基于電子鼻對東坡肘子加熱前后特征風味變化的評價

喬明鋒,易宇文,*,彭毅秦,鄧 靜,劉 陽,李玉斌,吳華昌

(1.四川旅游學院，烹飪科學四川省高等學校重點實驗室,四川成都 610100; 2.四川旅游學院食品學院,四川成都 610100;3.四川理工學院生物工程學院,四川自貢 643000)

基于電子鼻對東坡肘子加熱前后特征風味變化的評價

喬明鋒1,易宇文1,*,彭毅秦1,鄧 靜1,劉 陽2,李玉斌3,吳華昌2

(1.四川旅游學院，烹飪科學四川省高等學校重點實驗室,四川成都 610100; 2.四川旅游學院食品學院,四川成都 610100;
3.四川理工學院生物工程學院,四川自貢 643000)

實驗利用電子鼻,結合感官評價和理化指標,采用主成分和聚類分析等統計學方法,對5種知名品牌的東坡肘子進行加熱前后特征風味變化分析。結果表明:加熱前,四川地區的3個樣品和江南地區的2個樣品表現出明顯的地域性差異;加熱后,兩個區域的樣品相似性增加,但四川地區樣品的差異性擴大;進一步確認造成這種地域性差異的原因是產品配料和工藝共同所致。研究結果為東坡肘子特征風味指紋圖譜的建立和標準化生產奠定基礎。

東坡肘子,電子鼻,主成分分析,聚類分析,感官評價

東坡肘子是以大文豪蘇東坡的名字命名的傳世名菜,據傳,蘇東坡被貶到黃州(今湖北境內),其妻在燉肘子時,疏于看管,使肘子焦黃粘鍋,加調料掩飾焦味而制作出的一道菜肴[1],后經蘇東坡反復改良而成為一道傳世名菜,具有肉香濃郁、肉質軟糯、肥而不膩、粑而不爛的特點。傳統東坡肘子是用豬肘子為主料,以醬油、冰糖、香辛料和鹽等為調料,經汆水、油炸和煨制等工序加工而成。目前市場上出現的方便食用的東坡肘子罐頭,其工藝流程與傳統做法基本一致,僅在煨制時有差異,東坡肘子罐頭以裝罐、參湯和滅菌代替煨制,但其品牌和質量參差不齊,市場缺乏相關的識別和區分方法。

食品的香味主要依靠人的嗅覺(鼻子)來辨識,但個體差異、喜好、生理和心理狀況等對嗅覺的影響很大,重復性、穩定性差。智能嗅覺識別系統(電子鼻)是一種模擬人生理嗅覺的傳感技術,它采用傳感器陣列獲得被分析物質的響應信號,然后利用參數模型技術[2]將響應信號處理成數據,獲得指紋圖譜,形成不同氣味之間的差異,它的使用能夠避免生理嗅覺的缺陷,保證對同一樣品的重復性和穩定性。目前電子鼻在肉類研究中主要應用于肉類鮮度辨別[3-8]、肉類慘假[9-13]、肉制品中微生物監測[14-16]、飼養方式對肉品質的影響[17-21]等領域。

表1 五種東坡肘子樣品信息表Table 1 Details of the five Dongpo elbow samples utilized in the experiment

表2 東坡肘子感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of Dongpo elbow

東坡肘子脂肪含量較高,因此應在加熱后食用,不同品牌或者相同品牌的東坡肘子在加熱前后其風味物質是否有變化,這種變化對品質的影響有多大,是否在可接受的范圍,目前未見相關報道。本研究采用電子鼻技術,結合感官評價和理化指標,利用主成分和聚類分析等方法,比較5種東坡肘子的風味特征在加熱前后的變化,以期為企業生產標準的改進提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

5種東坡肘子樣品 信息見表1。

FALLC4N分析天平 常州市衡正電子儀器有限公司;FOX 4000電子鼻 法國Alpha MOS公司,該電子鼻主機內有3個矩陣室,每個矩陣室內有6根金屬氧化物傳感器,這些傳感器對一類或幾類物質敏感[22-23]。

1.2 實驗方法

1.2.1 理化檢測 蛋白質含量依據GB 5009.5-2010方法測定;總酸含量依據GB/T 12456-2008方法測定;總糖含量參考GB/T 9695.31-2008方法測定。

