四種典型蒸煮加工方式荸薺揮發性風味物質研究

李官麗，聶輝, ，黎小椿，伍淑婕，羅楊合, ,

1. 廣西康養食品科學與技術重點實驗室（賀州 542899）；2. 大連工業大學食品學院（大連 116034）；3. 廣西科技大學生物與化學工程學院（柳州 545006）

我國是水生蔬菜荸薺的主產區，荸薺產量占全球的95%以上。荸薺肉質鮮嫩多汁，清甜脆口，營養豐富，風味獨特，而且含有豐富的生物活性成分[1]，是深受人們喜愛的藥食兩用佳品。荸薺可鮮食，也可加工成罐頭、果脯等產品，還可以切片、切丁、磨碎后與其他食材一起烹飪，以增加食品風味[1-2]。荸薺的風味與食用方式、加工方式、加熱溫度和時間密切相關。荸薺煮熟后，風味更加濃郁，口感更加香糯，但是新鮮荸薺特有的清香風味明顯減弱。荸薺罐頭經過削皮、預煮、裝罐、加湯、高溫滅菌等一系列加工過程，仍然保持其脆口特性，據報道這是由于荸薺果肉中的阿魏酸與果膠、木質素發生交聯作用而保護了荸薺淀粉的直鏈和支鏈不被降解的緣故[3-4]，但是荸薺特有的風味卻受到嚴重破壞[5]。荸薺加工過程風味物質的變化與其揮發性物質的種類和含量密切相關，是消費者和企業關注的焦點。

風味物質檢測方法主要有氣相色譜法（GC）[6]、液相色譜法（LC）[7]、氣質聯用技術（GC-MS）[8]、液質聯用技術（LC-MS）[9]、氣相色譜-吸聞技術（GCO）[10]和電子鼻技術（EN）[11]。Nie等[12]采用LC-MS技術比較了不同蒸煮加工方式對荸薺風味物質的影響，研究發現帶皮蒸煮既可以防止荸薺風味物質的流失，又可以使荸薺果皮中的黃酮類和苯丙素類物質轉移到果肉中而提升荸薺的風味。魏連會等[13]采用GC-MS技術研究了新鮮荸薺經變溫發酵技術熟化而成的黑荸薺的揮發性風味物質，結果發現其主要風味成分是具有杏仁氣味的3-呋喃甲醛和具有濃郁的玉簪花香氣的苯乙醛。固相微萃取結合氣相色譜-質譜（SPME-GCMS）聯用技術是一種對揮發性風味物質進行定性定量分析的先進技術，具有操作簡單、重復性好、靈敏度高等特點。目前，SPME-GC-MS技術已被廣泛應用于果蔬、乳制品、酒類、茶葉、水產品、肉類等食品揮發性成分的分析檢測[8,10-11]。谷毅鵬等[14]采用SPMEGC-MS技術從荸薺皮粉和荸薺皮乙醚提取物分別鑒定出93和57種揮發性化合物，荸薺皮粉主要揮發性物質為脂肪酸類和醇類，乙醚提取物主要為酯類、醇類、醚類和烷類。唐小閑等[15]采用SPME-GC-MS技術從汽蒸蓮藕片中鑒定出壬醛、癸醛、檸檬烯、棕櫚酸乙酯、辛醇、1-壬醇、香葉基丙酮等風味物質。目前，未見蒸煮加工荸薺揮發性風味成分研究報道。李官麗等[16]在前期研究中通過感官評價和電子鼻確定了荸薺風味最佳的蒸煮加工時間：削皮煮20 min（PC）、削皮蒸20 min（PS）、帶皮煮30 min（WPC）、帶皮蒸30 min（WPS）。此次試驗采用SPME-GC-MS技術研究鮮荸薺（FF）和上述四種典型蒸煮加工方式荸薺揮發性風味物質的變化規律，期望為蒸煮加工過程荸薺風味品質調控提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

