不同蒸制条件下荔浦芋的风味评价

苏可珍 ，黎小椿，聂辉，李官丽 ，伍淑婕，罗杨合 *

1. 大连工业大学食品学院（大连 116034）；2. 贺州学院食品科学与工程技术研究院（贺州 542899）

芋头[Colocɑsiɑ esculentɑ（L.）Schott]，又称芋艿、青芋、土芝、毛芋等，为多年生草本植物。全世界的芋头品种在700个左右，主要品种有红芋[1]（又称红芽芋）、白芋（又称白芽芋）、九头芋（狗爪芋）、槟榔芋等。荔浦芋是槟榔芋的著名品种，是广西极具特色的农作物，荔浦芋在广西各地都有栽培，以荔浦县的品质最优，至今已有340多年的栽培历史，现已成为国家地理标志保护农产品[2]，被誉为“芋中极品”[3]，是广西素负盛名的特产蔬菜，2017年被评为中国农产品百强品牌。根据农业部亚热带果品蔬菜质量监督检验测试中心测定：荔浦芋水分含量≤65.9%；灰分含量≥1%；蛋白质含量≥1.88 g/100 g；淀粉含量≥25.7 g/100 g；锌含量≥15.08 mg/kg；铁含量≥1.12 mg/kg；钾含量≥448 mg/100 g；氨基酸含量≥1.26%。荔浦芋含有丰富的淀粉、蛋白质、维生素、多糖、矿物质、膳食纤维等[4-5]，具有健脾消食、调补中气、消疡散结、降压降脂、增强人体免疫力等作用，既可作菜肴也可作零食，是老幼皆宜的滋补佳品。

目前，国内外对芋头的研究主要集中在栽培技术[6-7]、贮藏保鲜[8-9]和营养成分分析[10-11]及加工[12]方面，对芋头的挥发性风味物质研究较少。根据所查阅文献，尚未有关于荔浦芋挥发性风味物质方面研究的文献报道。如今，运用于挥发性风味物质检测常用的较为先进的技术有气相色谱法（GC）[13]、液相色谱法（LC）[14]、气质联用测定法（GC-MS）[15]、液质联用测定法（LC-MS）[16]、气相色谱-吸闻技术（GC-O）[17]、电子鼻技术（EN）[18-21]等。其中，电子鼻以其特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整体信息、识别物质的类别和成分，常被用来模仿生物鼻快速检测食品的挥发性风味物质。利用感官评价与PEN3电子鼻对不同蒸制时间（0，2.5，5，7.5，10和12.5 min）荔浦芋挥发性风味物质进行检测与评分，并结合传感器载荷分析（Loadings analysis，LA）、主成分分析（Principal components analysis，PCA）以及线性判别分析（Linear discrimination analysis，LDA）区别不同蒸制时间荔浦芋的挥发性风味物质以及量化挥发性风味物质的主成分贡献率，以期为荔浦芋的深加工利用提供相关基础理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜荔浦芋（1.5～2 kg/个），产自广西贺州市，形态完整个体饱满，无虫斑无机械损伤。

德国PNE3电子鼻，北京盈盛恒泰科技有限公司；C21-RT2170多功能电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；AQT-1500分析天平，艾德姆横器武汉有限公司。

1.2 方法

1.2.1 荔浦芋前处理

将荔浦芋清洗，切去外皮，取中间部位沿着纵向方向切片，切成厚约1 cm，长约8 cm，宽约4 cm的芋片。

1.2.2 蒸制荔浦芋的制备及样品采集

使用普通蒸锅和电磁炉对芋片进行蒸制，蒸锅内水高度约为3.5 cm，先用2 100 W功率把水煮至沸腾，水沸腾后把芋片放至蒸锅内的蒸板上蒸制并计时，同时把功率降至1 000 W。蒸制时间分别为0 min（HS 0），2.5 min（HS 2.5），5 min（HS 5），7.5 min（HS 7.5），10 min（HS 10），12.5 min（HS 12.5），每个时间点的芋片样品进行单独蒸制并取3个平行，其中5 min为荔浦芋片蒸制到刚好熟透时所需时间，蒸制时间结束取出室温放置3 min后将3个平行样品切碎，混匀后准确称取样品7.0 g于250 mL一次性塑料杯中并附上封口膜，室温静置平衡30 min后进行电子鼻检测。

