刘若辰，李 荣,*，姜子涛,2,*，王 颖，谭 津，汤书华

（1.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134；2.天津天狮学院食品工程学院，天津 301700）

醋广泛用于食品加工和调味。食醋的历史悠久，种类繁多，且具有一定的抗氧化[1]、抑菌[2-3]和降血糖[4]等功效。食醋具有酸味、甜味、咸味、鲜味、苦涩味等滋味。生产过程中淀粉分解，醋酸杆菌微生物等共同作用生成醋酸，形成主要酸味；且食醋中还含有乳酸、琥珀酸、柠檬酸等多种非挥发性酸[5]，使食醋的酸味更加柔和。糖类物质形成的甜味来源于酿造原料。鲜味则来自食醋中各类氨基酸，如谷氨酸、谷氨酸钠[6]。食醋的挥发性香气成分由酸类、醛类、杂环类化合物等构成。许多此类化合物阈值浓度非常小，即使在食醋中含量较低，亦可提供较强的香气贡献，例如浙江玫瑰醋检测出47种挥发性香气成分，其中酸类、酯类、醇类是组成玫瑰醋香气成分的主要物质[7]；山西陈醋中检测到的气味化合物中香兰素、2,3-丁二酮、四甲基吡嗪、3-甲基丁酸、γ-壬内酯和愈创木酚等物质具有较高的香气贡献[8]。

食醋的香气因其原料和酿造工艺有所区别。中国食醋多以米、小麦、小米、高粱等谷物为原料，酿造工艺有液态发酵和固态发酵。其中山西陈醋、镇江香醋、保宁醋和永春老醋间呈香物质的种类及含量均有不同[9]；且研究表明，食醋酿造过程中，因酿造时间、温度、氧气含量等条件改变，可以造成食醋的香气差异[10]。食醋的复杂成分和它们之间的相互作用使香气更加丰富多样。

目前区分食醋种类和质量鉴别常用气相色谱-质谱联用结合光谱法[11]等，但该类技术并不能解释食醋的香气特征，且耗时较长。因此需要快速的鉴别手段结合数据分析对市场上食醋品类鉴别。而Heracles II超快速气相色谱电子鼻（ultra-fast gas chromatography-electronic nose，FGC-Enose）能够提供完整的食醋气味指纹图谱，并根据收集到的化学信息进行处理和统计。在以往的传感器电子鼻检测中，实验结果并不能提供样品成分和相对含量等信息，仅依靠不同传感器对不同气味的敏感性进行检测，得到香气特征，而无法提供气味来源的化合物组成，具有一定局限性；而相比传统的气相色谱-质谱，FGC-Enose的数百秒的采集时间，能与复杂样品体系更好匹配，且可以实施样品的无损检测，预处理显得便捷许多。

本实验使用FGC-Enose分析中国香醋、米醋、陈醋的香气成分特征，并利用保留指数和标准品外标法结合AroChemBase数据库，对各挥发性香气成分进行定性和定量分析。在此基础上结合线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）和随机森林（random forest，RF），对各类、各品牌食醋的挥发性成分进行区分，为食醋的香气特征及挥发性成分分析，以及种类鉴别提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验样品为3类市售食醋，分别为香醋、米醋和陈醋。香醋样品包括6个品牌；米醋样品包括8个品牌；陈醋样品包括11个品牌。食醋产地和配料如表1所示。

表1 食醋产地及生产原料Table 1 Geographical origin and raw materials of vinegar samples tested in this study

