不同產地紫皮洋蔥揮發性風味化合物組成分析

李其曄

（西安工程大學，陜西 西安 710048）

洋蔥（Allium cepa L.）是百合科蔥屬二年生蔬菜作物，為我國主要栽種蔬菜品種之一，在我國廣泛種植，主要分布于山東、甘肅、內蒙古、云南、四川、河南等地[1]。根據聯合國糧食及農業組織（FAO）2017 年統計數據，我國洋蔥種植總面積為102.5萬hm2，產量2 230萬t，面積、產量均居世界第一[2-3]。

洋蔥氣味辛辣[4]，營養豐富，藥用價值高，富含黃酮類、甾體皂苷類、苯丙素酚類、前列腺素類、含硫類以及含氮類化合物[5-6]，可抑制病原微生物并具有降血壓、降血脂[7]、降膽固醇、抗氧化[8-9]、抗癌[10-13]等功效。洋蔥的多種藥用特性主要與其揮發性化合物有關，因此揮發性成分的種類和含量是判定洋蔥商品價值的重要參考標準。

當前國內外對洋蔥的研究主要集中在洋蔥的提取物、營養成分、生物活性等方面。對洋蔥揮發性風味化合物雖有研究，但大多針對不同品種的洋蔥，對不同產地同類洋蔥間的揮發性風味化合物成分及含量差異卻鮮少研究。不同產地的洋蔥因生長環境和氣候的不同，不僅性狀、色澤會存在差異，風味也呈現一定的差異性。

根據洋蔥的鱗莖顏色，可將其分為紫皮洋蔥、白皮洋蔥和黃皮洋蔥，其中紫皮洋蔥富含花青素，占我國洋蔥種植總面積的55%。為全面了解不同產地紫皮洋蔥中揮發性風味化合物的差異，以4個主要產地（河北、山東、云南和甘肅）的紫皮洋蔥為研究對象，用氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）對其化學成分進行分離鑒定，分析樣品中揮發性風味化合物的組成[14-15]，并結合主成分分析（Principal omponent analysis,PCA）等方法，分析不同產地紫皮洋蔥中的特征風味物質，探討不同產地洋蔥揮發性風味化合物的差異，為科學利用與開發紫皮洋蔥產品提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

受試紫皮洋蔥樣品：通過網絡代購的方式分別在河北肥鄉、山東濰坊、云南昆明、甘肅武威當地農貿市場購買。選擇新鮮、無腐爛損傷的洋蔥，剝去外皮后清洗、切成粒狀，每組樣品取50 g 放入研缽中加入液氮研磨成粉末，于-4 ℃條件下儲存備用。

NaCl、4-甲基-2-戊醇等試劑，均為分析純，上海國藥化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備PKl57330-U型手動SPME進樣器、50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，美國默克公司；7890A-5957C型氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS），美國安捷倫公司；MScl-T型磁力攪拌器，杭州齊感儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 洋蔥揮發性風味化合物檢測方法

參照Fernandes等[16]、趙迎麗等[17]和黃俊僮等[18]的方法進行萃取。每組樣品取10 g 粉末加入適量飽和NaCl 溶液和蒸餾水中溶解為洋蔥液；稱取5 g 洋蔥液，加入20μL質量濃度為0.5μg/mL的4-甲基-2-戊醇（內標）于頂空瓶中，加蓋密封后搖勻并編號；將頂空瓶置于磁力攪拌儀上，萃取條件為：萃取纖維頭為50/30μm DVB/CAR/PDMS，60 ℃老化1 h，萃取時間60 min，解吸時間5 min，轉速1 600 r/min，恒溫20 min。根據儀器采集的數據對4 組不同產地洋蔥揮發性風味化合物進行分析鑒定[19-23]。

GC條件：HP-5ms毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），進樣口溫度250 ℃；程序升溫為起始溫度40 ℃保持5 min，以2.5 ℃/min升溫至65 ℃保持1 min，以8 ℃/min升溫至200 ℃保持2 min，以10 ℃/min升溫至250 ℃保持2 min；載氣為氦氣；流速1.0 mL/min，不分流。

MS條件：接口溫度為250 ℃，電離方式為電子電離（EI），電子能量為70 eV，燈絲發射電流為200μA，離子源溫度為230 ℃，掃描質量范圍33～450 amu。

揮發性風味化合物的鑒定采用NIST17譜庫檢索結果（相似度大于80%）和人工圖譜解析共同確定。

1.2.2 數據處理

采用XLSTAT 7.5.2 軟件對數據進行方差分析、主成分分析及偏最小二乘判別分析（Partial least squares discriminant analysis,PLS-DA）。

