尹 航，周文紅，白云霞，劉小玲

(廣西大學輕工與食品學院, 廣西南寧 530000)

螺螄粉是廣西柳州一種地方特色的小吃，是廣西當?shù)鼐用裰饕目觳褪称贰＝陙?，柳州螺螄粉因其獨特的風味及營銷模式迅速紅遍全國，2018年柳州螺螄粉從地方小吃迅速發(fā)展成為近80億元產(chǎn)值規(guī)模的民族特色食品產(chǎn)業(yè)[1]。盡管螺螄粉快速成為網(wǎng)紅食品，但對其開展的基礎研究和應用技術研究仍然非常有限，僅限于對食材、配方、加工工藝步驟等方面的應用研究[2-3]。盡管螺螄粉的地方標準的建立對螺螄粉的質(zhì)量有了一定的評價和控制依據(jù)，但其風味上的評價過多依賴于感官描述。不同產(chǎn)品間可能因原料工藝等的不同而產(chǎn)生品質(zhì)的差異，造成產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性難以控制。

近年來，餐飲店的螺螄鴨腳煲也深受消費者歡迎，成為步螺螄粉之后極具潛力進行工業(yè)化轉型的特色民族食品。這兩類產(chǎn)品都以廣西地方特色的食材——酸筍以及螺螄(石螺)為主要原料，產(chǎn)品風味上呈現(xiàn)鮮、咸、酸、辣、燙等特征。螺螄鴨腳煲和螺螄粉兩者加工所用食材相近，但其制作工藝、原輔料配比、食材處理等方式有一定差別，從而導致兩者在風味感受上既相似又有差異。目前關于螺螄鴨腳煲研究幾乎為空白，從而制約了此類產(chǎn)品的標準化及工業(yè)化生產(chǎn)。

氣相離子-遷移譜聯(lián)用技術(gas chromatography-Ion mobility spectrometry，GC-IMS)是近年來開始在食品行業(yè)得到應用的新型風味研究的分析方法。GC-IMS具有方法簡單、靈敏度高、選擇性強、檢測過程高效快速等特點[4-5]，得到越來越多研究者的青睞，已經(jīng)在食品質(zhì)量、貨架期、摻偽、原產(chǎn)地保護等方面的檢測中得到應用[6-10]，如Garrido-Delgado等[11]使用GC-IMS技術對橄欖油質(zhì)量評估。

為準確描述和評價螺螄粉、螺螄鴨腳煲等此類具有“螺螄”風味的產(chǎn)品的風味特征，本研究團隊通過市場調(diào)研和問卷調(diào)查，尋找到消費者評價度高的螺螄粉和螺螄鴨腳煲品牌作為樣品。采用電子鼻、GCIMS技術對樣品進行分析，確定其中揮發(fā)性物質(zhì)的構成，并通過GC-ISM主成分分析、指紋圖譜比對，建立螺螄風味“指紋”，為螺螄風味產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)標準建立檢測指標；通過分析螺螄粉與螺螄鴨腳煲風味差異，為螺螄鴨腳煲工業(yè)化工藝和配方設計可否借鑒已成熟的螺螄粉工業(yè)化生產(chǎn)工藝提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

根據(jù)課題組的調(diào)研問卷分析(問卷內(nèi)容包括螺螄粉、螺螄鴨腳煲的特殊風味、關鍵原輔料、品牌嗜好性等問題，通過問卷星軟件在網(wǎng)絡發(fā)布，共回收404份有效答卷，了解消費者對螺螄風味食品的認知情況)，從消費者評價度最佳的餐飲螺螄粉和工業(yè)化螺螄粉和螺螄鴨腳煲中采樣，共采集12個代表性產(chǎn)品，其基本信息如表1所示。

表1 采集樣品信息Table 1 Information of collected samples

PEN3電 子 鼻 德 國AIRSENSE公 司；FlavourSpec?食品風味分析儀含CTC自動頂空進樣器、Laboratory Analytical Viewer(LAV)分析軟件、GC × IMS Library Search軟件及軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫 德國G.A.S公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的前處理 餐飲螺螄粉樣品(A)：從當?shù)夭惋嫷陰Щ貙嶒炇?，用紗布濾除殘渣，取湯汁，待冷卻至室溫進行檢測；工業(yè)化螺螄粉樣品(B)：參考產(chǎn)品食用方法煮制，用紗布濾除殘渣，取湯汁，待冷卻至室溫進行檢測；螺螄鴨腳煲樣品(C)：從當?shù)夭惋嫷陰Щ貙嶒炇?，用紗布濾除殘渣，取湯汁，待冷卻至室溫進行檢測。

