基于主成分分析法的盐水鹅老卤风味强度评价模型的构建

邵俊锋，李波，陆炀，王君，崔桂友

(扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州，225000)

扬州盐水鹅是淮扬菜系中一道经典卤菜，在全国享有盛名[1-2]。盐水鹅独特的风味主要是因为老卤的使用。老卤是由新卤至少煮制20～30次而成[3]，在反复卤煮过程中，会不断积累源于鹅肉和各种香料中的风味物质，如游离氨基酸、核苷酸、醇类、醛类等，从而形成独特的风味，进而赋予并增强盐水鹅特有风味[4-5]，这也是许多卖家常以“百年老卤”作为卖点的原因之一[4]。研究表明总游离氨基酸、呈味核苷酸、味精当量、醛类、酸类等风味物质含量会随着卤水卤制次数的增加不断上升[6-11]。老卤中风味物质种类繁多、组成复杂，对其综合分析难度较大。目前对于卤水风味强度的评价主要还是依靠感官指标，但感官评定存在主观性强、评定人员易受环境影响等缺点。

主成分分析是一种多元统计分析方法，能把原有的多个指标转化成少数几个能反映原来指标大部分的信息的综合指标，并且各个指标之间保持独立，可以避免出现重叠信息，起着降维和简化数据结构的作用[12]，在茶叶、羊肉、牛奶等食品[13-16]的香气质量评价中得到了广泛的应用。本研究利用顶空固相微萃取(headspace solid phasemicro-extraction，HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用技术(gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS)对老卤中风味成分进行萃取并定性定量,采用相对气味活度值(relative odor activity value，ROAV)寻找关键性风味物质，结合主成分分析法和感官评价法建立扬州老鹅老卤香气质量的评价模型，为以后更加客观评价特征性风味强度提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

老卤：购于扬州市邗江区黄珏镇5家摊位，均添加了葱、姜、八角、桂皮、香叶、小茴、花椒等香辛料与盐，按照各家特定的比例卤制盐水鹅20次以上并贮存于不锈钢锅中，从锅底部放液采样并以50 mL聚丙烯离心管盛装，标记为L1、L2、L3、L4、L5。

1.2 仪器与设备

DK-S26型电热恒温水浴锅，上海申生生物科技有限公司；75 μm PDMS萃取头，上海安谱科学仪器有限公司；Trace ISQ气质联用仪，美国赛默飞世尔有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 挥发性物质的萃取

萃取头在气相色谱进样口处老化1 h，老化温度250 ℃。量取15 mL样品置于萃取瓶中，60 ℃水浴40 min，并将萃取头的纤维头置于至萃取瓶上端约1/3 处进行萃取。萃取结束后将萃取头迅速插入进样口250 ℃解吸5 min。

1.3.2 仪器工作条件

色谱条件：色谱柱：DB-WAX石英毛细管柱；载气He，不分流；进样口温度280 ℃；检测器温度250 ℃；程序升温:起始温度40 ℃,保持1 min, 以5 ℃/min升温至100 ℃, 保持8 min, 再以8 ℃/min升温至 240 ℃,保持5 min。

质谱条件：电离方式EI；电子能量70 eV；离子源温度200 ℃; 接口温度为250 ℃; 检测器电压350 V; 发射电流为150 μA; 质量扫描为33～500m/z。

1.3.3 定性定量方法

定性：检索结果与NIST Library和Wiley Library谱库对照进行成分鉴定，仅报道匹配度和反匹配度均不小于800(最大10 000)的物质。

定量：按峰面积归一化法计算各化合物相对百分比含量。

1.4 风味评价

参考刘登勇等[17]的方法。根据挥发性风味物质的相对百分含量来评价其贡献程度。ROAV计算如公式(1)所示：

(1)

式中：Ci和Ti为对应挥发性物质的相对百分含量和感觉阈值；Cmax和Tmax分别为对样品总体风味贡献最大组分的相对百分含量和均对应的感觉阈值。

1.5 卤水香味强度感官评价

将卤水煮沸后，静置5 min，由10名(5男5女)经过感官评价培训的人员评定，年龄均在20～30岁。评定人员在参评前饥饱适中并用清水漱口，在品评时，各成员单独进行，不可交流。