乙酸乙酯 天津化学试剂有限公司；无水乙醇天津市汇航化工科技有限公司；丙酮 天津市化学试剂供销公司；36%乙酸 天津市化学试剂一厂；3-甲基丁醇、异丙醇、苯乙醛（纯度≥95%），2-丁醇、2-甲基呋喃、3-戊醇、丙酸、3-甲基丁醛、3-甲基丁酸、吡嗪、愈创木酚（纯度≥98%），庚烷、异戊酸乙酯、糠醛、异丁酸乙酯、环戊酮、己醛、乙酸丁酯、癸醛（纯度≥97.0%），异丁酸甲酯、乙酸异戊酯、2-庚酮、苯甲醛、5-甲基糠醛、壬醛（纯度≥96.0%） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；C6～C16正构烷烃 美国AccuStandard公司。所用试剂除特殊注明外，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Heracles II FGC-Enose（气相检测部分含MXT-5（10 mh0.18 mm，0.4 μm）和MXT-1701（10 mh0.18 mm，0.4 μm）毛细管色谱柱） 法国Alpha M.O.S公司；AUY120万分之一电子天平 日本岛津公司；100～1 000 μL移液器 美国TOMOS公司。

1.3 方法

1.3.1 FGC-Enose测定条件的确定

将不同品类食醋均稀释10 倍作为待测样品液，移液枪移取5.0 mL样品液于顶空瓶中密封，选择最优的孵化温度、孵化时间、进样量进行测定。以样品的色谱峰峰形和数量为指标，分别考察孵化温度、孵化时间、进样量的影响，其余参数设置均采用FGC-Enose常规预设，预设值如表2所示。

表2 GC-Enose测定食醋仪器参数Table 2 Instrumental parameters for the detection of volatile compounds in vinegar by FGC-Enose

1.3.2 食醋的挥发性成分分析

1.3.2.1 食醋挥发性成分的定性分析

利用FGC-Enose按照1.3.1节方法选择的最优条件对3类25个品牌食醋样品进行测定，每个样品平行测定5次。

结合C6～C16正构烷烃进行校准，将所得FGC-Enose色谱图中每一个色谱峰的保留时间均换算成保留指数，通过AroChemBase数据库初步进行定性分析，进一步通过对比标准品的保留时间及相关文献确定米醋、香醋和陈醋的特征挥发性成分。

1.3.2.2 食醋挥发性成分的定量分析

对上述确定的各样品中相对含量总计80%以上的挥发性成分，采用标准品外标法进行定量分析。称取0.100 0 mg各标准品置于10 mL比色管中，溶解、稀释定容至刻度，制成10 mg/mL标准品储备液，再稀释为5个不同梯度质量浓度，按照1.3.1节方法进行测定，每个质量浓度标准品平行测定3次。计算不同质量浓度的峰面积平均值。以平均峰面积为纵坐标，质量浓度为横坐标绘制化合物的标准工作曲线，将检测的食醋样品液的平均峰面积代入标准曲线中得到每一挥发性成分的浓度，计算稀释前食醋样品中的化合物含量和标准差。

1.3.3 食醋挥发性成分的香气分析

根据1.3.2.2节得到的挥发性成分定量分析结果，按照文献[12-24]得到挥发性成分的气味阈值，按下式计算其气味活性值（odor activity value，OAV）[25]；结合各香气成分的气味特征及OAV，将同一类香气的挥发性成分OAV相加并绘制气味雷达图[26]。

式中：c为化合物质量浓度/（mg/L）；A为挥发性香气成分气味阈值/（mg/L）。

1.4 统计分析

1.4.1 LDA

LDA为有监督学习的分类方法，对于给定的化合物含量，将其投影后，基于类内方差最小、类间方差最大的原则进行线性组合并形成函数，从而达到较好地分类效果[27]，挑选方差累计较大的判别函数进行分析以简化模型，并可对食醋品牌作出有效判断。以食醋样品挥发性成分的含量为指标，使用SPSS进行分析。其中函数系数为Fisher’s法，使用组内协方差矩阵进行LDA，以得到不同品牌和种类食醋样品的区分。