1.2.2 電子鼻分析方法 用頂空瓶從12個樣品中抽取氣體進行檢測。參照鄺格靈等[12]的方法，稍作修改。樣品間隔時間1 s，清洗時間60 s，歸零時間10 s，樣品準備時間5 s，測定時間200 s，載氣流速200 mL/min，進樣流量200 mL/min，平行測定兩次。電子鼻傳感器信息為W1C(對芳香成分、苯類化合物靈敏)、W5S(對氮氧化物靈敏)、W3C(對芳香成分、氨類化合物靈敏)、W6S(對氫化物靈敏)、W5C(對短鏈烷烴芳香成分靈敏)、W1S(對甲基類化合物靈敏)、W1W(對硫化物靈敏)、W2S(對醇類、醛酮類靈敏)、W2W(對有機硫化物靈敏)、W3S(對長鏈烷烴靈敏)。

1.2.2.1 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的風味分析 將傳感器檢測到的原始數(shù)據(jù)導出，通過Origin 9.0軟件制作雷達圖。

1.2.2.2 基于電子鼻方法的螺螄粉和螺螄鴨腳煲的主成分分析(Principal Component Analysis, PCA) 通過電子鼻自帶的PCA插件生成。

1.2.3 GC-IMS分析方法 參考Gallegos等[13]方法，略加修改。取1 mL樣品至20 mL頂空進樣瓶，設置1組平行對照，準備進樣。孵化溫度60 ℃，孵化時間10 min，進樣方式為頂空進樣，進樣體積500 μL，進樣針溫度65 ℃，加熱方式為振蕩加熱，振蕩速度500 r/min，不分流，清洗時間5 min。

色譜柱：FS-SE-54-CB-1；石英毛細管柱(15 m ×0.53 mm，0.5 μm)；色譜柱溫度：50 ℃；載氣：N2(純度≥99.999%)；載氣流速：初始流速0～2 min，2 mL/min；2～10 min，2～20 mL/min；10～20 min，20～100 mL/min；20～30 min，100～150 mL/min；分析時間30 min。

漂移管長度：98 mm；管內(nèi)線性電壓：500 V/cm；漂移管溫度：45 ℃；漂移氣：N2(純度≥99.999%)；漂移氣流量：150 mL/min；放射源：β射線(氚，3H)；離子化模式，正離子。

1.2.3.1 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs二維譜圖 樣品檢測生成的原始數(shù)據(jù)通過GC-IMS自帶的LAV軟件制作VOCs二維譜圖。

1.2.3.2 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs定性 通過GC-IMS Library Search軟件與內(nèi)置的NIST 2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與G.A.S.的IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫二維定性。

1.2.3.3 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs指紋圖譜特征分析 樣品檢測生成的原始數(shù)據(jù)通過GC-IMS自帶的LAV軟件的Gallery插件制作指紋圖譜。

1.2.3.4 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs相似度分析

樣品檢測生成的原始數(shù)據(jù)通過GC-IMS自帶的LAV軟件的Gallery插件中的Matching Analytics插件分析VOCs相似度。

1.2.3.5 基于GC-IMS螺螄粉和螺螄鴨腳煲的PCA分析 樣品檢測生成的原始數(shù)據(jù)通過GC-IMS自帶的LAV軟件的PCA插件分析樣品主成分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019、Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和繪圖。

2 結果與分析

2.1 電子鼻對螺螄粉和螺螄鴨腳煲的風味響應

2.1.1 螺螄粉與螺螄鴨腳煲的雷達圖 圖1為餐飲螺螄粉、工業(yè)螺螄粉、螺螄粉鴨腳煲三組樣品的電子鼻響應雷達圖。

圖1 電子鼻檢測螺螄粉和螺螄鴨腳煲的風味雷達圖Fig.1 The radar fingerprint of Luosi-noodle and Luosi-hot-pot by E-nose

由圖1可知，電子鼻對三組樣品有明顯響應，其中工業(yè)螺螄粉與餐飲螺螄粉雷達圖輪廓相似，說明工業(yè)螺螄粉氣味仿真程度高。螺螄粉與螺螄鴨腳煲的雷達圖有一定差異，差異主要體現(xiàn)在2個傳感器W5S(對氮氧化物靈敏)，W1S(對甲基類化合物靈敏)，說明螺螄鴨腳煲與螺螄粉的主要差異來自氮氧化物、甲基類化合物。大部分風味食品中都會存在甲基類化合物，其中甲基吡嗪類化合物是影響食品風味的關鍵化合物[14-16]。螺螄鴨腳煲在W1S的響應值明顯高于螺螄粉，而兩者大部分原料和制作工藝相似，差異的來源可能來自螺螄鴨腳煲獨有的鴨腳、芋頭、紫蘇等食材造成的。

