基于主成分分析法的鹽水鵝老鹵風(fēng)味強(qiáng)度評價模型的構(gòu)建

邵俊鋒，李波，陸煬，王君，崔桂友

(揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州，225000)

揚(yáng)州鹽水鵝是淮揚(yáng)菜系中一道經(jīng)典鹵菜，在全國享有盛名[1-2]。鹽水鵝獨(dú)特的風(fēng)味主要是因為老鹵的使用。老鹵是由新鹵至少煮制20～30次而成[3]，在反復(fù)鹵煮過程中，會不斷積累源于鵝肉和各種香料中的風(fēng)味物質(zhì)，如游離氨基酸、核苷酸、醇類、醛類等，從而形成獨(dú)特的風(fēng)味，進(jìn)而賦予并增強(qiáng)鹽水鵝特有風(fēng)味[4-5]，這也是許多賣家常以“百年老鹵”作為賣點(diǎn)的原因之一[4]。研究表明總游離氨基酸、呈味核苷酸、味精當(dāng)量、醛類、酸類等風(fēng)味物質(zhì)含量會隨著鹵水鹵制次數(shù)的增加不斷上升[6-11]。老鹵中風(fēng)味物質(zhì)種類繁多、組成復(fù)雜，對其綜合分析難度較大。目前對于鹵水風(fēng)味強(qiáng)度的評價主要還是依靠感官指標(biāo)，但感官評定存在主觀性強(qiáng)、評定人員易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)。

主成分分析是一種多元統(tǒng)計分析方法，能把原有的多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化成少數(shù)幾個能反映原來指標(biāo)大部分的信息的綜合指標(biāo)，并且各個指標(biāo)之間保持獨(dú)立，可以避免出現(xiàn)重疊信息，起著降維和簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的作用[12]，在茶葉、羊肉、牛奶等食品[13-16]的香氣質(zhì)量評價中得到了廣泛的應(yīng)用。本研究利用頂空固相微萃取(headspace solid phasemicro-extraction，HS-SPME)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS)對老鹵中風(fēng)味成分進(jìn)行萃取并定性定量,采用相對氣味活度值(relative odor activity value，ROAV)尋找關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)合主成分分析法和感官評價法建立揚(yáng)州老鵝老鹵香氣質(zhì)量的評價模型，為以后更加客觀評價特征性風(fēng)味強(qiáng)度提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

老鹵：購于揚(yáng)州市邗江區(qū)黃玨鎮(zhèn)5家攤位，均添加了蔥、姜、八角、桂皮、香葉、小茴、花椒等香辛料與鹽，按照各家特定的比例鹵制鹽水鵝20次以上并貯存于不銹鋼鍋中，從鍋底部放液采樣并以50 mL聚丙烯離心管盛裝，標(biāo)記為L1、L2、L3、L4、L5。

1.2 儀器與設(shè)備

DK-S26型電熱恒溫水浴鍋，上海申生生物科技有限公司；75 μm PDMS萃取頭，上海安譜科學(xué)儀器有限公司；Trace ISQ氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國賽默飛世爾有限公司。

1.3 實(shí)驗方法

1.3.1 揮發(fā)性物質(zhì)的萃取

萃取頭在氣相色譜進(jìn)樣口處老化1 h，老化溫度250 ℃。量取15 mL樣品置于萃取瓶中，60 ℃水浴40 min，并將萃取頭的纖維頭置于至萃取瓶上端約1/3 處進(jìn)行萃取。萃取結(jié)束后將萃取頭迅速插入進(jìn)樣口250 ℃解吸5 min。

1.3.2 儀器工作條件

色譜條件：色譜柱：DB-WAX石英毛細(xì)管柱；載氣He，不分流；進(jìn)樣口溫度280 ℃；檢測器溫度250 ℃；程序升溫:起始溫度40 ℃,保持1 min, 以5 ℃/min升溫至100 ℃, 保持8 min, 再以8 ℃/min升溫至 240 ℃,保持5 min。

質(zhì)譜條件：電離方式EI；電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃; 接口溫度為250 ℃; 檢測器電壓350 V; 發(fā)射電流為150 μA; 質(zhì)量掃描為33～500m/z。

1.3.3 定性定量方法

定性：檢索結(jié)果與NIST Library和Wiley Library譜庫對照進(jìn)行成分鑒定，僅報道匹配度和反匹配度均不小于800(最大10 000)的物質(zhì)。

