剁辣椒是将新鲜辣椒剁碎采用高盐腌制成盐胚后，进行脱盐调味并灌装杀菌制得的一类常见的辣椒加工制品[1]。剁辣椒因含有丰富的营养物质，且具有特殊的辛辣味和香气而受到消费者的喜爱[2]。近年来研究人员围绕剁辣椒展开了广泛的研究，探讨了乳酸菌[3-4]、发酵条件[5]和护色工艺[6]对产品品质的影响，但目前关于市售剁辣椒风味品质评价方面的研究却较少。
NY/T 1070-2006《辣椒酱》中要求采用感官检验的方法对剁辣椒的滋味和风味品质进行评价，但感官检验有其自身的局限性，易受主观因素影响，目前研究人员常采用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）[7]和电子鼻[8]联用技术对食品风味品质进行研究。GC-MS技术可以对食品中挥发性组分进行定性和定量研究，已经在酒类[9]、海鲜[10]、茶类[11]和水果[12]品质鉴定方面有着广泛的应用；电子鼻通过模仿人类嗅觉系统对食品中挥发性组分进行研究，具有检测迅速和准确等优点，在食品发酵[13]、加工储藏[14]、品质鉴定[15]和指纹图谱建立[16]等方面亦有着广泛应用。
本研究采用GC-MS和电子鼻联用技术，并结合多元统计学方法对市售剁辣椒风味品质进行研究，同时对市售剁辣椒中特征和差异性风味物质进行甄别，以期对后续剁辣椒品质的改善提供数据支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
从襄阳市沃尔玛广场和万达广场购买15种市售剁辣椒样品，编号1～15；氯化钠：西陇科学股份有限公司。
PEN3电子鼻（配备10个金属氧化传感器）、电子鼻进样瓶（带PTFE密封垫片）：德国Airsense公司；GCMS-QP2020气相色谱-质谱联用仪，配电子轰击电离源 EI、SH-Rtx-Wax（30 m×2.25 mm×0.25 μm）色谱柱和HS-20顶空进样器：日本岛津公司；TP-213型分析天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；HH-4数显恒温水浴锅：江苏省金坛市友联仪器研究所。
1.2 试验方法
1.2.1 基于GC-MS技术剁辣椒中挥发性风味物质的测定
1.2.1.1 样品前处理
准确称取10 g剁辣椒样品和3 mL生理食盐水置于20 mL顶空样品瓶中，采用带有聚四氟乙烯的铝帽密封瓶口。在60℃的恒温炉中保温30 min，平衡15 min，进样量1 μL，进样口解析6 min后直接进入GC-MS分析。
1.2.1.2 GC条件
SH-Rtx-Wax（30 m×2.25 mm×0.25 μm）极性毛细管色谱柱；温控程序：起始温度35℃，保持5 min，以4℃/min上升到70℃，保持8 min，以10℃/min升到150℃，不保持，然后以15℃/min上升到200℃，保持5 min；传输线温度：160℃，进样口温度180℃，载气流速：线速度32.1 cm/s；进样方式：分流进样，分流比为10 ∶1。
1.2.1.3 MS条件
离子源：EI离子源；离子源温度：220℃；连接口温度：250℃；电子轰击能量：70 eV；检测器电压：相对于调谐结果 0.2 kV；m/z范围：33.00 amu～450 amu；数据采集方式：Q3 Scan；采用NIST14标准质谱库和保留指数定性；采用峰面积归一化法对样品中挥发性风味物质相对含量进行分析。
1.2.2 基于电子鼻技术剁辣椒风味品质区分度研究
准确称取20 g剁辣椒于120 mL样品瓶中，放置于60℃水浴锅中保温30 min后冷却至室温，采用电子鼻10个金属氧化传感器同时对其挥发性组分进行测定。电子鼻参数设置：样品间等待时间1.5 min，清洁时间90 s，调零时间5 s，探头插入时间5 s，进样测定时间60 s，吸气流量200 mL/min，进样流量200 mL/min。金属传感器在45秒后达到稳定状态，选定49、50 s和51 s时的响应值，计算其平均值，重复操作3次。
1.3 统计学分析
使用主成分分析法（principal component analysis，PCA）、非加权组平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）聚类分析和多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）对剁辣椒风味品质进行评价；采用Mann-whiney test对不同聚类辣椒酱样品间各传感器的响应值进行差异性分析。采用Matlab 2016b软件进行数据分析和热图绘制，采用Origin 8.5软件绘制其他图。
