陳 佩，翟彩寧，李軍莉，黨 輝

（1.陜西開放大學(xué) 中瑞旅游與酒店管理學(xué)院，陜西 西安 710119；2.陜西開放大學(xué) 信息與智能技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710119；3.陜西師范大學(xué) 食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

陜西泡菜又稱為“浸菜”，以當?shù)氐聂?、辣椒和刀豆等蔬菜為主要原料，并輔以花椒、生姜和食鹽等調(diào)味料發(fā)酵而成[1]。漢中作為陜西省下轄的地級市，位于陜甘川三省交匯處，形成了獨特的泡菜加工工藝，加上特殊的地理環(huán)境，共同塑造了其特殊的產(chǎn)品品質(zhì)。蔬菜發(fā)酵不僅能有效延長的儲藏期，同時還賦予了其特殊的風味，對于提升蔬菜的附加值等具有重要的意義[2]。近年來，科研人員對泡菜的制作工藝和安全性進行了充分的研究[3-4]。各地在制作泡菜時均偏愛使用老鹵作為“引子”添加在泡菜水中，以減少泡菜的發(fā)酵時間，同時有助于泡菜水品質(zhì)的形成[5]。泡菜水作為泡菜發(fā)酵的重要環(huán)境，對于泡菜品質(zhì)的形成具有重要的作用。因此，針對泡菜水品質(zhì)的研究就顯得十分重要。

隨著仿生技術(shù)的迅速發(fā)展，以電子舌和電子鼻等為代表的仿生設(shè)備逐漸興起并應(yīng)用于食品品質(zhì)評價中[6-8]，其可以快速準確的對食品的色香味進行數(shù)字化評價，并不受主觀因素的影響，大大降低了對實驗人員專業(yè)技能的要求。目前仿生設(shè)備在品牌區(qū)分、酒齡鑒定和安全評估方面亦有著廣泛的應(yīng)用[9-10]?？蒲腥藛T常將高效液相色譜（high-performance liquid chromatography，HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）與電子舌和電子鼻聯(lián)用，以便從多個方面完成對食品品質(zhì)的評價。此技術(shù)也廣泛應(yīng)用于紅酒、茶葉和酸奶等發(fā)酵食品的品質(zhì)評價中[11-13]。

本研究首先使用電子舌和電子鼻等仿生設(shè)備對泡菜水的感官品質(zhì)進行數(shù)字化分析，繼而使用HPLC和GC-MS對泡菜水中的有機酸和揮發(fā)性物質(zhì)進行解析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合多變量統(tǒng)計學(xué)方法對泡菜水的整體品質(zhì)進行了評價，以期為漢中泡菜的品質(zhì)改良和工業(yè)化生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

泡菜水：本研究團隊于2020年11月中旬在陜西省漢中市（33°04′03″N，107°01′24″E）農(nóng)戶家中采集不同的泡菜水29份，編號分別為P1～P29，其中泡菜水的制作時間均在2020年9月中旬到10月中旬左右，且所有農(nóng)戶在制作泡菜時，均添加了“老鹵”作為引子進行發(fā)酵。

異丙醇、甲醇（均為色譜純），磷酸二氫鉀、草酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸和琥珀酸（均為優(yōu)級純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；陽離子溶液、陰離子溶液、參比溶液、味覺標準溶液：日本INSENT公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3電子鼻（配備10個金屬電極）：德國Airsense公司；SA 402B電子舌（配備2個參比電極和5個味覺傳感器）：日本INSENT公司；LC-20ADXR高效液相色譜儀（配備InertSustainSwift C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）和SPD-M20A二極管陣列檢測器）、GCMS-QP2020氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（配備SH-Rtx-Wax色譜柱（30 m×2.25 mm×0.25 μm）和電子電離（electronic ionization，EI）源）：日本島津公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品采集

農(nóng)戶制作泡菜時，按水∶鹽為4∶1的比例進行泡菜鹽水的制作，并添加一定量的“老鹵”和香辛料攪拌均勻后裝入干凈的泡菜壇中備用。將新鮮的蔬菜整理和清潔后，放入泡菜壇中進行發(fā)酵。在進行泡菜水采集時，首先使用長柄湯勺在泡菜壇中攪拌1 min，繼而使用無菌勺從泡菜壇中舀取300 mL泡菜水于500 mL采樣瓶中。對樣品瓶進行編號后，置于裝有冰袋的低溫采樣箱中運回實驗室，放入-80 ℃冰箱凍存待用。