2 結果與分析

2.1 不同產地紫皮洋蔥揮發性風味化合物的種類和含量分析

從4 組不同產地紫皮洋蔥中共檢測出45 種揮發性風味化合物，其中含硫化合物27 種，醛類化合物3種，酮類化合物1 種，其他化合物14 種（見表1 和表2）；河北、山東、云南和甘肅的紫皮洋蔥中的揮發性化合物分別為28、29、31、33種，總含量分別為28.99、54.52、94.49、76.36μg/g。

表1 河北、山東、云南、甘肅4省紫皮洋蔥樣品中揮發性風味化合物含量Table 1 Contents of volatile flavor components in purple onion samples from Hebei,Shandong,Yunnan and Gansu provinces

表2 不同產地紫皮洋蔥揮發性風味化合物種類及含量Table 2 Types and contents of volatile flavor compounds in purple onion from different origin

2.1.1 含硫化合物

4 組樣品中共檢測出27 種含硫化合物，其中河北、山東、云南和甘肅的紫皮洋蔥中含硫化合物分別為21、22、21、22 種，含量分別為14.46、44.99、81.16、50.92μg/g，這與王蓉等[24]關于洋蔥揮發性風味成分的研究結果相似。含硫化合物既是洋蔥的主要活性物質，占洋蔥干質量的0.2%～0.5%[25]，又是洋蔥特殊風味的重要來源，約占洋蔥揮發性成分的40%[26]。洋蔥中含硫化合物包括硫醚、硫醇、硫代磺酸酯、雜環硫化物等，它們是構成洋蔥中具有特殊辛辣和刺鼻揮發性風味的重要貢獻物質[27]，其中二丙基二硫醚和二丙基三硫醚是新鮮洋蔥中的主要揮發性風味化合物，也是新鮮洋蔥濃郁香氣形成的主要原因[28]。統計分析結果表明，二丙基三硫醚含量在不同產地紫皮洋蔥樣品間差異顯著（P＜0.05），兩種揮發性風味化合物在云南產地紫皮洋蔥中的含量顯著高于其他3組樣品（表3），表明云南紫皮洋蔥具有強烈的新鮮洋蔥特征香氣。導致這種差異的原因可能與云南當地的土壤和氣候條件相關[29]。

表3 不同產地紫皮洋蔥中共有揮發性風味化合物含量Table 3 Contents of common volatile flavor compounds in purple onions from different origins 單位：μg/g

噻吩類物質是由硫代亞磺酸鹽降解產生，同時也是二丙基二硫醚等化合物的前體物質，具有尖刺的氣息和洋蔥濃郁的特征氣味[30]，噻吩類物質在河北、山東、云南和甘肅產地的紫皮洋蔥中含量分別為1.88、13.27、10.00、3.19 μg/g。山東產地的紫皮洋蔥中噻吩類物質含量最高，故其辛辣、刺鼻氣味比其他3個產地紫皮洋蔥更濃郁，云南紫皮洋蔥次之。

2.1.2 醛類化合物

河北、山東、云南和甘肅所產紫皮洋蔥樣品中檢測出醛類化合物種類均為3 種，含量分別為12.21、6.66、2.86、0.66μg/g，4組樣品間差異較明顯。醛類化合物在紫皮洋蔥揮發性風味化合物中所占比例雖然較低，但是因其閾值不同，對洋蔥風味同樣起到重要作用。河北紫皮洋蔥的揮發性醛類化合物含量遠高于其他3組樣品。由于不飽和化合物比飽和化合物的香氣強，甚至產生刺激性氣味，因此洋蔥的風味與其檢出的揮發性成分的碳鏈結構存在一定關系。2-甲基-2-戊烯醛是洋蔥催淚因子（硫代丙醛-S-氧化物）的主要代謝產物[31]，河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥中的2-甲基2-戊烯醛含量分別為4.07、2.22、1.15、0.10μg/g，河北紫皮洋蔥樣品中2-甲基-2-戊烯醛的含量較高，而甘肅紫皮洋蔥中含量則非常低，云南紫皮洋蔥次低，故河北產地的紫皮洋蔥比其他產地更易催淚。

2.1.3 酮類化合物

4 組樣品中只有云南產地紫皮洋蔥中含有酮類化合物，含量為5.48μg/g，酮類化合物具有果香和青草樣的香氣，對洋蔥特征香氣的貢獻不大[32-33]。在云南產地紫皮洋蔥中檢測出其特有的高含量呋喃類化合物，呋喃類物質是美拉德反應中最豐富的揮發性產物，是各種高檔肉類味精中必不可少的關鍵性香料[34]，其在紅蔥、白蔥中均有發現，但是目前很少從新鮮的洋蔥中發現[35]。