1.2.2 電子鼻分析方法

1.2.2.1 樣品處理 未加熱樣品:從包裝中取出樣品,將固形物和湯汁置于攪拌機勻漿后,準確稱量2.0000 g,放入頂空瓶,密封、編號,待用。

加熱樣品:將固形物和湯汁置于攪拌機勻漿,轉入盛器,采用保鮮膜密封,蒸30 min以后,準確稱量2.0000 g,放入頂空瓶,密封、編號,待用。

1.2.2.2 電子鼻分析 分析條件:手動進樣,頂空溫度70 ℃,加熱時間300 s,載氣流量150 mL/s,進樣量500 μL,進樣速度500μL/s;數據采集時間120 s,時間延遲180 s。每個樣品平行測試3次,取傳感器在第120 s時獲得的穩定信號進行分析。

1.2.3 感官評價 肉的香味物質構成非常復雜,研究表明在各類肉制品中發現的揮發性香味物質多達1100多種[24],一般來說可以將這1100多種香味物質分成7類:基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、烤香香味、煙熏香味、蔥蒜香味和香辛料香味[25]。結合東坡肘子的工藝流程和配料,從基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、蔥蒜香味和香辛料香味5個維度對其進行感官評價。樣品處理方式按照1.2.2.1中的方式處理;評價人員由21名肉制品加工研究方向的教師和大學生擔任,為降低因評價人員在評價尺度、評價位置和評價方向的差異,數據處理采用李華[26]等人的分析方法。評價標準見表2。

表3 五種東坡肘子加熱前后蛋白質、總酸和總糖變化Table 3 The changes of protein,total acid and sugar of five Dongpo elbow samples before and after heated

圖1 5種東坡肘子樣品加熱前后電子鼻響應雷達圖Fig.1 The radar map of E-nose responses of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

注:不同小寫字母表示不同樣品間差異顯著(p<0.05)；圖4同。

1.3 數據處理

數據分析采用SPSS 22.0;作圖采用Origin 9.1。

2 結果與分析

2.1 東坡肘子加熱前后理化指標檢測

東坡肘子揮發性風味物質主要來源于美拉德反應、酯化反應以及配料中的熱敏性物質。其中,美拉德反應須蛋白質和糖同時存在;釀造類調味品受熱易揮發出氣味物質;酒與脂肪和醋酸的酯化反應生成具有水果香氣的乙酸乙酯;蔥中含硫化物受熱分解產生刺激性氣體等。表3中,東坡肘子在加熱前后蛋白質、總酸和總糖含量差異顯著(p<0.05),蛋白質和總糖含量在加熱后呈下降趨勢,應是美拉德反應消耗所致?？偹嵋渤氏陆祽B勢,可能是醋酸一類的物質受熱產生揮發性氣體和酒發生酯化反應消耗所致。

2.2 東坡肘子加熱前后電子鼻雷達響應信號對比

5種東坡肘子加熱前后的電子鼻分析見圖1,清晰的反應出同一根傳感器對不同樣品的響應信號強度不一樣,說明電子鼻能夠將他們區分開來,也說明樣品之間有差異。傳感器PA/2、P30/1和P40/2對樣品的揮發性香味物質最為敏感,響應值高,1號樣品加熱前后除P30/2外,總體上僅有細微的變化;2、3、4和5號樣品則變化比較明顯,反應在對應的傳感器上是PA/2、P30/1和P40/2,而這幾根傳感器對有機化合物、氧化能力較強的氣體和可燃氣體敏感,這說明經過熱處理,醇類化合物、碳氫化合物和硫化物等有所損失。P30/2這根傳感器對有機化合物敏感,特別是乙醇,1號樣在這根傳感器上加熱后的信號強度強于加熱前,與其他樣品相反,可能是1號樣中的醇類物質在加熱后完全釋放出來所致。