1.4.2 RF算法

RF算法是将多棵决策树集成的一种机器学习算法，每个决策树会对样品产生一个分类结果，RF将每棵树的结果集成后，最终将获得最多投票的分类结果作为最终结果输出。在RF中决策树的数量和特征选择的个数会影响其分类效果，应根据样品特征进行选择[28]。实验中选择66.7%的样品作为训练集，33.3%的样品作为测试集，并设置种子以确保实验的可重复性，经参数调整后，以得到对不同种类食醋进行判别区分。

使用IBM SPSS Statistis 26和Origin 2019对FGC-Enose数据进行LDA；使用R软件实现RF的代码编译及分析。

2 结果与分析

2.1 FGC-Enose测定条件的选择

按照1.3.1节方法进行实验，孵化温度分别为50、60、70、80、90、100 ℃，孵化时间10 min，进样量1.0 mL。孵化时间分别为0、10、20 min，孵化温度90 ℃，进样量1.0 mL。进样量分别为0.25、0.5、1.0、5.0 mL，孵化温度90 ℃，孵化时间20 min，其他条件按表2进行测定。

由图1可知，当孵化时间20 min、孵化温度90℃、进样量5.0 mL时，FGC-Enose检测到化合物数量最多，观察色谱图可知基线平稳，色谱峰分离效果好，故选为测定食醋样品的测定条件。

图1 FGC-Enose的检测条件Fig.1 Detection conditions of FGC-Enose

2.2 食醋挥发性成分测定

2.2.1 挥发性成分定性分析

按照1.3.2.1节方法进行实验，测6个品牌米醋、8个品牌香醋和11个品牌陈醋的FGC-Enose色谱图，结果如图2、3和表3所示。图2表明：同类样品间色谱峰在强度、保留时间以及形状上相似，但各峰面积不同，说明各挥发性成分组成相近，含量有差异；而不同种类样品的FGC-Enose色谱图有明显差异，说明各类样品挥发性成分组成存在较大区别。实验测得3类食醋中挥发性成分共44种，其中醇类化合物6种、酯类8种、醛类11种、酮类3种、酸类5种、烷烃类2种、杂环类6种，3类食醋共有挥发性成分32种。这些挥发性化合物共同形成食醋的风味，其种类和含量差异使食醋风味有所不同。

表3 食醋样品挥发性成分的含量Table 3 Contents of volatile components in vinegar samples

续表3

6种醇类化合物在3类食醋中共存5种，仅正丙醇在陈醋中检测到，可能来自酿造过程中乙醇发酵阶段[29]。食醋样品中酯类化合物在酿造期间会逐渐累积，成为食醋香气的重要组成部分，香醋和米醋的酯类化合物均含8种，而陈醋仅检测出6种，其中乙酸己酯和δ-壬内酯未检测出，可能是由于部分米醋样品为液态发酵，辅助料和填充原料较少，酿造过程中界面效应及微生物含量均有不同，因此造成挥发性香气成分的差异[30]。11种醛类化合物中在香醋、陈醋均含有，米醋仅检测出9种，戊醛和丁醛未检出，其中戊醛是陈醋的特有成分。6种杂环类化合物，其中2,3-二甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪是镇江香醋的特征挥发性香气成分，其含量与炒米色等酿造工艺紧密相关[31]；2-(5H)-呋喃酮仅在陈醋检测到，可能是由单糖的环化而形成[32]；川芎嗪是食醋中的特征挥发性香气成分，产生于醋酸发酵阶段，在陈放期含量因美拉德反应累积[33]。5种挥发性酸类物质是构成食醋香气的重要部分，在3类食醋中共存3种，丁酸仅在米醋中检出，可能因为在发酵过程中丁酸仅在特定阶段产生，且含量较低；陈醋中不含甲酸。酮类化合物仅检测到3种，其中X4、X5、C1中未检测到环戊酮，M6、M7、C1、C2中未检测到2-庚酮。2种烷烃类化合物中2-甲基丁烷仅出现在香醋中，M7中未检测出庚烷。

