不同顏色蒜泥的風(fēng)味及揮發(fā)性物質(zhì)分析

郭思文，王 丹，趙曉燕，馬 越，張 敏，張春紅,*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京市果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜產(chǎn)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(diào)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(yù)防方面發(fā)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(fā)性有機硫化合物，含硫化合物不僅賦予大蒜獨特的風(fēng)味[7]，同時已經(jīng)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(xiàn)象，最早在破碎的蒜瓣中加入乙酸后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了綠色素。臘八蒜作為傳統(tǒng)的綠變蒜制品是中國的節(jié)日食俗。研究發(fā)現(xiàn)，打破休眠期的大蒜經(jīng)機械破碎或一元有機弱酸處理后發(fā)生色變[10-11]，產(chǎn)生一種次生代謝產(chǎn)物。在此過程中，大蒜先生成藍色素，藍色素不穩(wěn)定，降解后產(chǎn)生了黃色素[12]，二者綜合呈現(xiàn)綠色，但最終會向黃色轉(zhuǎn)化。在大蒜變色過程中，伴隨著一系列的酶促和非酶促反應(yīng)[13-16]，作為主要風(fēng)味物質(zhì)的含硫化合物的種類和數(shù)量發(fā)生不同程度的變化。近幾年，雖然很多學(xué)者對于泡蒜[17]、黑蒜[18-20]、大蒜油[21]等蒜制品的揮發(fā)性成分及風(fēng)味物質(zhì)進行報道，但對于不同顏色蒜泥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)還未有明確報道。因此，進行不同顏色蒜泥揮發(fā)性物質(zhì)的比較對評價其風(fēng)味和生物活性化合物至關(guān)重要。主成分分析（principal components analysis，PCA）法是比較常見的多元統(tǒng)計學(xué)方法，能將多個變量通過線性變換以選出較少個數(shù)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(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對4 種顏色蒜泥風(fēng)味和揮發(fā)性物質(zhì)進行分析和鑒定，并利用PCA法對樣品進行區(qū)分，探索蒜泥與揮發(fā)性化合物之間的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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

1.2 儀器與設(shè)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(zhì)譜聯(lián)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?yōu)樗{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(jīng)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(fù)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(diào)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(fēng)味成分揮發(fā)至平衡狀態(tài)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(wěn)定后數(shù)據(jù)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(yī)院感染控制工作當(dāng)中,還要建立醫(yī)院感染檢測系統(tǒng)。要定期對檢測系統(tǒng)進行巡查以及考評,將檢測數(shù)據(jù)作為護理管理工作當(dāng)中的考核點,并且對護理工作當(dāng)中消毒、滅菌以及隔離等工作的落實情況進行監(jiān)督,不定期的對護理人員以及臨床醫(yī)療用品進行抽查檢查。對危重患者進行監(jiān)控,對發(fā)熱患者以及有著侵入性病患的患者進行及時的監(jiān)控,收集各種有關(guān)資料,從而采取有效的預(yù)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(zhì)譜分析

將1 g蒜泥樣品置于2 0 m L頂空瓶內(nèi)，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(zhì)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(zhì)量掃描范圍m/z35～500。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0、IBM SPSS Statistics 21和DPS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行作圖和統(tǒng)計分析。電子鼻所測數(shù)據(jù)使用其自帶的Winmuster軟件進行PCA。氣相色譜-質(zhì)譜數(shù)據(jù)使用NIST 11數(shù)據(jù)庫對未知揮發(fā)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(jié)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(shù)，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(jié)果

圖2 傳感器對4 種顏色蒜泥的響應(yīng)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(fēng)味輪廓相似，其響應(yīng)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(yīng)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(guān)，且黃色蒜泥對W5S和W1W傳感器的響應(yīng)值最高。原因可能是大蒜在變色過程中隨反應(yīng)的不斷進行，氮氧化合物和無機硫化物的種類和數(shù)量不斷增加。

圖3 4 種顏色蒜泥風(fēng)味物質(zhì)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(qū)別，利用Winmuster軟件對電子鼻響應(yīng)值的數(shù)據(jù)集進行PCA，結(jié)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(qū)域有部分重疊，說明2 種顏色蒜泥揮發(fā)性成分類似。其他顏色蒜泥的數(shù)據(jù)區(qū)域間沒有重疊，說明可以通過PCA很好地區(qū)分。

2.3 固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜分析

為明確不同顏色蒜泥揮發(fā)性成分的組成，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對4 種顏色的蒜泥揮發(fā)性物質(zhì)進行分析和比較，共檢測到83 種揮發(fā)性成分。蒜泥揮發(fā)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(zhì)，不同顏色蒜泥的揮發(fā)物組成存在一定差異。蒜泥中揮發(fā)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(fā)性物質(zhì)組成的異同，基于表3中的揮發(fā)性成分進行維恩圖分析。圖4顯示4 種顏色蒜泥中揮發(fā)性化合物的構(gòu)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(fā)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(fā)性物質(zhì)形成過程有關(guān)。

