醋因其獨(dú)特的風(fēng)味和對(duì)健康的益處，在中國(guó)菜肴和日常生活中占有重要地位，它可以直接作為調(diào)味品或兌水使用。本研究采用電子鼻和電子舌識(shí)別食醋的氣味和滋味。利用GC-IMS技術(shù)對(duì)食醋中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性和半定量分析，并通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析不同品種食醋在風(fēng)味上的差異，明確各地區(qū)食醋的關(guān)鍵差異揮發(fā)性風(fēng)味化合物，實(shí)現(xiàn)食醋產(chǎn)地的快速識(shí)別。
01
電子鼻分析
電子鼻主要通過(guò)各個(gè)敏感的傳感器來(lái)感受樣品中的香氣，樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)輕微的變化都能夠被區(qū)分開。由圖1中A可知，T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2傳感器對(duì)食醋揮發(fā)性化合物有較強(qiáng)的響應(yīng)，表明食醋中可能含有較高豐度的芳香族、烷烴、有機(jī)化合物等。不同品種食醋的響應(yīng)值除了對(duì)T30/1（對(duì)極性化合物靈敏）、P30/1（對(duì)芳香族化合物靈敏）、P40/2（對(duì)有機(jī)化合物靈敏）、P30/2（對(duì)氧化能力較強(qiáng)的氣體靈敏）傳感器沒有顯著性差異（P＞0.05）外，對(duì)其他傳感器均存在顯著性差異。與B樣品相比，A、C、D在各個(gè)傳感器上的響應(yīng)值更強(qiáng)，表明B樣品中醇類、萜烯類物質(zhì)較其他樣品少。結(jié)果表明，盡管所有食醋對(duì)LY2/Gh等傳感器的響應(yīng)值較低，但各組的響應(yīng)值仍不相同。
主成分分析不僅能夠用于解釋樣品之間的差異，而且能從影響樣品空間分布的變量中提取信息。電子鼻的主成分分析（PCA）見圖1中B。對(duì)食醋空間距離和香氣分布進(jìn)行分析，PC1和PC2分別貢獻(xiàn)了總方差的68%和27.2%，涵蓋了樣品味道的大部分信息，表明該模型能夠用于區(qū)分不同品種食醋的風(fēng)味特征。PC1解釋了68%，與LY2/G、LY2/gCT、LY2/gCT1、LY2/AA、LY2/Gh等大部分傳感器呈正相關(guān)，PC2解釋了27.2%，與P40/1、PA/2、T40/2、T40/1、P30/2等傳感器呈負(fù)相關(guān)。
由圖1中B可知，不同地區(qū)食醋在得分圖中被分離開。A、B、C、D4個(gè)樣品分別位于4個(gè)象限，說(shuō)明不同地區(qū)的食醋風(fēng)味明顯不同。在西南部地區(qū)食醋中，LY2/LG（2-甲基-3-呋喃硫醇）、LY2/gCT（丙烷）、LY2/gCT1（正丁胺）、TA/2（己醇）等傳感器對(duì)B樣品貢獻(xiàn)較多，表明該品種食醋中這些物質(zhì)的豐度更高。在東部沿海地區(qū)食醋中，傳感器P40/1（甲基糠基二硫醚）、P40/2（甲硫醇）、P10/2（正庚烷）、T30/1（丙醇）可能對(duì)C樣品貢獻(xiàn)更多。
圖1 不同品種食醋的電子鼻響應(yīng)數(shù)據(jù)雷達(dá)圖（A）和主成分分析雙標(biāo)圖（B）
02
電子舌分析
為進(jìn)一步區(qū)別不同食醋之間的風(fēng)味差異，采用電子舌對(duì)食醋的鮮味、咸味和酸味進(jìn)行分析，結(jié)果見圖2中A。不同品種食醋B、D樣品在鮮味和咸味上無(wú)顯著性差異（P＞0.05），而A樣品和B樣品在所有味覺特征上都具有顯著性差異，且A樣品的響應(yīng)值均最高，說(shuō)明四川保寧醋具有更加豐富的味覺特征。
圖2 不同品種食醋的電子舌響應(yīng)數(shù)據(jù)雷達(dá)圖（A）和主成分分析雙標(biāo)圖（B）