1.3.2 泡菜水各滋味指標的測定

量取50 mL泡菜水和50 mL蒸餾水于500 mL燒杯中充分攪拌，10 000 r/min離心15 min，繼而進行抽濾，取濾液倒于電子舌樣品杯中進行滋味指標的測定。電子舌的測試參數(shù)參照王玉榮等[14]對米酒滋味的研究進行設(shè)置。

1.3.3 泡菜水各風味指標的測定

量取20 mL泡菜水10 000 r/min離心10 min，繼而吸取15 mL上清液于電子鼻樣品瓶中。將樣品瓶置于60 ℃恒溫水浴鍋中保溫30 min后，于室溫平衡10 min后上機進行風味指標的測定。電子鼻的測試參數(shù)參照郭壯等[15]對安康泡菜水的研究進行設(shè)置，每份樣本平行測試3次，選取48 s、49 s和50 s的響應(yīng)值為測試值，并將三者的平均值用于后續(xù)分析。

1.3.4 HPLC法測定泡菜水中有機酸

準確吸取2 mL泡菜水于10 mL容量瓶中，加入0.2 mL的0.1 mol/L的磷酸溶液后用流動相（0.01 mol/L磷酸二氫鉀，pH值2.90）定容，過0.22 μm針孔濾膜待用。參照郭壯等[15-17]對米酒和獼猴桃有機酸的測定條件并進行適當優(yōu)化后，對泡菜水中草酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸和琥珀酸的含量進行測定。具體條件：色譜柱為InertSustainSwift C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱溫為30 ℃；流速為1.00 mL/min；進樣量為20 μL；檢測波長為215 nm。

1.3.5 GC-MS法測定泡菜水中揮發(fā)性物質(zhì)測定

取10 mL泡菜水10 000 r/min離心10 min后，吸取9 mL上清液于20 mL GC-MS樣品瓶中，使用帶聚四氟乙烯的鋁帽夾緊封口60 ℃攪拌預(yù)熱15 min，平衡15 min，進樣量為1 μL，進樣口解吸5 min后進入GC-MS分析[18]。GC-MS的測試參數(shù)參照楊成聰?shù)萚19]對黃酒中風味物質(zhì)的研究進行設(shè)置。具體條件：進樣口溫度200 ℃；進樣方式為分流進樣（10∶1）；流速為1 mL/min；起始溫度30 ℃保持30 min，以3 ℃/min上升至45 ℃，保持10 min，然后以8 ℃升至130 ℃不保持，以10 ℃/min升至200 ℃保持7 min。定性分析：參考美國國家標準與技術(shù)研究院（national institute of standards and technology，NIST）14 標準質(zhì)譜庫，保留指數(shù)定性；定量分析：利用峰面積對樣品中主要組分進行相對含量分析。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

本研究使用Past 3軟件對泡菜水進行了聚類分析（cluster analysis，CA）；使用R軟件對泡菜水進行了主成分分析（principal component analysis，PCA）；使用Wilcoxon test對有機酸的組間差異進行檢驗；基于procrustes分析對風味結(jié)構(gòu)和物質(zhì)之間的一致性進行了分析；使用Pearson相關(guān)性對風味結(jié)構(gòu)和物質(zhì)之間相關(guān)性進行了分析。所有可視化均使用R軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于仿生設(shè)備泡菜水的品質(zhì)評價

色香味作為食物品質(zhì)評價最重要的指標，直接影響消費者對于食物的接受程度。本研究首先使用電子舌和電子鼻等仿生設(shè)備對泡菜水的感官指標進行了數(shù)字化評價。其泡菜水滋味指標的相對強度如圖1所示。

圖1 泡菜水滋味指標相對強度的箱型圖Fig.1 Box plot of relative intensity of taste index of Paocai water

由圖1可知，漢中泡菜水的滋味指標之間存在較大的組內(nèi)差異，酸味、咸味、豐度和鮮味等指標的極差值均＞1（相對強度＞1時，一般人可由感官品鑒分辨），且酸味的組內(nèi)差異最大。由此可見，酸味可能是導(dǎo)致泡菜水滋味品質(zhì)差異的重要指標之一。這與郭壯等[15]對安康泡菜水的研究結(jié)果與本研究基本一致，且研究結(jié)果表明，造成泡菜水中酸味差異較大的原因可能是泡菜水中乳酸菌種類差異造成的?；陔娮颖羌夹g(shù)泡菜水風味指標的相對強度如表1所示。

