基于电子舌和气相色谱-离子迁移谱分析不同等级佛跳墙的风味特征

袁红飞， 钟小清， 唐胜春， 赵 峰， 孔云靖， 郭泽镔*

（1.福建农林大学 食品科学学院，福建 福州350002；2.福建佰翔天厨食品有限公司，福建 福州350209；3.福建中医药大学 药学院，福建 福州350122）

佛跳墙，又名“满坛香”“福寿全”等，是福州当地的特色名菜，也是闽菜的代表作，始于道光年间。它通常以鲍鱼、海参、甲鱼裙、鱼胶、杏鲍菇、蹄筋、花菇、瑶柱、鸽子蛋等为原料，加入熬制好的高汤后文火煨制而成。佛跳墙结合了煎、炒、蒸、煨等烹饪手法，味道鲜美，浓郁可口，物材丰富，浓郁可口，营养价值高，深受消费者喜爱。

目前，佛跳墙的研究主要集中在其原材料处理、烹饪工艺，以及杀菌工艺等方面，而对佛跳墙的风味物质研究较少。关于风味物质的检测分析，国内外已建立了十分广泛的食品风味仪器分析平台，如近年来使用频繁的电子鼻、电子舌、气相色谱法（GC）、气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、气相色谱-吸闻检测技术（GC-O）、离子迁移谱（IMS）等，还包括相关检测仪器的研究。气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）是近年来使用特别广泛的一种新型分离与检测技术[1-3]。气相色谱和离子迁移谱联用（GCIMS）可兼得高分离度与低检出限的分析需求，成为了检测风味物质的较好选择[4]，目前主要应用于干腌制品的分类及风味分析[5-7]、植物油种类鉴别及掺假检测[8-10]、菌类和乳制品类风味成分分析[11-12]、鲜冻肉品储藏时间及解冻方式判别、不同贮藏时间水果的风味变化[13-14]等方面，尚未见GC-IMS应用于佛跳墙的文献报道。

作者以3种不同等级的佛跳墙为研究对象，运用电子舌、GC-IMS等手段对其风味物质进行分析，以期探究造成其感官品质特性差异的物质基础，进而了解佛跳墙风味物质的组成，并为实现佛跳墙产品的高值化提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

佛跳墙样品：福建佰翔天厨食品有限公司提供，包括尊享版佛跳墙、乐享版佛跳墙、自助版佛跳墙，并将样品放置于-18℃冰柜保存。色谱级甲醇、乙腈、氨基酸标准储备液A：美国Sigma公司产品；氨基酸标准储备液B：华培贸易公司和索莱宝科技有限公司产品；AccQ·FluorTM氨基酸衍生试剂盒：美国Waters公司产品；试剂级甲酸铵：J&K Scientific公司产品；酒石酸：西陇化工股份有限公司产品；氯化钾：天津市光复科技有限公司产品。

1.2 仪器与设备

TS-5000Z型味觉分析系统：日本Insent公司产品；Sciex 4500 Qtrap质谱仪：美国Sciex公司产品；Nexera X2LC-30A高效液相色谱仪：日本Shimadzu公司产品；FlavourSpec®气相色谱-离子迁移谱仪：德国G.A.S.公司产品。

1.3 方法

1.3.1 佛跳墙的制作原料及工艺 佛跳墙的主料配料表及高汤配料表分别见表1和表2，主要工艺流程见图1。

表1 佛跳墙的主料配料表Table 1 Ingredients list of‘Fo Tiao Qiang’

表2 佛跳墙的高汤配料表Table 2 Soup stock ingredients list of‘Fo Tiao Qiang’

1.3.2 氨基酸的测定 参照陈思彤等的AQC衍生法[16]。

1.3.3 呈味核苷酸的测定按照国标GB 5413.40—2016测定。

1.3.4 滋味活性值的计算滋味活性值（taste active value，TAV）按照如下公式[17]计算：

式中：C为样品中某呈味物质的绝对浓度值，K为该物质的味道阈值。

1.3.5 味精当量的计算味精当量（equivalent umami concentration，EUC）引用龚骏等[17]的方法，计算公式如下：

式中：EUC表示味精当量，即100 g样品中含味精（MSG）的克数，g/hg；ai和aj分别表示鲜味氨基酸和呈味核苷酸的质量分数，g/hg；bi和bj分别表示鲜味氨基酸和呈味核苷酸的相对呈鲜系数（Glu为1.0，Asp为0.077，IMP为1.0，AMP为0.18，GMP为2.3）；1 218为协同作用常数。