根據(jù)電子舌數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，見圖2中B。PC1和PC2的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到99.8%,表明電子舌數(shù)據(jù)足以代表不同品種食醋味道的大部分信息。雙標(biāo)圖中PC1與酸味、咸味、鮮味呈正相關(guān)，PC2與回味-A、回味-B呈正相關(guān)。西南部地區(qū)和東部沿海地區(qū)食醋被部分分開，僅A樣品單獨(dú)位于PC1的正軸，B、C、D樣品類聚與A樣品有明顯區(qū)分。在西南部地區(qū)食醋中，A樣品的鮮味、咸味和酸味相對(duì)較高，呈正相關(guān)，與其他幾個(gè)樣品呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)果表明電子舌不能有效地區(qū)分不同地區(qū)的食醋。
03
GC-IMS分析
從4個(gè)不同品種的食醋中共檢測(cè)出66種已定性的揮發(fā)性物質(zhì)（包括單、雙聚體，見表1）。由表1和圖3中A可知，4種食醋樣品中共鑒定出酮類12種、酯類24種、醇類11種、醛類8種、雜環(huán)類11種。在相對(duì)含量上醇類物質(zhì)為食醋中最主要的風(fēng)味化合物，酯類是傳統(tǒng)食醋中的基本成分，大多數(shù)酯類具有果香或花香。東部沿海地區(qū)的食醋品種（C、D）的酯類含量明顯高于西南部地區(qū)（A、B）。此外，酮類、醛類、醇類等物質(zhì)對(duì)食醋的風(fēng)味具有一定貢獻(xiàn)，它們各自相互融合、協(xié)同作用，構(gòu)成不同品種食醋的獨(dú)特風(fēng)味。
表1 從不同品種食醋中鑒定出的揮發(fā)性風(fēng)味化合物
通過(guò)地形圖推導(dǎo)（以A品種食醋風(fēng)味為背景）獲得不同食醋的風(fēng)味差異圖，以識(shí)別VOCs的變化，由圖3中B可知，垂直實(shí)線是反應(yīng)離子峰（RIP），兩側(cè)的每個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)化合物。B品種食醋中出現(xiàn)的大部分揮發(fā)性物質(zhì)集中分布于圖中低響應(yīng)值區(qū)域，表明該品種食醋的大多數(shù)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量低于其他品種。而C品種在保留時(shí)間600-1000s內(nèi)出現(xiàn)了響應(yīng)值更高的區(qū)域，說(shuō)明C品種中大部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量明顯高于其他品種，但也存在一些特殊物質(zhì)，這一結(jié)果與電子鼻結(jié)果相似。
為進(jìn)一步了解不同品種食醋的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，生成了指紋圖譜（見圖3中C）。由圖3中C可知，4個(gè)品種食醋的VOCs含量差異較大。圖3中C中每一行代表不同品種食醋中同一化合物的相對(duì)含量，圓點(diǎn)顏色越深表示含量越高，反之含量越低，按含量變化趨勢(shì)將指紋圖譜分為5個(gè)區(qū)域。Ⅰ區(qū)域?yàn)樗衅贩N食醋中共有的物質(zhì)，包括丙烯酸乙酯、環(huán)己酮、（E）-2-己烯酸乙酯、3-戊烯-2-酮、1-甲基-3-丁醇乙酸丁醇-M、十一烷、3-（甲基硫代）丙醛、2-羥基-2-甲基-4-戊酮-M、丙烯醛、糠醛、乙酸丙酯，它們?yōu)槭炒滋峁┝斯?、黃油等香氣。Ⅱ區(qū)域中的物質(zhì)在D品種中含量最高，主要為α-松油醇、乙酸庚酯、2,4,5-三苯甲基噻唑-M、1-羥基-2-丙酮、丙酸己酯、3-甲基丁醇、2-庚醇、2-丁醇、2-羥基-2-甲基-4-戊酮、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁基丙酸酯、2-甲基戊酸乙酯等物質(zhì)，這或許是D品種與其他幾個(gè)品種之間的差異揮發(fā)性物質(zhì)。