不同顏色蒜泥的風味及揮發性物質分析

郭思文，王 丹，趙曉燕，馬 越，張 敏，張春紅,*

（1.沈陽農業大學食品學院，遼寧 沈陽 110866；2.北京市農林科學院蔬菜研究中心，北京市果蔬農產品保鮮與加工重點實驗室，農業農村部蔬菜產后處理重點實驗室，北京 100097；3.龍大食品集團有限公司，山東 萊陽 265231）

大蒜作為百合科蔥屬植物的鱗莖，在中國種植已有2 000多年的歷史。大蒜作為藥食兩用的食物，不僅可以作為香料對食物進行調味，還具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎癥、抗疲勞等生物活性[1-5]，以及在疾病預防方面發揮巨大作用[6]。這些特性主要歸功于大蒜在機械或熱處理過程中釋放的揮發性有機硫化合物，含硫化合物不僅賦予大蒜獨特的風味[7]，同時已經被證實具有生物活性，例如烷（烯）基（多）硫化物、阿霍烯等[8-9]。

大蒜變色是蒜制品加工中常見的現象，最早在破碎的蒜瓣中加入乙酸后發現產生了綠色素。臘八蒜作為傳統的綠變蒜制品是中國的節日食俗。研究發現，打破休眠期的大蒜經機械破碎或一元有機弱酸處理后發生色變[10-11]，產生一種次生代謝產物。在此過程中，大蒜先生成藍色素，藍色素不穩定，降解后產生了黃色素[12]，二者綜合呈現綠色，但最終會向黃色轉化。在大蒜變色過程中，伴隨著一系列的酶促和非酶促反應[13-16]，作為主要風味物質的含硫化合物的種類和數量發生不同程度的變化。近幾年，雖然很多學者對于泡蒜[17]、黑蒜[18-20]、大蒜油[21]等蒜制品的揮發性成分及風味物質進行報道，但對于不同顏色蒜泥的揮發性風味物質還未有明確報道。因此，進行不同顏色蒜泥揮發性物質的比較對評價其風味和生物活性化合物至關重要。主成分分析（principal components analysis，PCA）法是比較常見的多元統計學方法，能將多個變量通過線性變換以選出較少個數的綜合因子代表原來變量，從而達到簡化評價指標的目的。

本實驗以打破休眠期的大蒜為原料，制備白、藍、綠和黃色4 種顏色蒜泥，采用電子鼻和氣相色譜-質譜聯用技術，對4 種顏色蒜泥風味和揮發性物質進行分析和鑒定，并利用PCA法對樣品進行區分，探索蒜泥與揮發性化合物之間的相關性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫皮大蒜：當年春季收獲的大蒜，購于山東省金鄉縣。甲醇、乙酸（均為分析純） 北京化工廠。

1.2 儀器與設備

ME204電子天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；HR1364型手持攪拌機 荷蘭皇家飛利浦公司；UV-1800分光光度計、QP2010 plus氣相色譜-質譜聯用儀日本島津公司；CM-3700分光測色儀 日本柯尼卡-美能達公司；PEN3型電子鼻 德國Airsense公司；65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（polydimethylsiloxane/divinylbenzene，PDMS/DVB）萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 蒜泥樣品的制備

將大蒜置于4 ℃冰箱中貯藏約1 個月后取出（打破休眠期），去皮并去除機械損傷的蒜瓣，蒸餾水清洗3 次備用。使用手持攪拌機將蒜瓣破碎成泥，分別在35 ℃加熱直至蒜泥變為藍色、綠色和黃色，如圖1所示。

1.3.2 色差的測定

4 種顏色的蒜泥，經pH 4～5的甲醇浸提后，采用分光測色計對其進行測定及表征。重復取樣測量3 次，對其L*、a*、b*、H°進行分析。其中，L*代表明亮度，a*代表紅（＋）-綠（-）軸的色度，b*代表黃（＋）-藍（-）軸的色度，H°為色調角。

1.3.3 電子鼻

稱取待測樣品3 g于50 mL頂空瓶中，室溫下平衡10 min，待樣品的風味成分揮發至平衡狀態后，使用電子鼻進行測定。電子鼻條件：以潔凈干燥空氣為載氣，采樣時間120 s，氣體流量300 mL/min，采樣后清洗時間120 s。每種樣品平行檢測3 次。取穩定后數據信息進行PCA和雷達指紋圖譜。電子鼻傳感器性能描述見表1。