2 结果与分析
2.1 基于GC-MS技术剁辣椒挥发性风味物质的测定
研究首先使用GC-MS技术对市售剁辣椒样品中挥发性风味物质进行数据采集。15个市售剁辣椒样品中共检测出81种挥发性风味物质，其中酯类、醇类、酸类、烃类、醛酮类、醚类化合物分别为17种、18种、4种、23种、10种和6种，其平均相对含量分别为56.85%、25.32%、12.77%、2.22%、1.79%和 0.62%。由此可见，酯类、醇类和酸类化合物为剁辣椒中主要挥发性风味物质。平均相对含量高于3.0%的挥发性风味物质及相对含量如图1所示。
由图1可知，市售剁辣椒中共检测出6种平均相对含量高于3%的挥发风味物质，分别为乙酸乙酯、乙醇、醋酸、异戊醇、乳酸乙酯和丙醇，其平均相对含量分别为49.44%、15.13%、12.62%、6.02%、3.38%和3.35%。大部分剁辣椒经发酵制作而成，且制作过程中会加入适量白酒，这可能是导致其中乙醇含量相对偏高的主要原因[1]。
图1 剁辣椒中主要挥发性风味物质相对强度图
Fig.1 The relative abundance of volatile components in chopped chili samples
2.2 基于电子鼻技术剁辣椒风味品质区分度研究
进一步使用电子鼻对市售剁辣椒样品风味品质进行了区分，基于电子鼻技术剁辣椒风味品质的UPGMA聚类分析如图2所示。
图2 剁辣椒风味品质的聚类分析
Fig.2 Evaluation of the flavor profile characterization of chopped chili samples based on cluster analysis
由图2可知，当距离大于30.0时，15个样品可划分为 2 个聚类，其中 1、3、4、5、6、7、8、14 和 15 9 个样品隶属于聚类Ⅰ，而 2、9、10、11、12 和 13 6 个样品则隶属于聚类Ⅱ。经MANOVA发现，隶属于2个聚类的剁辣椒样品其风味品质差异极显著（P＜0.001）。进一步以聚类结果为分组依据，采用PCA和Mann-whiney test对剁辣椒风味品质进行分析，进而对导致剁辣椒风味品质存在差异的指标进行甄别，PCA的方差贡献率如表1所示。
表1 主成分的方差贡献率
Table 1 The variance contribution of principal components
主成分 特征值 方差贡献率/% 累计贡献率/%PC1 3.36 86.41 86.41 PC2 0.24 6.28 92.69 PC3 0.20 5.16 97.85 PC4 0.06 1.49 99.34 PC5 0.02 0.49 99.83 PC6 4.02×10-3 0.10 99.93 PC7 1.92×10-3 0.05 99.98 PC8 5.50×10-4 0.01 100.00 PC9 9.39×10-5 2.41×10-3 100.00 PC10 1.06×10-5 2.70×10-4 100.00
由表2可知，主成分PC1和主成分PC2的方差贡献率分别为86.41%和6.28%，其累计方差贡献率为92.69%，说明主成分1和主成分2可以代表绝大部分原始变量的信息，通过PCA，本研究可以将市售剁辣椒的典型挥发性风味物质类型由原始的10个降至2个，达到了降维目的。基于电子鼻技术市售剁辣椒的PC1和PC2因子载荷图如图3所示。
图3 基于主成分分析的PC1和PC2因子载荷图
Fig.3 Factor loading diagram of PC1 and PC2 based on principal coordinate analysis
由图3可知，PC1主要是由W5C（对烷烃、芳香类物质灵敏）、W5S（对氮氧化物灵敏）、W2W（对有机硫化物灵敏）、W2S（对乙醇灵敏）、W1S（对甲烷灵敏）和W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）等6个传感器构成，PC2主要是由 W6S（对氢气有选择性）、W3S（对烷烃灵敏）、W1C（对芳香类物质灵敏）和W3C（对氨气、芳香类物质灵敏）4个传感器构成。PC1中载荷较高的正影响传感器是W5C、W5S、W2W和W2S，其中W5C的载荷量最高为0.30；载荷较高的负影响传感器是W1S和W1W，其中W1W的载荷量较高为-0.12。PC1主要集中在对挥发性风味物质中烷烃、芳香类物质和有机硫化物、萜类物质的响应差异。PC2中载荷较高的正影响传感器是W3S和W6S，其中W3S的载荷量最高为0.29；载荷较高的负影响传感器是W1C和W3C，其中W1C的载荷量较高为0.32。PC2主要集中在对挥发性风味物质中烷烃和芳香类物质的响应差异。基于电子鼻技术市售剁辣椒的PC1和PC2因子得分图如图4所示。
