蘿卜泡菜自然發酵過程中揮發性香氣成分變化分析

王芮東，趙燕飛，邢 穎，宋曉麗

（1.運城學院 理科實驗中心，山西 運城 044000；2.運城學院 生命科學系，山西 運城 044000）

蘿卜（Raphanus sativus）為十字花科蘿卜屬，味甜、脆嫩，在民間素有“小人參”的美稱，其營養豐富，含有豐富的碳水化合物和多種維生素，并具有降低血脂、膽固醇，預防冠心病、動脈硬化等功效[1-2]。蘿卜泡菜是以蘿卜為原料，添加鹽、糖等輔料經乳酸菌發酵而成，具有清新爽脆、開胃解膩等特點[3-5]，含有豐富的維生素、礦物質、膳食纖維及其他營養成分，具有助消化、凈腸、抗肥胖、降低膽固醇等作用[6-9]。

揮發性香氣成分是泡菜品質質量的一個重要指標，是在一系列復雜的物理、化學和生物反應的變化中產生出的酯類、醇類、醛類等化合物[10-11]，它的形成主要包含三個方面：原料中本身的揮發性香氣成分；發酵過程中乳酸菌、酵母菌等微生物發酵產生的香味物質；蔬菜中所含的蛋白質在微生物和蛋白酶作用下水解產生的揮發性香氣成分[12-13]。目前對于泡菜發酵過程中揮發性香氣成分變化的研究較少，張金鳳[14]采用頂空-固相微萃取（head space solidphase micro-extractions，HS-SPME）結合氣質聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）研究了芥菜在傳統發酵過程中揮發性成分的動態變化，結果表明，芥菜經發酵后產生大量的異硫氰酸酯類、醛類、醇類等，酯類大量減少，共鑒定出49種揮發性成分；曹東等[15]采用SPME-GC-MS對泡菜在發酵過程中不同時期的揮發性風味進行分析，結果表明，不同時期的泡菜的揮發性成分差異明顯，共鑒定出化合物111種，包括醇類、烴類、含硫化合物等。本研究采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術（HS-SPME-GC-MS）對蘿卜泡菜自然發酵過程中的揮發性香氣成分進行檢測，旨在為泡菜品質的提高及加工工藝的改良提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘿卜、白糖、海鹽、蒜、姜、辣椒、花椒、大料等：運城市佳緣超市；氯化鈉（分析純）：天津市大茂化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

7890-5975C型氣質聯用儀：美國Agilent公司；FA1604型分析天平：上海舜宇恒平儀器有限公司；JJ-2型組織搗碎勻漿機：江蘇省金壇市菜華儀器制造有限公司；固相微萃取手柄、50μmCAR/PDMS固相微萃取頭：美國Supelco公司；TDL6M型離心機：湖南湘立科學儀器有限公司；KQ-300GDV型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 蘿卜泡菜加工工藝流程及操作要點

操作要點：

原料選擇：挑選新鮮、無蛀蟲、無腐爛的蘿卜為原料。

原料預處理：將蘿卜洗凈、瀝干后，切分為2 cm×2 cm×2 cm的小塊。

鹵水配制：將鹽64 g、白砂糖32 g、花椒12 g、八角6 g、茴香6 g、生姜10 g、辣椒10 g加至1.6 kg的開水中，充分浸泡后，冷卻至室溫。

裝壇：按蘿卜與鹵水質量比1∶1的比例進行裝壇。

水封、發酵：用水進行密封，室溫（25℃）條件下發酵9 d（pH值為3.5左右）。從發酵第0天開始每隔24 h取樣測定，測定到第9天。

1.3.2 揮發性香氣成分檢測

揮發性香氣成分的提取和檢測條件參照黃盛藍等[16]方法并進行優化改進。稱取5 g泡菜并量取5 mL泡菜汁制成勻漿，準確稱取5.000 0 g于15 mL頂空進樣瓶中，加1 g NaCl混勻、密封。45℃條件下平衡30 min后，將老化的萃取頭（250℃老化1 h）插入進樣瓶中萃取30 min，然后取出插入GC-MS進樣口解吸5 min。

GC條件：HP-FFAP彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升溫程序：起始溫度45℃，保持5 min，以5℃/min上升至240℃，保持5min；載氣為氦氣（He），流速為1mL/min；進樣口溫度為250℃，溶劑延遲時間5.5 min，分流進樣，分流比為20∶1。

MS條件：電子電離（electron ionization，EI）源；電子能量70 eV；離子源溫度250℃，四極桿溫度150℃，質量掃描范圍50～550 u。

定性定量分析：檢測的未知化合物與美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）.11 library相匹配，匹配度＞800（最大值為1 000）的鑒定結果予以確認，同時采用C7～C30計算化合物的保留指數（retention index，RI），結合文獻報道進行定性；采用峰面積歸一化法定量，以各組分峰面積與色譜圖總峰面積之比表示其相對含量。

