基于电子鼻对东坡肘子加热前后特征风味变化的评价

乔明锋,易宇文,*,彭毅秦,邓 静,刘 阳,李玉斌,吴华昌

(1.四川旅游学院，烹饪科学四川省高等学校重点实验室,四川成都 610100; 2.四川旅游学院食品学院,四川成都 610100;3.四川理工学院生物工程学院,四川自贡 643000)

基于电子鼻对东坡肘子加热前后特征风味变化的评价

乔明锋1,易宇文1,*,彭毅秦1,邓 静1,刘 阳2,李玉斌3,吴华昌2

(1.四川旅游学院，烹饪科学四川省高等学校重点实验室,四川成都 610100; 2.四川旅游学院食品学院,四川成都 610100;
3.四川理工学院生物工程学院,四川自贡 643000)

实验利用电子鼻,结合感官评价和理化指标,采用主成分和聚类分析等统计学方法,对5种知名品牌的东坡肘子进行加热前后特征风味变化分析。结果表明:加热前,四川地区的3个样品和江南地区的2个样品表现出明显的地域性差异;加热后,两个区域的样品相似性增加,但四川地区样品的差异性扩大;进一步确认造成这种地域性差异的原因是产品配料和工艺共同所致。研究结果为东坡肘子特征风味指纹图谱的建立和标准化生产奠定基础。

东坡肘子,电子鼻,主成分分析,聚类分析,感官评价

东坡肘子是以大文豪苏东坡的名字命名的传世名菜,据传,苏东坡被贬到黄州(今湖北境内),其妻在炖肘子时,疏于看管,使肘子焦黄粘锅,加调料掩饰焦味而制作出的一道菜肴[1],后经苏东坡反复改良而成为一道传世名菜,具有肉香浓郁、肉质软糯、肥而不腻、粑而不烂的特点。传统东坡肘子是用猪肘子为主料,以酱油、冰糖、香辛料和盐等为调料,经汆水、油炸和煨制等工序加工而成。目前市场上出现的方便食用的东坡肘子罐头,其工艺流程与传统做法基本一致,仅在煨制时有差异,东坡肘子罐头以装罐、参汤和灭菌代替煨制,但其品牌和质量参差不齐,市场缺乏相关的识别和区分方法。

食品的香味主要依靠人的嗅觉(鼻子)来辨识,但个体差异、喜好、生理和心理状况等对嗅觉的影响很大,重复性、稳定性差。智能嗅觉识别系统(电子鼻)是一种模拟人生理嗅觉的传感技术,它采用传感器阵列获得被分析物质的响应信号,然后利用参数模型技术[2]将响应信号处理成数据,获得指纹图谱,形成不同气味之间的差异,它的使用能够避免生理嗅觉的缺陷,保证对同一样品的重复性和稳定性。目前电子鼻在肉类研究中主要应用于肉类鲜度辨别[3-8]、肉类惨假[9-13]、肉制品中微生物监测[14-16]、饲养方式对肉品质的影响[17-21]等领域。

表1 五种东坡肘子样品信息表Table 1 Details of the five Dongpo elbow samples utilized in the experiment

表2 东坡肘子感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard of Dongpo elbow

东坡肘子脂肪含量较高,因此应在加热后食用,不同品牌或者相同品牌的东坡肘子在加热前后其风味物质是否有变化,这种变化对品质的影响有多大,是否在可接受的范围,目前未见相关报道。本研究采用电子鼻技术,结合感官评价和理化指标,利用主成分和聚类分析等方法,比较5种东坡肘子的风味特征在加热前后的变化,以期为企业生产标准的改进提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

5种东坡肘子样品 信息见表1。

FALLC4N分析天平 常州市衡正电子仪器有限公司;FOX 4000电子鼻 法国Alpha MOS公司,该电子鼻主机内有3个矩阵室,每个矩阵室内有6根金属氧化物传感器,这些传感器对一类或几类物质敏感[22-23]。

1.2 实验方法

1.2.1 理化检测 蛋白质含量依据GB 5009.5-2010方法测定;总酸含量依据GB/T 12456-2008方法测定;总糖含量参考GB/T 9695.31-2008方法测定。

1.2.2 电子鼻分析方法

1.2.2.1 样品处理 未加热样品:从包装中取出样品,将固形物和汤汁置于搅拌机匀浆后,准确称量2.0000 g,放入顶空瓶,密封、编号,待用。

加热样品:将固形物和汤汁置于搅拌机匀浆,转入盛器,采用保鲜膜密封,蒸30 min以后,准确称量2.0000 g,放入顶空瓶,密封、编号,待用。

1.2.2.2 电子鼻分析 分析条件:手动进样,顶空温度70 ℃,加热时间300 s,载气流量150 mL/s,进样量500 μL,进样速度500μL/s;数据采集时间120 s,时间延迟180 s。每个样品平行测试3次,取传感器在第120 s时获得的稳定信号进行分析。

