鮮姜、姜粉和姜汁飲料中揮發性風味物質分析

王強偉，史先振，王洪新，蘇義海

1(江南大學 食品學院，江蘇無錫，214122) 2(國家功能食品工程技術研究中心，江蘇無錫，214122)

3(徐州生物工程職業技術學院，江蘇徐州，221006)4(安徽銅陵白姜發展有限公司，安徽銅陵，244021)

姜(Zingiber officinale Roscoe)是姜科姜屬多年生植物的根莖，鮮姜和干姜被用作香辛料和中藥材已經有多個世紀歷史［1］。由于姜具有獨特的芳香風味和辛辣口感，已經被廣泛應用在食品中，如姜汁飲料、腌姜、姜汁酸奶、姜膏、姜味餅干等［2-3］。在國外，姜汁飲料因其獨特的口感和保健功效非常流行，但國內市場上并不多見。傳統的姜汁飲料多使用鮮姜加工［4］，然而鮮姜的收獲時間短、水分含量高、易腐不易保藏，實際生產中通常將鮮姜通過干燥加工成干姜片或干姜粉，便于保藏運輸［5］。

姜中揮發性風味物質對姜制品的風味和品質具有很大影響［6］。目前國內外學者對姜精油中風味物質已經進行了大量研究［7-11］，但是對姜汁飲料加工過程中揮發性風味物質的變化鮮有報道。本研究采用頂空固相微萃取結合氣質聯用技術(HS-SPME-GCMS)對鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發性風味物質進行鑒定分析。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與試劑

銅陵白姜(水分含量為90.5%)，采收于安徽省銅陵縣;正構烷烴混標(C7～C30)，購于Sigma-Aldrich(上海);復合植物水解酶 Viscozyme L、α-淀粉酶BAN 480L、糖化酶 AMG 300 L，購于 Novozymes(天津)。

1.2 主要儀器與設備

氣相色譜(CP3800)-質譜(1200L)聯用儀，美國VARIAN 公司;75 μm CAR/PDMS萃取頭，Supelco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 姜粉的制備

將鮮姜清洗去皮后切成2～4 mm厚的薄片，置于50℃烘箱中約8 h，水分含量降低至5%時，將干姜片放在粉碎機中粉碎，過60目篩后置于密封袋中真空避光保存，測得含水量為5.2%。

1.3.2 鮮姜制姜汁飲料的制備

將鮮姜清洗去皮后切成2～4 mm厚的薄片，按照1∶1.1(g∶mL)的比例加水，置于打漿機中勻漿。然后升溫至85℃使生姜淀粉糊化，將糊化后的漿液冷卻到50℃，用檸檬酸調節pH值至5.5，加入復合植物水解酶 Viscozyme L(0.05%，w/w)，α-淀粉酶BAN 480L(0.06%，w/w)和糖化酶 AMG 300L(0.08%，w/w)在50℃振蕩水浴2h，酶解后95℃加熱5 min使酶滅活。漿液先過200目砂布粗濾，然后4 000 r/min離心5 min，取上清液作為調配初汁。按照初汁 20%，糖5%，檸檬酸 0.02%，β-環狀糊精0.07%的比例調配后，置于均質機中10 MPa均質2次，95℃加熱10 min滅菌后灌裝密封保存。

1.3.3 姜粉制姜汁飲料的制備

將姜粉按照1∶20(g∶mL)的比例加水，然后升溫至85℃使生姜淀粉糊化，之后的處理與鮮姜制姜汁飲料的制備方法一致。

1.3.4 頂空固相微萃取

分別稱取1.0 g的鮮姜碎末和姜粉，10.0 g的鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料置于20 mL萃取瓶中，將75 μm CAR/PDMS萃取頭插入，50℃水浴加熱吸附30 min，然后在GC-MS進樣口250℃解吸5 min。

1.3.5 GC-MS分析條件

氣相色譜條件:色譜柱為BR-5 ms(30 m×0.25 mm×1 μm);升溫程序:40℃保持3 min，然后5℃/min升至280℃，保持10 min;載氣:氦氣，流速1.0 mL/min。