2.3 東坡肘子加熱前后PCA分析

由圖2加熱前,PC1和PC2分別為94.93%和3.77%,總貢獻率98.7%,這說明對原始數據進行線性變換和降維時,其核心成分被有效保留,能夠反映出物質的總體特征;5個樣品分布在四個象限,說明電子鼻能夠從氣味上將它們有效區分,它們在氣味上存在差異。1號樣品橫跨一、二象限,但是其在第一象限的兩個點靠近Y軸,而在第二象限的第三個點離Y軸較遠,可以推測1號樣三個點所構成的三角形重心是落在第二象限的,同時比較1、2號樣品發現除主料外,有7種配料是完全相同的,這與其他樣品相比,其相似度是最高的，所以受熱時,美拉德反應產生的香味物質也最為相似。3號樣品遠離其它幾個樣品,這是由它的配料決定的,3號樣配料少,能夠產生風味物質的是肘子中的蛋白質和糖(美拉德反應),同時雞精調味料中的含硫化合物[27]也是3號樣品中風味物質重要來源。4、5號樣品位于Y軸的右面,分別分布在第四、一象限,分析它們的配料發現4號樣中加入了香辛料,5號樣中加入了姜蔥,這些配料都是風味物質的重要來源,可以推測導致4、5號樣分布在第四、一象限的原因是香辛料和姜蔥風味物質的差異造成的?？v觀加熱前PCA圖,1、2、4和5號樣近似分布在一條與X軸成135度的直線上,分析其配料,發現都添加了釀造醬油,推測可能是由于釀造醬油中的醬香味引起的,主要為酚類、酯類等物質[28]。1和2號與3號樣都分布在Y軸的左面,且分布在第二、三象限,4和5號樣分布在Y軸的右面,且分布在第四、一象限,分析其產地,1號(四川眉山)、2號(四川眉山)和3號(四川自貢)均產自四川,4號(上海)和5號(杭州)產地為江南;由此可見,產品的風味有一定的地域相似性,但這種相似性還受配料的影響。

圖2 5種東坡肘子加熱前后的PCA分析Fig.2 The principal component analysis of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

由圖2加熱后,PC1和PC2的總貢獻率為99.96%,能夠反映物質的總體特征。加熱后5個樣品差距在縮小,有向XY軸交點集中的趨勢,說明樣品的風味物質損失,導致差距縮小。比較而言,1號樣品變化最小(雷達圖中也能說明其變化最小),由緊靠Y軸的左面變為緊靠Y軸的右面,其配料多達16種,這些調味料諸如釀造食醋、芝麻油、蠔油和白酒等含有豐富的揮發性成分,均為有機化合物。2、3、4和5號樣品的相對位置變化較大,應該是風味物質損失較嚴重,分析2、3、4和5號樣品的配料,其種類明顯比1號樣少,在加熱時間、溫度一定的情況下,1號樣產生的風味物質的量必然比2、3、4和5號樣品多;5個樣品的風味物質損失(取樣時的損失)一定的情況下,2、3、4和5號樣品的損失率會高出很多,這可能是1號樣品相對位置變化不大的原因。加熱后,樣品的地域相似性并未完全瓦解,2、3號樣品依然位于Y軸左側;4、5號樣品位于Y軸右側。

2.4 東坡肘子加熱前后CA分析

由圖3加熱前,1、2號樣品兩兩聚類,相似度高,香氣最為接近,5、4、3和1、2號樣品有一定的相似度,聚成4類,這與PCA分析一致,四個象限都有分布。1、2號樣品在0.1826處聚類,分布在第二象限;5號與1、2號在0.35599處聚類,分布在緊靠1、2號的第一象限,且它們都分布在X軸的上部;4號與1、2、5在1.11732處聚類,分布在第四象限,且與它們近似的分布在一條直線上;而3號與1、2、5、4在1.93971處聚類,分布在遠離1、2、5、4所在直線的第三象限。

圖3 5種東坡肘子加熱前后CA分析Fig.3 The cluster analysis of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

由圖3加熱后,加熱前1、2號聚類變為加熱后1、5號在0.06643處聚類,這與PCA分析中由加熱前1、2號分布在第二象限變為加熱后1、5號分布在第一象限是一致的;2號與1、5號在0.29207處聚類,這與PCA分析中分布在X軸的上部是一致的;4號與1、5、2號在0.56529處聚類,這與PCA分析中,其單獨分布在第四象限是一致的;3號與1、5、2、4號在1.0062出聚類,這也與PCA分析中,其單獨分布在第三象限是一致的。從加熱后樣品聚類的標度來看,所有樣品的聚類標度都低于加熱前,這與PCA分析中樣品向XY焦點集中的趨勢一致。