2 結果與分析

2.1 蘿卜泡菜發酵過程中揮發性香氣成分的總離子流色譜圖

經GC-MS對蘿卜泡菜發酵過程的揮發性香氣成分進行分析鑒定，發酵第0～9天的總離子流色譜圖見圖1，各揮發性香氣成分鑒定結果見表1。

圖1 泡菜第0～9天揮發性香氣成分GC－MS分析總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of aroma components in kimchi fermentation analyzed by GC－MS at 0-9 d

表1 蘿卜泡菜發酵過程中揮發性香氣成分的相對含量Table 1 Relative content of aroma components of radish kimchi during different fermentation processes

續表

由表1可知，蘿卜泡菜在整個發酵過程共測出36種揮發性香氣成分，在0～9 d蘿卜泡菜發酵過程中一直存在的揮發性香氣成分有：1-異硫代氰酸丁酯、異硫氰酸乙酯、異硫代氰酸己酯、二甲基二硫、二甲基三硫等，這與蔣麗等[17]對發酵泡菜香氣成分的研究結果“自然發酵與接種發酵泡菜香氣成分都以酯類和硫化物為主”基本相似。

隨著發酵的進行，揮發性香氣成分的種類數量由第0天的11種逐漸增加至第9天的36種；相對含量由第0天的28.12%逐漸增加至第7天的68.09%，第8、9天后基本保持穩定，這是由于在發酵初期揮發性香氣物質主要是蘿卜原料本身香氣的物質，隨著發酵進行會發生各種反應產生一些酯類、酮類等多種香氣物質。

2.2 蘿卜泡菜發酵過程中揮發性香氣成分分類分析

2.2.1 發酵過程中各揮發性香氣成分種類數量的變化分析

蘿卜泡菜發酵過程中各揮發性香氣成分種類數量見表2。6種）；隨著發酵時間延長，酯類、醇類、酸類、烴類揮發性香氣成分的種類數量呈上升趨勢，酮類、醛類、醚類揮發性香氣成分的種類數量在0～1 d呈上升趨勢，1～9 d保持不變；含硫化合物的種類數量一直為2種，保持不變。

表2 蘿卜泡菜發酵過程中第0～9天各揮發性香氣成分種類數量Table 2 Changes of species number of aroma components in radish kimchi during fermentation process of 0-9 d

2.2.2 發酵過程中酯類揮發性香氣成分變化分析

圖2 蘿卜泡菜發酵過程中酯類物質相對含量的變化Fig.2 Changes of ester relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖2可知，在0～9 d的發酵過程中，酯類物質相對含量由第0天的15.87%逐漸上升至第9天的30.13%，呈整體上升趨勢，這是由于微生物發酵產生的醇和酸，在發酵的中后期會發生酯化反應生成酯類物質[18]。酯類物質是相對含量最大的一類物質，是蘿卜泡菜的主體風味物質，相對含量較高的酯類物質為1-異硫代氰酸丁酯（8.65%）、異硫氰酸乙酯（5.47%）、異硫代氰酸己酯（5.67%）等，這與劉春燕[19]對泡蘿卜風味物質分析的研究結果基本一致。在泡菜中主要以含硫酯類物質為主，一般具有辛香味且味道濃郁，例如，異酸氰酸酯具有類似芥末的辛辣氣味，是十字花科類植物蘿卜及其泡菜成品的特征風味物質[20]。

2.2.3 發酵過程中含硫化合物揮發性香氣成分變化分析

圖3 蘿卜泡菜發酵過程中含硫化合物相對含量的變化Fig.3 Changes of sulfur compound relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖3可知，在0～9 d的發酵過程中，含硫化合物相對含量由第0天的3.35%下降至第1天的1.73%，再上升至第4天的3.69%后逐漸下降至第9天的0.93%，呈先下降后上升再下降趨勢，這是由于含硫化合物主要來自于蘿卜本身，在發酵初期含量較高，在中后期可能是含硫化合物在微生物的作用下發生降解。在發酵過程中含硫化合物只有2種：二甲基二硫、二甲基三硫，兩者相對含量雖然不高，但由于香氣閾值極低，因此香味濃郁，是蘿卜泡菜的重要風味物質，二甲基二硫具有刺激性的洋蔥味，二甲基三硫具有肉樣和洋蔥蔬菜味香氣[21]。

2.2.4 發酵過程中醇類揮發性香氣成分變化分析

圖4 蘿卜泡菜發酵過程中醇類物質相對含量的變化Fig.4 Changes of alcoholic substance relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖4可知，在0～9 d的發酵過程中，醇類物質相對含量由第0天的6.56%逐漸上升至第5天的12.75%后，又下降至最終的10.22%，呈先上升后下降趨勢，這是由于醇類物質主要是酵母菌發酵產生的，在中后期醇類能與有機酸反應形成酯類，會消耗一部分醇類物質；醇類物質含量較高，但閾值較大，因此對泡菜香味整體貢獻不大[22]。其中相對含量較高的醇類物質為芳樟醇（5.98%）、苯乙醇（4.26%）、桉葉油醇（2.90%）等，其中桉葉油醇具有樟腦樣香氣和清涼味道，4-萜烯醇具有暖的胡椒香、較淡的泥土香，α-松油醇具有樟腦氣味、辛辣味。