图2 3类不同食醋的FGC-Enose色谱图Fig.2 FGC-Enose chromatograms of three kinds of vinegar

图3 29种标准品的FGC-Enose色谱图Fig.3 FGC-Enose chromatogram of 29 standards

2.2.2 挥发性成分定量分析

对食醋样品中含量总计80%以上的29种挥发性成分，其中醇类5种、酯类6种、酮类3种、醛类8种、其他类型化合物7种，利用相应的标准品进行外标法定量，结果见表3。29种挥发性成分的线性回归方程相关系数（R2）均大于0.99，相对标准偏差为0.002 4%～19.71%，表明该方法准确度较高。

醇类物质在食醋中较为普遍，主要产生于乙醇发酵阶段[31]，大都由微生物的作用产生，多种醇类物质的生成与酿造方法以及微生物的多样性相关，且在不同酿造阶段的变化趋势也有不同[34]，可因高温挥发或发生酯化反应[35]。实验测得醇类化合物中含量最高的是异丙醇，其质量浓度为7.976～509.9 mg/L，又以香醋中最多（8.367～509.9 mg/L）；而质量浓度最低的为3-戊醇，仅为未检出～1.314 mg/L，其中M4～M7、C1、C7和C9未检出3-戊醇，对食醋香气贡献较低。

醛类物质通常在酶的作用下由相应的醇类和酸类化合物缩合形成。其中3-甲基丁醛、糠醛在食醋中被认定为特征香气成分，3-甲基丁醛来自氨基酸的Strecker降解，也存在于糠、麸皮和炒米色中[31]；5-甲基糠醛和糠醛则由戊糖或己糖经脱水环化形成[36]，在酿造过程中随陈酿时间下降。实验测得香醋中醛类化合物含量最高，其中香醋样品X1的糠醛质量浓度高达301.9 mg/L，但米醋样品中M2未检测到糠醛，M3中质量浓度也较低，仅为0.919 6 mg/L，可能与米醋的酿造原料有关；陈醋样品中质量浓度最高的C5为62.14 mg/L，是陈酿时间较长导致。3类食醋中癸醛的质量浓度最低，仅为0.003 386～0.067 70 mg/L，因其气味阈值极低，为食醋提供了较强的水果香气。

酯类物质大都由醇和相应的酸或辅酶缩合而成，主要产生于乙醇发酵和醋酸发酵阶段[34]，其质量浓度与发酵过程中水分和酯类前体物质的含量相关，且与固态发酵时芽孢杆菌和红螺菌目相对丰度变化趋势一致[37]。3类食醋样品中乙酸乙酯的质量浓度为最高（11.26～135.0 mg/L）；香醋样品中异戊酸乙酯质量浓度最低（0.076 42～0.277 2 mg/L），米醋和陈醋样品中异丁酸乙酯的质量浓度最低（0.023 31～0.193 6 mg/L），但二者气味阈值较低，是香气的重要组成部分。

酮类物质作为醇类或酸类物质发酵的副产物，主要产生于食醋酿造的乙醇发酵和醋酸发酵阶段，且受发酵条件影响[10]。3类食醋样品中丙酮质量浓度最高（2.297～407.9 mg/L），而环戊酮（未检出～1.148 mg/L）和2-庚酮（未检出～0.324 9 mg/L）几乎不提供香气。

酸类物质由原料中碳水化合物在酶和微生物作用下转化产生，多形成于醋酸发酵阶段。3类食醋中酸类物质含量差别不大。其中乙酸质量浓度最高，2.082h104～2.524h104mg/L，是食醋的主要香气成分，其值与发酵中酯化反应与糠醛的生成相关[31]。3-甲基丁酸由氨基酸在微生物的作用下降解生成[31]，质量浓度为未检出～19.11 mg/L。丙酸的质量浓度为未检出～1.186h104mg/L，来自丙酮酸和还原糖的反应或游离氨基酸的代谢，为食醋提供油脂奶酪香气。