1.3.6 电子舌的检测分析参照曹荣等[4]的方法并稍做修改，将冷冻的佛跳墙样品置于40℃左右的水中，使其解冻，称取20 g样品置于250 mL的烧杯中，再称取80 g纯净水加入到样品中，充分混合后上机测试。采用TS-5000Z型味觉分析系统，加载酸、甜、苦、咸、鲜、涩味6种传感器电极，并按照设定程序进行检测。以氯化钾（30 mmol/L）和酒石酸（0.3 mmol/L）混合溶液模拟人体唾液，并作为参比溶液。每个样品3次平行，并使用电子舌设备自有数据库及软件对检测数据进行分析。

1.3.7 GC-IMS检测分析参照王辉等[14]和刘常园等[18]的方法并稍做修改，采用自动顶空进样，取1 g样品置于20 mL顶空瓶中，孵化温度为80℃，孵化15 min后样品进入风味分析仪进行检测。使用仪器配套的分析软件LAV及GC-IMSLibrary Search软件内置的数据库对采集到的特征风味物质进行定性分析。

1.4 数据处理

使用SPSS 25.0软件和Excel 2016软件处理数据，使用Origin 2018绘制雷达图、气泡图和多柱状图。

2 结果与分析

2.1 氨基酸和呈味核苷酸的质量分数分析

2.1.1 不同等级佛跳墙中氨基酸的比较分析不同等级佛跳墙的氨基酸组成情况及其对应的滋味活性值如表3所示。由表3可以看出，3种不同等级佛跳墙的氨基酸质量分数有较大差异，尊享版佛跳墙、乐享版佛跳墙、自助版佛跳墙的氨基酸总质量分数分别为1 224.41、1 132.99、2 225.17 mg/hg。尊享版佛跳墙中含量较高的几种氨基酸与乐享版相同，依次为Glu、Ala、Arg、Gly，其中尊享版佛跳墙中含量最高的Glu质量分数达到332.84 mg/hg，占氨基酸总量的27.2%；乐享版佛跳墙中Glu质量分数为333.67 mg/hg，占氨基酸总量的29.5%；自助版佛跳墙中含量较高的氨基酸依次为Glu、Arg、Ala、Gly，Glu质量分数达到583.95 mg/hg，占氨基酸总量的26.2%。Glu为鲜味氨基酸，是佛跳墙中鲜味的主要来源。

表3 不同等级佛跳墙的氨基酸组成Table 3 Composition of amino acid in different grades of‘Fo Tiao Qiang’

续表3

氨基酸是重要的呈味物质，种类不同其阈值也不同，滋味强度一般由呈味物质的含量及其阈值共同决定，用TAV表示。TAV与滋味贡献程度成正比[4]。其中Glu（鲜）、Arg（苦/甜）、Ala（甜）为自助版佛跳墙中滋味贡献程度靠前的3种氨基酸；Glu（鲜）、Ala（甜）、Arg（苦/甜）为尊享版佛跳墙与乐享版佛跳墙中滋味贡献较大的前3种氨基酸。从氨基酸总量看，由于尊享版佛跳墙、乐享版佛跳墙所用原材料很大程度上相似，且加工工艺相同，所以差异不显著；而这两种佛跳墙与自助版佛跳墙之间均存在显著性差异，自助版佛跳墙所用的材料较前两者有较大差异，并且在产品出锅时会加入鸡精粉调味，这可能是造成自助版佛跳墙Glu质量分数明显较高的原因。

2.1.2 不同等级佛跳墙中呈味核苷酸的比较分析不同等级佛跳墙中呈味核苷酸的质量分数及其差异如图2所示，除5′-UMP外，另3种呈味核苷酸都存在显著性差异（P<0.05）。

图2 不同等级佛跳墙的核苷酸质量分数Fig.2 Nucleotide content of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

