一种酸菜发酵周期的鉴别方法
技术领域
本发明涉及一种酸菜发酵周期的鉴别方法，尤其是涉及一种以大白菜发酵腌制的酸菜为检测对象，利用顶空气相离子迁移谱方法对酸菜中的挥发性风味进行测定，建立指纹图谱并进行主成分分析，通过特征风味成分差异对比实现对酸菜发酵周期的鉴别方法，它属于食品检测
技术领域
。背景技术
东北酸菜是一种由大白菜经腌渍而成的以乳酸菌为主导菌群的发酵食品，是我国东北地区传统美食之一。酸菜鲜酸可口、质地脆嫩，含有天然的乳酸菌及其代谢产物，营养丰富、风味独特，不仅可以增进食欲，还可以促进人体对铁元素的吸收，近年来深受广大消费者喜爱，广泛应用于多种地方特色菜肴的烹饪。
发酵周期是影响发酵蔬菜制品营养、风味和食用安全性的重要因素。目前，酸菜生产大都仍采用自然发酵，利用大白菜表面附着的多种微生物及内生菌进行发酵而产生出酸菜特有的风味和脆韧的质构，同时通过乳酸菌和一些有益微生物生长繁殖实现对腐败及非功能杂菌的抑制作用。按传统饮食习惯，东北酸菜均是当年腌渍，半年内即食用完毕。然而，随着酸菜的工业化规模化生产，受一些市场价格及产销不平衡等因素影响，部分酸菜没有及时销售而是在隔年之后才在酸菜市场中流通，但由于发酵周期过长，其风味及营养会大打折扣，特别是经过盛夏高温，酸菜中被抑制的腐败菌又处于活跃状态，产品软化、变味、劣变的风险随之升高。经检索，目前，尚无东北酸菜发酵周期的鉴别方法的相关专利及文献，特别是采用挥发性风味化合物的特征对发酵周期进行鉴定的方法。
顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱质谱(GC-MS)联用法是目前挥发性成分检测的常规方法。相关文献研究：郑文迪等在“基于GC-MS法对比广西地区酸菜和酸笋风味的差异”文中采用气相色谱-质谱仪分析了以上两类发酵蔬菜的挥发性成分；王娟娟等在“直投式发酵剂生产酸菜及其风味物质的研究”文中采用固相微萃取-气质联用色谱(SPME-GC-MS)法对酸菜中的挥发性组分进行了检测。然而，以上方法均需用萃取头经过手动操作将原料中的挥发物进行吸附，再手动插入气相色谱仪进行进样检测，实验结果易受外界环境因素影响，且前处理复杂，对复杂成分样品的分析还存在交叉干扰等问题。除此，以上技术方案适用于检测单个样品的挥发性成分的组成，并不能直观显示出多个酸菜样本之间的风味差异，不能满足本专利发酵周期的鉴别的技术需求。随着人们对传统发酵食品认识和酸菜需求量的提升，亟需酸菜产业升级、品质提升的相关酸菜分类等检测方法。
发明内容
本发明提供了一种酸菜发酵周期的鉴别方法，目的在于对不同发酵周期的酸菜样品进行区分，可用于当年酸菜和隔年酸菜的鉴别，建立了分析检测模型，与目前常规检测方法相比，具有操作简单、快速、准确性高的特点，样品无需预处理在常压下即可实现在线检测。
为了解决上述技术问题，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种酸菜发酵周期的鉴别方法，其步骤如下：对酸菜进行取样，将样品搅碎后，称取2g匀浆置于20mL顶空瓶中，封口后，样品在40℃条件下孵育15min，孵化转速500rpm，孵育后，用自动进样器从85℃的顶空瓶直接取100μL样品；然后在60℃下用氮气将其注入气相色谱仪的毛细管柱，流动相程序如下：2mL/min，0～2min；10ml/min，2～10min；100ml/min，10～20min，经过气相色谱仪分离后挥发性风味成分以单个组分的形式注入离子迁移质谱仪的电离区，使用活性为300MBq的电离源，以正离子模式电离分析物反应形成产物离子，在45℃恒温和5kV电压条件下，通过离子门脉冲作用将合成离子注入迁移区，进行二维的分离，分离后离子到达法拉第盘被检测，最终得到保留时间、漂移时间和信号强度的三维数据，对三维数据进行分析后，得出酸菜特征挥发性风味化合物及发酵周期的鉴别结果。
优选的，上述的对三维数据进行分析的方法如下：三维数据使用气相色谱和离子迁移质谱联用仪中的内置的分析软件及其数据库对酸菜风味物质进行定性和定量分析，并运用指纹图谱插件建立风味图谱，确定不同发酵周期酸菜的特征成分及其指纹特征；通过动态主成分分析插件进行主成分分析，确定未知酸菜样品的发酵周期分类。
优选的，上述对酸菜进行取样，是统一取样位置在外帮、中间、酸菜芯部，或三个部位均匀取样后混合。
优选的，上述的自动进样器为1mL气密加热注射器。
优选的，上述的毛细管柱是FS-SE-54-CB毛细管柱、规格为15m×0.53mm。
优选的，上述的酸菜为采用大白菜发酵腌制成的酸菜，包括袋装酸菜或散装整颗酸菜。