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(fā)性成分峰面積比較Table 3 Comparison of peak areas of volatile compounds in four crushed garlic cloves

續(xù)表3

蒜泥特征風(fēng)味的形成途徑是蒜瓣受到機械力破碎后，導(dǎo)致細胞膜破裂，細胞質(zhì)中的含硫物質(zhì)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(wěn)定，易發(fā)生聚合反應(yīng)生成具有揮發(fā)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(wěn)定的二硫鍵斷裂，大蒜素又會迅速降解為其他揮發(fā)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(wěn)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(fā)性物質(zhì)的其他途徑，發(fā)現(xiàn)蒜氨酸受熱分解后產(chǎn)生二烯丙基硫化物、烯丙醇以及含硫的環(huán)狀化合物等，為研究蒜制品產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)的機理提供理論依據(jù)。

實驗結(jié)果表明，硫醚類為4 種顏色蒜泥的主要風(fēng)味物質(zhì)。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(fēng)味的貢獻至關(guān)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(yīng)產(chǎn)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(yīng)或不穩(wěn)定C—S鍵的斷裂生成3-乙烯基-5-烯-1,2-環(huán)己二硫醚和3-乙烯基-4-烯-1,2-環(huán)己二硫醚以及其他物質(zhì)，導(dǎo)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(fā)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(xué)氣味和酸敗油脂味，由于酸類化合物的揮發(fā)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(fā)，所以這2 類物質(zhì)可能不是影響蒜泥風(fēng)味的主要揮發(fā)性成分[31]。從整體看，不同顏色蒜泥中揮發(fā)性物質(zhì)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(fā)性物質(zhì)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(fā)性物質(zhì)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(jié)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(fā)性物質(zhì)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(fēng)味物質(zhì)與PC1高度正相關(guān)（載荷系數(shù)＞0.8），酸類與PC1高度負相關(guān)（載荷系數(shù)＜-0.8）；PC2中載荷最高的正相關(guān)揮發(fā)性物質(zhì)為其他含硫化合物（載荷系數(shù)＞0.8）；PC3中載荷最高的正相關(guān)揮發(fā)性物質(zhì)為醛類（載荷系數(shù)＞0.8）。上述結(jié)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(fā)生顯著變化的揮發(fā)性物質(zhì)。

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(qū)分開，黃色蒜泥位于PC1的負半軸，影響黃色蒜泥的主要揮發(fā)性成分有酸類和酯類，它們可能決定了黃色蒜泥的風(fēng)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(qū)分開，因此醇類可能決定了白色蒜泥的風(fēng)味特征。為了進一步區(qū)分藍色和綠色蒜泥，通過PC3對二者進行區(qū)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(fēng)味特征的主要揮發(fā)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(fēng)味特征的主要揮發(fā)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(qū)分。

結(jié)果表明，電子鼻和固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜通過測定揮發(fā)性物質(zhì)，結(jié)合PCA方法區(qū)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(qū)分度較好，但不能表征影響蒜泥區(qū)別的具體風(fēng)味物質(zhì)。氣相色譜-質(zhì)譜結(jié)合PCA數(shù)據(jù)分析，能夠反映4 種顏色蒜泥的基本特性，根據(jù)其揮發(fā)性物質(zhì)分布特征可對4 種顏色蒜泥完全區(qū)分。由此可見，電子鼻技術(shù)和固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)二者區(qū)分結(jié)果基本一致。

3 結(jié) 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(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對4 種顏色蒜泥的風(fēng)味及揮發(fā)性物質(zhì)進行分析鑒定。電子鼻結(jié)果顯示不同顏色蒜泥對傳感器的響應(yīng)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(qū)分度較好。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)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(fā)性物質(zhì)。不同顏色蒜泥的揮發(fā)物組成存在一定差異，硫醚類是4 種顏色蒜泥的主要揮發(fā)性化合物兼風(fēng)味物質(zhì)，醛類對于蒜泥風(fēng)味也有一定貢獻，其他化合物不是影響蒜泥風(fēng)味的主要揮發(fā)性物質(zhì)。蒜泥揮發(fā)性物質(zhì)的PCA結(jié)果表明，提取的3 個主成分可對4 種顏色蒜泥間風(fēng)味差異進行有效區(qū)分，證明醇類是白色蒜泥風(fēng)味差異的主要揮發(fā)性物質(zhì)；醛類是藍色蒜泥風(fēng)味差異的主要揮發(fā)性物質(zhì)；硫醚類和其他含硫化合物是綠色蒜泥風(fēng)味差異的主要揮發(fā)性物質(zhì)；酸類和酯類是黃色蒜泥風(fēng)味差異的主要揮發(fā)性物質(zhì)。本實驗通過對不同顏色蒜泥的風(fēng)味及揮發(fā)性物質(zhì)分析，明確其風(fēng)味差異的原因，從而為闡述不同顏色蒜泥間揮發(fā)性物質(zhì)差異提供理論依據(jù)。