質譜條件:EI離子源;溫度250℃;電子能量70 eV;掃描范圍35～550 amu。

GC-MS測定后，揮發性風味物質根據NIST和WILEY圖譜庫進行檢索，并根據保留時間計算各物質的保留指數，結合相關文獻進行確定。為了得到各種物質的保留指數，樣品檢測前先在相同GC-MS條件下進樣C7～C30正構烷烴混標。各組分的相對含量根據峰面積歸一化法來計算。

2 結果與分析

采用HS-SPME-GC-MS對鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發性風味物質進行分析，得到的總離子流色譜圖見圖1。

圖1 鮮姜(A)、姜粉(B)、鮮姜制姜汁飲料(C)和姜粉制姜汁飲料(D)中揮發性成分GC-MS圖譜Fig.1 GC-MS chromatogram of volatile compounds of fresh ginger，ginger powder，fresh ginger beverage and ginger powder beverage

通過對總離子流色譜圖中各峰進行分析并計算保留指數，結合文獻最終確定各揮發性風味物質。采用面積歸一化法計算各物質的相對含量見表1。

表1 鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發性風味物質Table 1 The volatile compounds of fresh ginger，ginger powder，fresh ginger beverage and ginger powder beverage

2.1 鮮姜中揮發性風味物質分析

鮮姜中檢測到51種揮發性風味物質，其中烯烴類28種(66.793%)、醇類16種(14.584%)、醛類3種(9.718%)、酮類 1種(0.236%)和酯類 3種(4.413%)。主要揮發性成分為姜烯(22.901%)、桉葉油醇(11.771%)、β-倍半水芹烯(9.691%)、β-紅沒藥烯(7.695%)、ar-姜黃烯(7.371%)、香葉醛(7.037%)和 α-金合歡烯(5.858%)。

史先振等［12］使用頂空固相微萃取結合 GC-MS測得銅陵白姜嫩姜含有47種揮發性物質;汪莉莎等［13］測得四川白口姜仔姜含有63種、老姜68種揮發性物質;宋國新等［14］測得上海生姜含有36種揮發性物質;Huang等［15］測得上海生姜含有45種揮發性物質;Ding等［2］測得萊蕪生姜含有55種揮發性物質;Shao等［16］測得澳大利亞生姜含有36種揮發性物質。這說明不同產地以及不同成熟度的生姜揮發性風味物質的種類有所差異。

2.2 姜粉中揮發性風味物質分析

姜粉中檢測到56種揮發性風味物質，其中烯烴類30種(65.114%)、醇類16種(12.708%)、醛類4種(8.164%)、酮類 3種(0.733%)和酯類 3種(7.544%)。主要揮發性成分為姜烯(25.519%)、β-倍半水芹烯(10.765%)、桉葉油醇(9.694%)、ar-姜黃烯(7.162%)、β-紅沒藥烯(6.286%)、乙酸香葉酯(6.193%)、香葉醛(5.971%)和α-金合歡烯(5.109%)。

續表1

Huang等［15］測得上海生姜干姜粉中含有46種揮發性物質;Ding等［2］測得萊蕪生姜干姜粉中含有59種揮發性物質。

對比鮮姜和姜粉中主要揮發性成分(見表2)發現，在干燥過程中姜烯和β-倍半水芹烯的相對含量增加，而桉葉油醇、β-紅沒藥烯、ar-姜黃烯、香葉醛和α-金合歡烯的相對含量減少。Bartley等［11］和 Ding等［2］認為，加熱干燥過程中細胞的破裂會增加揮發性物質的釋放，但同時也會使部分物質產生異構化反應、降解反應和重排反應。另外，乙酸香葉酯在鮮姜中的相對含量為3.901%，但在姜粉中的相對含量增加為6.193%，而香葉醛的相對含量降低，這可能是因為在干燥加熱過程中香葉醛發生還原反應，生成的香葉醇與熱處理過程中產生的乙酸發生酯化反應。同時表1中可以看到乙酸香茅酯、乙酸龍腦酯的相對含量也有所增加，而香茅醛、香茅醇和龍腦的相對含量降低。