在醫院感染控制工作當中,還要建立醫院感染檢測系統。要定期對檢測系統進行巡查以及考評,將檢測數據作為護理管理工作當中的考核點,并且對護理工作當中消毒、滅菌以及隔離等工作的落實情況進行監督,不定期的對護理人員以及臨床醫療用品進行抽查檢查。對危重患者進行監控,對發熱患者以及有著侵入性病患的患者進行及時的監控,收集各種有關資料,從而采取有效的預防措施。

表1 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Performance description of PEN3 electronic nose sensors

1.3.4 氣相色譜-質譜分析

將1 g蒜泥樣品置于2 0 m L頂空瓶內，采用65 μm PDMS/DVB萃取頭，將樣品置于60 ℃條件下平衡20 min后，將萃取頭插入頂空瓶中萃取30 min，最后將萃取頭拔出并置于200 ℃的進樣口中解吸2 min。

氣相色譜條件：D B-W A X毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱溫箱初始溫度40 ℃；進樣口溫度200 ℃；不分流進樣；載氣（He）流速1 mL/min；升溫程序：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至120 ℃，以10 ℃/min升至200 ℃，保持5 min。

質譜條件：離子源溫度200 ℃；傳輸線溫度250 ℃；采用全掃描（Scan）模式采集信號；質量掃描范圍m/z35～500。

1.4 數據處理

采用Origin 8.0、IBM SPSS Statistics 21和DPS統計軟件對數據進行作圖和統計分析。電子鼻所測數據使用其自帶的Winmuster軟件進行PCA。氣相色譜-質譜數據使用NIST 11數據庫對未知揮發性化合物譜圖進行比對，并采用面積歸一化法進行定量。

2 結果與分析

2.1 蒜泥色澤指標的測定

表2 4 種顏色蒜泥的顏色指標Table 2 Color parameters of four crushed garlic cloves

如表2所示，其中a*和b*分別表示了各個處理中綠色和藍色的色彩指數，各個處理組之間顏色差異顯著，具有典型的白色、藍色、綠色和黃色特征。

2.2 電子鼻檢測結果

圖2 傳感器對4 種顏色蒜泥的響應雷達圖Fig. 2 Radar chart of electronic nose sensor responses to four crushed garlic cloves

如圖2所示，不同顏色蒜泥樣品的風味輪廓相似，其響應值存在顯著差異。雷達圖中主要涉及2 個傳感器W5S（對氮氧化合物敏感）和W1W（對硫化物敏感）響應值的變化，其中黃色蒜泥＞綠色蒜泥＞藍色蒜泥＞白色蒜泥，說明蒜泥中的氮氧化合物（W5S）和無機硫化物（W1W）的變化與顏色相關，且黃色蒜泥對W5S和W1W傳感器的響應值最高。原因可能是大蒜在變色過程中隨反應的不斷進行，氮氧化合物和無機硫化物的種類和數量不斷增加。

圖3 4 種顏色蒜泥風味物質的PCAFig. 3 Principal component analysis of flavor profiles of four crushed garlic cloves

為進一步分析白、藍、綠、黃4 種顏色蒜泥的區別，利用Winmuster軟件對電子鼻響應值的數據集進行PCA，結果如圖3所示。PC1可以很好地反映各樣品的特性，其貢獻率達到97.99%，PC2的貢獻率為1.89%，總貢獻率為99.88%。白色蒜泥和藍色蒜泥的樣品區域有部分重疊，說明2 種顏色蒜泥揮發性成分類似。其他顏色蒜泥的數據區域間沒有重疊，說明可以通過PCA很好地區分。

2.3 固相微萃取-氣相色譜-質譜分析

為明確不同顏色蒜泥揮發性成分的組成，采用氣相色譜-質譜聯用技術對4 種顏色的蒜泥揮發性物質進行分析和比較，共檢測到83 種揮發性成分。蒜泥揮發性成分中含硫化合物是檢測到種類最豐富和含量最高的物質，不同顏色蒜泥的揮發物組成存在一定差異。蒜泥中揮發性成分包括硫醚類12 種、醛類6 種、醇類13 種、酸類3 種、酯類8 種、其他含硫化合物31 種、其他10 種，如表3所示。