图4 基于主成分分析的PC1和PC2因子得分图
Fig.4 Factor scores diagram of PC1 and PC2 based on principal coordinate analysis
由图4可知，隶属于聚类Ⅰ中的样品主要分布于第二或第三象限，而隶属于聚类Ⅱ的样品则全部分布于第一或第四象限，两者呈现出明显的分离趋势。结合图3可知越靠近X轴正方向其有机硫化物含量越高，而芳香类物质的含量则越低。由此可见，聚类Ⅰ中的剁辣椒样品风味品质较佳。本研究进一步使用Mann-whiney test对各传感器对不同聚类剁辣椒响应值的差异性进行了定量分析，结果如表2所示。
表2 电子鼻各传感器对不同聚类剁辣椒样品响应值的差异性分析
Table 2 Significance analysis of each sensor response in chopped chili samples belong to different clusters based on electronic nose
注：0.27（0.25，0.17～0.42），平均值（中位数，最小值～最大值）。
传感器 聚类Ⅰ 聚类Ⅱ P值W1C 0.27（0.25，0.17～0.42） 0.13（0.12，0.09～0.16） 0.000 4 W5S 6.74（5.83，2.78～12.91） 20.69（19.72，16.28～28.54） 0.000 4 W3C 0.45（0.42，0.33～0.62） 0.28（0.27，0.24～0.32） 0.000 4 W6S 1.37（1.28，1.26～1.84） 1.63（1.53，1.35～2.19） 0.025 6 W5C 0.59（0.56，0.44～0.79） 0.38（0.37，0.32～0.43） 0.000 4 W1S 34.08（35.47，15.77～52.53） 76.99（79.60，59.8～94.08） 0.000 4 W1W 21.72（22.47，10.69～35.77） 39.44（40.02，35.69～44.23） 0.000 8 W2S 9.94（10.06，4.68～16.03） 23.69（23.78，17.06～30.79） 0.000 4 W2W 8.29（7.92，4.76～12.22） 15.04（14.71，13.62～17.97） 0.000 4 W3S 1.80（1.70，1.60～2.52） 2.33（2.35，1.92～2.7） 0.007 6
由表2可知，传感器W1C、W3C和W5C对隶属于聚类I的剁辣椒响应值显著偏高（P＜0.001），而金属传感器 W5S、W6S、W1S、W1W、W2S、W2W 和 W3S 则呈现出相反的趋势（P＜0.05）。由此可知，隶属于聚类Ⅰ的剁辣椒在芳香类物质的含量上显著高于聚类Ⅱ，而氮氧化物（具有不同程度毒性且感官阀值较高）、氢气（感官阈值较高、香气较弱）、甲烷（感官阈值较高、香气较弱）、有机硫化物（具有一定的刺激性气味）和乙醇（具有特殊香味，并略带刺激）的含量显著低于聚类Ⅱ，这进一步证实了隶属于聚类Ⅰ的剁辣椒样品风味品质较佳。
2.3 基于GC-MS技术剁辣椒挥发性风味品质的差异性分析
研究进一步利用GC-MS技术对导致剁辣椒风味品质差异的挥发性物质进行了分析，剁辣椒中相对平均含量大于1.0%挥发性风味物质相对强度的热图如图5所示。
图5 剁辣椒主要挥发性风味物质相对强度的热图
Fig.5 Heat map of the relative abundance of major volatile components in chopped chili samples
由图5可知，隶属于聚类Ⅰ的样品乙酸乙酯、乳酸乙酯和丙醇的相对含量显著高于聚类Ⅱ（P＜0.05），而乙醇、醋酸和异戊醇的相对含量显著低于聚类Ⅱ（P＜0.05）。乙酸乙酯有微带果香的酒香，而乳酸乙酯具有较强的酒香气味，由此可见，隶属于聚类Ⅰ的剁辣椒风味品质要优于聚类Ⅱ，这亦与使用电子鼻技术得出的结论一致。
3 结论
使用GC-MS和电子鼻联用技术对市售剁辣椒风味品质进行了评价，经电子鼻分析发现风味品质较佳的剁辣椒应具有较高的芳香类物质且有机硫化物和乙醇含量偏低；经GC-MS分析发现品质较佳的剁辣椒挥发性风味物质中乙酸乙酯和乳酸乙酯含量较高，而乙醇和醋酸含量相对较低。
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