2.2.5 發酵過程中酮類揮發性香氣成分變化分析

圖5 蘿卜泡菜發酵過程中酮類物質相對含量的變化Fig.5 Changes of ketone relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖5可知，在0～9 d的發酵過程中，酮類物質相對含量由第0天的1.6%逐漸上升至第7天的4.69%后，又下降至最終的4.35%，呈先上升后下降趨勢，這是由于酮類物質主要是由醇類物質氧化而成，在發酵中后期醇類物質氧化可能會受到抑制。在發酵過程中出現的酮類物質有3種：3,3-二甲基-2-丁酮（1.60%）、2-環己烯-1-酮（1.85%）、丙酮（1.77%），酮類多伴有果香味，其中3,3-二甲基-2-丁酮具有薄荷氣味，丙酮有特殊香氣，具辛辣甜味[23]。

2.2.6 發酵過程中酸類揮發性香氣成分變化分析

圖6 蘿卜泡菜發酵過程中酸類物質相對含量的變化Fig.6 Changes of acid relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖6可知，在0～9 d的發酵過程中，酸類物質相對含量由第0天的0逐漸上升至第7天的6.65%后，又下降至最終的6.22%，呈先上升后下降趨勢，這是由于在發酵初期乳酸發酵、醋酸發酵剛剛開始，酸類物質相對較少，隨著發酵進行會產生大量的酸類物質。相對含量較高的物質為乙酸（1.35%）、丁酸（3.04%），這兩種酸一方面可以在發酵過程中降低泡菜的pH，另一方面還可以改善泡菜的風味并增加酸味，并能與醇類反應生成酯類化合物，為泡菜的風味作出一定貢獻。

2.2.7 發酵過程中烴類揮發性香氣成分變化分析

圖7 蘿卜泡菜發酵過程中烴類物質相對含量的變化Fig.7 Changes of hydrocarbon relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖7可知，在0～9 d的發酵過程中，烴類物質的相對含量由第0天的0.74%逐漸上升至第7天的10.12%后，又下降至最終9.55%，呈先上升后下降趨勢，這是由于在發酵后期乳酸發酵的產物種類較多，產物間可能會發生復雜的反應，生成各種烯烴類物質。烴類物質香氣閾值較高，對泡菜的香氣貢獻不大。在發酵過程中相對含量較高的是3-蒈烯（6.88%）、3-右旋萜二烯（1.50%），其中3-右旋萜二烯具有似鮮花的清淡香氣，對泡菜的香氣有一定的貢獻。

2.2.8 發酵過程中醛類揮發性香氣成分變化分析

圖8 蘿卜泡菜發酵過程中醛類物質相對含量的變化Fig.8 Changes of aldehyde relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖8可知，在0～9 d的發酵過程中，醛類物質相對含量由第0天的0逐漸上升至第5天的3.36%后，又下降至最終2.55%，呈先上升后下降趨勢，這是由于醛類物質一部分來源于脂肪酸的氧化，一部分來源于氨基酸的降解，在發酵的中后期，脂肪酸的氧化和氨基酸的降解可能會受到抑制。醛類物質閾值較低，能給泡菜帶來清香和果香。在發酵過程中出現2種醛類物質：壬醛、癸醛，其中壬醛具有蠟香、柑橘香、脂肪香味，癸醛具有新鮮的油脂香，濃度低時則有果味香[24]。

2.2.9發酵過程中醚類揮發性香氣成分變化分析

圖9 蘿卜泡菜發酵過程中醚類物質相對含量的變化Fig.9 Changes of ether relative contents in radish kimchi during fermentation process

由圖9可知，在0～9 d的發酵過程中，醚類物質的相對含量由第1天的3.22%逐漸下降至第9天的0.62%，呈整體下降趨勢，這可能是由于隨著發酵進行，醚類物質發生了分解。在發酵過程中出現的醚類物質僅1種：4-烯丙基苯甲醚，其具有茴香和草香的香氣。

3 結論

采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術測定蘿卜泡菜自然發酵過程中第0～9天的揮發性香氣成分，共檢測出包括酯類、含硫化合物、醇類、酮類、酸類等36種揮發性香氣成分，在發酵過程中一直存在的揮發性香氣成分有1-異硫代氰酸丁酯、異硫氰酸乙酯、異硫代氰酸己酯、二甲基二硫、二甲基三硫、芳樟醇等，隨著發酵的進行，揮發性香氣成分的種類數量隨之增多，相對含量變化差異較大，酯類呈整體上升趨勢，含硫化合物呈先下降后上升再下降趨勢，醇類、酮類、酸類、烴類、醛類呈先上升后下降趨勢，醚類呈整體下降趨勢。