基于GC-MS法對比廣西地區酸菜和酸筍風味的差異

鄭文迪,關倩倩,劉長根,魏本良,熊世進,熊濤*

1(南昌大學，食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌, 330047)2(南昌大學 食品學院，江西 南昌, 330031)

廣西壯族自治區位于中國西南部，獨特的地理及氣候環境使得當地人特別喜歡食用腌制的酸食[1]。酸菜和酸筍兩種發酵蔬菜制品在當地食用尤為廣泛。其中廣西柳州酸筍還作為“螺螄粉最重要的輔料”登上了央視美食紀錄片舌尖上的中國。作為廣西地區小吃的一種傳統配料[2]，酸筍是一種典型的無鹽發酵蔬菜，風味獨特，呈一種特殊的發酵酸臭味，深受消費者的喜愛。廣西傳統酸筍做法簡單，通常將新鮮竹筍切成筍塊、筍絲或筍條后，用涼白開、泉水或淘米水直接浸泡，無需額外添加食鹽及其他調味料，經過15～30 d發酵后，即可得到成熟的酸筍產品[3]。傳統廣西酸菜的制作相對酸筍更為復雜，芥菜晾曬脫水后放入開水中漂燙幾秒，放入鹽水或老泡菜水中，加入其他輔料，密封腌制發酵6～10 d后，即可得到成熟的酸菜成品。揮發性風味物質是研究發酵蔬菜獨特氣味的主要指標之一，國內外對于不同種類、不同地域制作的具有風味差異的發酵蔬菜研究較多，不同發酵蔬菜的風味物質種類各異，同種風味物質的含量也有所不同[4-5]。然而，目前關于廣西地區酸菜和酸筍兩種發酵蔬菜風味物質的研究報道卻相對匱乏，盡管都是深受廣西地區人民喜愛的傳統發酵蔬菜制品，由于原料和制作工藝的差異，酸菜和酸筍風味截然不同，但是對于造成兩種發酵蔬菜風味差異的具體揮發性化合物質卻不得而知。

本研究主要采用氣相色譜-質譜聯用技術(gas chromatography-mass spectrometer)對廣西地區酸菜和酸筍中的揮發性風味組分進行比較和分析，對造成兩類發酵蔬菜風味不同的物質來源和貢獻進行進一步的分析和討論，為廣西地區酸菜和酸筍標準化生產提供了一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸菜和酸筍樣品均取自廣西省南寧、桂林、柳州、玉林。

NaOH(分析純)，天津市大茂化學試劑廠；亞硝酸鹽標準溶液，廣東汕頭市西隴化工廠；其他試劑均為國產分析純或化學純。

1.2 儀器與設備

Agilent 7820A-5977B GC-MS聯用儀、DB-MAX毛細管柱(60 m×0.250 mm,0.15 μm)、HP-5MS毛細管柱(60 m×0.250 mm,0.25 μm)，美國Agilent公司；902-ULTS超低溫冰箱，美國Thermo公司；精密pH計PHS-25C，上海精密儀器有限公司；TU-1901紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 pH值和總酸的測定

pH值使用精密pH計進行測定；酸度的測定參照GB/12456—2008《食品中總酸的測定》[6]。

1.3.2 鹽度的測定

吸取10 mL的樣品液體置于50 mL燒杯中，直接使用鹽度計進行測定，重復測定3次，記錄測定值。

1.3.3 亞硝酸鹽含量的測定

參照GB 5009.33—2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》中的鹽酸萘乙二胺法[7]測定。

1.3.4 揮發性物質測定

1.3.4.1 樣品前處理

將樣品從-80℃冰箱中取出，室溫解凍發酵液；發酵液分裝至頂空瓶，樣品量5～10 mL/瓶。

1.3.4.2 氣相色譜-質譜條件

(1)酸菜氣相色譜條件

載氣為He，流速1.2 mL/min,樣品通過HP-5MS(60 m×0.250 mm,0.25 μm)毛細管柱。升溫程序：起始柱溫40 ℃，保持3 min,以8 ℃/min的速率升到250 ℃，保持8 min，最后以20 ℃/min的速率升到270 ℃，保持1 min。不分流進樣。