1.2.3 感官评定方法

参照GB/T 15682—2008[22]食味品质感官评价方法以及殷剑美等[23]建立的芋头食味品质评价方法，根据荔浦芋自身特点制定蒸制荔浦芋的感官评分标准及方法。评定小组由10名（四男六女，年龄24～35岁）身体状况良好、无不良嗜好的实验室食品专业人员组成，品评环境符合要求，评定前后用清水漱口[24]，按照口感（硬度、沙性、糯性、黏液量）、形状、色泽、气味进行评分，评分为百分制，评分表见表1。品评前，让品评员熟悉并确认荔浦芋的感官特性，评价步骤为先闻并评定荔浦芋的气味，然后观察其色泽，再通过咀嚼、手触摸及手掰辅助判断，评定芋片各相应指标的得分，最后的感官得分为10名品评员的平均分。每个样品取5个平行。

表1 不同蒸制时间荔浦芋的感官评价标准

1.2.4 电子鼻检测

采用德国PNE3电子鼻检测系统，传感器名称及其阵列性能描述见表2。测试样品6组，每组5个平行。传感器室流量400 mL/min，载气速度400 mL/min，清洗时间60 s，电子鼻采样间隔1 s，样品准备时间5 s，检测时间为120 s。1.2.5 数据的统计分析

表2 PNE3型电子鼻标准传感器阵列性能

采用PEN3电子鼻内部自带Win Muster软件进行主成分分析、传感器载荷分析及线性判别分析，试验结果数据处理采用Excel 2016软件。

2 结果与分析

2.1 感官评价数据与分析

由表3可知，蒸制10 min的样品的感官总评分最高，为88.1分；7.5和12.5 min样品评分相近，分别为83和83.7分。不同蒸制时间荔浦芋硬度、沙性、糯性、色泽方面，2.5～10 min蒸制时间范围内，评分随着蒸制时间的延长而升高；12.5 min评分降低，可能是由于蒸制时间过长，荔浦芋开始软塌，花纹的色泽变暗，总体口感和挥发性风味物质品质也变差。黏液量和气味方面，蒸制时间越长评分越高；10和12.5 min样品气味评分相近。总体评价上，蒸制10 min芋片的感官特点表现为芋头形状完整，香味浓郁，硬度、沙性、糯性、黏液量均适中，芋片肉颜色呈紫白色，花纹呈深紫色且色泽均匀；而蒸制7.5和12.5 min总体感官评分稍低于10 min，7.5 min芋片色泽不够均匀，12.5 min芋片肉和花纹颜色变暗且稍有软塌；蒸制2.5 min时芋片未熟透，各方面评分均较低；蒸制5 min时芋片刚好熟透，但香味不饱满，肉和花纹的色泽未彻底呈现，且咀嚼时偏硬，口感不佳。感官评价结果显示，当蒸制时间为10 min时，荔浦芋的总体挥发性风味物质最佳。

表3 不同蒸制时间荔浦芋感官评定结果

2.2 电子鼻数据与分析

2.2.1 电子鼻传感器对不同蒸制时间荔浦芋的响应雷达图分析

不同蒸制时间荔浦芋的六组样品对传感器的相应雷达图如图1。传感器响应值越大，表明蒸制荔浦芋中该传感器代表的某类物质浓度越大[25]，响应值差异越大表明传感器对六组不同蒸制时间荔浦芋挥发性气味的区分效果越好。由图可知，传感器S6（对甲基类灵敏）、S7（对硫化物灵敏）、S8（对醇类、醛酮类灵敏）、S9（对芳香成分、有机硫化物灵敏）对不同蒸制时间的荔浦芋样品的响应值较大，其中S6区分能力最强。从0～12.5 min，S1、S3、S4、S5、S10传感器响应值接近于1，说明不同蒸制时间荔浦芋中对应的化合物含量较低；从2.5～12.5 min，S6、S7、S8、S9传感器的响应值随着蒸制时间的延长而增大，说明S6、S7、S8、S9所代表的挥发性风味物质的浓度随着蒸制时间的延长而增大，含量较为突出。响应雷达图分析说明，不同蒸制时间荔浦芋的特征挥发性风味物质均来自甲基类物质、硫化物、氮氧化物、醇类及醛酮类物质，而样品0 min的氮氧化物、硫化物浓度较大。

2.2.2 不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质成分主成分分析

主成分分析在对样品特性一无所知的前提下，利用降维的思想把传感器多指标的信息转换为少数几个综合指标，挖掘有用的信息。该算法不丢失样品的任何信息，仅通过改变坐标轴来达到区分样品的目的。PC1和PC2上包含了PCA转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率[26]，贡献率越大，越能更好地反映样品信息。由图2可知，不同蒸制时间荔浦芋的第1主成分（PC1）贡献率为91.85%，第2主成分（PC2）的贡献率为7.96%，累积贡献率为99.81%，表明这两个主成分基本包含了原始数据的所有信息[27]，即代表了样品的大部分信息特征且以PC1区分为主。各个不同蒸制时间的样品几乎可以区分开，且在PC1和PC2上呈现一定的变化趋势，样品HS 10和HS 12.5有重叠，表明这两个样品彼此间气味差异不大，HS 0 样品在PC1方向与其他样品间距均较大，说明蒸制0 min荔浦芋在气味上与其他样品存在较大差异。PCA分析表明经过蒸制的荔浦芋挥发性风味物质成分发生的变化较大。