评分标准：90～100分，强烈鹅香味风味；70～90分，鹅香风味明显；50～70分，中等强度鹅香风味；30～50分，轻微鹅香风味；0～30分，几乎没有鹅香风味。

1.6 数据处理。

利用IBM SPSS 19.0进行主成分分析及绘制载荷图；用Excel 2016做柱状图。

2 结果与分析

2.1 不同老卤中挥发性物质的测定

如图1所示，从老卤中共检测出80种挥发性风味物质，主要包括醛类、醇类、酮类、烯烃类、杂环类化合物等，占所有峰面积的84.04%。在各卤水中，醛类物质数量最多，L3中数量最低(14种)，但是其醛类物质含量达到了L3中风味物质总量的38%；其次烃、酯类物质含量在各卤水中挥发性物质总数量最低(11种)也达到了占比29%。醇类和杂环类物质较少，杂环类物质主要是吡嗪类(3种)，呋喃(1种)等。在L5中未检测出杂环类物质，这可能是由于老卤在卤制一定次数后，需向其中添加一定量的香料、盐及增加水量，致使低阈值的杂环类挥发性物质在卤水中的相对含量减少[3]，未达到固相微萃取萃取头的检出限,增加了香料风味物质的相对含量。

图1 卤水中各类挥发性物质种类数Fig.1 Numbers of volatile compounds extracted from marinade

卤水的风味不仅是由挥发性物质的种类数量决定，还与其在风味体系中的浓度有关，为综合评价物质对整体风味的贡献，常利用气味活度值(odor activity value，OAV)，但OAV的计算涉及到物质的具体浓度，且物质种类众多，定量困难[18]。故此借鉴刘登勇等[17]的方法，利用ROAV值评价物质的风味贡献大小。物质的ROAV值均在0～100，且ROAV值越大，该物质的风味贡献也越大。一般认为ROVA≥1时，该物质为样品的特征风味物质，0.1≤ROAV<1时，该物质对整体风味有重要的修饰作用。由表1可知共有14种物质在5个老卤中均被检出，为壬醛、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-癸二烯醛这5种物质在各老卤中检出含量较高且ROAV值均大于1，为老卤的关键挥发性风味物质。谢伟等[4]报道经老卤复卤过的成品鸭中的辛醛、庚醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛含量高于新卤复卤过的成品鸭，与本实验的研究结果相一致。正庚醛、异戊醛、E-2-癸烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛这5种物质在个别老卤中检出含量较低(0.1≤ROAV<1)，对整体风味具有重要的修饰作用。相较于其他化合物，醛类物质阈值通常更低且低级醛含有独特的脂香，可能是源于类脂物质中不饱和酰基链的氧化裂解作用，对整体风味具有较大的贡献[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、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸的氧化[22]。壬醛具有柑橘香、玫瑰等香型,脂香浓郁[23]；己醛具有青草、清新味，能赋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-癸二烯醛是亚油酸氧化的产物,具有脂肪味和炸土豆味，感觉阈值较低，在老卤中ROAV均大于90，对整体风味具有重要贡献。醇类源于脂肪氧化，一般阈值较高，在整体风味中起修饰作用[25]。蘑菇醇被公认为是蘑菇的特征风味，其前体物质是亚油酸，作为低阈值的醇类物质，对风味有重要作用[26]。庚醛呈水果香味；异戊醛在低浓度时呈现令人愉快的水果香气[27]；E-2-癸烯醛天然存在于胡荽油中，有橙子及鸡、家禽肉香味；E-2-庚烯醛具有脂肪味、动物脂味；(E,E)-2，4-庚二烯醛呈脂肪、青草、水果味[26]；烯醛类物质味型丰富，能修饰整体风味，还能作为香味的前体物质参与羰氨反应[28]。甲酸庚酯具有玫瑰花香和梅子的甜香[29]。茴香脑、α-松油醇、草蒿脑、青叶醛、芳樟醇、桉树脑、榄香烯、大茴香醛、红没药烯、香叶基乙烯基醚这类物质可能都源于老卤中添加的香辛料，都有自己的独特香型，对老卤独特风味的形成可能具有促进作用。