定量：按峰面積歸一化法計算各化合物相對百分比含量。

1.4 風(fēng)味評價

參考劉登勇等[17]的方法。根據(jù)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對百分含量來評價其貢獻(xiàn)程度。ROAV計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Ci和Ti為對應(yīng)揮發(fā)性物質(zhì)的相對百分含量和感覺閾值；Cmax和Tmax分別為對樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大組分的相對百分含量和均對應(yīng)的感覺閾值。

1.5 鹵水香味強(qiáng)度感官評價

將鹵水煮沸后，靜置5 min，由10名(5男5女)經(jīng)過感官評價培訓(xùn)的人員評定，年齡均在20～30歲。評定人員在參評前饑飽適中并用清水漱口，在品評時，各成員單獨(dú)進(jìn)行，不可交流。

評分標(biāo)準(zhǔn)：90～100分，強(qiáng)烈鵝香味風(fēng)味；70～90分，鵝香風(fēng)味明顯；50～70分，中等強(qiáng)度鵝香風(fēng)味；30～50分，輕微鵝香風(fēng)味；0～30分，幾乎沒有鵝香風(fēng)味。

1.6 數(shù)據(jù)處理。

利用IBM SPSS 19.0進(jìn)行主成分分析及繪制載荷圖；用Excel 2016做柱狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同老鹵中揮發(fā)性物質(zhì)的測定

如圖1所示，從老鹵中共檢測出80種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要包括醛類、醇類、酮類、烯烴類、雜環(huán)類化合物等，占所有峰面積的84.04%。在各鹵水中，醛類物質(zhì)數(shù)量最多，L3中數(shù)量最低(14種)，但是其醛類物質(zhì)含量達(dá)到了L3中風(fēng)味物質(zhì)總量的38%；其次烴、酯類物質(zhì)含量在各鹵水中揮發(fā)性物質(zhì)總數(shù)量最低(11種)也達(dá)到了占比29%。醇類和雜環(huán)類物質(zhì)較少，雜環(huán)類物質(zhì)主要是吡嗪類(3種)，呋喃(1種)等。在L5中未檢測出雜環(huán)類物質(zhì)，這可能是由于老鹵在鹵制一定次數(shù)后，需向其中添加一定量的香料、鹽及增加水量，致使低閾值的雜環(huán)類揮發(fā)性物質(zhì)在鹵水中的相對含量減少[3]，未達(dá)到固相微萃取萃取頭的檢出限,增加了香料風(fēng)味物質(zhì)的相對含量。

圖1 鹵水中各類揮發(fā)性物質(zhì)種類數(shù)Fig.1 Numbers of volatile compounds extracted from marinade

