望诗琪，王强，杨成聪，罗晶晶，马磊，郭壮，*

（1.湖北文理学院食品科学技术学院鄂西北传统发酵食品研究所，湖北襄阳441053；2.枣阳市食品药品监督管理局，湖北枣阳441021）

作为中国地理标识产品和湖北省非物质文化遗产的琚湾酸浆面，浆水对其风味形成具有决定性的作用[1]。琚湾酸浆面的浆水制作较为简单，其主要步骤是将芹菜等质地较硬的新鲜蔬菜热烫后倒入装有老浆水为引子的发酵缸中，加入一定量糊化冷却的面汤，借助老浆水和蔬菜表面的乳酸菌等多种微生物发酵而成[2]。浆水营养价值较高，含有较多的有机酸且香味怡人，具有解渴开胃和提神洗脑的功效[3－4]，除在湖北地区琚湾酸浆面中使用外，在甘肃和陕南一带亦有着广泛的食用人群。浆水风味的形成与气候、地域、制作工艺和发酵菌种等因素有关[5]。近年来，研究人员对于浆水的研究主要集中在制备工艺[6]、综合利用[7]、微生物多样性研究[8－9]和浆水接种发酵过程中亚硝酸盐动态变化等方面[10]，而对于浆水中挥发性风味物质构成研究的较少。

电子鼻和气相色谱－质谱联用（gas chromatography－mass spectrometer，GC－MS） 技术在食品风味品质评价方面有着广泛的应用。通过模仿人类嗅觉系统，电子鼻的10个金属传感器阵列可对不同敏感类型的挥发性风味物质进行测定，在蔬菜新鲜度检测[11]、食品发酵[12]及肉类品质鉴定[13]中有着广泛的应用，具有结果受主观因素影响小和数据准确的优点；GC－MC技术可同时对挥发性风味物质进行定性和定量研究，在葡萄酒[14]、茶叶[15]和肉类[16]等食品挥发性风味物质研究中有着广泛的应用。

琚湾酸浆面制作使用的浆水多以小面馆自家生产为主，因使用原料、加工工艺和制作环境的不同导致其风味可能存在较大差异[17]。本研究采用电子鼻和GC－MC联用技术对采集到的39个琚湾酸浆面浆水风味进行了评价，解析了浆水中挥发性风味物质的种类和相对含量，同时结合多元统计学方法以浆水风味为评价指标对样品进行了聚类，并对隶属于不同聚类样品间挥发性风味物质的差异性进行了甄别，通过本研究的实施以期为后续浆水风味品质改善和琚湾酸浆面的产业化提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

样品采集：从湖北省枣阳市琚湾镇、七方镇、兴隆镇和市区各酸浆面面馆采集39个浆水样品，样品采集后装入样品瓶，并置于含有冰袋的采样箱中运回实验室。氯化钠：国药集团化学试剂有限公司。

PEN3电子鼻 [配有W1C（对芳香类物质灵敏）、W1S（对甲烷灵敏）、W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）、W2S（对乙醇灵敏）、W2W（对有机硫化物灵敏）、W3C（对氨气、芳香类物质灵敏）、W3S（对烷烃类物质灵敏）、W5C（对烷烃、芳香类物质灵敏）、W5S（对氢氧化物灵敏）和W6S（对氢气有选择性）10个金属氧化传感器]：德国Airsense公司；GCMS－QP2020气相色谱－质谱联用仪（配有电子轰击电离源EI）、SH－Rtx－Wax（30 m×2.25 mm×0.25 μm）色谱柱、HS－20顶空进样器：岛津企业管理（中国）有限公司；3－18k离心机：德国SIGMA实验室离心机股份有限公司；HH－2数显恒温水浴锅：邦西仪器科技（上海）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 基于GC－MS技术琚湾酸浆面浆水中挥发性风味物质的测定

1.2.1.1 样品处理

取待测浆水样品8 mL置于20 mL样品瓶中，加入3 g氯化钠溶解均匀，采用具有聚四氟乙烯的铝帽封口，并在60℃搅拌预热20min，平衡20min，进样量 1 μL，进样口解析6 min后直接进入GC－MS分析[18]。

1.2.1.2 GC测定条件

SH－Rtx－Wax（30 m×2.25 mm×0.25 μm）色谱柱；进样方式：分流进样；分流比为10∶1；载气控制方式：线速度36.1 cm/s；载气为高纯氮气（＞99.999 9%）和高纯氦气（＞99.999 9%）；进样口温度200℃；柱温程序：起始温度35℃，保持5 min，以5℃/min上升到50℃，保持10 min，然后以6℃/min升到130℃，不保持，然后以10℃/min升到200℃，保持7 min。

1.2.1.3 MS测定条件

离子源：EI离子源；离子源温度：250℃；连接口温度：280℃；电子轰击能量：70eV；检测器电压：相对于调谐结果 0.2 kV；m/z范围：33.00 amu～450 amu；采集方式：Q3 Scan。