表1 各卤水中挥发性风味物质SPME-GC-MS分析结果及对应ROAV

2.2 风味物质的主成分分析

对27种物质(ROAV≥0.1)以及甲酸庚酯(未找到其阈值，但具有玫瑰和梅子香味[29]且在5个老卤中均有出现，可能为卤水的关键香味成分)进行主成分分析，提取特征值大于1的成分。方差贡献率表示该主成分能够代表整个数据分布多少的变化。表2表明第1主成分占据了43.39%原始数据的标准变异，第2主成分说明了28.81%的变异。数据的分布是有一定规律的，在某一个方向上的投影是大于其他方向的。其中有43.39%的变异是落在第一个方向上。前3个主成分累计贡献率已达到90.25%，已包含风味物质的大部分信息，可进行老卤的风味评估。

续表1

表2 相关矩阵的特征值和累计贡献率Table 2 Eigen values and cumulative contribution rates of top three principal components

结合表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

这3个主成分占据了所有数据90%以上的变异。

物质载荷的绝对值越大，对于主成分的影响就越大，这种影响则可以通过载荷所代表的点到原点之间的距离来进行评判，风味物质在进行主成分分析之后位置在原点附近，则说明该风味物质对于老卤之间的区别贡献不大[12]。载荷图上每个点都分布在不同的方向，表明这些风味物质相互之间并没有太大的相似性，挥发性物质主成分与载荷如图2所示。

图2 挥发性物质主成分载荷图Fig.2 Principal component analysis loading plots

由图2可看出，其中第1主成分的值同草蒿脑、E-2，4-庚二烯醛、橙花醛、榄香烯、桉树脑、大茴香醛、青叶醛的含量成正相关，这些物质大部分源于老卤中添加的香辛料，意味着第1主成分主要代表了老卤中香料的风味。

第2主成分主要代表成分有2，4-癸二烯醛、正十四烷、2-乙酰基噻唑、茴香脑、十二烷、蘑菇醇、芳樟醇，与正己醛、异戊醛含量成负相关。2，4-癸二烯醛、正十四烷、十二烷、蘑菇醇主要源于脂类物质的降解、2-乙酰基噻唑可能是源于Maillard反应[26]，而茴香脑及芳樟醇主要源于卤水中添加的香料物质。

第3主成分代表了18.04%的变异程度和所有变量都呈现正相关，代表了矩阵所有变异程度10%，其值与反-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、壬醛含量成正相关。这些物质主要源于脂类物质的氧化降解，代表了老卤中烯醛一类的挥发性物质。

通过各风味物质主成分的特征向量计算出各老卤的第1、第2主成分值。将第1主成分的值作为横坐标，第2主成分的值作为纵坐标，绘制出各老卤的得分图。得分图可以反映出样本的区分情况,如图3所示。

图3 样品主成分得分图Fig.3 Sample principal component analysis score plots

由图3可知，L1、L3距离原点较近，说明其各项物质含量较均衡，L2与L4处于第2主成分两极，L4与L5处于第1主成分两极，表明L2中烷醇类物质较少，但相应L4中烷醇类物质较多，L5中源于香料的风味物质更多，与表1中结果吻合。

2.3 卤水特征性风味强度评分

表4 卤水特征性风味强度评分Table 4 Principal component scores of marinade samples

3 结论

为评价扬州盐水鹅老卤的风味强度，利用SPME-GC-MS对老卤的挥发性风味物质进行采集鉴定，共鉴定出80种物质，其中醛类物质种类最多，烃、酯类物质种类数量次之，这可能是由于卤水在不断烹煮老鹅的过程中，类脂物质中不饱和酰基链不断氧化，产生了醛类、酮类等低阈值挥发性物质。依据ROAV值的大小探讨扬州盐水鹅老卤的关键性风味物质。其中壬醛、正己醛、蘑菇醇、(E,E)-2，4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛为老卤的关键挥发性风味物质；正庚醛、异戊醛、E-2-癸烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2，4-庚二烯醛对整体风味具有重要的修饰作用。对上述物质进行主成分分析，其中第1主成分主要代表了老卤中香料的香味，第2主成分代表了老卤中烷醇一类的挥发性风味物质，第3主成分代表了老卤中烯醛一类的挥发性风味物质；并以此建立卤水风味强度评价模型，得到卤水风味强度评价模型为F=0.433 9F1+0.288 1F2+0.180 4F3，与传统感官评价结果具有较好的一致性。利用主成分分析法构建的卤水评价模型具有一定的适用性，为以后感官结合仪器客观评价风味强度提供参考依据。