鹵水的風(fēng)味不僅是由揮發(fā)性物質(zhì)的種類數(shù)量決定，還與其在風(fēng)味體系中的濃度有關(guān)，為綜合評價物質(zhì)對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)，常利用氣味活度值(odor activity value，OAV)，但OAV的計算涉及到物質(zhì)的具體濃度，且物質(zhì)種類眾多，定量困難[18]。故此借鑒劉登勇等[17]的方法，利用ROAV值評價物質(zhì)的風(fēng)味貢獻(xiàn)大小。物質(zhì)的ROAV值均在0～100，且ROAV值越大，該物質(zhì)的風(fēng)味貢獻(xiàn)也越大。一般認(rèn)為ROVA≥1時，該物質(zhì)為樣品的特征風(fēng)味物質(zhì)，0.1≤ROAV<1時，該物質(zhì)對整體風(fēng)味有重要的修飾作用。由表1可知共有14種物質(zhì)在5個老鹵中均被檢出，為壬醛、正己醛、正庚醛、蘑菇醇、甲酸庚酯、正十四烷、E-2-辛烯醛、2-十一烯醛、(Z)-2-壬烯醛、(Z)-2-癸烯醛、(2Z)-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛。其中壬醛、正己醛、蘑菇醇、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛這5種物質(zhì)在各老鹵中檢出含量較高且ROAV值均大于1，為老鹵的關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。謝偉等[4]報道經(jīng)老鹵復(fù)鹵過的成品鴨中的辛醛、庚醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛含量高于新鹵復(fù)鹵過的成品鴨，與本實(shí)驗的研究結(jié)果相一致。正庚醛、異戊醛、E-2-癸烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛這5種物質(zhì)在個別老鹵中檢出含量較低(0.1≤ROAV<1)，對整體風(fēng)味具有重要的修飾作用。相較于其他化合物，醛類物質(zhì)閾值通常更低且低級醛含有獨(dú)特的脂香，可能是源于類脂物質(zhì)中不飽和?；湹难趸呀庾饔茫瑢φw風(fēng)味具有較大的貢獻(xiàn)[19-21]。壬醛、己醛、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛主要是源于油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸的氧化[22]。壬醛具有柑橘香、玫瑰等香型,脂香濃郁[23]；己醛具有青草、清新味，能賦予肉制品刺激性的辛辣味，增加味感[24]；(E,E)-2,4-壬二烯醛具有脂肪味[26]；(E,E)-2,4-癸二烯醛是亞油酸氧化的產(chǎn)物,具有脂肪味和炸土豆味，感覺閾值較低，在老鹵中ROAV均大于90，對整體風(fēng)味具有重要貢獻(xiàn)。醇類源于脂肪氧化，一般閾值較高，在整體風(fēng)味中起修飾作用[25]。蘑菇醇被公認(rèn)為是蘑菇的特征風(fēng)味，其前體物質(zhì)是亞油酸，作為低閾值的醇類物質(zhì)，對風(fēng)味有重要作用[26]。庚醛呈水果香味；異戊醛在低濃度時呈現(xiàn)令人愉快的水果香氣[27]；E-2-癸烯醛天然存在于胡荽油中，有橙子及雞、家禽肉香味；E-2-庚烯醛具有脂肪味、動物脂味；(E,E)-2，4-庚二烯醛呈脂肪、青草、水果味[26]；烯醛類物質(zhì)味型豐富，能修飾整體風(fēng)味，還能作為香味的前體物質(zhì)參與羰氨反應(yīng)[28]。甲酸庚酯具有玫瑰花香和梅子的甜香[29]。茴香腦、α-松油醇、草蒿腦、青葉醛、芳樟醇、桉樹腦、欖香烯、大茴香醛、紅沒藥烯、香葉基乙烯基醚這類物質(zhì)可能都源于老鹵中添加的香辛料，都有自己的獨(dú)特香型，對老鹵獨(dú)特風(fēng)味的形成可能具有促進(jìn)作用。

表1 各鹵水中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)SPME-GC-MS分析結(jié)果及對應(yīng)ROAV

2.2 風(fēng)味物質(zhì)的主成分分析

對27種物質(zhì)(ROAV≥0.1)以及甲酸庚酯(未找到其閾值，但具有玫瑰和梅子香味[29]且在5個老鹵中均有出現(xiàn)，可能為鹵水的關(guān)鍵香味成分)進(jìn)行主成分分析，提取特征值大于1的成分。方差貢獻(xiàn)率表示該主成分能夠代表整個數(shù)據(jù)分布多少的變化。表2表明第1主成分占據(jù)了43.39%原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)變異，第2主成分說明了28.81%的變異。數(shù)據(jù)的分布是有一定規(guī)律的，在某一個方向上的投影是大于其他方向的。其中有43.39%的變異是落在第一個方向上。前3個主成分累計貢獻(xiàn)率已達(dá)到90.25%，已包含風(fēng)味物質(zhì)的大部分信息，可進(jìn)行老鹵的風(fēng)味評估。

續(xù)表1

表2 相關(guān)矩陣的特征值和累計貢獻(xiàn)率Table 2 Eigen values and cumulative contribution rates of top three principal components

結(jié)合表3可求得各主成分的方程：

表3 主成分的特征向量Table 3 Eigenvectors of top three principal components

F1=-0.091X1+0.251X2+0.275X4+…-0.038X63-0.102X71+0.280X76

F2=-0.326X1-0.117X2-0.066X4+…-0.207X63-0.307X71+0.056X76

F3=0.118X1-0.117X2+0.125X4+…+0.058X63+0.164X71+0.103X76

這3個主成分占據(jù)了所有數(shù)據(jù)90%以上的變異。

物質(zhì)載荷的絕對值越大，對于主成分的影響就越大，這種影響則可以通過載荷所代表的點(diǎn)到原點(diǎn)之間的距離來進(jìn)行評判，風(fēng)味物質(zhì)在進(jìn)行主成分分析之后位置在原點(diǎn)附近，則說明該風(fēng)味物質(zhì)對于老鹵之間的區(qū)別貢獻(xiàn)不大[12]。載荷圖上每個點(diǎn)都分布在不同的方向，表明這些風(fēng)味物質(zhì)相互之間并沒有太大的相似性，揮發(fā)性物質(zhì)主成分與載荷如圖2所示。