荸薺，購自廣西賀州市百家福超市，挑選新鮮、無腐爛、無病蟲害、單個質量（25.00±2.00）g為試驗材料；氦氣（賀州華嗵實驗儀器貿易有限公司）。

1.2 試劑與設備

MR Hei-Tec（CN）磁力攪拌器（德國Heidolph公司）；JJ 1000型電子天平（常熟市雙杰測試儀器廠）；PTX-FA110S電子天平（美國康州HZ電子科技有限公司）；C21-RT2170多功能電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；TRACE 1300-ISQQD GC-MS聯用儀（美國Agilent公司）；固相微萃取手動進樣手柄、20 mL固相微萃取頂空瓶、65 μm CAR/PDMS Blue（碳分子篩/聚二乙基硅氧烷）萃取針頭（美國Supelco公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

鮮荸薺：將新鮮荸薺洗凈削皮。

削皮蒸煮：將新鮮荸薺洗凈削皮后，在電磁爐上使用普通蒸鍋蒸煮，水沸后計時，分別蒸、煮20 min。

帶皮蒸煮：將新鮮荸薺洗凈后，在電磁爐上使用普通蒸鍋蒸煮，水沸后計時，分別蒸、煮30 min。

1.3.2 SPME-GC-MS檢測條件

SPME萃取條件：將荸薺果肉破碎，迅速稱取4 g樣品置于20 mL頂空瓶，置于恒溫加熱磁力攪拌器水浴，轉速為100 r/min，將老化后的65 μm CAR/PDMS Blue萃取頭插入頂空瓶密封墊，在80 ℃頂空萃取40min取出，立即插入GC進樣口，解析1 min。每組樣品3次平行測試。

GC條件：TG-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度為250 ℃；載氣為高純度氦氣（純度≥99.999%），流速1.000 mL/min；分流方式：不分流進樣；程序升溫：初始溫度45 ℃，保持2 min，再以4 ℃/min上升到250 ℃，保持3 min。

MS條件：電子電離源（elector ionization，EI）；電子電離能量70 eV；離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度280 ℃，四極桿溫度150 ℃；掃描方式為全掃描監測模式，質量掃描范圍m/z30～500；質譜庫為NIST11。

1.3.3 定性與定量分析

定性方法：通過人工解析并與Library-Mainlib標準譜庫相匹配，僅報道正反匹配度均超過800或有一個超過900（最大值為1 000）的揮發性風味物質。

定量方法：參考程華峰等[17]方法采用內標法定量，以2, 4, 6-三甲基吡啶（TMP）作內標物，按式（1）計算各揮發性物質的含量（ng/g）。

1.3.4 風味評價方法

用氣味活度值（Odor Activity Value，OAV）評價各化合物對總體風味的貢獻，按式（2）計算OAV。

式中：C為揮發性風味物質的含量，ng/g；T為揮發性風味物質的氣味閾值，ng/g。OAV＞1表示該物質對樣品的總體風味貢獻較大，0.1＜OAV＜1表示該物質對樣品的總體風味有修飾作用，OAV＜0.1表示該物質對樣品的總體風味無實際影響[18-19]。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2016、SPSS Statistics 23軟件和Origin 8.5進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 荸薺揮發性物質分析

5種荸薺樣品所含揮發性物質檢測及分析結果見表1。

由表1可知，5種荸薺樣品共鑒定出110種揮發性物質，其中FF、PC、PS、WPC、WPS鑒定出的揮發性物質分別為65，55，61，40和52種，共有揮發性成分15種。從化合物種類看，最多的為烴類32種，其次為醇類25種、酯類20種、醛類18種、雜環及其他類8種、酮類4種、酸類3種。從化合物含量看，5種樣品中醛類含量最高，均占到各種樣品總量的40%左右，說明荸薺的揮發性風味物質主要來源于醛類。與FF相比，四種典型蒸煮加工方式荸薺樣品中酮類、雜環類物質含量升高，醇類、酯類和烴類含量均減少，說明荸薺在蒸煮過程中揮發性物質有一定的損失，但也有新的揮發性物質生成，從而在不同程度上影響荸薺的風味。

表1 荸薺揮發性物質種類、數量及含量比較

2.2 荸薺揮發性物質主成分分析

載荷量的大小代表主成分對揮發性物質類別的反映程度[20-22]。由表2和表3可知：3個主成分可反映總體100%的原始信息；主成分PC1貢獻率為55.761%，主要與酮類、醛類呈正相關；主成分PC2貢獻率為27.913%，主要與酯類呈正相關關系；主成分PC3貢獻率為16.326%，主要與酸類呈正相關關系。上述結果說明酮類、醛類、酯類、酸類對荸薺揮發性風味均有一定影響，這與檢測結果一致。