1.2.3 感官评价 肉的香味物质构成非常复杂,研究表明在各类肉制品中发现的挥发性香味物质多达1100多种[24],一般来说可以将这1100多种香味物质分成7类:基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、烤香香味、烟熏香味、葱蒜香味和香辛料香味[25]。结合东坡肘子的工艺流程和配料,从基本肉香味、特征肉香味、焦糖香味、葱蒜香味和香辛料香味5个维度对其进行感官评价。样品处理方式按照1.2.2.1中的方式处理;评价人员由21名肉制品加工研究方向的教师和大学生担任,为降低因评价人员在评价尺度、评价位置和评价方向的差异,数据处理采用李华[26]等人的分析方法。评价标准见表2。

表3 五种东坡肘子加热前后蛋白质、总酸和总糖变化Table 3 The changes of protein,total acid and sugar of five Dongpo elbow samples before and after heated

图1 5种东坡肘子样品加热前后电子鼻响应雷达图Fig.1 The radar map of E-nose responses of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

注:不同小写字母表示不同样品间差异显著(p<0.05)；图4同。

1.3 数据处理

数据分析采用SPSS 22.0;作图采用Origin 9.1。

2 结果与分析

2.1 东坡肘子加热前后理化指标检测

东坡肘子挥发性风味物质主要来源于美拉德反应、酯化反应以及配料中的热敏性物质。其中,美拉德反应须蛋白质和糖同时存在;酿造类调味品受热易挥发出气味物质;酒与脂肪和醋酸的酯化反应生成具有水果香气的乙酸乙酯;葱中含硫化物受热分解产生刺激性气体等。表3中,东坡肘子在加热前后蛋白质、总酸和总糖含量差异显著(p<0.05),蛋白质和总糖含量在加热后呈下降趋势,应是美拉德反应消耗所致。总酸也呈下降态势,可能是醋酸一类的物质受热产生挥发性气体和酒发生酯化反应消耗所致。

2.2 东坡肘子加热前后电子鼻雷达响应信号对比

5种东坡肘子加热前后的电子鼻分析见图1,清晰的反应出同一根传感器对不同样品的响应信号强度不一样,说明电子鼻能够将他们区分开来,也说明样品之间有差异。传感器PA/2、P30/1和P40/2对样品的挥发性香味物质最为敏感,响应值高,1号样品加热前后除P30/2外,总体上仅有细微的变化;2、3、4和5号样品则变化比较明显,反应在对应的传感器上是PA/2、P30/1和P40/2,而这几根传感器对有机化合物、氧化能力较强的气体和可燃气体敏感,这说明经过热处理,醇类化合物、碳氢化合物和硫化物等有所损失。P30/2这根传感器对有机化合物敏感,特别是乙醇,1号样在这根传感器上加热后的信号强度强于加热前,与其他样品相反,可能是1号样中的醇类物质在加热后完全释放出来所致。

2.3 东坡肘子加热前后PCA分析

由图2加热前,PC1和PC2分别为94.93%和3.77%,总贡献率98.7%,这说明对原始数据进行线性变换和降维时,其核心成分被有效保留,能够反映出物质的总体特征;5个样品分布在四个象限,说明电子鼻能够从气味上将它们有效区分,它们在气味上存在差异。1号样品横跨一、二象限,但是其在第一象限的两个点靠近Y轴,而在第二象限的第三个点离Y轴较远,可以推测1号样三个点所构成的三角形重心是落在第二象限的,同时比较1、2号样品发现除主料外,有7种配料是完全相同的,这与其他样品相比,其相似度是最高的，所以受热时,美拉德反应产生的香味物质也最为相似。3号样品远离其它几个样品,这是由它的配料决定的,3号样配料少,能够产生风味物质的是肘子中的蛋白质和糖(美拉德反应),同时鸡精调味料中的含硫化合物[27]也是3号样品中风味物质重要来源。4、5号样品位于Y轴的右面,分别分布在第四、一象限,分析它们的配料发现4号样中加入了香辛料,5号样中加入了姜葱,这些配料都是风味物质的重要来源,可以推测导致4、5号样分布在第四、一象限的原因是香辛料和姜葱风味物质的差异造成的。纵观加热前PCA图,1、2、4和5号样近似分布在一条与X轴成135度的直线上,分析其配料,发现都添加了酿造酱油,推测可能是由于酿造酱油中的酱香味引起的,主要为酚类、酯类等物质[28]。1和2号与3号样都分布在Y轴的左面,且分布在第二、三象限,4和5号样分布在Y轴的右面,且分布在第四、一象限,分析其产地,1号(四川眉山)、2号(四川眉山)和3号(四川自贡)均产自四川,4号(上海)和5号(杭州)产地为江南;由此可见,产品的风味有一定的地域相似性,但这种相似性还受配料的影响。

图2 5种东坡肘子加热前后的PCA分析Fig.2 The principal component analysis of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