表1 泡菜水風味指標的相對強度（n=29）Table 1 Relative intensity of taste index of Paocai water (n=29)

由表1可知，采集自漢中的泡菜水在各風味指標之間均存在著一定差異，其中差異較大的指標分別為W5S、W2S、W1S和W1C，且其變異系數(shù)分別為56.72%、43.18%、40.67%和38.10%。由此說明，不同泡菜水中揮發(fā)性物質(zhì)的差異主要集中在氫氧化物、乙醇、甲烷和芳香類物質(zhì)上。其主要原因可能是由泡菜水中微生物結(jié)構(gòu)的差異所導(dǎo)致的[20]。

2.2 基于多元統(tǒng)計分析漢中地區(qū)泡菜水品質(zhì)評價

漢中地區(qū)泡菜水的產(chǎn)品品質(zhì)包括色、香和味等諸多感官指標，因此僅單獨的對某一感官指標進行評價并不能從整體上反應(yīng)泡菜水的整體品質(zhì)，因而本研究進一步使用聚類分析、主成分分析和相關(guān)性分析等多元統(tǒng)計學(xué)分析對泡菜水的品質(zhì)進行了分析，具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 基于泡菜水感官指標的聚類分析Fig.2 Cluster analysis based on sensory indexes of Paocai water

由圖2可知，當距離＞1.45時，所有的泡菜水樣本可能分為三個聚類，其中隸屬于聚類Ⅰ的泡菜水樣本有8個，隸屬于聚類Ⅱ的泡菜水樣本有8個，而隸屬于聚類Ⅲ的泡菜水樣本有13個。而結(jié)合采樣信息發(fā)現(xiàn)，隸屬于同一聚類的泡菜水樣本其距離大多較為相近，而隸屬于不同聚類的泡菜水樣本大多相距較遠。同時，本研究亦發(fā)現(xiàn)隸屬于聚類Ⅰ的泡菜水樣本大多在廚房等較為潮濕的地方進行發(fā)酵，而隸屬于聚類Ⅱ和Ⅲ的泡菜水樣本的發(fā)酵溫度相對較高，這有可能是導(dǎo)致其品質(zhì)差異的原因之一。在此基礎(chǔ)上，本研究進一步使用主成分分析對泡菜水的整體品質(zhì)進行分析，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 基于感官指標泡菜水品質(zhì)的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of Paocai water quality based on sensory indexes

由圖3a可知，隸屬于同一聚類的泡菜水樣本在空間上具有明顯的聚類趨勢，其中隸屬于聚類Ⅰ的泡菜水樣本主要集中在空間的右上方，隸屬于聚類Ⅱ的泡菜水樣本主要集中在空間的中下方，而隸屬于聚類Ⅲ的泡菜水樣本則主要集中在空間的左上方。對比圖2發(fā)現(xiàn)，泡菜水在空間的分布情況基本與聚類結(jié)果相一致，由此亦說明，泡菜水的感官品質(zhì)確實具有明顯的分離聚類趨勢，而造成泡菜水品質(zhì)差異的主要原因可能是農(nóng)戶家庭環(huán)境之間存在著一定的差異，且相距越遠，差異越大。由圖3b可知，隸屬于PC1的感官指標為W1C、W3C、W5C、W1W、W2W、W1S、W2S、W3S和W5S，而隸屬于PC2的感官指標為酸味和后味A。結(jié)合圖3a可知，隸屬于聚類Ⅲ的泡菜水樣本富含較多的芳香類物質(zhì)，隸屬于聚類Ⅰ的泡菜水樣本富含較多的有機硫化物、烷烴和氫氧化物等，而隸屬于聚類Ⅱ的泡菜水樣本的酸味和后味A較強。綜上所述，風味差異可能是造成泡菜水品質(zhì)結(jié)構(gòu)差異的重要原因之一。