為可視化4 種顏色蒜泥之間揮發性物質組成的異同，基于表3中的揮發性成分進行維恩圖分析。圖4顯示4 種顏色蒜泥中揮發性化合物的構成存在顯著差異，其中在4 種顏色蒜泥中檢測到10 種相同的化合物，在白色、藍色、綠色和黃色蒜泥中分別鑒定出7、10、9 種和19 種不同的揮發性化合物，黃色蒜泥中異于其他3 種蒜泥的化合物最多，這些化合物的分布差異可能與蒜泥的揮發性物質形成過程有關。

圖4 4 種顏色蒜泥中83 種芳香化合物維恩圖Fig. 4 Venn diagram showing 83 differential aroma compounds in four crushed garlic cloves

表3 4 種顏色蒜泥揮發性成分峰面積比較Table 3 Comparison of peak areas of volatile compounds in four crushed garlic cloves

續表3

蒜泥特征風味的形成途徑是蒜瓣受到機械力破碎后，導致細胞膜破裂，細胞質中的含硫物質在液泡中蒜酶的作用下，生成2-烯丙基次磺酸和氨基丙酮酸[22]。由于2-烯丙基次磺酸很不穩定，易發生聚合反應生成具有揮發性的硫代亞磺酸酯類（主要是大蒜素）[23]，隨后大蒜素分子中不穩定的二硫鍵斷裂，大蒜素又會迅速降解為其他揮發性的含硫化合物，包括二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、二烯丙基三硫醚、二氧化硫等造成大蒜刺激性氣味和辛辣味的化合物[24-26]。同時，大蒜中的烯丙基硫醚類含硫化合物的不穩定鍵斷裂，形成噻吩、呋喃等新的含硫化合物[27]，且噻吩具有刺激味及甜香味。此外，Kubec[28]和黃雪松[29]等提出了形成含硫揮發性物質的其他途徑，發現蒜氨酸受熱分解后產生二烯丙基硫化物、烯丙醇以及含硫的環狀化合物等，為研究蒜制品產生揮發性物質的機理提供理論依據。

實驗結果表明，硫醚類為4 種顏色蒜泥的主要風味物質。硫醚類化合物香氣閾值低，特征性強，具有強烈的生蒜味和辛辣味，對蒜泥風味的貢獻至關重要。其中，二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚含量最高，具有濃郁的大蒜香氣和刺激性氣味，但不具備催淚作用。由表3可知，蒜泥由白色到黃色的過程中，大部分硫醚類化合物含量先升高后降低，且黃色蒜泥中烯丙基硫醚類低于其他顏色蒜泥。這可能是在蒜泥變色過程中由聚合反應產生的硫代亞磺酸酯類化合物不斷降解為2-丙烯基（烯丙基）衍生物以及二氧化硫，引起硫醚類化合物含量的升高，然后通過進一步的聚合反應或不穩定C—S鍵的斷裂生成3-乙烯基-5-烯-1,2-環己二硫醚和3-乙烯基-4-烯-1,2-環己二硫醚以及其他物質，導致硫醚類化合物含量的降低，這也使得蒜泥變黃后刺激性氣味減少。

醛類主要提供脂肪香、柑橘香和杏仁油的香氣，由表3可知，本實驗從白、藍、綠、黃色蒜泥中分別檢測出2、4、1 種和4 種醛類化合物，盡管4 種樣品中醛類化合物含量較少，但由于醛類化合物的閾值通常比其他化合物的閾值低，因此醛類化合物對蒜泥的揮發性氣味做出了一定的貢獻。此外，從黃色蒜泥中檢測到2-噻吩甲醛和(E,E)-2,4-壬二烯醛，賦予黃色蒜泥一定的杏仁香和花香。

在化合物的種類方面，4 種顏色蒜泥的醇類、酸類、酯類存在較大差異，相比醚類和醛類，此3 類化合物具有較高的閾值，且含量較低。黃色蒜泥含有異丁酸和己酸，異丁酸具有酚類化合物的化學氣味和酸敗油脂味，由于酸類化合物的揮發性比較小，呈香性相對較差，對香氣的貢獻較低。醇類和酯類是一種廣泛使用的香料，作為主香劑和輔助劑使用[30]。但由于蒜泥中2 類化合物的含量很低，閾值高且易揮發，所以這2 類物質可能不是影響蒜泥風味的主要揮發性成分[31]。從整體看，不同顏色蒜泥中揮發性物質的種類和含量變化差異較大，這些組分相互作用形成了蒜泥的獨特香氣。