2.1.2 基于電子鼻方法的PCA 餐飲螺螄粉、工業(yè)螺螄粉、螺螄粉鴨腳煲三組樣品的PCA見圖2。

PC1和PC2貢獻率分別為74.31%和13.73%，總貢獻率為88.04%，說明主成分可以很好的反映樣品的揮發(fā)性氣味特征。如圖2所示，A、B兩組差異不明顯，8個樣品中有6個樣品聚集在一起(分別是A1、A2、A3、B1、B2、B3)，說明大部分餐飲螺螄粉與工業(yè)螺螄粉樣品的揮發(fā)性組分相似。A、B兩組與C組分類相對明顯，可以明顯區(qū)別出是兩類產(chǎn)品。第一主成分中， C與B的部分樣品相似(如B4、C3)，但螺螄粉與螺螄鴨腳煲整體樣品有一定差異，說明螺螄鴨腳煲與螺螄粉具有一定相似性，但仍存在差異。

圖2 樣品的主成分分析圖Fig.2 Principal component analysis of the samples

2.2 GC-IMS法分析螺螄粉與螺螄鴨腳煲風味特征

2.2.1 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的GC-IMS分析 圖3為螺螄粉和螺螄鴨腳煲的GC-IMS二維譜圖，縱坐標為GC分離時VOCs的保留時間，橫坐標為IMS分離VOCs相對于反應離子峰的漂移時間。反應離子峰右側的每一個斑點代表一種VOCs，藍色為背景，紅色代表物質(zhì)成分，顏色越深表示含量越高。通過對比相同Rt(保留時間)和Dt(漂移時間)區(qū)域VOCs差異反映出樣品間的揮發(fā)性化合物差異。

由圖3所示，三組樣品的VOCs通過GC-IMS得到了很好的分離，可以明顯地看出樣品間VOCs的差異。在12個樣品的二維譜圖中共發(fā)現(xiàn)134個斑點，A組與B、C兩組的差異集中在RT150～300 s之間，C組與A、B兩組的差異集中在RT300～500 s之間。

圖3 樣品的GC-IMS二維譜圖比較Fig.3 Comparison of two-dimensional GC-IMS spectra of samples

2.2.2 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs定性 通過GC-IMS內(nèi)置的NIST2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與G.A.S的IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫二維定性，在12個樣品中共檢測到的134個揮發(fā)性物質(zhì)(包含同分異構體)，共定性38種揮發(fā)性物質(zhì)。由表2可見，樣品定性的揮發(fā)性物質(zhì)，包含醇類12種；酮類8種；醛類7種；酯類6種；硫化物1種；烴類2種；吡嗪1種；酚類1種。

由表2可知，在已定性的38中化合物中，其中有33種化合物均在12個樣品中檢測到，造成差異的5個物質(zhì)來自醛類、酯類化合物。

表2 全部樣品的GC-IMS揮發(fā)性組分定性Table 2 Qualitative analysis of GC-IMS volatile components of all samples

三組樣品中共定性出醛類7種。己醛是一種帶有刺激性氣味化合物，在A、B均檢測到，而C沒有，類似于己醛這種分子含量較小的醛類通常是由脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的[17-18]。也有研究證明，己醛是由腐敗菌產(chǎn)生[19-20]。差異的來源可能來自螺螄粉中特有的炸豆皮、炸花生等易氧化的食材，也可能來自酸筍等發(fā)酵食材的加工處理方式不同。

三組樣品共定性酯類6種，樣品間VOCs差異主要來自酯類化合物。酯類一般是組成酒風味的重要物質(zhì)，其中己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯被稱為中國白酒風味構成中四大主要酯類[21-23]。三組樣品均檢測到丁酸乙酯，而乙酸乙酯只在工業(yè)化螺螄粉樣品中發(fā)現(xiàn)。在我國大部分傳統(tǒng)菜肴處理原

材料或煮制工藝中有加入酒的習慣，除了有去腥提鮮的功效，還可以在風味物質(zhì)間相互結合的過程中貢獻特殊風味[24]。由于螺螄粉、螺螄鴨腳煲在制作中涉及肉制品，并且螺螄粉工廠也將白酒作為醬料的原料，一些酯類物質(zhì)可能來自于料酒和白酒。

2.2.3 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs指紋圖譜特征分析 圖4是利用儀器FlavourSpec?系統(tǒng)自帶LAV軟件內(nèi)置的Gallery Plot插件所建立的12個樣品的GC-IMS二維譜圖(圖3)中VOCs的指紋圖譜。指紋圖譜可以直觀的對比不同樣品間揮發(fā)性有機物的差異，可以用于產(chǎn)品風味特征對比、是否符合風味標準、鑒別真?zhèn)蔚取Ｃ恳恍写硪粋€樣品，每一列代表一種化合物。