2.5 東坡肘子加熱前后感官評價

由圖4加熱前,1、2、3、4和5號樣品的得分分別是67.04、59.65、61.27、60.82和71.01,其中1和2號樣品的得分差距比較大,這與PCA和CA分析的結果不一致,這可能與人的嗜好、生理狀況、心理狀況和環境等有關;但1和5號的得分比較靠近,具有一定的相似性,與PCA分析吻合,也與CA分析吻合。3和4號樣品的得分比較靠近,具有一定的相似性,這與PCA(分布在X軸的下半部分)和CA(在第四層聚類)分析相吻合。另外,2和4號以及1和3 號的感官評分沒有顯著差異(p>0.05),2、4和5號差異顯著(p<0.05)。這與PCA分析中,2、4和5分別分布在第二、四和一象限是一致的。而1號樣在PCA中,分布在緊靠Y軸的右面的臨界點上,與2、3、4號樣沒有顯著差異,也與5號沒有顯著差異。

圖4 5種東坡肘子加熱前后感官評分Fig.4 The sensory score of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

由圖4加熱后可知,加熱后樣品的總體得分呈上升趨勢,可能是熱敏性物質受熱揮發,更易被評價人員感受所致。其中,1和5號樣品得分分別為70.05和73.91,差異很小,說明他們相似性高,與PCA和CA分析一致;2、3和4號樣品的得分分別為62.73、62.67和64.18,差異小,說明經過加熱它們之間的差距縮小,但依舊保持自身的特性,也與PCA和CA分析中它們所在象限分布和聚類層次一致。另外,2、3、4號與1 號的感官評分沒有顯著差異(p>0.05),而2、3、4和5號差異顯著(p<0.05),與PCA分析中2、3、4和5分別分布在第二、三、四和一象限一致。在PCA中1號樣由加熱前的緊靠Y軸右面,變為緊靠Y軸的左面臨界點上,故與2、3、4和5號樣沒有顯著差異。

3 結論

本實驗結合感官評價和理化分析,利用電子鼻技術區分識別5種知名品牌東坡肘子在加熱前后風味物質的變化。結果表明:加熱前,四川地區和江南地區的東坡肘子地域差異性明顯,距離越近相似度越高,這可能是由配料差異造成;加熱后,四川地區東坡肘子差異性增加,江南地區樣品相似性變化不大,但5個樣品的差異性在總體趨勢上減小,相似性增強;加熱后,5種樣品的感官評分高于加熱前,說明加熱后的風味優于加熱前,其變化是可以接受的。另外,研究結果還表明釀造醬油對產品的風味影響較大。該研究結果對東坡肘子風味指紋圖譜的建立和標準化生產具有一定的指導意義。

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Evaluation of the flavor characteristics of Dongpo elbow before and after heated based on electronic nose

QIAO Ming-feng1,YI Yu-wen1,*,PENG Yi-qin1,DENG Jing1,LIU Yang2,LI Yu-bin3,WU Hua-chang2

(1.Culinary Science Key Laboratory of Sichuan Province,Sichuan Tourism University,Chengdu 610100,China; 2.College of Food,Sichuan Tourism University,Chengdu 610100,China; 3.College of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong 643000,China)

In combination with sensory evaluation and physicochemical indexes,the flavors changes of five Dongpo elbow before and after heated were detected using an electronic nose in this study,with the statistical methods such as principal components and cluster analysis. It was found that the three samples in Sichuan and the two samples in Jiangnan areas showed obvious regional differences before heated,and the similarity of samples between the two regions increased after heated,however,the similarity of the three samples in Sichuan decreased. Furthermore,the cause of this change may be related to its use of ingredients and processing technology. The results of this study lay a foundation for the establishment of flavor fingerprint and standardization production of dongpo elbow.

Dongpo elbow;electronic nose;PCA;CA;sensory evaluation

2016-11-01

喬明鋒(1985-)，男，博士，研究方向：食品風味化學，E-mail：mfqiao@163.com。

*通訊作者:易宇文(1980-)，男，碩士，副研究員，研究方向： 傳統調味產業化，E-mail：147684620@qq.com。

四川省科技廳應用基礎項目(2016JY0083)；肉類加工四川省重點實驗室資助項目(15-R07);四川旅游學院校級基金資助項目(2017STUZ06)。

TS251.5

A

1002-0306(2017)08-0058-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.003