醋因其獨特的風味和對健康的益處，在中國菜肴和日常生活中占有重要地位，它可以直接作為調味品或兌水使用。本研究采用電子鼻和電子舌識別食醋的氣味和滋味。利用GC-IMS技術對食醋中的揮發性風味物質進行定性和半定量分析，并通過多元統計分析不同品種食醋在風味上的差異，明確各地區食醋的關鍵差異揮發性風味化合物，實現食醋產地的快速識別。
01
電子鼻分析
電子鼻主要通過各個敏感的傳感器來感受樣品中的香氣，樣品中揮發性風味物質輕微的變化都能夠被區分開。由圖1中A可知，T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2傳感器對食醋揮發性化合物有較強的響應，表明食醋中可能含有較高豐度的芳香族、烷烴、有機化合物等。不同品種食醋的響應值除了對T30/1（對極性化合物靈敏）、P30/1（對芳香族化合物靈敏）、P40/2（對有機化合物靈敏）、P30/2（對氧化能力較強的氣體靈敏）傳感器沒有顯著性差異（P＞0.05）外，對其他傳感器均存在顯著性差異。與B樣品相比，A、C、D在各個傳感器上的響應值更強，表明B樣品中醇類、萜烯類物質較其他樣品少。結果表明，盡管所有食醋對LY2/Gh等傳感器的響應值較低，但各組的響應值仍不相同。
主成分分析不僅能夠用于解釋樣品之間的差異，而且能從影響樣品空間分布的變量中提取信息。電子鼻的主成分分析（PCA）見圖1中B。對食醋空間距離和香氣分布進行分析，PC1和PC2分別貢獻了總方差的68%和27.2%，涵蓋了樣品味道的大部分信息，表明該模型能夠用于區分不同品種食醋的風味特征。PC1解釋了68%，與LY2/G、LY2/gCT、LY2/gCT1、LY2/AA、LY2/Gh等大部分傳感器呈正相關，PC2解釋了27.2%，與P40/1、PA/2、T40/2、T40/1、P30/2等傳感器呈負相關。
由圖1中B可知，不同地區食醋在得分圖中被分離開。A、B、C、D4個樣品分別位于4個象限，說明不同地區的食醋風味明顯不同。在西南部地區食醋中，LY2/LG（2-甲基-3-呋喃硫醇）、LY2/gCT（丙烷）、LY2/gCT1（正丁胺）、TA/2（己醇）等傳感器對B樣品貢獻較多，表明該品種食醋中這些物質的豐度更高。在東部沿海地區食醋中，傳感器P40/1（甲基糠基二硫醚）、P40/2（甲硫醇）、P10/2（正庚烷）、T30/1（丙醇）可能對C樣品貢獻更多。
圖1 不同品種食醋的電子鼻響應數據雷達圖（A）和主成分分析雙標圖（B）
02
電子舌分析
為進一步區別不同食醋之間的風味差異，采用電子舌對食醋的鮮味、咸味和酸味進行分析，結果見圖2中A。不同品種食醋B、D樣品在鮮味和咸味上無顯著性差異（P＞0.05），而A樣品和B樣品在所有味覺特征上都具有顯著性差異，且A樣品的響應值均最高，說明四川保寧醋具有更加豐富的味覺特征。
圖2 不同品種食醋的電子舌響應數據雷達圖（A）和主成分分析雙標圖（B）
根據電子舌數據進行主成分分析，見圖2中B。PC1和PC2的累計貢獻率達到99.8%,表明電子舌數據足以代表不同品種食醋味道的大部分信息。雙標圖中PC1與酸味、咸味、鮮味呈正相關，PC2與回味-A、回味-B呈正相關。西南部地區和東部沿海地區食醋被部分分開，僅A樣品單獨位于PC1的正軸，B、C、D樣品類聚與A樣品有明顯區分。在西南部地區食醋中，A樣品的鮮味、咸味和酸味相對較高，呈正相關，與其他幾個樣品呈負相關。這些結果表明電子舌不能有效地區分不同地區的食醋。
03
GC-IMS分析
從4個不同品種的食醋中共檢測出66種已定性的揮發性物質（包括單、雙聚體，見表1）。由表1和圖3中A可知，4種食醋樣品中共鑒定出酮類12種、酯類24種、醇類11種、醛類8種、雜環類11種。在相對含量上醇類物質為食醋中最主要的風味化合物，酯類是傳統食醋中的基本成分，大多數酯類具有果香或花香。東部沿海地區的食醋品種（C、D）的酯類含量明顯高于西南部地區（A、B）。此外，酮類、醛類、醇類等物質對食醋的風味具有一定貢獻，它們各自相互融合、協同作用，構成不同品種食醋的獨特風味。
表1 從不同品種食醋中鑒定出的揮發性風味化合物