杂环类化合物中，仅选择2-甲基呋喃和吡嗪进行定量分析，其中米醋样品中吡嗪质量浓度较高（12.85～123.5 mg/L），而2-甲基呋喃质量浓度为0.130 8～8.822 mg/L，由微生物发酵或美拉德反应生成，因气味阈值高，在食醋香气中贡献较小。其余定量分析的化合物中，愈创木酚的含量较高（未检出～21.09 mg/L），可能来自木质素的降解或微生物代谢，其含量受酿造时温度影响[38]，是花香的主要来源。

2.3 食醋挥发性成分的香气分析

如表4和图4所示，食醋香气主要以酸味、水果香、花香和坚果可可香为主，辛香、油脂奶酪香和烧烤香使其香气更加丰富。3类食醋中水果香和花香的差异较大，其次是油脂奶酪香、酸味和坚果可可香，差异最小的是烧烤香和辛香，其中香醋的水果香、酸味和坚果可可香更突出。乙酸是食醋中酸味的主要来源，在食醋中含量最高。3类食醋的乙酸平均OAV分别为3 812.71、3 546.77、3 604.13，米醋的酸味较二者最低，酸味随乙酸含量升高而增大，乙酸含量可能与食醋陈酿时间有关[34]，在陈酿过程中，易挥发的化合物随着水分蒸发而流失，导致乙酸含量降低[8]。食醋中的水果香主要由3-甲基丁醛提供，香醋中其OAV高达385.69～15 639.76，其中又以X1的OAV使香醋水果香明显高于米醋和陈醋；癸醛也提供了较强的水果香气，香醋的OAV为158.34～676.98，平均OAV明显高于米醋和陈醋。坚果可可香主要来自苯乙醛，在香醋和米醋中平均OAV差异不大，二者略高于陈醋。花香来自愈创木酚、壬醛和异丁酸甲酯，而其中愈创木酚的OAV最高，在919.22～2 292.27；陈醋较其余两类食醋的花香味最浓，是由于陈醋中愈创木酚含量较高，其平均OAV为1 598.55，香醋和米醋的OAV分别为1 300.96和1 032.96。此外，陈醋的油脂奶酪香味比其他两类食醋都低，因为陈醋中提供油脂奶酪味的3-甲基丁酸含量较低，其平均OAV仅为22.65。香醋的烧烤香最浓，是3-甲基丁醇和糠醛含量高而形成，其平均OAV为3.33和15.63，而米醋的仅为1.01和0.32，陈醋的OAV为1.01和2.36。3类食醋辛香差异不大，提供辛香的挥发性化合物主要为丙酮、2-庚酮和庚烷，因为在3类醋中含量相近，其辛香的平均OAV分别为9.11、6.56和2.42。结果表明挥发性香气成分含量的差异使它们的OAV不同，而造成3类食醋香气的明显不同。

表4 食醋样品的挥发性成分的阈值、气味描述及OAVTable 4 Threshold, odor description and OAV of volatile components in vinegar samples

图4 3类食醋的气味雷达图Fig.4 Odor radar chart of three kinds of vinegar

2.4 统计分析

2.4.1 食醋的LDA

对3类不同品牌的25个食醋样品的3 组平行FGCEnose数据进行统计，按照方法1.3.4.1节进行LDA，得到食醋样品的线性判别函数表达式y=Ac+B，其中变量的系数A越大，该化合物在对样品区分时贡献率越高，c为挥发性成分的含量，判别函数系数为方程中c前所示数值，y表示将含量代入典则判别函数后的函数值。将各化合物含量c代入线性判别函数1、2得到y1、y2，并分别将其作为横、纵坐标绘制典则判别函数图，如图5所示。选择判别函数1、2的累计方差贡献率均超过80%，表明可对食醋样品进行区分[39]。