优选的，上述的迁移区使用9.8cm的漂移管。
由于采用上述技术方案，使得本发明具有如下优点和效果。
本发明的优点和效果如下：
1)本专利提供了一种酸菜品质的评价方法，具有简单、快速、准确、直观的优势，可用于特征挥发性风味化合物检测及发酵周期鉴定。
2)本专利使用的仪器无需真空，样品无需富集浓缩，通过直接顶空进样的方式即可快速捕捉固体或液体样品中痕量挥发性有机化合物信息，ppbv级。
3)本专利应用了气相色谱与离子迁移谱的联用技术，是一种高分辨率、高灵敏度的气体快检技术。利用色谱突出的分离特点，对混合物进行预先分离，使混合物成为单一组分后再进入离子迁移质谱仪检测器进行检测，这种联用技术能够大大提高混合物定性分析的准确度。
4)本专利方法与常规色谱相比，可以大大缩小气相色谱分离时间，可以满足现场快速分析的需要。
5)本发明数据分析运用了指纹图谱分析软件、动态主成分分析软件，可直观显示酸菜样品的风味差异及鉴定结果。
附图说明
图1是酸菜样品挥发性有机化合物的指纹图谱。
图2是酸菜样品挥发性有机化合物的主成分分析图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步详细说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
下述实施例，如无特殊说明，均为常规方法。
酸菜发酵周期的鉴别方法，步骤如下：
酸菜样品：袋装切丝酸菜，命名样品a、样品e；散装整颗酸菜，命名样品b、样品f，分别在外帮、中间、酸菜芯部三个部位均匀取样；-80℃冰箱冷冻的袋装切丝酸菜，命名样品c、样品g，室温下解冻。每个样品进行三次重复测试。
以上样品各取200g分别用组织破碎机搅碎，准确称取2g匀浆置于20mL顶空瓶中，封口后，样品在40℃条件下孵育15min，孵化转速500rpm，孵育后，用自动进样器即气密加热注射器(1mL)从85℃的顶空瓶直接取100μL样品；然后在60℃下用氮气将其注入气相色谱仪的FS-SE-54-CB毛细管柱，毛细管柱规格为15m×0.53mm，流动相程序如下：2mL/min，0～2min；10ml/min，2～10min；100ml/min，10～20min，经过气相色谱仪分离后挥发性风味成分以单个组分的形式注入离子迁移质谱仪的电离区，使用活性为300MBq的电离源，以正离子模式电离分析物反应形成产物离子，在45℃恒温和5kV电压条件下，通过离子门脉冲作用将合成离子注入迁移区，即9.8cm的漂移管中，进行二维的分离，分离后离子到达法拉第盘被检测，最终得到保留时间、漂移时间和信号强度的三维数据，对三维数据进行分析后，得出酸菜特征挥发性风味化合物及发酵周期的鉴别结果。所述对三维数据进行分析是使用气相色谱和离子迁移质谱联用仪中的内置的分析软件及其数据库对酸菜风味物质进行定性和定量分析，并运用指纹图谱插件建立风味图谱，确定不同发酵周期酸菜的特征成分及其指纹特征；通过动态主成分分析插件进行主成分分析，确定未知酸菜样品发酵周期的分类。
本发明实施例酸菜样品a、b、c为当年酸菜，e、f、g为隔年酸菜。通过上述方法定性出的酸菜特征挥发性有机化合物如表1所示，所鉴定风味物质在各个酸菜样品中的峰体积数据如表2所示；为了直观区别酸菜样品间的差异，根据风味物的信号强度建立指纹图谱并进行主成分分析，结果如图1、图2所示。
表1酸菜样品挥发性有机化合物列表
表2酸菜样品中挥发性有机化合物峰体积列表
序号
a
a
a
b
b
b
c
c
c
1
1291.92
1296.15
1292.63
946.77
903.12
1120.72
2821.53
2729.75
3080.26
2
309.69
314.13
288.12
210.44
180.95
204.11
1029.91
1065.50
1221.82
3
138.65
114.00
104.41
120.99
109.78
109.89
124.31
126.55
137.04
4
80.26
93.57
92.36
128.66
82.72
125.16
121.77
121.48
143.42
5
174.69
174.71
163.21
191.37
147.49
183.60
125.26
111.90
141.76
6
161.24
180.38
161.18
138.46
147.13
157.39
327.11
298.01
367.73
7
89.89
98.39
71.28
78.00
67.29
104.23
113.93
88.35