(2)酸菜質譜條件

電子電離(electron ionization，EI)源，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃，MS四級桿溫度150 ℃，色譜-質譜接口溫度270 ℃；掃描模式Scan，質量掃描范圍m/z 30.00～500.00m/z。

(3)酸筍氣相色譜條件

載氣為He，流速0.96 mL/min,樣品通過DB-MAX毛細管柱(60 m×0.250 mm,0.15 μm)樣品分流進樣，分流比10 ∶1，分流流量9.6 mL/min。升溫程序：起始溫度40 ℃，以3 ℃/min升到100 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min升到150 ℃，保持3 min，最后以10 ℃/min升到245 ℃，保持0 min。

(4)酸筍質譜條件

電子電離(EI)源，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃，MS四級桿溫度,150 ℃，色譜-質譜接口溫度225 ℃；掃描模式Scan，質量掃描范圍(m/z)33～350m/z。

1.3.5 可揮發性成分的鑒定

待鑒定化合物的質譜與NIST14質譜庫對比，記錄得分最高的揮發性物質。

1.3.6 數據分析

理化性質重復測定3次，使用SPSS 9.0、SMICA 14.1、Origin 2018進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 酸菜和酸筍pH和總酸測定結果

10份酸菜和15份酸筍樣品pH和總酸測定結果分別如圖1-a、圖1-b所示。酸菜pH值3.45～4.92，均值為3.96；酸筍pH值3.53～4.46，均值為4.12。盡管酸菜pH大部分低于酸筍，但兩者相比差異不顯著(P>0.05)；酸菜測定的總酸在3.95～10.31 g/L，平均值為7.18 g/L；酸筍測定總酸在5.39～17.74 g/L，平均值為10.62 g/L，總體來看，酸菜總酸相對較低，酸筍的總酸更高，且兩者差異顯著(P<0.05)。

酸筍中總酸略高于酸菜的原因可能是主導兩類蔬菜發酵的優勢微生物的種類和數量均不同。烏日娜等[8]發現,酸菜早期優勢菌株為明串珠菌而后是嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌和發酵乳桿菌，鄭炯等[9]發現低鹽腌制麻竹筍中優勢菌種包括乳球菌屬和魏斯氏菌屬。劉春燕等[10]通過泡菜中強化接種食竇魏斯氏菌發現有機酸含量有不同程度提高。酸菜中前期乳酸菌較少，形成優勢菌群時間較長。此外，發酵時間可能是引起兩類發酵蔬菜酸度差異顯著的另一原因。酸菜發酵時間短于酸筍，也會導致發酵過程中產酸量低于酸筍。

a-pH;b-總酸圖1 酸菜和酸筍pH值和總酸Fig.1 Suncai and Suansun pH and acid titratable acid

2.2 鹽度測定結果

酸菜和酸筍的鹽度如圖2所示。10份酸菜樣品的鹽度為14.5～33.9 g/L，平均值為21.2 g/L；15份酸筍樣品的鹽度為3.3～7.2 g/L，平均值為4.7 g/L。酸菜和酸筍的鹽度差異極顯著(P<0.05)，主要原因是廣西酸菜制作過程中會加入食鹽進行腌制，保證酸菜風味和品質，而酸筍的制作過程中無食鹽添加，因此成熟酸筍鹽度極低。

圖2 酸菜和酸筍鹽度Fig.2 Suancai and Suansun salinity

2.3 酸筍及酸菜中揮發性風味物質的檢測

采用GC-MS技術檢測10份酸菜樣品和15份酸筍樣品中的揮發性風味物質，檢測出酸菜中共97種，酸筍中共86種。其中主要揮發性物質種類和數目如圖3所示。酸菜中揮發性成分主要包括22種醇類(異戊醇、(S)-(+)-2-辛醇等)、18種酯類(乙酸丁酯、丁酸丁酯等)、4種異硫氰酸酯類(異硫氰酸烯丙酯、異硫氰酸仲丁酯等)、9種醛類(壬醛、癸醛等)、5種酮類(2-辛酮、4,6,8-三甲基-1-壬酮等)。醇類、酯類物質種類較多，這可能是酸菜清香風味的重要物質來源[11]；酸筍中揮發性成分主要包括18種胺類(二甲胺、異丙胺、仲丁胺等)、13種醇類(八甘醇、2-庚醇等)、7種酯類(甲酸乙烯酯、乙酸乙酯等)、2種醛類(乙醛、戊醛)、1種酮類。其中酸筍風味物質中對甲苯酚含量較高，為酸筍酸臭味的呈現做出最主要貢獻。

