不同后熟发酵时间郫县豆瓣酱挥发性成分分析

李治华，黄 驰，王自鹏，姚英政，董 玲，李 浦，谢 江，陈福生*

不同后熟发酵时间郫县豆瓣酱挥发性成分分析

李治华1,2，黄 驰2，王自鹏2，姚英政2，董 玲2，李 浦2，谢 江2，陈福生1,*

（1.华中农业大学食品科技学院，湖北 武汉 430070；2.四川省农业科学院农产品加工研究所，四川 成都 610066）

分析后熟发酵过程中郫县豆瓣酱挥发性成分的差异，采用电子鼻和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术，对不同后熟发酵时间的郫县豆瓣酱电子鼻数据进行主成分分析并结合感官评价。结果表明，电子鼻能很好的将不同后熟发酵时间豆瓣酱样品区分开，根据传感器对样品的敏感度和区分度进行优化，最佳传感器组合为S1S4S7S10；3 种不同后熟发酵时间的郫县豆瓣酱共分离鉴定出44 种挥发性化合物，后熟发酵1 a共鉴定出36 种化合物，占总检出化合物的81.8%；后熟发酵2 a共鉴定出30 种化合物，占总检出化合物的68.2%；后熟发酵3 a共鉴定出28 种化合物，占总检出化合物的63.6%；3 种不同后熟发酵酱中含有19 种相同的挥发性风味物质，主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水杨酸甲酯、1-庚醇，它们相对含量有明显差别；感官分析显示后熟发酵1 a的样品在色泽、酱香等方面与后熟发酵2、3 a存在较大差异，而后熟发酵2、3 a的样品整体上差别不大。

郫县豆瓣酱；后熟发酵；电子鼻；顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用；风味成分

郫县豆瓣酱产于四川省成都市的郫县而得名，起源于四川民间，其传统加工工艺已有近300 a的历史，主要包括：制椒、制瓣、后熟酿制等工序[1]。郫县豆瓣酱因味辣香醇、红棕油亮、瓣粒酥脆、黏稠绒实、酱香浓郁等优点受到消费者青睐，是烹饪川菜必不可少的调味品，在世界发酵辣椒酱中独树一帜，堪称“川菜之魂”[1]。

电子鼻是仿照生物嗅觉系统，利用气体传感器阵列的响应曲线来识别气味的一种电子系统[2]，对样品中挥发成分的整体信息进行综合分析[3]，可以避免人为的主观影响，在食品等领域得到了广泛应用[4-5]。贾洪锋等[6]利用电子鼻成功区分了郫县豆瓣和非郫县豆瓣样品，并认为电子鼻用于不同豆瓣样品的品质识别是可行的。

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspacesolid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）通过吸附-脱附技术，富集样品中挥发性成分，具有灵敏度高、可重现性及操作简单等特点[7-8]，广范应用于各种食品香成分的分析鉴定[9-11]，黄明泉等[12]利用该技术分析了不同品牌、不同工艺的郫县豆瓣酱挥发性成分，为改进郫县豆瓣的生产工艺、豆瓣酱类的香精调配提供了参考。前人研究表明豆瓣酱的独特风味是在其后熟过程中逐渐形成的[9,13]，但是后熟发酵不同时间对风味的影响程度，以及采用不同技术检测出的挥发性物质与实际感官均存在较大争议[14-15,16-18]。

本实验拟利用电子鼻和HS-SPME-GC-MS技术，并结合感官评价对不同后熟发酵时间的郫县豆瓣酱进行主成分分析（principal component analysis，PCA），探讨后熟发酵时间对郫县豆瓣酱风味的影响，分析电子鼻指纹图谱与挥发性物质及人们感官评价的对应关系，为电子鼻及HS-SPME-GC-MS在郫县豆瓣酱生产工艺中评价豆瓣酱品质提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

传统工艺生产的郫县豆瓣酱，后熟发酵时间分别为1、2、3 a，2013年4月由成都川菜博物馆提供，同一年份的样品至少采集3 缸混匀，采集后放在冰上立即运回实验室-20 ℃保存。

1.2 仪器与设备

I-Nose型电子鼻（10 个以上不同性质的金属氧化物半导体传感器）、数据采集和分析软件Smartnose 上海瑞玢国际贸易有限公司感官分析应用实验室；6890/5973GC-MS联用仪 美国HP公司；手动SPME进样器及75 μm Carboxen/PDMS固相微萃取头 美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 色谱条件