2.4 不同顏色蒜泥揮發性物質的PCA

對4 種顏色蒜泥樣品中硫醚類、醛類、醇類、酸類、酯類、其他含硫化合物和其他7 類揮發性物質的峰面積進行PCA，得到各主成分的特征值、方差貢獻率、累計方差貢獻率。提取特征值大于1的主成分，結果如表4所示。

表4 主成分的方差貢獻率Table 4 Variance contribution rates of top three principal components

圖5 4 種顏色蒜泥中7 類揮發性物質的載荷分析圖Fig. 5 Loading plots for seven classes of volatile components from four crushed garlic cloves

圖6 4 種顏色蒜泥的得分圖Fig. 6 Score plots for four crushed garlic cloves

如圖5所示，硫醚類作為蒜泥的主要風味物質與PC1高度正相關（載荷系數＞0.8），酸類與PC1高度負相關（載荷系數＜-0.8）；PC2中載荷最高的正相關揮發性物質為其他含硫化合物（載荷系數＞0.8）；PC3中載荷最高的正相關揮發性物質為醛類（載荷系數＞0.8）。上述結果說明硫醚類、酸類、其他含硫化合物以及醛類是蒜泥中含量發生顯著變化的揮發性物質。

由圖6A可知，黃色蒜泥與其他3 種蒜泥差異性較大，藍色和綠色蒜泥之間差異較小。PC1很好地將黃色蒜泥和其他3 種蒜泥區分開，黃色蒜泥位于PC1的負半軸，影響黃色蒜泥的主要揮發性成分有酸類和酯類，它們可能決定了黃色蒜泥的風味特征；白色蒜泥位于PC2的正半軸，PC2可以將白色蒜泥與其他3 種蒜泥完全區分開，因此醇類可能決定了白色蒜泥的風味特征。為了進一步區分藍色和綠色蒜泥，通過PC3對二者進行區分，藍色和綠色蒜泥分別位于PC3的正、負半軸，醛類可能是決定藍色蒜泥風味特征的主要揮發性化合物，而硫醚類和其他含硫化合物則可能是決定綠色蒜泥風味特征的主要揮發性化合物。同時，從圖6B可以看出，4 種顏色的蒜泥分別位于圖中的4 個象限，表明4 種顏色的蒜泥可以完全分開，PCA可以對其進行有效區分。

結果表明，電子鼻和固相微萃取-氣相色譜-質譜通過測定揮發性物質，結合PCA方法區分4 種顏色蒜泥的效果較好。電子鼻作為快速分析的工具，除白色和藍色蒜泥外，其他顏色蒜泥間區分度較好，但不能表征影響蒜泥區別的具體風味物質。氣相色譜-質譜結合PCA數據分析，能夠反映4 種顏色蒜泥的基本特性，根據其揮發性物質分布特征可對4 種顏色蒜泥完全區分。由此可見，電子鼻技術和固相微萃取-氣相色譜-質譜技術二者區分結果基本一致。

3 結 論

本實驗制備了白、藍、綠、黃4 種顏色的蒜泥，采用電子鼻和氣相色譜-質譜聯用技術對4 種顏色蒜泥的風味及揮發性物質進行分析鑒定。電子鼻結果顯示不同顏色蒜泥對傳感器的響應值存在明顯差異，除白色蒜泥和藍色蒜泥以外，各個樣品間差異較為明顯，電子鼻檢測區分度較好。氣相色譜-質譜聯用技術分別在白色、藍色、綠色和黃色蒜泥樣品中檢測出37、43、36 種和35 種揮發性物質。不同顏色蒜泥的揮發物組成存在一定差異，硫醚類是4 種顏色蒜泥的主要揮發性化合物兼風味物質，醛類對于蒜泥風味也有一定貢獻，其他化合物不是影響蒜泥風味的主要揮發性物質。蒜泥揮發性物質的PCA結果表明，提取的3 個主成分可對4 種顏色蒜泥間風味差異進行有效區分，證明醇類是白色蒜泥風味差異的主要揮發性物質；醛類是藍色蒜泥風味差異的主要揮發性物質；硫醚類和其他含硫化合物是綠色蒜泥風味差異的主要揮發性物質；酸類和酯類是黃色蒜泥風味差異的主要揮發性物質。本實驗通過對不同顏色蒜泥的風味及揮發性物質分析，明確其風味差異的原因，從而為闡述不同顏色蒜泥間揮發性物質差異提供理論依據。