香辛料對蓮藕泡菜揮發(fā)性風(fēng)味成分和理化性質(zhì)的影響

劉營營，范瑩瑩，石佳寧，王軒軒，李瑜

河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002

0 引言

蓮藕又名英渠、玉藕、白莖、玉筍等[1]，屬睡蓮科，其根狀莖顏色亮白、清甜爽脆，是我國重要的水生蔬菜之一[2]. 蓮藕泡菜是在以乳酸菌為主的菌群作用下經(jīng)厭氧發(fā)酵制成，具有鮮味獨特、口感脆嫩等特點，深受消費者喜愛. 目前，已有許多關(guān)于蓮藕泡菜發(fā)酵過程中的主要發(fā)酵菌[3]、最佳發(fā)酵工藝的探索[4]、包裝與貯藏過程對發(fā)酵蓮藕泡菜品質(zhì)影響等的研究[3]，但工業(yè)化生產(chǎn)仍沿用傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝，未將現(xiàn)代生物制劑應(yīng)用于果蔬發(fā)酵并形成一定規(guī)模，且各企業(yè)的發(fā)酵工藝都有自己的“獨門秘方”，導(dǎo)致生產(chǎn)出的蓮藕泡菜風(fēng)味存在差異且難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[5]. 香辛料具有調(diào)和滋味、增進食欲、延長食品保質(zhì)期等功效，是日常烹調(diào)中不可或缺的部分[6]. 徐清萍等[7]研究發(fā)現(xiàn)，丁香、八角、生姜等香辛料不僅能賦予泡菜特殊的風(fēng)味，增進食欲，還能抑制其他雜菌生長.

頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(Headspace Solid-phase Microextraction/Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME/GC-MS)技術(shù)是一種快速分析檢測食品揮發(fā)性風(fēng)味成分的常用方法[8-9]. 例如，付勛等[10]利用HS-SPME/GC-MS技術(shù)測定了玫瑰香橙果汁的揮發(fā)性風(fēng)味成分；何培新等[11]利用HS-SPME/GC-MS技術(shù)測定了濃香型白酒窖泥中可培養(yǎng)Clostridiumspp.揮發(fā)性代謝物成分；李靜等[12]利用HS-SPME/GC-MS技術(shù)測定了兩種大麥幼苗中揮發(fā)性物質(zhì)以區(qū)別兩種大麥幼苗. 目前，關(guān)于香辛料對蓮藕泡菜風(fēng)味影響的研究暫未見報道. 基于此，本文擬采用HS-SPME/GC-MS技術(shù)研究添加不同香辛料的蓮藕泡菜的風(fēng)味差異，并檢測蓮藕泡菜的硬度、色度等理化性質(zhì)，以期為蓮藕泡菜的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 主要實驗材料

九孔蓮藕、丁香、八角、生姜、食鹽、白砂糖、味精，購于家輝生鮮水果超市；檸檬酸(食品級)，上海鑫泰實業(yè)有限公司產(chǎn)；L-抗壞血酸(食品級)，石藥集團維生藥業(yè)(石家莊)有限公司產(chǎn)；氯化鈣(食品級)，浙江一諾生物科技有限公司產(chǎn)；鉻酸鉀(分析純)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)；硝酸銀(分析純)，天津東聚隆化工技術(shù)開發(fā)有限公司產(chǎn)；泡菜乳酸菌發(fā)酵粉(含植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌)，北京川秀科技有限公司產(chǎn).

1.2 主要儀器與設(shè)備

20 mL頂空瓶、HH-S24型恒溫水浴鍋，北京思普特科技有限公司產(chǎn)；SPME手動進樣器、50/30 μm DVB-CAR-PDMS萃取頭，美國Supelco公司產(chǎn)；7890A GC-5975C MSD型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，安捷倫科技(中國)有限公司產(chǎn)；JJ-2型組織搗碎機，常州億通分析儀器制造有限公司產(chǎn)；DHG-9143BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司產(chǎn)；FA2004A型電子天平，上海精天電子儀器有限公司產(chǎn)；TA.XA PLUS質(zhì)構(gòu)儀，美國Stable McroSystem公司產(chǎn)；CM-5型全自動分光測色儀，南京柯立配電子科技有限公司產(chǎn).