香醋中以函数2区分时X1、X6与其他食醋样品距离较远，表3中X1的乙醇、乙酸乙酯含量明显低于其他香醋，而3-甲基丁醛、异丁酸乙酯、异丁酸甲酯含量远高于X2～X5；X6的2-丁醇、3-甲基丁酸低于其他品牌食醋。以判别函数1区分时，除X1、X6外，X3与其他食醋也有差别，表3显示X3的异丙醇、3-戊醇和3-甲基丁酸含量明显高于其他5个品牌香醋，且X3使用大曲发酵，不同于其他品牌（表1），在酿造过程中主要微生物有所不同，从而影响食醋挥发性成分[40]，造成X3与其他品牌香醋的差异。结合判别函数的系数，认为3-戊醇、异丁酸乙酯、异丁酸甲酯、3-甲基丁醛和乙醇对区分不同品牌香醋起主要作用。

米醋样品以函数1区分时，M1、M3与其他样品距离较远，表3中M1的异丁酸乙酯含量最低而环戊酮、异丁酸甲酯含量最高，M3的异丙醇和3-戊醇含量最高；以函数2进行区分时，M7、M5、M3与其他5个品牌米醋有明显差别，表3显示M5的环戊酮含量最低，M5庚烷含量最高而M7不含，且M7的3-甲基丁醛含量最低，结合判别函数系数，认为3-戊醇、异丁酸乙酯、环戊酮和庚烷含量差异对区分不同品牌米醋起主要作用。

陈醋样品以函数2为区分时，C1与其他样品相距较远，表3中C1的苯甲醛、庚烷含量明显低于其他品牌陈醋，且未检出2-庚酮、环戊酮、3-戊醇和3-甲基丁醇，认为函数2是以2-庚酮、庚烷、环戊酮和苯甲醛含量差异为主进行区分。C2～C10样品点较分散，无法通过观察单个化合物含量进行区分，需借助函数判别，将化合物含量代入函数1，C1、C3、C5～C7的值小于0，其余的品牌样品大于0。

进一步对3类食醋使用LDA，图5显示3类食醋区分明显。以函数1进行判别时，香醋距二者较远，而以函数2判别时，米醋和陈醋区分较明显。表3可知香醋的癸醛、庚烷、乙酸丁酯、己醛含量最高，米醋的3-甲基丁醇、异丁酸乙酯和2-庚酮含量最低而丙酸含量最高。研究表明，不同样品由于酿造原料、地理来源和酿造工艺的差异，均可造成挥发性香气特性的不同[41]，结合判别函数系数，认为癸醛、异丁酸乙酯、2-庚酮、己醛、乙酸异戊酯和苯甲醛含量差异对3类食醋的区分起到主要作用。FGC-Enose定量分析的结果结合LDA后，使3类食醋得到良好区分。

香醋：y1=-176.83c乙醇+17.19c丙酮-232.53c异丙醇+3 425.63c2-甲基呋喃-227.29c乙酸乙酯-1 656.19c3-甲基丁醛+61 684.23c异丁酸甲酯-274 027.55c3-戊醇+720.40c吡嗪-4 222.06c庚烷-105.49c3-甲基丁醇+78 276.13c异丁酸乙酯-143 465.69

y2=53.57c乙醇+0.53c丙酮+12.91c异丙醇+182.32c2-甲基呋喃+13.59c乙酸乙酯+232.92c3-甲基丁醛-2 345.77c异丁酸甲酯+10 429.03c3-戊醇+6.09c吡嗪-467.04c庚烷+23.05c3-甲基丁醇-5 493.12c异丁酸乙酯-2 687.60