圖4 三組樣品的Gallery Plot圖Fig.4 Gallery Plot of three groups of samples

在指紋圖譜中可以看出A、B、C三組樣品風味明顯不同，且大致可按組分類；實線方框區(qū)域為螺螄粉的特征風味物質(zhì)，包含異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸丁酯等，乙酸丁酯在A組樣品中的含量較少；虛線方框區(qū)域為B組的特征風味物質(zhì)，包含乙酸丁酯、丙酸乙酯等。

2.2.4 螺螄粉和螺螄鴨腳煲的VOCs相似度分析 LAV軟件的Gallery Plot插件可以根據(jù)指紋圖譜數(shù)據(jù)進行樣品間相似度分析，相似度分數(shù)和相交顏色深淺代表樣品間VOCs的相似程度，滿分為100分。相似度分析圖見圖5、樣品相似度得分見表3。

如圖5所示。大部分螺螄粉樣品相交的顏色較深，說明比較相似。除個別樣品，螺螄鴨腳煲樣品的組內(nèi)和組間的相似性比較差。

圖5 基于GC-IMS數(shù)據(jù)的樣品相似度分析Fig.5 Sample similarity analysis by GC-IMS

如表3所示，相似度在60左右可以被認為是同一類樣品，相似度在80以上被認為極為相似的樣品，相似度在90以上被認為是同一樣品[25]。餐飲螺螄粉組內(nèi)樣品VOCs的相似度非常高，相似得分為79，工業(yè)化螺螄粉樣品VOCs的相似度也很高，相似得分均在75.5，說明各品牌螺螄粉的特征風味一致，各品牌風味有非常高的相似度。餐飲螺螄粉與工業(yè)化螺螄粉的相似得分為73.1，可以被認為是非常相似的樣品，說明工業(yè)化螺螄粉可以很好地還原餐飲螺螄粉的風味特征。而螺螄鴨腳煲組內(nèi)樣品VOCs相似度得分在60左右，說明各品牌螺螄鴨腳煲的特征風味不明顯，品牌間風味差異大。螺螄鴨腳煲與螺螄粉相似度得分為58，可以定義為同一類樣品，說明螺螄鴨腳煲與螺螄粉風味相似，可以將螺螄鴨腳煲與螺螄粉歸為“螺螄風味”食品。

表3 樣品的相似度得分Table 3 similarity score of sample

2.2.5 基于GC-IMS螺螄粉和螺螄鴨腳煲的PCA分析 利用LAV軟件對三組樣品進行主成分分析，結果如圖6所示。

從圖6中可知，12個樣品的平行組差異較小，且可以直觀的區(qū)分A、B、C三組樣品，對比電子鼻的PCA結果(圖2)可以看出，GC-IMS在檢測樣品VOCs差異方面更加靈敏和穩(wěn)定。A組與B組樣品聚集度高，C組樣品聚集度較差，說明A、B兩組內(nèi)樣品主成分相似，C組內(nèi)樣品主成分差異較大；第一主成分中，A、B樣品非常相似， C與A、B有明顯差異。結合第二主成分，A、B兩組相對于C組來說，亦可分為一類，但A、B兩組仍存在一定的差異性，說明工業(yè)化生產(chǎn)工藝對螺螄粉風味存在影響。結合指紋圖譜和相似度分析結果，GC-IMS在PCA分析結果中也同樣得出了餐飲螺螄粉與工業(yè)螺螄粉風味高度相似。

圖6 基于GC-IMS數(shù)據(jù)的樣品主成分分析Fig.6 Principal component analysis of samples by GC-IMS

3 結論

通過電子鼻和GC-IMS實驗結果可以看出，在樣品差異性分析中，GC-IMS通過指紋圖譜、PCA、指紋圖譜和相似度分析的方法可以更直觀、更靈敏的展示出樣品的差異。在定性分析中，GC-IMS雖然可以精準定性VOCs，但受限于譜庫不全，分析效果較為局限。電子鼻可以通過傳感器對不同類揮發(fā)性化合物的靈敏度不同，將樣品整體VOCs進行分類分析，研究發(fā)現(xiàn)螺螄粉與螺螄鴨腳煲VOCs差異主要來自氮氧化物和甲基類化合物。

廣西螺螄粉從餐飲小吃轉型為工業(yè)化產(chǎn)品的過程中，產(chǎn)品的風味能得到有效保持，風味保真性較好；不同品牌的工業(yè)化螺螄粉具有高度一致性，解決了傳統(tǒng)食品向工業(yè)化轉化中的標準化問題。螺螄鴨腳煲產(chǎn)品盡管也是一個具有發(fā)展?jié)摿Φ牟惋嫯a(chǎn)品，目前還未呈現(xiàn)出一致性的典型風味特征，其工業(yè)化技術開發(fā)中仍需要深入探討其風味特征及風味形成機制，為進一步實現(xiàn)該類產(chǎn)品工業(yè)化奠定理論基礎。