HP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 mm）；载气（He）；恒流0.8 mL/min（线速率33 cm/s）；分流比5∶1；进样口温度270 ℃；升温程序：起始温度40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至60 ℃，随后以2 ℃/min升至120 ℃，最后以10 ℃/min升至280 ℃。

1.3.2 质谱条件

电子能量70 eV；传输线温度270 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围20～450 u。

1.3.3 挥发性化合物的鉴定

定性检测结果保留NIST 05谱库检索（只保留匹配度不小于80的成分）和Wiley谱库检索（只有当正反匹配度均大于800（最大值为1 000））的鉴定结果，并结合长期从事谱图解析的专业人员分析才予以确定。化合物相对含量确定采用面积归一化法。

1.3.4 电子鼻实验步骤

3 个豆瓣酱样品每个样品取出4 份，每份10 g。先用空气清洗传感器，清洗时间120 s，然后通过真空泵将样品中的气体吸入到电子鼻中，进气速率0.8 L/min，检测时间60 s。每份豆瓣酱样品测定1 次。

1.3.5 HS-SPME取样条件

郫县豆瓣酱10 g放入20 mL棕色的顶空瓶中，以封口膜密封。置于70 ℃恒温水浴锅中保温1 h，加热到一定温度。将SPME插入顶空取样一段时间，取出，迅速插入到GC-MS联用仪的进样口，解吸4～5 min后，取出SPME针管。

1.3.6 感官评价

感官评价实验在四川省农业科学院农产品加工研究所进行，参照GB/T 16861—1997《感官分析 通过多元分析方法鉴定和选择用于建立感官剖面的描述词》、GB/T 10221—2012《感官分析术语》、GB/T 5009.40—2003《酱卫生标准的分析方法》执行，由10 名20～35 岁的感官评价人员组成评价小组，其中男性成员5 名，女性成员5 名；针对感官评价实验的目的、感官评价的标准和要求对评价小组进行适当的培训。对样品进行随机编号，感官评价小组人员客观、独立的进行评分，每个样品的评价之间间隔一定时间，使用清水漱口，相互之间不交流讨论。感官评价采用5 分制：各项目依次按没感觉（0 分）、弱（1 分）、稍弱（2 分）、平均（3 分）、较强（4 分）、强（5 分）。

2 结果与分析

2.1 挥发性成分分析

采用 HS-SPME-GC-MS技术，对采自成都川菜博物馆按照传统工艺生产的后熟发酵1、2、3 a郫县豆瓣酱挥发性物质进行分析，结果见表1。

表1 HS-SPME-GC-MS分析不同后熟时间豆瓣酱挥发性成分结果Table 1 HS-SPME-GC-MS analysis of volatile composition of three Pixian broad-bean sauces with different ripening fermentation times

续表1

由表1可知，后熟发酵1 a郫县豆瓣酱中检测到36 种挥发性物质，占总检出化合物的81.8%，总离子图见图1A，醇9 种（25.0%）、酯9 种（25.0%）、醛3 种（8.3%）、烃4 种（11.1%）、酚2 种（5.6%）、酮4 种（11.1%），其他5 种（13.9%）。其主要成分是4-乙基-2-甲氧基苯酚（17.0%）、苯乙醇（15.11%）、2-乙基苯酚（11.96%）、苯甲醛（6.67%）、乙酸乙酯（2.81%）、苯乙醛（2.76%）、乙醇（2.71%）、十六烷酸乙基酯（2.48%）、水杨酸甲酯（2.22%）、1-庚醇（2.11%）、α-衣兰油烯（1.57%）、γ-雪松烯（1.45%）、十四烷酸乙基酯（1.44%）、9-甲基-1-癸烯（1.31%）、芳樟醇（1.26%）、3-辛酮（1.04%）。

图1 不同后熟时间郫县豆瓣酱挥发性成分的GC-MS总离子流图Fig.1 Total ion current chromatograms of volatile compositions of Pixian broad-bean sauces with different ripening fermentation times analyzed by GC-MS