在5′-核苷酸中，5′-IMP、5′-GMP和5′-AMP对食品鲜味的贡献最为突出，5′-IMP主要存在于海鲜和畜禽肉类中，而5′-GMP则主要存在于菌类比如香菇中[19]。3种不同等级佛跳墙中5′-IMP、5′-GMP和5′-AMP的质量分数及其滋味活性值见表4。呈味核苷酸与鲜味氨基酸产生的协同效应一般用EUC（味精当量）来衡量[20]。经过计算，尊享版佛跳墙、乐享版佛跳墙、自助版佛跳墙的味精当量分别为48.72、45.39、73.39 g/hg，说明自助版佛跳墙的鲜味强度最高，这种差异主要是由鲜味氨基酸造成的。

表4 不同等级佛跳墙的核苷酸质量分数及滋味活性值Table 4 Nucleotide content and their TAVs of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

2.2 不同等级佛跳墙的电子舌滋味特征分析

不同等级佛跳墙电子舌味觉特征如图3所示。图中坐标轴代表味道强度值，该值是电子舌基于韦伯-费希纳定律将呈味物质20%的强度变化定义为一个味道单位。参比溶液（Reference solution）由氯化钾和酒石酸组成味觉值，以参比溶液的输出为无味点（Tasteless，即0点），除了酸味和咸味，其他指标的无味点均为0，酸味的无味点为-13，咸味的无味点为-6，当样品的味觉值低于无味点时说明样品没有这种味道，反之则有[21]。由图3可知，佛跳墙的酸味在无味点以下，故佛跳墙样品无酸味特征。鲜味、咸味、丰富性、苦味、涩味、苦味回味、涩味回味均在无味点以上，因此可以作为3种佛跳墙样品的有效味觉指标。

图3 不同等级佛跳墙样品有效味觉指标雷达图Fig.3 Radar chart of effective taste index of samples of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

如图4所示，横纵坐标分别代表咸味强度值和鲜味强度值，气泡大小代表丰富性（鲜味回味，可持续感知的鲜味）大小，从图中首先可见同一样品的3个平行样整体的味道非常相似；其次，自助版佛跳墙的鲜味值与尊享版佛跳墙、乐享版佛跳墙之间的差异明显（P＜0.05），其具有较足的鲜味，与EUC的分析结果一致，但丰富性（鲜味回味）较小，鲜味回味与呈味物质的含量及呈味物质的组成密切相关；最后尊享版佛跳墙和乐享版佛跳墙在咸味、鲜味和丰富性方面非常接近。

图4 不同等级佛跳墙的咸味、鲜味和丰富性气泡图Fig.4 Saltiness，umami and richness bubble chart of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

苦味、涩味也是佛跳墙滋味的组成部分，佛跳墙样品所得的苦涩味并不同于咖啡、茶等样品给人的苦涩味感，可能是佛跳墙在熬制过程中加入的黄酒、香辛料或其他物质等对传感器产生了应答，苦涩味反映了样品的另一种风味。如图5所示，横纵坐标分别代表苦味强度值和涩味强度值，气泡大小代表苦味回味（啤酒，咖啡等一般食品的苦味）大小。

图5 不同等级佛跳墙的苦味、涩味和苦味回味气泡图Fig.5 Bitterness，astringency and bitter aftertaste bubble chart of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

同一样品的3个平行样在苦味上存在一定的差异，差值有时会超过0.5个刻度；几个样品的涩味值较小，涩味值在0.5～1.5；自助版佛跳墙的苦、涩味和苦味回味均相对较大，主要是由于自助版佛跳墙中含有较多的Arg、Leu等苦味氨基酸；乐享版佛跳墙的3个样品平行性很好，苦、涩味和苦味回味均最小；尊享版佛跳墙则是苦味略大但涩味较小。综合来说，自助版佛跳墙的鲜味、丰富性等滋味强度更高，但苦味和涩味也较大，总体滋味较丰富。

PCA主成分分析是一种常见的数学统计分析方法，可以保留样本的大量原始信息，常用来做不同样品之间的聚类分析。对电子舌数据进行主成分分析，结果如图6所示。从图中可以得出PC1贡献率为74.5%，PC2贡献率为22.9%，总贡献率达97.4%（大于85%），说明PC1和PC2能够代表传感器的原始信息，很好地反映样本的整体情况。图6结果显示，尊享版佛跳墙和乐享版佛跳墙在PCA分布上较为接近，故整体味道上较为相似，而自助版佛跳墙则与二者存在明显的差异。

