸二烯醛]、E6（β-紫羅酮）為正影響，其余為負(fù)影響；在第二主成分上，D5[(E)-2-壬烯醛]、D10（壬醛）、D17（4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛）、E6（β-紫羅酮），D15[(E,Z)-2,4-癸二烯醛]較高負(fù)影響；在第三主成分上，D1（己醛）、D15[(E,Z)-2,4-癸二烯醛]、E6（β-紫羅酮）較高整影響，C3（月桂烯）、D2（庚醛）、D5[(E)-2-壬烯醛]、D10（壬醛）、D16（4-異丙基苯甲醛）、D17（4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛）、D19[(E)-2-癸烯醛]、D21[(E,E)-2,4-癸二烯醛]為負(fù)影響。表明這些揮發(fā)性物質(zhì)可能是影響不同市售抓飯風(fēng)味差異的關(guān)鍵物質(zhì)。
圖5 抓飯揮發(fā)性成分PCA雙標(biāo)圖 圖6為抓飯主要揮發(fā)性化合物聚類熱圖。通過(guò)顏色變化可直觀看出各抓飯揮發(fā)性風(fēng)味組分間存在差異；通過(guò)化合物聚類結(jié)果可知，化合物相對(duì)含量相似組分大多聚為一類，顏色變化趨勢(shì)基本一致；從上方的聚類來(lái)看，所有的樣品大致可以分為3類：主要體現(xiàn)在a、b、c3個(gè)區(qū)域內(nèi)揮發(fā)性化合物相對(duì)含量的變化；聚類熱圖在主成分分析和相關(guān)性分析上均有較高的響應(yīng)。
采用電子鼻結(jié)合主成分分析，電子鼻可以對(duì)不同市售抓飯中的揮發(fā)性成分進(jìn)行有效區(qū)分；采用電子舌結(jié)合主成分分析，電子舌無(wú)法對(duì)不同市售抓飯中的滋味進(jìn)行有效區(qū)分，表明市售抓飯滋味差異不明顯。經(jīng)GC-MS分析，5種市售抓飯共鑒定出132種化合物，其中包括烷烴（25種）、烯烴（16種）、醛類（27種）、醇類（26種）、酮類（11種）、酯類（9種）、苯酚類（15種）、其它（3種）。5組抓飯共檢測(cè)出共有揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)39種，不同商家制作的抓飯揮發(fā)性成分具有一定的差異性，相對(duì)平均含量超過(guò)1%的化合物有10種分別為：十一烷（4.54%）、十二烷（2.47%）、月桂烯（4.54%）、萜品烯（3.52%）、1-石竹烯（3.63%）、(E,Z)-2,4-癸二烯醛（1.35%）、4-異丙基苯甲醛（7.51%）、4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛（1.91%）、反式-2,4-癸二烯醛（2.94%）、4-丙烷-2-環(huán)己胺-1,4-二烯-1-碳醛（2.55%）。 ROAV結(jié)合PCA分析表明，月桂烯、1-石竹烯、(E,Z)-2,4-癸二烯醛、4-異丙基苯甲醛、4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、β-紫羅酮為抓飯關(guān)鍵香氣物質(zhì)。通過(guò)揮發(fā)性成分聚類熱圖分析，不同抓飯樣品之間色差較大，表明揮發(fā)性物質(zhì)可作為不同抓飯的判別方式。
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參考文獻(xiàn)：于明,毛紅艷,祖力皮牙·買買提等.HS-SPME-GC-MS結(jié)合電子感官技術(shù)分析新疆抓飯的揮發(fā)性物質(zhì)[J/OL].中國(guó)食品學(xué)報(bào),1-13[2023-12-29]http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.4528.TS.20231221.1658.004.html.
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