表2 荸薺揮發性物質主成分特征值及貢獻率

表3 荸薺揮發性物質主成分特征向量與載荷量

2.3 荸薺揮發性風味綜合評價

基于荸薺揮發性物質主成分分析結果建立荸薺揮發性風味綜合評價模型，得線性表達式：

式中：F1，F2和F3為三個主成分新的綜合指標，其分值越大表示對荸薺揮發性風味影響越大；X1～X7為七類揮發性物質原始變量標準化后的值。將各個特征向量進行標準化處理，與三個主成分的貢獻率做內積，得到綜合評價函數：

根據式（3）～式（6）得到4種典型蒸煮方式荸薺揮發性風味評價綜合得分值及排序（表4）。從表4可知：第1主成分得分最高的是PS，其次是WPS；第2主成分得分最高的是PS；第3主成分得分最高的是WPS。由綜合得分可知，WPS風味最佳，其余依次為PS、WPC、PC。這與不同蒸煮加工方式荸薺揮發性風味感官評價結果一致[16]。

表4 四種典型蒸煮加工荸薺揮發性風味評價

2.4 荸薺揮發性風味物質分析

5種荸薺樣品中對荸薺風味有影響的揮發性物質（OAV＞0.1）及其氣味特征見表5。

由表5可知：影響荸薺風味的揮發性物質有16種，主要呈現出清香、甜香、果香、花香、脂香等氣味特征，其中醛類物質11種，醇類物質2種，酮類、烴類、雜環類物質各1種。新鮮荸薺特征揮發性風味物質為(E,E)-2, 4-壬二烯醛和反式-2-癸烯醛，正己醛、1-辛烯-3-醇對新鮮荸薺的揮發性風味也有較大貢獻，它們使新鮮荸薺呈現出特有的甜香、果香、清香等氣味特征。這些物質在四種典型蒸煮加工荸薺樣品中濃度顯著降低或者沒有檢測到。4種典型蒸煮加工荸薺的主要揮發性風味物質有壬醛、癸醛、十二醛、苯乙醛、2-十一烯醛，十六醛、香蘭素對帶皮蒸煮荸薺的揮發性風味也有較大貢獻，它們使荸薺呈現出清香、甜香、果香和不同于新鮮荸薺的脂香、蜂蜜香、蠟香等氣味特征[25]。

表5 荸薺揮發性物質OAV及氣味特征[22-24]

圖1是新鮮荸薺和四種典型蒸煮加工荸薺的主要揮發性風味物質含量變化情況。由圖1可見，帶皮蒸荸薺的揮發性風味物質含量最高，風味最濃郁，這與荸薺揮發性風味綜合評價模型和感官評價結果一致[16]。

圖1 荸薺主要揮發性風味物質含量變化

3 結論

此次研究基于SPME-GC-MS技術在鮮荸薺和四種典型蒸煮加工荸薺樣品中鑒定出110種揮發性成分，其中共有揮發性成分15種。醛類物質在5種樣品中含量均最高，是荸薺揮發性風味的主要來源。主成分分析結果說明，醛類、酮類、酯類、酸類對荸薺揮發性風味均有一定影響。由荸薺揮發性風味綜合評價模型得分可知，帶皮蒸荸薺風味最佳。OAV分析結果表明，影響荸薺風味的揮發性物質有16種，其中醛類物質11種，醇類物質2種，酮類、烴類、雜環類物質各1種。新鮮荸薺特征揮發性風味物質為(E,E)-2, 4-壬二烯醛和反式-2-癸烯醛，呈現出特有的甜香和果香。四種典型蒸煮加工荸薺的主要揮發性風味物質有壬醛、癸醛、十二醛、苯乙醛、2-十一烯醛，呈現出不同于新鮮荸薺的清香、脂香、蜂蜜香、蠟香等氣味特征。帶皮蒸荸薺揮發性風味物質含量最高，風味最濃郁，其余依次為削皮蒸、帶皮煮、削皮煮。研究結果與感官評價結果一致，為荸薺罐頭加工和荸薺烹飪食用提供了科學參考。