1.2.1.4 定性分析

保留指数定性；NIST14标准质谱库定性。

1.2.1.5 定量分析

利用峰面积百分比对样品中挥发性风味物质相对含量进行分析。

国际组织在推进我国可持续城市建设中也起到了积极作用。全球环境基金于2014年启动了全球可持续城市综合试点项目,中国有7个城市成为全球试点。我国还积极利用世界银行、亚洲开发银行、欧洲投资银行、国际农发基金等金融组织贷款,支持建成涉及农业、林业、水土、能源、环境、城建、防灾减灾等领域的一大批示范项目,有力推动了城市的可持续发展。2015年7月,联合国环境规划署发布《可持续城市与社区评价标准导则》,并在中国推动试点区建设。

1.2.2 基于电子鼻技术琚湾酸浆面浆水中挥发性风味物质的测定

浆水10 000 r/min离心10 min后，上清液抽滤备用，取15 mL滤液稀释3倍置于120 mL样品瓶中，于60℃水浴锅保温30 min后，使用电子鼻对其进行测定。测定前金属传感器进行95 s自动清洗，样品测试时间为60 s，每秒测定一个响应值，取49、50 s和51 s的相应值数据求平均后进行后续分析。响应值为金属传感器测定样品时所产生的电阻值G和测定空气时的电阻值G0的比值，响应值与1的偏离程度越大，则表明与之相对应的挥发性风味物质浓度越大[19-20]。

1.2.3 统计学分析

采用非加权组平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）聚类、主成分分析法（principal component analysis，PCA）和典范对应分析法（canonical correspondence analysis，CCA）对琚湾酸浆面浆水风味整体结构进行差异性分析；采用冗余分析（redundancy analysis，RDA）和库鲁斯卡尔-沃利斯检验法（Kruskal-Wallis test）对琚湾酸浆面浆水中关键挥发性风味物质进行甄别。

除 RDA采用 Cannoco 4.5软件（Microcomputer Power，NY，USA）分析外，其他分析均采用 Matlab 2010软件（The MathWorks，Natick，MA，USA）分析；除热图由Matlab 2010b软件绘制外，其他图均使用origin 8.5软件（OriginLab，MA，USA）绘制。

2 结果与分析

2.1 琚湾酸浆面浆水挥发性风味物质分析

本研究首先使用GC-MS对酸浆面浆水挥发性风味物质的组成进行了解析，共检测出159种挥发性风味物质，其中醇类、酮类、烃类和酯类化合物分别有23种、14种、63种和23种，相对含量分别为45.07%、16.55%、9.86%和9.32%。由此可见，琚湾酸浆面浆水中的挥发性风味物质主要为醇类和酮类，其中平均相对含量高于5.0%的挥发性风味物质种类及含量如图1所示。

图1 酸浆面浆水中主要挥发性风味物质的相对强度Fig.1 The relative abundance of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples

由图1可知，酸浆面浆水中相对含量在5.0%以上的挥发性风味物质共有6种，分别为3-丁炔-1-醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮、桉叶油醇、丙醇、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺和醋酸乙酯，其平均含量分别为21.17%、15.60%、9.06%、6.81%、7.14%和4.77%。浆水的制作通常以前日剩下的浆水为引子，加入煮沸的面汤和蔬菜后冷却，依靠引子中残留的乳酸菌和环境中的微生物发酵而成。经走访调查发现，多数餐饮店浆水的制作通常使用塑料缸或桶，长时间热水的浸泡可能使塑料中的物质溶出，这可能是导致酸浆面浆水中3-丁炔-1-醇相对含量较高的主要原因。

2.2 酸浆面浆水挥发性风味区分度分析

在使用电子鼻和GC-MS技术对39个琚湾酸浆面浆水挥发性风味物质分析的基础上，本研究采用多元统计学方法对其挥发性风味区分度进行了研究，基于电子鼻技术浆水样品的UPGMA聚类分析如图2所示。

图2 基于聚类分析的酸浆面浆水挥发性风味物质评价Fig.2 Cluster analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples

由图2可知，基于电子鼻技术39个浆水样品整体上可以划分为3个聚类，其中隶属于聚类III的样品多达23个，占所有样品数量的59%，而隶属于聚类I和II的样品仅有6个和10个。本研究进一步基于GCMS技术对上述结论进行了验证，基于GC-MS技术浆水挥发性风味物质的CCA如图3所示。

图3 基于CCA的酸浆面浆水挥发性风味物质评价Fig.3 Canonical correspondence analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples

由图3可知，在以电子鼻技术得到的分组结果为环境变量对酸浆面酸浆进行空间排布时，39个样品呈现出明显的聚类趋势，其中隶属于聚类I的样品主要集中在一、四象限、隶属于聚类II的样品主要集中在第三象限，而隶属于聚类III的样品主要集中在第二象限。由此可见，采用电子鼻和GC-MS技术分别对浆水样品挥发性风味进行区分，所得到的结论是一致的。