图2 不同蒸制时间荔浦芋PCA图

2.2.3 不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质成分传感器载荷分析（LA）

LA通常用来体现传感器在识别模式中的重要程度，位点坐标表示其在主成分上的比重，坐标值越大，说明传感器对检测样品的挥发性风味物质反应较敏感，该传感器是识别传感器[28]。根据图3不同蒸制时间荔浦芋LA图可知，第1主成分（LA1）的贡献率为91.85%，第2主成分（LA2）的贡献率为7.96%，累计贡献率为99.81%，反映了样品绝大部分信息特征。传感器S10、S5、S4、S3、S1的分布接近零坐标，且位置靠近，有部分重叠，表明其感应信号变化较弱，贡献率小，表明它们对不同蒸制时间荔浦芋挥发性气味的敏感程度较低。传感器S6（甲基类）、S7（硫化物）对第1主成分的贡献率较大，且S6对第2主成分的贡献率最大，S6是区别不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质的主要传感器[25]。LA分析说明甲基类物质和硫化物在对不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质区分中贡献较大，与2.2.1雷达图分析结果相符。

图3 不同蒸制时间荔浦芋LA图

2.2.4 不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质成分线性判别分析（LDA）

线性判别分析，是继PCA分析之后对传感器所感应的挥发性风味物质的响应信号进一步优化处理，扩大数据之间的差异性，进而反映样品香气的差异情况。线性判别分析时，可以利用所有的传感器信号以提高分类的准确性[29]。线性判别分析相比于主成分分析来说更加注重样品在空间中的分布规律及各样品间的距离分析[30]，通常与PCA法同时采用，达到更好的分析目的。这两种方法在电子鼻气味检测领域已取得良好的效果。根据图4可知，不同蒸制时间荔浦芋LDA图第1判别函数（LDA1）的贡献率为67.24%，第2判别函数（LDA2）的贡献率为31.96%，累计贡献率达到99.2%，能很好地反映样品的总体信息。随着蒸制时间的延长，除HS 0样品外，其他样品在LDA1上相差不大并没有规律，在LDA2上变化明显，并呈现一定的变化规律，其中HS 10与HS 12.5没有明显被区分开，说明这两个蒸制时间的荔浦芋挥发性风味物质成分差异不大。HS 0在LDA1和LDA2方向均表现出最大差异，说明蒸制后的荔浦芋挥发性风味物质发生的变化较大。相比其他样品，HS 2.5偏离HS 0最近，可能是由于蒸制2.5 min荔浦芋尚未熟透，因此与蒸制0 min样品相似的挥发性风味物质成分较多。LDA分析总体结果与2.2.2的PCA分析相似，说明电子鼻可以达到区分不同蒸制时间荔浦芋的目的。

图4 不同蒸制时间荔浦芋LDA图

3 结论

利用感官评价并结合电子鼻结合多元统计分析方法对不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质进行分析研究。感官评价结果显示蒸制10 min的荔浦芋品质更佳。由雷达分布图、LA、PCA及LDA结果表明，电子鼻系统能够很好地区分不同蒸制时间荔浦芋样品，具有很好的识别不同蒸制时间荔浦芋的能力。不同蒸制时间荔浦芋LA分析说明第1主成分起关键作用，传感器S6、S7对第1主成分的贡献率较大，且S6对第2主成分的贡献率最大，即甲基类和硫化物对区分不同蒸制时间荔浦芋贡献较大。PCA分析时PC1和PC2的总贡献率为99.81%，LDA分析时，LD1和LD2的总贡献率为99.2%，同样能较好地区分不同蒸制时间的荔浦芋。

通过电子鼻这种快速检测方法可以看出，不同蒸制时间的荔浦芋挥发性风味物质存在差异，荔浦芋在蒸制过程中挥发性风味物质发生了变化，但不能对挥发性风味物质成分进行定性和定量分析，不能检测出样品的特征性挥发性风味物质的种类及含量，要了解不同蒸制时间荔浦芋挥发性风味物质的组成，需要结合GC-O、GC-MS做进一步的分析。