图6 不同等级佛跳墙的PCA主成分分析图Fig.6 PCA principal component analysis diagram of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

2.3 不同等级佛跳墙挥发性物质的GC-IMS结果分析

2.3.1 不同等级佛跳墙挥发性物质的GC-IMS谱图对比分析图7是由LAV分析软件中Reporter插件程序制作的不同等级佛跳墙的GC-IMS 3D对比图。图8为图7投影到二维平面的GC-IMS谱图俯视图，整个图背景为蓝色，横坐标1.0处红色竖线为RIP峰（反应离子峰，经归一化处理），RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物，颜色代表物质浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，点的颜色越深，表示该挥发性有机物的浓度越高[22-24]。从图7和图8中可知，不同等级佛跳墙样品的挥发性物质具有不同的特征信息。由图8可以直观得出，自助版佛跳墙的挥发性有机物种类较少，而尊享版佛跳墙和乐享版佛跳墙的挥发性有机物种类比较相似。

图7 不同等级佛跳墙GC-IMS谱图（三维图）Fig.7 3D-topographic in different grades of ‘Fo Tiao Qiang’（three-dimensional plot）

图8 不同等级佛跳墙GC-IMS谱图（俯视图）Fig.8 3D-topographic in different grades of‘Fo Tiao Qiang’（top view）

2.3.2 不同等级佛跳墙挥发性物质的GC-IMS定性分析应用GC-IMS Library Search软件内置的NIST数据库和IMS数据库对物质进行定性分析，共鉴定出36种挥发性物质，主要包括醇类、醛类、酮类、酯类及其他类别，具体物质定性结果见表5。

表5 不同等级佛跳墙挥发性物质定性分析Table 5 Qualitative analysis of volatile substances in different grades of‘Fo Tiao Qiang’

续表5

制作佛跳墙的原材料经过加热熬煮后产生了香气，随着熬煮时间的增加，发生了一系列的化学反应，其中最为显著的就是美拉德反应及脂肪氧化，从而贡献出很多对佛跳墙汤汁香味有用的挥发性风味物质[25]。

经检测发现，醇类、醛类、酮类、酯类都是形成佛跳墙挥发性风味物质的重要组成部分。其中醇类共检出6种，包括α-松油醇、β-苯乙醇、5-甲基-2-呋喃甲醇、1-辛烯-3-醇、异戊醇、桉叶油醇。醇类化合物主要来源于氨基酸的还原和脂肪的氧化，具有果香味和花香味，但阈值一般较高[26]，对佛跳墙的气味贡献不大；其中1-辛烯-3-醇主要来源于香菇，几乎所有食用菌中都含有1-辛烯-3-醇[27]；桉叶油醇有类似樟脑香气，可用于制作药草型香精；α-松油醇具有紫丁香的花香，广泛应用于食用香精的配制；其他长链醇对佛跳墙风味也有一定程度的贡献[28]。

醛类物质共检出11种，主要包括壬醛、反-2-辛烯醛、苯乙醛、正辛醛、苯甲醛、己醛、庚醛、异戊醛、戊醛、糠醛、反-2-庚烯醛。大部分醛类物质主要来源于脂肪酸的氧化和Strecker降解，挥发性较强，由于其阈值较低，风味特征比较明显，具有脂肪芳香和水果香气，是很关键的香味物质[29-31]。其中苯乙醛主要是通过佛跳墙主料中鲍鱼的苯丙氨酸发生美拉德反应产生，具有焦香味[25]；己醛和庚醛分别是亚油酸和花生四烯酸的氧化产物[32]，具有青草味[33]；壬醛则由油酸氧化产生[34]，具有烤焦香味；苯乙醛可产生青草香味或花香味。

酮类物质共检出5种，包括甲基庚烯酮、1-辛烯-3-酮、2-庚酮、2，3-戊二酮、甲乙酮。酮类物质的阈值一般较高[35]，对气味贡献较小。酯类物质共检出两种，包括D-乳酸乙酯、乙酸乙酯，这两种酯类均为短链脂肪酸（C1～C10），一般具有水果香甜气味。