侯愛香等[12]測定發酵芥菜共有32種揮發性成分，其中種類最多的為醇類物質。此結果與本研究所測廣西10份酸菜樣品中揮發性成分和種類略有不同，可能原因是兩者地理位置、溫度等環境因素有差異，以及原料來源和制作工藝上不同。ZHNEG等[13]通過GC/MS/O技術在發酵竹筍中檢測出52種揮發性成分，其中醇類物質種類最多，可能原因是竹筍種類和制作工藝不同。

圖3 酸菜和酸筍主要揮發性物質數量Fig.3 Number of main volatile substances in Suancai and Suansun

2.4 酸菜和酸筍揮發性成分的PCA分析

根據GC-MS鑒定出10份酸菜樣品(SC1～SC10)中的97種揮發性風味物質和15份酸筍樣品(LZ16、LZ15、LZ14、LZ13、LZ12、LZ11、LZ7、LZ5、GL1、GL4、GL7、GL11、NN3、NN4、 NN5)中的88種揮發性風味物質，對25份樣品進行PCA分析，結果如圖4-a所示，對酸菜和酸筍進行分析，同一類發酵蔬菜聚類明顯，不同類之間差異顯著。由圖4-b可知，PCA圖可以對酸菜和酸筍之間的風味物質進行多維的比較，根據得分圖中不同揮發性成分之間的距離，可以判斷兩者揮發性風味物質的差異程度，根據載荷圖中不同化合物與原點之間距離和正負確定其與各個主成分之間的相關性，因其還有含量(相對峰面積，%)(由儀器自帶數據庫分析得出，以每種樣品的峰面積與該組數據中物質最大峰面積比值所得)的相關數據，所以進一步可以判斷出不同樣品揮發性成分含量的差異程度[14]。圖4-a、圖4-b可以較好區分酸菜和酸筍的風味種類和含量的差異。

a-酸筍和酸菜得分圖;b-揮發性物質載荷圖圖4 酸菜和酸筍得分圖和化合物的載荷圖Fig.4 PCA scores and PCA loadings of different volatile substances

2.5 酯類

酯類物質是發酵蔬菜呈現香味的主要特征性風味之一。傳統酸菜酸香味醇，酸筍香味較淡。10份酸菜樣品中共檢測出18種酯類物質，其中含量(相對峰面積,%)較高的酯類物質有：丙酸乙酯、乙酸丙酯和乙酸丁酯等，其中丙酸乙酯具有強烈的菠蘿香氣，香甜爽口。乙酸丁酯、丁酸丁酯等酯類對酸菜醇香氣味的產生有一定的貢獻。15份酸筍樣品中酯類物質種類較少，且含量均較低，對酸筍本身呈現的刺激性氣味影響較小，符合其本身呈現的風味。乙酸乙酯在13份酸筍樣品中的含量(相對峰面積,%)均較低(0.89%～9.19%)，對酸筍的呈味影響不明顯。

2.6 醇類

醇類物質具有令人愉悅的香氣，但其氣味閾值較大，對發酵蔬菜特征性氣味的影響不明顯。成熟酸菜中醇類物質種類最多，10份酸菜樣品中均鑒定出醇類物質。沈月新[15]的研究表明，醇類物質主要來源于原材料本身和發酵過程中氨基酸的降解，以及某些微生物的代謝作用。10份酸菜樣品中含量(相對峰面積，%)最高、分布最廣的醇類物質為(S)-(+)-2-辛醇，有特殊的香味；其次為異戊醇具有雜氣息和辣的味道，并帶有醇香、醚香、香焦香。酸筍中檢測出13種醇類物質，在15份樣品中分布較為分散，且含量均較低。八乙二醇存在于13份酸筍樣品中，含量(相對峰面積，%)在0.94%～28.31%，在所有醇類物質中含量最高；異戊醇含量較低，對酸筍的風味影響甚微。