圖2 揮發(fā)性物質(zhì)主成分載荷圖Fig.2 Principal component analysis loading plots

由圖2可看出，其中第1主成分的值同草蒿腦、E-2，4-庚二烯醛、橙花醛、欖香烯、桉樹腦、大茴香醛、青葉醛的含量成正相關(guān)，這些物質(zhì)大部分源于老鹵中添加的香辛料，意味著第1主成分主要代表了老鹵中香料的風(fēng)味。

第2主成分主要代表成分有2，4-癸二烯醛、正十四烷、2-乙?；邕?、茴香腦、十二烷、蘑菇醇、芳樟醇，與正己醛、異戊醛含量成負(fù)相關(guān)。2，4-癸二烯醛、正十四烷、十二烷、蘑菇醇主要源于脂類物質(zhì)的降解、2-乙酰基噻唑可能是源于Maillard反應(yīng)[26]，而茴香腦及芳樟醇主要源于鹵水中添加的香料物質(zhì)。

第3主成分代表了18.04%的變異程度和所有變量都呈現(xiàn)正相關(guān)，代表了矩陣所有變異程度10%，其值與反-2-辛烯醛、正辛醛、(Z)-2-癸烯醛、(Z)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、壬醛含量成正相關(guān)。這些物質(zhì)主要源于脂類物質(zhì)的氧化降解，代表了老鹵中烯醛一類的揮發(fā)性物質(zhì)。

通過各風(fēng)味物質(zhì)主成分的特征向量計算出各老鹵的第1、第2主成分值。將第1主成分的值作為橫坐標(biāo)，第2主成分的值作為縱坐標(biāo)，繪制出各老鹵的得分圖。得分圖可以反映出樣本的區(qū)分情況,如圖3所示。

圖3 樣品主成分得分圖Fig.3 Sample principal component analysis score plots

由圖3可知，L1、L3距離原點(diǎn)較近，說明其各項物質(zhì)含量較均衡，L2與L4處于第2主成分兩極，L4與L5處于第1主成分兩極，表明L2中烷醇類物質(zhì)較少，但相應(yīng)L4中烷醇類物質(zhì)較多，L5中源于香料的風(fēng)味物質(zhì)更多，與表1中結(jié)果吻合。

2.3 鹵水特征性風(fēng)味強(qiáng)度評分

表4 鹵水特征性風(fēng)味強(qiáng)度評分Table 4 Principal component scores of marinade samples

3 結(jié)論

為評價揚(yáng)州鹽水鵝老鹵的風(fēng)味強(qiáng)度，利用SPME-GC-MS對老鹵的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行采集鑒定，共鑒定出80種物質(zhì)，其中醛類物質(zhì)種類最多，烴、酯類物質(zhì)種類數(shù)量次之，這可能是由于鹵水在不斷烹煮老鵝的過程中，類脂物質(zhì)中不飽和酰基鏈不斷氧化，產(chǎn)生了醛類、酮類等低閾值揮發(fā)性物質(zhì)。依據(jù)ROAV值的大小探討揚(yáng)州鹽水鵝老鹵的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)。其中壬醛、正己醛、蘑菇醇、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛為老鹵的關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；正庚醛、異戊醛、E-2-癸烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛對整體風(fēng)味具有重要的修飾作用。對上述物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，其中第1主成分主要代表了老鹵中香料的香味，第2主成分代表了老鹵中烷醇一類的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，第3主成分代表了老鹵中烯醛一類的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；并以此建立鹵水風(fēng)味強(qiáng)度評價模型，得到鹵水風(fēng)味強(qiáng)度評價模型為F=0.433 9F1+0.288 1F2+0.180 4F3，與傳統(tǒng)感官評價結(jié)果具有較好的一致性。利用主成分分析法構(gòu)建的鹵水評價模型具有一定的適用性，為以后感官結(jié)合儀器客觀評價風(fēng)味強(qiáng)度提供參考依據(jù)。