后熟发酵2a郫县豆瓣酱中检测到30种挥发性物质，占总检出化合物的68.2%，总离子图见图1B，其中醇6 种（20.0%）、酯3 种（10.0%）、醛6 种（20.0%）、酸1 种（3.3%）、烃6 种（20.0%）、酚3 种（10.0%）、酮3 种（10.0%），其他2 种（6.6%）。其主要成分是苯乙醇（16.77%）、苯甲醛（9.68%）、苯乙醛（9.64%）、1-庚醇（4.01%）、糠醛（3.77%）、己二酸二辛酯（3.31%）、1-辛烯-3-醇（3.13%）、4-乙基-2-甲氧基苯酚（2.05%）、壬醛（1.91%）、辛酸（1.43%）、糠醇（1.30%）、4-乙基苯酚（1.21%）、2-乙基苯酚（1.18%）、γ-雪松烯（1.17%）、水杨酸甲酯（1.12%）、芳樟醇（1.07%）。

后熟发酵3 a郫县豆瓣酱中检测到28 种挥发性物质，占总检出化合物的63.6%，总离子图见图1C，其中醇6 种（21.4%）、酯5 种（17.9%）、醛4 种（14.3%）、烃5 种（18.4%）、酚2 种（ 7.1%）、酮3 种（10.7%），其他2 种（7.1%）。其主要成分是苯乙醇（22.86%）、苯乙醛（5.22%）、苯甲醛（4.13%）、1-庚醇（3.00%）、4-乙基-2-甲氧基苯酚（2.42%）、乙醇（2.35%）、4-乙基苯酚（2.23%）、糠醛（1.62%）、苯乙酸乙酯（1.53%）、十六烷酸乙基酯（1.32%）、1-辛烯-3-醇（1.29%）、十四烷酸乙基酯（1.26%）、糠醇（1.18%）、亚油酸乙酯（1.04%）、1-辛醇（1.01%）。

从3 种不同后熟发酵的郫县豆瓣酱中共分离鉴定出44 种挥发性化合物，包括醇10 种、酯10 种、酸1 种、醛6 种、酮4 种、酚3 种，其他10 种。由图2和表1可知，3 种样品共有的挥发性成分19 种，占总检出化合物的43.18%，其中主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水杨酸甲酯、1-庚醇，但是其相对含量随发酵时间的不同而有差异。发酵1 a（C1）独有的挥发性成分有9 种，发酵2 a（C2）独有的挥发性成分有4 种，发酵3 a（C3）没有独有的挥发性成分（图2）。

图2 3 种不同后熟发酵时间郫县豆瓣酱挥发性物质整体比较Fig.2 Comparison of volatile composition of three different ripening fermentation times of Pixian broad-bean sauces with Venn Diagram

C1独有的9 种挥发性物质里乙酸乙酯相对含量大于1%，达到2.81%，其余包含醇类3 种（3-甲基-1-丁醇（0.09%）、松油醇（0.93%）、苄醇（0.51%）），酯类2 种（十六烷酸乙基酯（0.24%）、9-十八烯酸乙酯（0.54%）），酮类1 种（1-（1H-吡咯-2-基）-乙酮（0.77%）），柠檬烯（0.63%）、正二十烷（0.48%）。

乙酸乙酯具有水果香[19]，3-甲基-1-丁醇具有特殊有辛辣不愉快气味，嗅觉阈质量浓度7.3 μg/L[20]，松油醇具有紫丁香味去臭作用[21]，苄醇（苯甲醇）是一种定香剂，暂时允许使用的食用香料[22]，柠檬烯有类似柠檬的香味，广泛存在于天然的植物精油中[23]，正二十烷等烃类成分由于大多数不具有香味，所以它们对产品的香气贡献也是很少的[24]。C2独有的4 种挥发性物质里辛酸相对含量大于1%，达到1.43%，其余3-甲基丁醛（0.25%）、己二酸双（2-甲基丙基）酯（0.36%）、正二十五烷（0.89%）。酸类成分大部分应该是在实验过程中由酯类水解产生的[12]，3-甲基丁醛具有苹果香味，用作食品原料、香精等[25]。因此，推测在C1和C2独有的挥发性成分里对郫县豆瓣酱香气有较大贡献的是低级的脂肪酸酯（如乙酸乙酯），以及醇、醛等。

2.2 电子鼻分析

利用I-Nose型电子鼻系统，对后熟发酵1 a（C1）、2 a（C2）、3 a（C3）的郫县豆瓣酱风味成分进行检测分析，测量豆瓣酱挥发性成分特征时，获得电子鼻10 个传感器的响应值，得到特征值、及对应的主成分信息占有率和主成分得分图（图3A）获得最佳传感器组合为S1S4S7S10，区分指数（discrimination index，DI）为96.3%，区分指数最大值为100，其值越大表明不同组数据之间区分度越好，一般≥80表示能够有效区分。主成分分析结果见图3B，第一主成分贡献度PC1占99.9%，PC2占0.1%。C1、C2、C3之间无重叠，区分度很好，表明C1、C2、C3之间存在明显差异。