米醋：y1=-286 489.38c乙醇+9 591.13c丙酮+390 401.95c异丙醇-1 238 002.72c2-甲基呋喃-25 263.68c乙酸乙酯-882 196.45c3-甲基丁醛-79 620.05c异丁酸甲酯+640 320 726.52c3-戊醇+42 291.41c吡嗪+608 598.30c庚烷-55 941.00c3-甲基丁醇+53 661 514.94c异丁酸乙酯-2 681 376.21c环戊酮-22 744 553.33c乙酸丁酯+72 795.263c糠醛-20 600 568.48c异戊酸乙酯-283 537 077.71

y2=-6 949.45c乙醇+240.57c丙酮+9 203.47c异丙醇-35 069.69c2-甲基呋喃-563.62c乙酸乙酯-12 319.24c3-甲基丁醛-4 520.66c异丁酸甲酯+19 643 382.80c3-戊醇+1 043.02c吡嗪+15 073.67c庚烷+1 745.14c3-甲基丁醇+1 260 743.89c异丁酸乙酯+49 926.69c环戊酮-643 617.97c乙酸丁酯+896.01c糠醛-523 085.74c异戊酸乙酯-293 300.95

陈醋：y1=2 945.96c乙醇-8.05c丙酮-737.27c异丙醇+5 208.49c2-甲基呋喃+385.75c乙酸乙酯+1 591.35c3-甲基丁醛+3 389.51c异丁酸甲酯-43 511.64c3-戊醇-346.82c吡嗪-3 731.72c庚烷-957.82c3-甲基丁醇+144 961.63c异丁酸乙酯-7 200.55c环戊酮-66 478.36c乙酸丁酯-420.14c糠醛-21 812.49c异戊酸乙酯-12 185.84c乙酸异戊酯+165 817.29c2-庚酮-1 288.46c5-甲基糠醛+14 342.74c苯乙醛+152.17c愈创木酚+11 370.39c苯甲醛-60 708.22

y2=-9 877.06c乙醇-94.10c丙酮-2 255.79c异丙醇+7 828.09c2-甲基呋喃+33.46c乙酸乙酯-527.05c3-甲基丁醛+5 979.75c异丁酸甲酯+19 709.99c3-戊醇-662.67c吡嗪-2 488.19c庚烷+1 766.39c3-甲基丁醇+175 830.55c异丁酸乙酯+42 430.33c环戊酮-89 401.22c乙酸丁酯-84.10c糠醛-81 580.95c异戊酸乙酯-10 550.66c乙酸异戊酯+389 260.31c2-庚酮-1 874.98c5-甲基糠醛+8 986.46c苯乙醛+64.6c愈创木酚+25 647.51c苯甲醛-78 690.42

3类食醋：y1=-1 785.36c乙醇-2 415.16c丙酮-213.13c异丙醇+96 826.48c2-甲基呋喃+3 420.01c乙酸乙酯+18 935.60c3-甲基丁醛+20 581.67c异丁酸甲酯+132 614.71c3-戊醇+11 044.82c吡嗪-108 463.51c庚烷-47 421.67c3-甲基丁醇-3 541 725.45c异丁酸乙酯+129 777.72c环戊酮-115 678.04c乙酸丁酯-733.31c糠醛-275 494.03c异戊酸乙酯-509 166.98c乙酸异戊酯-1 198 856.65c2-庚酮-1 718.72c5-甲基糠醛+18 029.46c苯乙醛-32 877.64c愈创木酚+10 746.72c壬醛-10 922 106.69c癸醛+323 229.13c苯甲醛-23 671.58c2-丁醇+20.98c丙酸+561.93c乙酸-3 642.29c3-甲基丁酸-746 876.85c己醛-6 083.97

y2=908.48c乙醇-3 323.11c丙酮-49.32c异丙醇+44 667.97c2-甲基呋喃+6 268.55c乙酸乙酯+21 894.21c3-甲基丁醛+4 365.82c异丁酸甲酯+217 923.64c3-戊醇+11 648.25c吡嗪-110 915.92c庚烷-72 654.19c3-甲基丁醇-3 331 755.27c异丁酸乙酯+387 036.57c环戊酮-265 299.54c乙酸丁酯-673.67c糠醛-315 849.65c异戊酸乙酯-664 153.34c乙酸异戊酯-1 763 079.26c2-庚酮-5 901.68c5-甲基糠醛+28 572.19c苯乙醛-32 564.88c愈创木酚+15 040.35c壬醛-12 134 812.32c癸醛+362 171.63c苯甲醛-25 919.47c2-丁醇+37.60c丙酸+607.63c乙酸-20 504.68c3-甲基丁酸-1 115 725.57c己醛-6 993.90