由图2加热后,PC1和PC2的总贡献率为99.96%,能够反映物质的总体特征。加热后5个样品差距在缩小,有向XY轴交点集中的趋势,说明样品的风味物质损失,导致差距缩小。比较而言,1号样品变化最小(雷达图中也能说明其变化最小),由紧靠Y轴的左面变为紧靠Y轴的右面,其配料多达16种,这些调味料诸如酿造食醋、芝麻油、蚝油和白酒等含有丰富的挥发性成分,均为有机化合物。2、3、4和5号样品的相对位置变化较大,应该是风味物质损失较严重,分析2、3、4和5号样品的配料,其种类明显比1号样少,在加热时间、温度一定的情况下,1号样产生的风味物质的量必然比2、3、4和5号样品多;5个样品的风味物质损失(取样时的损失)一定的情况下,2、3、4和5号样品的损失率会高出很多,这可能是1号样品相对位置变化不大的原因。加热后,样品的地域相似性并未完全瓦解,2、3号样品依然位于Y轴左侧;4、5号样品位于Y轴右侧。

2.4 东坡肘子加热前后CA分析

由图3加热前,1、2号样品两两聚类,相似度高,香气最为接近,5、4、3和1、2号样品有一定的相似度,聚成4类,这与PCA分析一致,四个象限都有分布。1、2号样品在0.1826处聚类,分布在第二象限;5号与1、2号在0.35599处聚类,分布在紧靠1、2号的第一象限,且它们都分布在X轴的上部;4号与1、2、5在1.11732处聚类,分布在第四象限,且与它们近似的分布在一条直线上;而3号与1、2、5、4在1.93971处聚类,分布在远离1、2、5、4所在直线的第三象限。

图3 5种东坡肘子加热前后CA分析Fig.3 The cluster analysis of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

由图3加热后,加热前1、2号聚类变为加热后1、5号在0.06643处聚类,这与PCA分析中由加热前1、2号分布在第二象限变为加热后1、5号分布在第一象限是一致的;2号与1、5号在0.29207处聚类,这与PCA分析中分布在X轴的上部是一致的;4号与1、5、2号在0.56529处聚类,这与PCA分析中,其单独分布在第四象限是一致的;3号与1、5、2、4号在1.0062出聚类,这也与PCA分析中,其单独分布在第三象限是一致的。从加热后样品聚类的标度来看,所有样品的聚类标度都低于加热前,这与PCA分析中样品向XY焦点集中的趋势一致。

2.5 东坡肘子加热前后感官评价

由图4加热前,1、2、3、4和5号样品的得分分别是67.04、59.65、61.27、60.82和71.01,其中1和2号样品的得分差距比较大,这与PCA和CA分析的结果不一致,这可能与人的嗜好、生理状况、心理状况和环境等有关;但1和5号的得分比较靠近,具有一定的相似性,与PCA分析吻合,也与CA分析吻合。3和4号样品的得分比较靠近,具有一定的相似性,这与PCA(分布在X轴的下半部分)和CA(在第四层聚类)分析相吻合。另外,2和4号以及1和3 号的感官评分没有显著差异(p>0.05),2、4和5号差异显著(p<0.05)。这与PCA分析中,2、4和5分别分布在第二、四和一象限是一致的。而1号样在PCA中,分布在紧靠Y轴的右面的临界点上,与2、3、4号样没有显著差异,也与5号没有显著差异。

图4 5种东坡肘子加热前后感官评分Fig.4 The sensory score of 5 Dongpo elbow samples before and after heated

由图4加热后可知,加热后样品的总体得分呈上升趋势,可能是热敏性物质受热挥发,更易被评价人员感受所致。其中,1和5号样品得分分别为70.05和73.91,差异很小,说明他们相似性高,与PCA和CA分析一致;2、3和4号样品的得分分别为62.73、62.67和64.18,差异小,说明经过加热它们之间的差距缩小,但依旧保持自身的特性,也与PCA和CA分析中它们所在象限分布和聚类层次一致。另外,2、3、4号与1 号的感官评分没有显著差异(p>0.05),而2、3、4和5号差异显著(p<0.05),与PCA分析中2、3、4和5分别分布在第二、三、四和一象限一致。在PCA中1号样由加热前的紧靠Y轴右面,变为紧靠Y轴的左面临界点上,故与2、3、4和5号样没有显著差异。

3 结论

本实验结合感官评价和理化分析,利用电子鼻技术区分识别5种知名品牌东坡肘子在加热前后风味物质的变化。结果表明:加热前,四川地区和江南地区的东坡肘子地域差异性明显,距离越近相似度越高,这可能是由配料差异造成;加热后,四川地区东坡肘子差异性增加,江南地区样品相似性变化不大,但5个样品的差异性在总体趋势上减小,相似性增强;加热后,5种样品的感官评分高于加热前,说明加热后的风味优于加热前,其变化是可以接受的。另外,研究结果还表明酿造酱油对产品的风味影响较大。该研究结果对东坡肘子风味指纹图谱的建立和标准化生产具有一定的指导意义。

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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

乔明锋(1985-)，男，博士，研究方向：食品风味化学，E-mail：mfqiao@163.com。

*通讯作者:易宇文(1980-)，男，硕士，副研究员，研究方向： 传统调味产业化，E-mail：147684620@qq.com。

四川省科技厅应用基础项目(2016JY0083)；肉类加工四川省重点实验室资助项目(15-R07);四川旅游学院校级基金资助项目(2017STUZ06)。

TS251.5

A

1002-0306(2017)08-0058-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.003