Ⅲ區(qū)域主要為C品種中含量較高的物質(zhì)，包括異丁酸芳樟酯、丁酸-3-甲基丁酯、1-己醇、3-甲基-1-丁酯丁酸酯-M、2-己酮等物質(zhì)。Ⅳ區(qū)中物質(zhì)多為A和C品種共有的物質(zhì)，且與其他幾個(gè)品種之間存在顯著性差異，這兩個(gè)品種在揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的品種上類似，可能具有相似的風(fēng)味。B品種中含量較高的物質(zhì)主要在V區(qū)域，含有部分雜環(huán)類化合物，可能是食醋在生產(chǎn)過(guò)程中由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的。指紋圖譜綜合分析結(jié)果表明，不同品種食醋的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)具有明顯差別，其中東部沿海地區(qū)的食醋C、D的品種和含量相較于A和B較高，且4個(gè)品種在指紋圖譜中區(qū)分明顯，這一結(jié)果與電子鼻結(jié)果類似。二維圖譜和指紋圖譜均能有效區(qū)分不同品種的食醋。
圖3 基于GC-IMS分析不同品種食醋揮發(fā)性化合物的差異
為了進(jìn)一步研究不同品種食醋的芳香特性，以66種香氣成分為因變量，以食醋類型為自變量，建立OPLS-DA模型。該模型（見圖4中A）產(chǎn)生了可接受的擬合指數(shù)：自變量的R2X=0.986，因變量的R2Y=0.998，預(yù)測(cè)指數(shù)的Q2=0.994，這些結(jié)果表明OPLS-DA模型表現(xiàn)出良好的重現(xiàn)性和可預(yù)測(cè)性。通過(guò)200次排列測(cè)試對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證（見圖4中B）。Q2回歸與Y軸的交點(diǎn)為負(fù)，表明模型驗(yàn)證成功。因此，所得結(jié)果可用于區(qū)分不同類型食醋的特征物質(zhì)。其中，D樣品分布于第三象限，且周圍物質(zhì)品種明顯多于其他幾個(gè)樣品，主要的香氣成分有3-甲基丁酸甲酯、4-庚酮、2-乙醇、乙酸庚酯、1-丁醇乙酸酯-D、1-丙醇等；而A、B樣品類聚在第四象限，C樣品單獨(dú)位于第一象限，表明西南部地區(qū)與東部沿海地區(qū)食醋風(fēng)味之間存在一定差異，同時(shí)東部沿海地區(qū)食醋C、D之間的風(fēng)味物質(zhì)也存在顯著性差異。從數(shù)據(jù)點(diǎn)分布距離和數(shù)量分布來(lái)看，樣品A和樣品B具有一定相似性。
圖4 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的雙標(biāo)圖（A）、OPLS-DA置換圖（B）和食醋重要風(fēng)味物質(zhì)（VIP＞1）的VIP圖（C）
關(guān)鍵差異標(biāo)志物對(duì)于構(gòu)建不同品種食醋香氣輪廓具有重要影響，可根據(jù)變量投影重要性（VIP)對(duì)其進(jìn)行篩選。一共篩選出13種關(guān)鍵差異標(biāo)志物（見圖4中C），它們分別為2-甲基-1-丁醇、(E)-2-丁烯酸乙酯、2-羥基-2-甲基-4-戊酮、N－亞硝基嗎啉、2-羥基-2-甲基-4-戊酮-M、2-甲基丙基丁酸酯、2-甲基丁酸乙酯、2-乙基丁醛、1-丙醇、三甲基吡嗪、乙酸庚酯、丁酸-3-甲基丁酯－D、3-甲基-1-丁醇，這些物質(zhì)可作為對(duì)食醋具有重要影響的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，為了在4種食醋中更加直接區(qū)分特征差異標(biāo)志物的變化，通過(guò)篩選出的13種標(biāo)志物的峰值繪制聚類熱圖，見圖5。
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