131.42
8
56.26
60.75
63.52
62.66
61.76
77.93
77.48
79.97
93.56
9
1868.58
1828.30
1849.67
1696.74
1729.14
1817.43
1456.45
1454.61
1568.22
10
5648.07
5665.17
5719.78
3961.68
3987.15
4177.65
3238.17
3289.58
3174.98
11
163.33
144.92
142.11
157.65
152.34
160.77
130.79
130.61
136.30
12
258.12
258.14
264.90
194.26
199.24
219.01
180.97
189.09
221.45
13
260.34
277.23
260.17
280.61
295.47
324.69
352.84
354.75
396.89
14
109.13
118.12
112.02
120.44
125.52
151.40
191.33
205.04
230.38
15
2474.82
2528.61
2547.92
2565.40
2561.22
2627.81
2048.21
1993.43
1996.58
16
193.74
193.09
195.90
159.41
162.44
167.05
150.61
153.75
128.28
17
341.52
357.66
339.73
168.03
163.20
186.65
140.71
150.41
151.91
18
5246.46
5227.00
5226.00
4466.96
4517.97
4963.77
4950.66
4968.18
5237.27
19
402.09
333.42
338.74
337.36
343.15
362.12
360.94
327.85
398.46
20
570.08
453.41
501.37
444.85
536.80
533.62
539.57
539.01
563.40
21
1294.55
977.36
1089.82
1028.97
1306.61
1607.70
1709.55
1545.39
1693.42
22
3624.38
3710.53
3644.60
4119.59
4145.27
4749.73
4361.52
4316.50
4878.48
23
13.23
11.62
15.88
15.61
15.48
17.25
29.49
29.57
42.33
24
41.79
36.09
44.16
26.26
29.24
31.44
47.04
47.78
42.81
25
228.30
210.46
218.26
116.32
103.85
99.41
108.62
111.80
112.12
26
228.16
213.39
214.80
230.16
202.86
192.84
779.27
688.09
697.68
27
14.09
18.28
18.46
12.13
13.06
12.76
23.64
16.42
20.61
28
5983.87
6111.86
6095.11
6024.47
5989.37
6447.00
1643.06
461.44
339.25
序号
e
e
e
f
f
f
g
g
g
1
406.88
409.44
425.06
365.43
326.20
270.72
303.62
406.30
369.98
2
118.29
132.51
113.12
122.40
124.38
153.88
135.69
134.88
130.96
3
114.29
115.16
127.72
125.39
112.20
89.85
150.29
108.73
90.44
4
107.64
122.22
137.63
98.57
68.43
78.47
93.80
86.15
78.50
5
116.34
103.23
130.25
140.79
181.74
172.12
216.68
226.16
214.71
6
84.99
79.03
91.71
188.91
202.68
201.96
190.88
197.93
211.76
7
56.90
70.07
81.97
72.72
74.15
81.05
70.95
74.21
77.01
8
49.84
37.28
48.67
23.91
22.29
26.06
24.89
24.28
30.61
9
974.40