1.3 實驗方法

1.3.1 蓮藕泡菜的制作工藝1)添加丁香組. 挑選無損傷的蓮藕，清洗、去皮，切分成5 mm 左右的薄片，燙漂60 s，冷卻后于20%(如無特殊說明，百分?jǐn)?shù)均指質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽水中預(yù)鹽漬30 min；沖洗鹽水后，將蓮藕薄片置于配制好的發(fā)酵液中(以100 mL水為基準(zhǔn)，加入3%食鹽、7.5%白砂糖、0.2%味精、0.7%檸檬酸、0.3%L-抗壞血酸、0.1%氯化鈣；以100 g蓮藕為基準(zhǔn)，加入0.05%泡菜乳酸菌發(fā)酵粉，蓮藕與水總重0.05%的山梨酸鉀)，并加入0.04%丁香輔料，于室溫條件下發(fā)酵7 d；真空包裝后，于700 W條件下微波滅菌4 min，即得添加丁香的蓮藕泡菜成品.

2)添加八角組. 樣品制作過程同上，在發(fā)酵液中添加0.1%八角輔料進行蓮藕泡菜發(fā)酵.

3)添加生姜組. 樣品制作過程同上，在發(fā)酵液中添加0.9%生姜輔料進行蓮藕泡菜發(fā)酵.

4)添加3種香辛料組. 樣品制作同上，在發(fā)酵液中添加0.04%丁香輔料、0.1%八角輔料、0.9%生姜輔料進行蓮藕泡菜發(fā)酵.

5)空白對照組. 樣品制作過程同上，不添加任何香辛料.

1.3.2 取樣方法從泡菜發(fā)酵瓶的上、中、下三部位分別取樣30 g后，與30 mL蒸餾水混合，置于破碎機中充分粉碎為泡菜漿，再對泡菜漿樣品進行各指標(biāo)測定.

1.3.3HS-SPME/GC-MS技術(shù)測定HS-SPME方法：取10 g泡菜漿置于20 mL頂空瓶中，密封后置于40 ℃恒溫水浴鍋中平衡0.5 h；將萃取頭插入頂空瓶中，并將萃取頭中的纖維伸出，吸附萃取40 min；萃取完成后，將萃取頭中的纖維縮回并拔出，再將萃取頭插入GC進樣口，解析5 min，并老化萃取頭20 min.

GC條件：DB-5毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm)；載氣為He；柱流速1.0 mL/min；不分流進樣；進樣口溫度250 ℃；升溫程序為初始溫度35 ℃，保持5 min，7 ℃/min升溫至150 ℃，5 ℃/min升溫至230 ℃，保持5 min.

MS條件：離子源溫度為250 ℃；接口溫度為230 ℃；電離方式為EI；電子能量為70 eV；質(zhì)量掃描范圍為40～550 amu.

1.3.4 質(zhì)構(gòu)測定采用質(zhì)構(gòu)儀測定藕片中心無空部位的質(zhì)構(gòu)[3]. 質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)設(shè)定如下：探頭為P/6；實驗?zāi)Ｊ綖門PA；測前、測中速度均為1.0 mm/s；測后速度為5.0 mm/s；壓縮比為30%；觸發(fā)力為0.5 N.

1.3.5 色度測定測定藕片的L*值，L*值反映了藕片顏色的深淺程度，100表示白色，0表示黑色，L*值下降表示褐變程度加深.

1.3.6 鹽度測定參照GB/T 5009.54—2003[13]測定樣品的鹽度.