2.3.3 不同等级佛跳墙挥发性物质的GC-IMS指纹图谱分析由图9可知，不同等级佛跳墙中挥发性物质分布不一致，有共同区域，但也有各自的特征峰。A框中框出的己醛、反-2-庚烯醛、壬醛、糠醛、甲基麦芽酚、β-苯乙醇、1-辛烯-3-醇、顺-氧化玫瑰醚等风味物质在3个等级佛跳墙样品中含量类似。

图9 不同等级佛跳墙GC-IMS指纹图谱Fig.9 GC-IMSfingerprint in different grades of‘Fo Tiao Qiang’

B框中框出的D-乳酸乙酯、甲乙酮、苯甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醇等风味物质在尊享版佛跳墙中含量最高，乐享版佛跳墙次之，自助版佛跳墙最少，可能是尊享版佛跳墙中所加原材料比如鲍鱼、鱼翅、蹄筋等物料等级不一，从而导致这些挥发性风味物质产生的含量不一致。

C框中框出的α-松油醇、异戊醇、正辛醛、1-辛烯-3-酮等风味物质在尊享版佛跳墙和乐享版佛跳墙中含量高于自助版佛跳墙，原因可能是尊享版佛跳墙和乐享版佛跳墙中加入的鲍鱼、瑶柱等经过熬煮产生。

D框中框出的甲基庚烯酮、2-庚酮、庚醛、反-2-辛烯醛、桉叶油醇、α-蒎烯等风味物质在乐享版佛跳墙中较高，可以作为乐享版佛跳墙的特征物质。

E框中框出的戊醛、异戊醛、苯乙醛、乙酸乙酯、2，3-戊二酮等风味物质在自助版佛跳墙中含量较高，可以作为自助版佛跳墙的特征风味物质。

2.3.4 不同等级佛跳墙挥发性物质的GC-IMS主成分分析通过仪器软件自带的Dynamic进行主成分分析，可更直观地了解不同等级佛跳墙的风味差异，结果见图10。PC1贡献率为58%，PC2贡献率为27%，累积贡献率为85%（＞70%），说明能够代表佛跳墙的挥发性物质信息。由图10可知，不同等级的佛跳墙样品各自聚类，尊享版佛跳墙与乐享版佛跳墙在图中距离较近，说明两种佛跳墙在风味上较为相似。以尊享版佛跳墙为对照，自助版佛跳墙与对照样品差异最大，表明它们之间存在较大差异，而乐享版佛跳墙居中，且样品之间没有重叠部分，说明不同等级佛跳墙样品能够明显区分。

图10 不同等级佛跳墙的PCA分析图Fig.10 PCA analysis chart of different grades of‘Fo Tiao Qiang’

3 结语

3种佛跳墙在滋味方面存在显著差异，从整体上看，自助版佛跳墙的滋味更为丰富，其鲜味强度值明显高于另两种佛跳墙，但与此同时，苦味和苦味回味强度值也较高，这一结果与氨基酸、呈味核苷酸、味精当量分析情况一致。通过电子舌技术能更直观地反映出3种佛跳墙在不同滋味上的轮廓差异。采用GC-IMS技术进一步分析3种佛跳墙的挥发性化合物，共鉴定出36种挥发性物质，包括醇类、醛类、酮类、酯类以及其他类别，其中醛类化合物的阈值较低，对佛跳墙的整体气味有较大贡献。GC-IMS指纹图谱结果显示，尊享版佛跳墙的挥发性物质总体含量高于乐享版佛跳墙和自助版佛跳墙，通过分析不同佛跳墙的特征峰区域，绘制PCA主成分分析图，能较好地区分3种不同等级的佛跳墙样品。将电子舌技术与GC-IMS技术结合，能快速、简单、无损地分析出不同产品的滋味及气味特征，丰富了佛跳墙的风味数据库，也为佛跳墙产品的判别提供理论支持。

作者研究了不同等级佛跳墙营养成分和风味物质，这为以后佛跳墙产品的开发提供了思路。在生产佛跳墙时，应将不同种类的佛跳墙风味及其气味充分考虑在内，实现产品的高值化。