2.1.4 其他化合物

其他類中主要檢測出的揮發性風味化合物有正己烷、十六烷、2-乙基環氧丙烷、三十一烷、十九烷等一些烷烴類化合物。這類物質風味閾值較高，故雖然其對食品的整體風味貢獻不大，但在協調和維持食品整體風味中有著重要的作用[36-38]。

山東和云南紫皮洋蔥揮發性風味化合物中均含有萘，含量分別為0.39 μg/g 和1.21 μg/g，這與孫小媛[39]的研究成果相似。

2.2 不同產地紫皮洋蔥揮發性風味化合物主成分分析

2.2.1 不同產地紫皮洋蔥中共同含有的揮發性風味化合物

由表3 和圖1A 可知，河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥中共同含有的揮發性風味化合物為20 種，總含量分別為23.19、41.71、82.63、46.03μg/g，云南紫皮洋蔥中總含量最高，甘肅次之。

圖1 洋蔥風味化合物主成分分析Fig.1 Principal component analysis diagram of onion flavor compounds

2.2.2 紫皮洋蔥揮發性風味標志性化合物

為進一步識別出區分紫皮洋蔥樣品的揮發性風味標志性化合物，對所有檢測出的揮發性風味化合物進行主成分分析和偏最小二乘法判別分析[40-42]。PCA 分析結果表明，當選擇兩個主成分因子時，累計方差貢獻率為51.91%，第一主成分（PC1）的貢獻率為31.81%，第二主成分（PC2）的貢獻率為20.10%（圖1B）。基于表1 中45 種揮發性風味化合物構建的洋蔥樣品PLS-DA判別模型，采用交叉驗證法對模型進行驗證，共篩選出了10個主成分；模型對自變量的擬合指數R2X為0.914，對因變量的擬合指數R2Y為0.915，模型預測指數Q2為0.859，說明模型對洋蔥樣品的預測能力為85.9%，結果表明，該模型穩定可靠[43-44]。為進一步找出對結果分型起貢獻作用的變量，得到PLS-DA 模型的VIP 圖（圖1C）。VIP 值的大小代表了各風味化合物對模型貢獻率的大小，值越大貢獻越大。從表4可見，以VIP值大于1為界限，共篩選出16 種揮發性風味化合物，其在河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥中的總含量分別為18.59、35.81、53.25、12.75μg/g。結合表1顯著性分析結果，確定二丙基三硫醚、反-(丙基-1-烯-2-基)-二硫代丙酯、順-(丙基-1-烯-2-基)-二硫代丙酯、2-乙基丁烯醛、2-乙基-反式-2-丁烯醛、2-甲基-2-戊烯醛和丙基硫醇7種化合物作為判別河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥的風味標記物。

表4 不同產地紫皮洋蔥中揮發性風味化合物主成分含量Table 4 Contents of the principal components of volatile flavor compounds in purple onions from different origins 單位：μg/g

3 結論

4個產地紫皮洋蔥共分離鑒定得到45種揮發性風味化合物，其中河北28種（總含量28.99μg/g）、山東29種（總含量54.52μg/g）、云南31種（總含量94.49μg/g）、甘肅33種（總含量76.36μg/g），初步推測除甘肅外其他3 個產地的紫皮洋蔥揮發性風味化合物含量產生差異的原因來自于地域氣候的差異。

4個產地紫皮洋蔥揮發性風味化合物中含硫化合物占27種，醛類3種、酮類1種、其他化合物14種，其中含硫化合物占比最大，對風味形成的貢獻也最大。

4 個產地紫皮洋蔥中共同含有的揮發性風味化合物為20 種；關鍵揮發性風味化合物16 種，其中二丙基三硫醚、反-（丙基-1-烯-2-基）-二硫代丙酯、順-（丙基-1-烯-2-基）-二硫代丙酯、2-乙基丁烯醛、2-乙基-反式-2-丁烯醛、2-甲基-2-戊烯醛和丙基硫醇7 種揮發性風味化合物可作為判別4 個產地紫皮洋蔥的風味標記物。

不同產地紫皮洋蔥揮發性風味化合物差異明顯，其中，云南紫皮洋蔥辛辣味和擴散性氣息最強，刺鼻風味濃郁，具有含量極高的呋喃類化合物；甘肅紫皮洋蔥較不易催淚，香氣物質種類豐富；從風味品質角度考慮，產自甘肅的紫皮洋蔥風味品質更佳。由上可知，產地的海拔高度、自然氣候等因素對紫皮洋蔥揮發性風味化合物存在較大的影響，但本研究選取的紫皮洋蔥品種并不一致，也有可能是造成揮發性風味化合物差異的因素，后期研究將針對同一品種進行進一步分析，以提供更可靠的數據依據。