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組樣品均進行3次平行實驗，結(jié)果取平均值，采用Excel 2016對實驗數(shù)據(jù)進行分析并作圖. 經(jīng)過GC-MS檢測得到的圖譜，通過計算機在標(biāo)準(zhǔn)譜庫(NIST 08.LIB)中進行檢索，保留匹配度>600的結(jié)果，確定揮發(fā)性風(fēng)味成分，采用峰面積歸一法計算各成分的峰面積.本文各成分的峰面積與總峰面積之比用相對百分含量表示.

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮藕泡菜揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS分析

經(jīng)GC-MS 分析得到的蓮藕泡菜總離子流色譜圖如圖1所示. 由圖1可以看出，HS-SPME/GC-MS技術(shù)對蓮藕泡菜樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分吸附解析效果較好，基本能在10～35 min內(nèi)區(qū)分樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分，且出峰數(shù)目較多，峰面積也相對較大，表明HS-SPME/GC-MS技術(shù)適用于蓮藕泡菜揮發(fā)性風(fēng)味成分的萃取和分析.

圖1 蓮藕泡菜總離子流色譜圖Fig.1 Total ion flow chart of lotus root kimchi

空白對照組中共檢測出45種揮發(fā)性風(fēng)味成分，占總峰面積的91.36%，其中，醇類、酯類和烷烴類占比較大，分別為29.55%、22.67%和12.31%，累計占比64.53%；添加丁香組中共檢測出65種揮發(fā)性風(fēng)味成分，占總峰面積的96.07%，其中，酯類、烯烴類、醇類和酚類占比較大，分別為28.80%、21.06%、14.83%和13.45%，累計占比78.14%；添加八角組中共檢測出55種揮發(fā)性風(fēng)味成分，占總峰面積的94.50%，其中，醚類、烯烴類和酯類占比較大，分別為43.98%、18.74%和10.86%，累計占比73.58%；添加生姜組中共檢測出60種揮發(fā)性風(fēng)味成分，占總峰面積的95.83%，其中，醇類、烯烴類和酯類占比較大，分別為36.92%、25.21%和11.19%，累計占比73.32%；同時添加3種香辛料組中共檢測出72種揮發(fā)性風(fēng)味成分，占總峰面積的96.63%，其中，烯烴類、酯類、醚類和醇類占比較大，分別為27.02%、18.68%、17.49%、15.97%，累計占比79.16%. 即空白對照組的揮發(fā)性風(fēng)味成分種類較少，其中醇類、酯類占比較多，其次為烷烴類和酸類；添加香辛料后，蓮藕泡菜烯烴類和醚類的種類及占比均有明顯增加.

2.2 蓮藕泡菜主要揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

添加不同香辛料的蓮藕泡菜主要揮發(fā)性風(fēng)味成分及相對百分含量見表1. 由表1可知，在微生物的作用下，酯類是由醇類和酸類發(fā)生酯化反應(yīng)生成，在蓮藕泡菜的揮發(fā)性風(fēng)味成分中占有較重要的地位. 蓮藕泡菜樣品中共有的酯類主要有苯甲酸乙酯和乙酸乙酯，其中，苯甲酸乙酯帶有輕微的水果氣味[14]，乙酸乙酯具有水果香味[11]. 添加丁香組中相對百分含量最多的物質(zhì)為乙酸丁香酚酯，另外，還生成了辛酸乙酯，該物質(zhì)具有酒香[15]；添加八角組中生成了乙酸松油酯，該物質(zhì)具有甜的清新香；添加生姜組中生成了苯甲酸芐酯，該物質(zhì)具有清淡的杏仁香氣，微辣[16]；不添加香辛料時，酯類的種類較少，添加香辛料后，酯類的種類增加，對泡菜風(fēng)味貢獻較大，即添加適量的香辛料可使泡菜具有更豐富、適宜的口感[17].