2.7 醛類

大部分的醛類物質的氣味閾值均較低，對酸菜和酸筍風味的形成具有較為重要的影響。酸菜中的9種醛類物質分別為，正庚醛、反-2-庚烯醛、反-2-壬烯醛、正壬醛、癸醛、反-2-辛烯醛、3-羥基丁醛、β-環檸檬醛、苯甲醛。大部分醛類物質可以賦予酸菜清香、果香和堅果香[16]。15份酸筍中只檢測出兩種醛類物質分別為乙醛和戊醛。乙醛具有強烈的刺激性氣味，但含量(相對峰面積，%)只有0.17%，含量較低，對風味的影響不夠顯著；戊醛氣味閾值高而含量(相對峰面積，%)較低(0.01%)，對風味貢獻小。

2.8 異硫氰酸酯類、胺類和對甲苯酚

異硫氰酸酯類被認為是十字花科植物及其發酵成品特有的風味物質，具有芳香味[17-18]，是酸菜風味特有揮發性成分組成。10份廣西酸菜原材料均為芥菜，屬十字花科，在腌制過程中，由于硫苷降解，生成多種異硫氰酸酯類物質[19-21]。10份酸菜樣品中檢測出的有異硫氰酸烯丙酯、異硫氰酸仲丁酯、異硫氰酸3-丁烯酯和2-苯基乙基異硫氰酸酯4種物質。其中異硫氰酸烯丙酯含量(相對峰面積，%)最高(100%～108.93%)，具有強烈的辛辣味道，與其他物質共同作用，為酸菜的獨特風味提供了重要貢獻。

在15份酸筍樣品中共檢測出18種胺類物質，仲丁胺在14份樣品中均有檢出，含量(相對峰面積)較低(0.01%～3.35%)；其次為二甲胺，在12份樣品中均有測出，但含量(相對峰面積)較低(0.06%～1.17%)，GYSEL等[22]發現二甲胺是與臭味相關的物質，呈現氨味及爛魚味，為酸筍的酸臭味呈現一定的貢獻。雖然酸筍中胺類物質測出種類較多，但是只有6種胺類物質在超過7份樣品中檢測出，其余胺類物質只存在于1～3份樣品中，且含量極低，對風味的呈現貢獻較小。郭榮燦等[23]沒有檢測出胺類物質，一方面可能是GC-MS檢測條件不同，另一方面可能是酸筍原材料品種不同。

酸筍中含量最高對酸臭味貢獻最大的物質為對甲苯酚，14份樣品中有檢出，且含量(相對峰面積,%)較高，范圍在62.35%～100%。對甲苯酚閾值較低，只有55 μg/kg，對酸筍風味影響較大。現有研究大部分認為對甲苯酚是酸筍最主要的呈味物質。對甲苯酚具有一些刺激性氣味，焦皮臭、動物臭[24]，與其他風味物質共同作用，呈現了發酵酸筍強烈的刺激性氣味。朱照華[25]研究表明，竹筍原材料中含有大量的酪氨酸，在發酵過程中酪氨酸大量降解，則酪氨酸有極大可能性轉化為對甲苯酚，成為影響酸筍風味的重要揮發性物質。

3 結論

本文以廣西地區10份發酵成熟的酸菜和15份酸筍為研究對象，采用氣相色譜-質譜連用儀測定其揮發性成分，其中酸菜中共檢測出97種，酸筍86種。酸菜中主要揮發性物質種類依次醇類22種、酯類18種、醛類9種，異硫氰酸酯類對于風味貢獻最大；酸筍中主要揮發性物質依次為胺類18種、醇類13種、酯類7種，對甲苯酚對于風味影響較大。PCA結果表明，兩類發酵蔬菜在揮發性物質的種類和含量(相對峰面積)上差異顯著。此外，酸菜和酸筍的理化性質也具有明顯的差異，酸菜pH平均值為3.96，可滴定酸度平均值為7.18 g/L，鹽度平均值為21.24 g/L；酸筍pH平均值為4.12，可滴定酸度平均值為10.63 g/L，鹽度平均值為4.66 g/L。本研究對比了廣西地區酸菜和酸筍具體揮發性化合物質，明確了產生兩者風味差異顯著的具體風味物質，并測定了兩類發酵蔬菜的理化指標，為廣西地區酸菜和酸筍的標準化生產提供了一定的理論依據。