2.3 酸浆面浆水关键挥发性风味物质的甄别

在对酸浆面浆水挥发性风味区分度进行分析的基础上，以聚类Ⅰ、聚类Ⅱ和聚类Ⅲ为分组依据，采用RDA对酸浆面浆水关键挥发性风味物质进行了甄别，基于电子鼻技术的RDA双序图如图4所示。

图4 基于电子鼻技术的RDA双序图Fig.4 Biplot of the RDA based on electronic nose

由图4可知，W2S、W3S、W5C、W6S、W3C 和 W1C传感器检测结果与RDA双排序图约束轴上的样品赋值良好相关，其中 W3S、W5C、W6S、W3C 和 W1C 位于隶属于聚类I的浆水样品一侧，而W2S则位于隶属于聚类III中的浆水样品一侧，这说明隶属于聚类Ⅰ的浆水芳香类物质和烷烃类物质含量可能最高，而隶属于聚类Ⅲ中的样品乙醇含量可能最高。为了对这一结论进行验证，本研究进一步对隶属于不同聚类间样品的挥发性风味物质进行了比较分析，结果如表1所示。

表1 基于电子鼻技术隶属于不同聚类的浆水样品挥发性风味物质的比较分析Fig.1 The significance analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples belong to different clusters based on electronic nose

由表1可知，经Kruskal-Wallis检验发现，除W3S和W6S外其他8个传感器对隶属于不同聚类浆水样品的响应值均存在显著差异（P<0.05）。其中传感器W1C、W3C和W5C对隶属于聚类I样品的响应值显著偏高，这进一步证实了隶属于聚类Ⅰ的浆水其芳香类物质和烷烃类物质含量最高，由于芳香类物质和烷烃类物质为浆水的特征性风味物质，由此可见隶属于聚类I的浆水其风味品质最佳，而隶属于聚类II的可能较差。

为了对电子鼻检测结果进行验证且进一步明确风味物质的种类，本研究采用GC-MS技术对39个浆水样品中的挥发性风味物质进行了定性和定量分析，隶属于不同聚类浆水样品挥发性成分的比较分析如图5所示。

由图5可知，醇类、酮类、烃类和酯类化合物为酸浆面浆水中的主要挥发性物质，其在聚类I中的相对含量分别为49.11%、7.18%、7.86%和18.32%；在聚类II中的相对含量分别为43.18%、8.72%、8.86%和11.39%，在聚类III中相对含量分别为44.84%、22.40%、13.06%和6.22%。经Kruskal-Wallis检验发现，隶属于聚类I的样品酸类和酯类化合物的相对含量显著偏高（P<0.05），而酮类呈现出相反的趋势（P<0.05）。值得一提的是，隶属于不同聚类的酸浆面浆水醇类和烃类化合物相对含量差异不显著（P>0.05）。由此可知，不同样品间酸类、酮类和酯类化合物相对含量不同可能是引起酸浆面浆水风味品质存在差异的主要原因。酸浆面浆水中平均相对含量大于1.0%的挥发性风味物质相对强度的热图如图6所示。

图5 基于GC-MS技术酸浆面浆水挥发性风味物质的比较分析Fig.5 Comparative analysis of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples belong to different clusters

图6 酸浆面浆水中平均相对含量大于1.0%挥发性风味物质相对强度的热图Fig.6 Heat map of volatile components in Suanjiangmian Jiangshui samples with the relative abundance more than 1.0%

由图6可知，本研究共甄别出14种在酸浆面浆水中平均相对含量大于1.0%的挥发性风味物质，且隶属于不同聚类的酸浆面浆水中八甲基环四硅氧烷、3-丁炔-1-醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺、丙醇、乙酸乙酯、乙醇、十甲基环戊硅氧烷、十二甲基环己硅氧烷和α-松油醇的相对含量存在显著差异（P<0.05）。由图6亦可知，隶属于聚类I的酸浆面浆水中乙酸乙酯、丙醇和（S）-L-丙氨酸乙基酰胺相对含量明显高于其他样品，而桉叶油醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮和3-丁炔-1-醇在隶属于聚类III的样品中含量较高。由此可见，乙酸乙酯、丙醇、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺、桉叶油醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮和 3-丁炔-1-醇可能是导致酸浆面浆水风味品质存在差异的主要物质。

3 结论

使用GC-MS从琚湾酸浆面浆水中共检测出159种物质，其中醇类、酮类、烃类和酯类化合物为其主要挥发性风味物质。根据风味品质的不同，琚湾酸浆面浆水可以划分为3类，其中乙酸乙酯、丙醇、（S）-L-丙氨酸乙基酰胺、桉叶油醇、1，2-丙二烯-1，3-二酮和3-丁炔-1-醇含量不同可能是导致酸浆面浆水风味品质存在差异的主要原因。