表1 添加不同香辛料的蓮藕泡菜主要揮發(fā)性風(fēng)味成分及其相對百分含量Table 1 The main volatile flavor components and their relative percentages of lotus root kimchi with different spices %

蓮藕泡菜中，醇類的相對百分含量較大，但其風(fēng)味閾值也較大[18]，故對蓮藕泡菜的風(fēng)味影響較小. 蓮藕泡菜中的主要醇類物質(zhì)為正己醇，具有淡青嫩葉氣息，略帶酒香、果香和脂肪氣息[19]. 各實驗組醇類的相對百分含量差異較大，其中添加生姜組中含有較多的芳樟醇；相較于空白對照組，添加香辛料后，除添加生姜組外，其他實驗組的醇類相對百分含量均有一定程度的降低，這可能是因為醇類物質(zhì)與其他物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，生成了酯類或酮類等物質(zhì).

烯烴類閾值較低，氣味濃厚，在蓮藕泡菜的揮發(fā)性風(fēng)味成分中也有較大的貢獻. 添加香辛料組中烯烴類的相對百分含量相較空白對照組均有大幅的增長，這可能是因為在乳酸菌和香辛料的共同作用下，蓮藕泡菜中的烷烴類轉(zhuǎn)化為烯烴類，為蓮藕泡菜提供了特殊的風(fēng)味. 當(dāng)添加3種香辛料時，烯烴類的種類增加較多，且相對百分含量增加明顯. 其中，α-衣蘭烯具有愉快的甜香味[20]，蒎烯具有樹脂和松脂的香氣[21]，而這些高級芳香型烯烴類可為蓮藕泡菜帶來獨特的口感.

烷烴類具有較高的閾值，主要來自烷氧自由基的分解[22]. 添加丁香發(fā)酵的蓮藕泡菜樣品中，丁香的添加引入了對聚傘花素，該物質(zhì)具有一定的芳香氣味[23]，可為蓮藕泡菜帶來更好的口感.

酮類大多具有清香味和果香味[24]，在微生物的作用下，可由醇類或酯類降解產(chǎn)生，而乳酸或其他酸類同樣可以反應(yīng)生成酮類[25]. 相較于未添加香辛料的空白對照組，添加香辛料組中含有少量甲基庚烯酮、長松香酮等，這些物質(zhì)可為泡菜帶來更好的口感[26].

醚類在添加八角組和添加生姜組中均有出現(xiàn)，尤其在添加八角組中，茴香腦的占比較高，該物質(zhì)具有茴香特有的甜香口感[27]；在添加3種香辛料組中，茴香腦保留，但占比降低，表明其他揮發(fā)性風(fēng)味成分可將其部分平衡.

2.3 蓮藕泡菜在發(fā)酵過程中的理化性質(zhì)變化分析

在揮發(fā)性風(fēng)味成分的研究基礎(chǔ)上，繼續(xù)對添加3種香辛料組和空白對照組發(fā)酵過程中部分理化指標(biāo)的動態(tài)監(jiān)測結(jié)果進行分析.

2.3.1 硬度變化分析蓮藕泡菜的硬度變化如圖2所示. 由圖2可以看出，蓮藕泡菜的硬度隨發(fā)酵天數(shù)的增加呈持續(xù)下降的趨勢，但添加香辛料組在發(fā)酵第3 d才開始出現(xiàn)較明顯的硬度降低，空白對照組則在發(fā)酵第2 d和第4 d出現(xiàn)了兩次較明顯的硬度降低，且在發(fā)酵完成時，添加香辛料組和空白對照組的硬度相差2.54 N(P<0.05)，表明在蓮藕泡菜中添加香辛料可使產(chǎn)品保持較好的硬度，提升其口感.