图3 主成分信息占有率和推荐传感器列表Fig.3 Information about the main components and recommended sensor

2.3 感官分析

图4 郫县豆瓣酱不同后熟发酵时间感官剖面图Fig.4 Sensory profiles of different post-ripening fermented Pixian broad-bean sauces

通过删减描述词，选择13 个有差异的描述词对C1、C2、C3进行感官分析，结果如图4所示，C1红色的程度要大于C2、C3；黏稠度、咸味、辣度、酯香3 个样品基本一致，其中咸味主要由所加食盐引起，据测定3 个样品食盐含量（以NaCl计在18%～20%）；酱香、褐色、光泽程度C1要低于C2、C3；而C2、C3整体上差别不大。

3 结 论

电子鼻法能很好的区分不同后熟发酵时间的郫县豆瓣酱，HS-SPME-GC-MS共分离鉴定出44 种挥发性化合物，共有的挥发性成分19 种，主要是4-乙基-2-甲氧基苯酚、苯乙醇、2-乙基苯酚、苯甲醛、苯乙醛、水杨酸甲酯、1-庚醇，这些成分可能是郫县豆瓣酱发酵的主体挥发性物质，3 个样品间相对含量有较大差异。后熟发酵1 a有9 种特有的挥发性物质，发酵2 a有4 种特有的挥发性物质，而发酵3 a没有产生特有的挥发性物质，区别主要在低级的脂肪酸酯（如乙酸乙酯），以及醇、醛等的不同。感官分析结果表明后熟发酵2 a与3 a的样品在整体上并无多大差异，暗示郫县豆瓣酱后熟发酵可能主要导致各挥发性成分相对含量细微的差异，尤其是酚、醇、醛和低级脂肪酸相对含量和种类的细微差异，而这些差异可以被电子鼻传感器检测到，因此，可以将电子鼻应用于郫县豆瓣酱企业生产中在线检测和质量控制。

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Analysis of Volatile Components of Pixian Broad-Bean Sauce with Different Post-Ripening Fermentation Times

LI Zhi-hua1,2, HUANG Chi2, WANG Zi-peng2, YAO Ying-zheng2, DONG Ling2, LI Pu2, XIE Jiang2, CHEN Fu-sheng1,*
(1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. Agro-Food Science and Technology Research Institute, Sichuan Academy of Agriculture Sciences, Chengdu 610066, China)

In this study, the volatile compounds in three different post-ripening fermented Pixian broad-bean sauces were analyzed with an electronic nose and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) coupled to gas chromatographymass spectrometry (GC-MS). Differences were observed by applying principal component analysis (PCA) to electronic nose data sets. The three samples showed apparent groupings and the best combination of sensors was S1S4S7S10. A total of 44 volatile components were identified by HS-SPME-GC-MS. Nineteen volatile compounds were common to the three samples mainly including 4-ethyl-2-methoxy-phenol, phenylethyl alcohol, 2-ethyl-phenol, benzaldehyde, benzeneacetaldehyde, 2-hydroxy-methyl benzoic acid ester, 1-heptanol, and the one, two, three-year post-ripening fermented samples were identified to contain 36, 30, and 28 volatile compounds which accounted for 81.8%, 68.2%, and 63.6% of the total volatile compounds, respectively. Sensory analysis showed that the 1-year post-ripening fermented sample was different in color, aroma, and other aspects from the 2 and 3-year fermented samples, which, however, were not obviously different as a whole.

Pixian broad-bean sauce; post-ripening fermentation; electronic nose; headspace solid-phase microextractiongas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS); volatile compounds

TS214.9

A

1002-6630（2014）16-0180-05

10.7506/spkx1002-6630-201416035

2013-10-29

四川省农业科学院“青年科研骨干培养”项目；四川省农业科学院青年基金项目（2012QNJJ-024）；

四川省财政创新能力提升工程-自然科学基金补助专项（2013KXJJ-026）；四川省财政基因工程专项资金项目（2011JYGC12-037）

李治华（1982—），男，副研究员，博士研究生，研究方向为食品发酵与分子生物学。E-mail：lzh82@hotmail.com

*通信作者：陈福生（1965—），男，教授，博士，研究方向为食品微生物。E-mail：chenfs@mail.hzau.edu.cn