2.3 鮮姜制姜汁飲料中揮發性風味物質分析

鮮姜制姜汁飲料中檢測到58種揮發性風味物質，其中烯烴類 30種(32.529%)、醇類 17種(23.426%)、醛類 5種(34.519%)、酮類 3種(2.115%)和酯類3種(3.396%)。主要揮發性成分為香葉醛(18.519%)、橙花醛(14.215%)、姜烯(11.468%)、ar-姜黃烯(8.418%)、龍腦(6.955%)和桉葉油醇(6.061%)。

2.4 姜粉制姜汁飲料中揮發性風味物質分析

姜粉制姜汁飲料中檢測到59種揮發性風味物質，其中烯烴類 32種(33.064%)、醇類 16種(27.389%)、醛類 5種 (27.737%)、酮類 3種(2.1575%)和酯類3種(4.997%)。主要揮發性成分為香葉醛(15.427%)、姜烯(12.106%)、橙花醛(11.162%)、α-松油醇(9.626)、龍腦(7.482%)、ar-姜黃烯(7.263%)、龍腦(6.955%)和 β-紅沒藥烯(4.266%)。

對比鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中的主要揮發性成分(見表2)發現，姜粉制姜汁飲料中姜烯、α-松油醇、龍腦和β-紅沒藥烯的相對含量高于鮮姜制姜汁飲料，而香葉醛、橙花醛、ar-姜黃烯、桉葉油醇的相對含量低于鮮姜制姜汁飲料。

表2 鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中主要揮發性成分Table 2 The main volatile compounds of fresh ginger，ginger powder，fresh ginger beverage and ginger powder beverage

2.5 鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料與鮮姜和姜粉中揮發性風味物質比較

鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中烯烴類揮發性風味物質的相對含量(32.529%和33.064%)顯著低于鮮姜和姜粉中烯烴類揮發性風味物質的相對含量(66.793%和65.114%);醇類揮發性風味物質的相對含量(23.426%和27.389%)、醛類揮發性風味物質的相對含量(34.519%和27.737%)和酮類揮發性風味物質的相對含量(2.115%和2.157%)則顯著高于鮮姜和姜粉中醇類揮發性風味物質的相對含量(14.584%和12.708%%)、醛類揮發性風味物質的相對含量(9.718%和8.164%)和酮類揮發性風味物質的相對含量(0.236%和0.733%)。Liu等［17］認為醇類和醛類揮發性風味物質在姜汁飲料中呈現主要的芳香氣味。

鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發性風味物質的種類比鮮姜和姜粉多，相對含量與鮮姜和姜粉相比也有差異。一方面因為姜汁飲料制作過程中的熱處理使揮發性風味物質發生變化;另一方面由于酶的使用，復合植物水解酶破壞了細胞壁的結構，α-淀粉酶和糖化酶水解了淀粉，這些酶的作用促進了揮發性風味物質的釋放［18］。

3 結論

通過HS-SPME-GC-MS分別對鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發性成分進行分析，共鑒定出61種揮發性風味物質。其中鮮姜中51種，主要揮發性成分為姜烯、桉葉油醇、β-倍半水芹烯、β-紅沒藥烯、ar-姜黃烯、香葉醛和 α-金合歡烯;姜粉中56種，主要揮發性成分為姜烯、β-倍半水芹烯、桉葉油醇、ar-姜黃烯、β-紅沒藥烯、乙酸香葉酯、香葉醛和α-金合歡烯;鮮姜制姜汁飲料中58種，主要揮發性成分為香葉醛、橙花醛、姜烯、ar-姜黃烯、龍腦和桉葉油醇;姜粉制姜汁飲料中59種，主要揮發性成分為香葉醛、姜烯、橙花醛、α-松油醇、龍腦、ar-姜黃烯、龍腦和β-紅沒藥烯。

鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中烯烴類揮發性風味物質的相對含量顯著低于鮮姜和姜粉中烯烴類揮發性風味物質的相對含量;而醇類、醛類和酮類揮發性風味物質的相對含量顯著高于鮮姜和姜粉中醇類、醛類和酮類揮發性風味物質的相對含量。

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