圖2 蓮藕泡菜的硬度變化Fig.2 The hardness change of lotus root kimchi

2.3.2 色度變化分析蓮藕泡菜的色度變化如圖3所示. 由圖3可以看出，蓮藕泡菜的色度L*值隨發(fā)酵天數(shù)的增加呈持續(xù)下降的趨勢，在發(fā)酵的不同時期，添加香辛料組的色度L*值均高于空白對照組，且當(dāng)發(fā)酵完成時，添加香辛料組的色度L*值比空白對照組高4.4(P<0.01)，表明添加香辛料可起到一定的護色作用，對蓮藕發(fā)酵過程中的色澤有極顯著影響. 這可能是因為丁香中含有具有抗氧化作用的黃酮、類黃酮物質(zhì)，八角中的茴香腦、茴香醛是典型的天然植物抗氧化物質(zhì)[28]，而生姜中含有的姜酮、姜醇、姜酚等均具有較好的抗氧化作用，適當(dāng)?shù)靥砑酉阈亮峡捎行а泳徏敖档团莶祟惍a(chǎn)品的褐變.

圖3 蓮藕泡菜的色度變化Fig.3 The chromaticity change of lotus root kimchi

2.3.3 鹽度變化分析蓮藕泡菜鹽度的變化如圖4所示. 由圖4可以看出，蓮藕泡菜的鹽度隨發(fā)酵天數(shù)的增加先升高后逐漸趨于穩(wěn)定，這可能是因為發(fā)酵液中的鹽分逐漸滲透進入藕片使藕片的鹽度逐漸增加. 在發(fā)酵前期，添加香辛料組和空白對照組的變化趨勢基本一致，在第4 d時，添加香辛料組的鹽度基本開始趨于穩(wěn)定，但空白對照組仍緩慢上升. 香辛料對蓮藕泡菜鹽度有較顯著影響(P<0.05),發(fā)酵完成后，滲透作用達到平衡，添加香辛料組鹽度(保持在1.371%左右)比空白對照組低0.038%，也比現(xiàn)有普通泡菜(鹽度約15%)低，符合人們對低鹽健康食品的需求.

圖4 蓮藕泡菜鹽度的變化Fig.4 The salinity change of lotus root kimchi

3 結(jié)論

本研究在蓮藕泡菜發(fā)酵時加入丁香、八角和生姜3種香辛料，利用HS-SPME/GC-MS技術(shù)測定了蓮藕泡菜中揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類和相對百分含量，并研究了蓮藕泡菜的硬度、色度等理化性質(zhì). 結(jié)果表明，空白對照組共檢測出45種揮發(fā)性風(fēng)味成分，主要為醇類、酯類和烷烴類，且相對百分含量最多的物質(zhì)為苯甲酸乙酯；添加丁香組共檢測出65種揮發(fā)性風(fēng)味成分，主要為酯類、烯烴類、醇類和酚類，且相對百分含量最多的物質(zhì)為乙酸丁香酚酯；添加八角組共檢測出55種揮發(fā)性風(fēng)味成分，主要為醚類、烯烴類和酯類，且相對百分含量最多的物質(zhì)為茴香腦；添加生姜組共檢測出60種揮發(fā)性風(fēng)味成分，主要為醇類、烯烴類和酯類，且相對百分含量最多的物質(zhì)為芳樟醇；添加3種香辛料組共檢測出72種揮發(fā)性風(fēng)味成分，主要為烯烴類、酯類、醚類和醇類，且相對百分含量最多的物質(zhì)為茴香腦. 相較于空白對照組，添加香辛料后的蓮藕泡菜中烯烴類和醚類的種類和相對百分含量均明顯增加，且添加3種香辛料的蓮藕泡菜的硬度、色度L*值均增加，鹽度降低(保持在1.371%左右)，能較好地保持硬度，有效延緩褐變，且符合人們對低鹽健康食品的需求. 本研究將3種香辛料加入蓮藕泡菜發(fā)酵液，在乳酸菌等的作用下產(chǎn)生了許多新的揮發(fā)性風(fēng)味成分，為蓮藕泡菜提供了更好、更豐富的口感，也為工業(yè)化生產(chǎn)高品質(zhì)的蓮藕泡菜提供了理論依據(jù)和參考.