890.16
916.84
1211.94
1178.73
1167.00
973.08
974.63
965.70
10
1779.27
1735.09
1859.55
2581.59
2455.58
2279.49
1948.57
1923.45
1816.70
11
56.53
52.30
53.22
61.14
60.15
64.59
86.58
82.53
89.07
12
68.65
69.05
69.40
44.87
44.89
47.37
47.72
53.10
48.25
13
75.50
82.76
95.21
78.76
93.22
97.48
85.66
91.91
100.14
14
23.63
23.88
24.77
54.63
45.80
43.93
40.79
28.75
34.27
15
696.90
601.59
737.70
219.54
219.14
228.07
560.28
523.80
505.60
16
91.27
97.59
112.58
70.20
84.46
80.22
63.27
59.99
54.48
17
83.63
79.98
87.09
168.51
185.19
176.69
150.99
152.83
148.57
18
7795.69
7602.87
7718.68
8060.70
7973.20
7923.83
9439.73
9394.67
9290.26
19
2631.05
2593.26
2621.03
4306.05
4274.16
4281.84
2963.35
3009.52
3003.25
20
192.20
197.18
194.97
43.02
43.39
43.29
34.55
33.68
34.39
21
3015.93
2976.48
2980.88
2953.49
2903.43
2848.44
2910.99
2882.11
2887.17
22
2683.41
2749.97
2711.10
2291.14
2313.51
2341.27
2174.65
2152.48
2140.22
23
11.57
11.15
14.03
17.21
17.57
17.73
54.38
77.31
79.29
24
60.08
59.77
68.51
126.56
116.09
121.84
207.80
206.68
199.66
25
951.82
907.73
957.35
6146.80
6036.93
5934.05
8575.06
8502.53
8403.26
26
3057.82
2957.69
2977.05
5756.47
5789.68
5746.01
6028.53
6016.01
6057.26
27
152.83
145.90
159.17
1020.28
1035.72
1011.81
635.93
616.85
591.67
28
540.34
480.35
510.86
510.80
503.08
499.51
725.64
754.57
701.59
注：序号“1-28”代表挥发性组分，组分信息与表1一致。
由表1可以看出，酸菜中共检测鉴定22种特征挥发性有机化合物，主要包括酯类、酸类、醛类、醇类、酮类和少量硫醚类等，且信号峰强度在不同发酵周期的酸菜样品中各不相同，如表2所示。
图1酸菜样品的指纹图谱中每一行代表一个酸菜样品中选取的全部信号峰，每一列代表同一挥发性有机物在不同酸菜样品中的信号峰，由图1可见每种样品的完整挥发性有机物信息，隔年酸菜和当年酸菜中的挥发性有机化合物存在明显差异，具有不同的特征风味区域(框定区域)。丙酸乙酯、正丙醇、乙酸正丙酯和丁酮是隔年酸菜中重要的特征性风味物，对隔年酸菜的鉴别具有重要的作用。己酸乙酯、丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、丁酸、二甲基二硫、丁酸甲酯、2,3-丁二酮、丙酮和二甲基三硫、乙醇和乙酸乙酯是当年酸菜的特征性的风味物，随着发酵周期延长，除乙醇和乙酸乙酯浓度呈增加趋势，以上大部分挥发性风味物信号强度大幅下降甚至消失。
图2酸菜样品挥发性有机化合物的主成分分析可将复杂庞大的原始变量简化为主成分因子，直观评估样本间挥发性化合物的差异性性。由图可以看出，在分布图中隔年酸菜e、f、g和当年酸菜a、b、c分别占据相对独立的空间，各自聚为一类，根据主成分1(pc-1)和主成分2(pc-2)的分值，所有的当年酸菜与隔年酸菜样品都得到了良好的鉴别和区分，准确率为100％。