图5 3类食醋样品的LDAFig.5 LDA plots of three kinds of vinegar

2.4.2 食醋的RF分析

按照方法1.3.4.2节，以25个品牌食醋样品的平行3次FGC-Enose检测数据共75个样本编号为自变量，定量的29个挥发性成分含量为因变量进行RF分析，共75 组数据，其中50个样品作为训练集，25个样品为测试集。通过代码寻找最优参数，如图6A、B所示，对特征个数与决策树个数进行选择。图6A显示错误率低于0.08的特征个数为3、4、6、7、9、10，分别搭建模型后根据正确率选择最优特征个数；图6B表明当决策树个数大于130时，模型的错误率趋于稳定，选择决策树个数130、140、150分别搭建模型并根据正确率选择最优值。对模型训练后最终选择最佳参数为：特征个数为4，决策树为140个。随机选择2 021为种子数后，运行结果得到混淆矩阵（图6C）和挥发性成分的重要性排序（图6D）。

混淆矩阵反应模型分类的准确性，其中主对角线上（左上右下）的为正确分类的样品数，而主对角线以外的位置为错误分类的样品数，每一行之和为该类的样品总数。图6C显示RF模型对测试集中样品分类均在主对角线上，而非对角线上错误分类的样品个数均为0，RF经训练后的正确概率能稳定在100%，说明RF对食醋样品有较好的分类能力。图6D中以基尼指数为依据对29个挥发性成分的重要性排序，基尼系数越大，其重要性越高[42]，因此较重要的化合物依次为3-甲基丁醇、愈创木酚、苯甲醛、丙酮、糠醛、癸醛和乙酸乙酯。结合表3可以看出，香醋中的苯甲醛、3-甲基丁醇、癸醛的含量明显高于米醋和陈醋，米醋中愈创木酚、糠醛含量最低，而香醋和米醋中的丙酮、乙酸乙酯含量明显高于陈醋，这与气味雷达图中造成典型香气差异一致。

图6 3类食醋样品的RF结果Fig.6 Results of classification of three kinds of vinegar by random forest

3 结 论

3类食醋中挥发性成分共44种，其中醇类化合物6种、酯类8种、醛类11种、酮类3种、酸类5种、烷烃类2种、杂环类6种，3类食醋共有挥发性成分32种。其中2-甲基丁烷和2-乙基-6-甲基吡嗪仅在香醋中检测出，丁酸仅在米醋中检测出，戊醛、2-(5H)-呋喃酮仅在陈醋中检测出。3类食醋中酸类化合物含量最高，其次为醇类和醛类，烷烃类含量最低，而不同种类的食醋样品其挥发性成分的含量有一定的差异。

3类食醋中OAV均大于1的共20种，其中关键香气成分有乙酸、丙酸、3-甲基丁醛、苯乙醛、壬醛、癸醛和愈创木酚。香气成分的含量差异使3类食醋样品的香气组成不同，香醋的坚果可可香、水果香和酸味较突出，陈醋的花香较突出，而米醋的酸味以外挥发性香气较弱。

LDA显示相同种类不同品牌的食醋其香气特征及挥发性成分也存在不同。RF模型经训练后对食醋样品的分类准确率可达到100%，苯甲醛和3-甲基丁醇等可作为区分食醋种类的重要化合物。

本研究将化学检测和定性定量、统计学、OAV分析结合，快速鉴定3类食醋挥发性化合物及香气特征的差异分析，为食醋香气分析及种类鉴定提供理论依据。