2.3 泡菜水中有機酸和揮發(fā)性物質(zhì)的分析

酸味作為泡菜水最重要的滋味指標之一，其在不同泡菜水樣本中存在較大的差異。因此，本研究使用HPLC對泡菜水中6種有機酸的含量進行分析，其結(jié)果如表3所示。

表3 泡菜水中6種有機酸的差異分析Table 3 Difference analysis of 6 organic acids in Paocai water

由表3可知，泡菜水中的主要有機酸為乳酸和草酸，其次為檸檬酸和琥珀酸等。經(jīng)Wilcoxon test發(fā)現(xiàn)，僅隸屬于聚類Ⅰ和聚類Ⅱ的泡菜水樣本在檸檬酸的含量上存在顯著性差異（P＜0.05）。由此可見，乳酸、草酸和檸檬酸可能是造成泡菜水酸味差異的主要原因之一。同時，本研究使用GC-MS對泡菜水中揮發(fā)性物質(zhì)進行測定，泡菜水中主要揮發(fā)性物種類和相對含量如表4所示。

表4 泡菜水中主要揮發(fā)性物質(zhì)的差異分析Table 4 Difference analysis of main volatile compounds in Paocai water

續(xù)表

由表4可知，泡菜水中的主要揮發(fā)性物質(zhì)為桉油醇、丙醇和乙酸乙酯等。經(jīng)Wilcoxon test發(fā)現(xiàn)，隸屬于聚類Ⅲ的泡菜水樣本在異戊醇和異丁醇的相對含量上顯著低于隸屬于其他聚類的泡菜水（P＜0.05）。由此可見，泡菜水的香味可能是由乙酸乙酯貢獻的，且異戊醇和異丁醇可能是導(dǎo)致泡菜水的風味存在差異的重要揮發(fā)性物質(zhì)之一。同時，本研究對風味物質(zhì)與風味之間的關(guān)系進行了解析，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 揮發(fā)性物質(zhì)和風味指標的相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis of volatile substances and flavor indexes

本研究使用Procrustes分析對風味結(jié)構(gòu)和物質(zhì)之間的一致性進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，泡菜水中的揮發(fā)性物質(zhì)和風味指標之間具有顯著的一致性（P=0.041）。由此說明，泡菜水中揮發(fā)性物質(zhì)可能對泡菜水的風味品質(zhì)造成較大影響。由圖4b可知，9個風味指標與14個揮發(fā)性物質(zhì)之間存在顯著相關(guān)（|R|＞0.5，P＜0.05）。值得注意的是，8個揮發(fā)性物質(zhì)與W1W呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，W1C、W3C和W5C均與異丁醇和異戊醇之間存在顯著負相關(guān)（|R|＞0.5，P＜0.05）。由此亦說明，電子鼻和GC-MS兩種技術(shù)的結(jié)果可以相互驗證，且電子鼻的傳感器和具體的風味物質(zhì)進行有效的關(guān)聯(lián)，為簡化泡菜水的品質(zhì)評價提供幫助。

乳酸菌作為一類能發(fā)酵碳水化合物并產(chǎn)生乳酸的細菌，對于泡菜水的酸味具有重要的調(diào)節(jié)作用，而乳酸菌的產(chǎn)酸性能也直接影響著泡菜水的口感[21]。研究顯示，部分乳酸菌具有從氨基酸中產(chǎn)生芳香化合物的能力，從而賦予泡菜水特殊的風味[22-24]。郭壯等[15]關(guān)于泡菜水品質(zhì)和細菌類群的關(guān)聯(lián)性研究也證實，泡菜水中的乳酸菌種類和含量對于其感官品質(zhì)具有重要的影響。

3 結(jié)論

本研究以29份漢中泡菜水為對象，采用仿生設(shè)備和分析設(shè)備相結(jié)合的方法，對泡菜水的品質(zhì)進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)漢中地區(qū)泡菜水在酸味和后味A等滋味指標和芳香類物質(zhì)、烷烴類物質(zhì)和硫化物等風味指標上的差異相對較大。本研究亦發(fā)現(xiàn)，漢中泡菜水按其品質(zhì)可分為三個聚類，且其主要差異是由風味所導(dǎo)致的。且隸屬于聚類Ⅲ的泡菜水樣本在芳香類物質(zhì)的含量上顯著高于其他聚類，且其后味A的強度較低，因而其品質(zhì)要優(yōu)于其他泡菜水樣本。