通過地形圖推導（以A品種食醋風味為背景）獲得不同食醋的風味差異圖，以識別VOCs的變化，由圖3中B可知，垂直實線是反應離子峰（RIP），兩側的每個點代表一種揮發性有機化合物。B品種食醋中出現的大部分揮發性物質集中分布于圖中低響應值區域，表明該品種食醋的大多數揮發性風味物質的含量低于其他品種。而C品種在保留時間600-1000s內出現了響應值更高的區域，說明C品種中大部分揮發性風味物質的含量明顯高于其他品種，但也存在一些特殊物質，這一結果與電子鼻結果相似。
為進一步了解不同品種食醋的揮發性風味物質的差異，生成了指紋圖譜（見圖3中C）。由圖3中C可知，4個品種食醋的VOCs含量差異較大。圖3中C中每一行代表不同品種食醋中同一化合物的相對含量，圓點顏色越深表示含量越高，反之含量越低，按含量變化趨勢將指紋圖譜分為5個區域。Ⅰ區域為所有品種食醋中共有的物質，包括丙烯酸乙酯、環己酮、（E）-2-己烯酸乙酯、3-戊烯-2-酮、1-甲基-3-丁醇乙酸丁醇-M、十一烷、3-（甲基硫代）丙醛、2-羥基-2-甲基-4-戊酮-M、丙烯醛、糠醛、乙酸丙酯，它們為食醋提供了果香、黃油等香氣。Ⅱ區域中的物質在D品種中含量最高，主要為α-松油醇、乙酸庚酯、2,4,5-三苯甲基噻唑-M、1-羥基-2-丙酮、丙酸己酯、3-甲基丁醇、2-庚醇、2-丁醇、2-羥基-2-甲基-4-戊酮、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁基丙酸酯、2-甲基戊酸乙酯等物質，這或許是D品種與其他幾個品種之間的差異揮發性物質。Ⅲ區域主要為C品種中含量較高的物質，包括異丁酸芳樟酯、丁酸-3-甲基丁酯、1-己醇、3-甲基-1-丁酯丁酸酯-M、2-己酮等物質。Ⅳ區中物質多為A和C品種共有的物質，且與其他幾個品種之間存在顯著性差異，這兩個品種在揮發性風味物質的品種上類似，可能具有相似的風味。B品種中含量較高的物質主要在V區域，含有部分雜環類化合物，可能是食醋在生產過程中由美拉德反應產生的。指紋圖譜綜合分析結果表明，不同品種食醋的揮發性風味物質具有明顯差別，其中東部沿海地區的食醋C、D的品種和含量相較于A和B較高，且4個品種在指紋圖譜中區分明顯，這一結果與電子鼻結果類似。二維圖譜和指紋圖譜均能有效區分不同品種的食醋。
圖3 基于GC-IMS分析不同品種食醋揮發性化合物的差異
為了進一步研究不同品種食醋的芳香特性，以66種香氣成分為因變量，以食醋類型為自變量，建立OPLS-DA模型。該模型（見圖4中A）產生了可接受的擬合指數：自變量的R2X=0.986，因變量的R2Y=0.998，預測指數的Q2=0.994，這些結果表明OPLS-DA模型表現出良好的重現性和可預測性。通過200次排列測試對模型進行了驗證（見圖4中B）。Q2回歸與Y軸的交點為負，表明模型驗證成功。因此，所得結果可用于區分不同類型食醋的特征物質。其中，D樣品分布于第三象限，且周圍物質品種明顯多于其他幾個樣品，主要的香氣成分有3-甲基丁酸甲酯、4-庚酮、2-乙醇、乙酸庚酯、1-丁醇乙酸酯-D、1-丙醇等；而A、B樣品類聚在第四象限，C樣品單獨位于第一象限，表明西南部地區與東部沿海地區食醋風味之間存在一定差異，同時東部沿海地區食醋C、D之間的風味物質也存在顯著性差異。從數據點分布距離和數量分布來看，樣品A和樣品B具有一定相似性。
圖4 揮發性風味物質的雙標圖（A）、OPLS-DA置換圖（B）和食醋重要風味物質（VIP＞1）的VIP圖（C）
關鍵差異標志物對于構建不同品種食醋香氣輪廓具有重要影響，可根據變量投影重要性（VIP)對其進行篩選。一共篩選出13種關鍵差異標志物（見圖4中C），它們分別為2-甲基-1-丁醇、(E)-2-丁烯酸乙酯、2-羥基-2-甲基-4-戊酮、N－亞硝基嗎啉、2-羥基-2-甲基-4-戊酮-M、2-甲基丙基丁酸酯、2-甲基丁酸乙酯、2-乙基丁醛、1-丙醇、三甲基吡嗪、乙酸庚酯、丁酸-3-甲基丁酯－D、3-甲基-1-丁醇，這些物質可作為對食醋具有重要影響的揮發性風味物質，為了在4種食醋中更加直接區分特征差異標志物的變化，通過篩選出的13種標志物的峰值繪制聚類熱圖，見圖5。
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