接种发酵和自然发酵大头菜挥发性成分比较

洪　冰，曾许珍，蒋和体，*

（1.西南大学食品科学学院，重庆400715；2.重庆市威利农业开发有限公司，重庆404700）

接种发酵和自然发酵大头菜挥发性成分比较

洪冰1，曾许珍2，蒋和体1，*

（1.西南大学食品科学学院，重庆400715；2.重庆市威利农业开发有限公司，重庆404700）

对大头菜分别进行接种发酵和自然发酵，运用同时蒸馏萃取和气相色谱-质谱联用技术对发酵大头菜挥发性成分进行分析。接种发酵和自然发酵大头菜中挥发性成分有酯类、醇类、酸类、腈类、酮类、醛类、硫化物、杂环化合物等，其中酯类比例最高。2种发酵的大头菜中共检测出挥发性成分48种，接种发酵和自然发酵大头菜中分别检测出47、35种挥发性成分，其中相同的成分有34种。与自然发酵相比，接种发酵产生的挥发性物质种类更多。

接种发酵，自然发酵，大头菜，同时蒸馏萃取（SDE），气相色谱-质谱（GC-MS），挥发性成分

大头菜（Brassica rapa Linn.Var.rapa）学名芥菜，又称辣疙瘩，为一二年生草本植物，是一种含丰富维生素C、矿物质、糖类和蛋白质，营养价值很高的根用芥菜［1-2］。目前大头菜多用于制成腌制品，而腌制品在腌制过程中的发酵作用，都是借助天然附着在蔬菜表面上多种微生物的作用来进行的［3］，其中乳酸菌发酵为主要发酵过程。

目前，国外关于大头菜的研究主要集中在新鲜大头菜的品质和硫代葡萄糖苷等方面，V.H.Escalona等［4］对鲜切大头菜的保藏和微生物的控制进行研究，Glesni Macleod等［5］认为大头菜中的硫代葡萄糖苷产生的异硫氰酸酯是大头菜的重要香气物质。国内的研究主要集中在大头菜的脱盐工艺及对传统腌制发酵大头菜的挥发性成分分析［2-3，6］，曾凡坤等［2］认为脱盐工艺会导致大头菜的香气成分损失，邓静等［6］对大头菜腌制过程的挥发性成分进行分析，得出大头菜的主要挥发性物质为酯类及硫化物等，而对乳酸菌接种发酵的大头菜挥发性风味物质的研究很少。本文通过对乳酸菌接种发酵大头菜和自然发酵大头菜挥发性香气成分的比较研究，以期进一步了解大头菜的挥发性风味成分，为接种发酵大头菜香气特征研究提供科学依据，对缩短发酵周期、提高产量与感官品质具有一定的参考价值。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

大头菜（三峡芜菁） 取自重庆市威利农业开发有限公司巫山大头菜基地；鼠李糖乳杆菌（6001）、短乳杆菌（6042）、肠膜明串珠菌（6055）分别编号为A、B、C来自中国工业微生物菌种保藏管理中心；二氯甲烷（色谱纯） 成都市科龙化工试剂厂；食盐（食用级） 购于重庆市北碚区永辉超市；正构烷烃混合对照品C7～C22美国AccuStandard公司；其他均为分析纯。

QP2010气相色谱-质谱联用仪日本岛津公司；RE-52A旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂；同时蒸馏萃取装置重庆新兴玻璃仪器厂；KDM型调温电热套天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1大头菜的发酵工艺流程［7-10］

工艺要点：将原料清洗、切块后进行第一次和第二次加盐，使大头菜的盐度分别控制在6%左右和8%左右，将加盐完成的大头菜均分，一份加入二次扩大培养后的菌液进行接种发酵，一份做对照进行自然发酵。

1.2.2理化指标的测定还原糖和总酸（以乳酸计）的测定：分别参照GB/T5009.7-2008《食品中还原糖的测定》和GB/T12456-2008《食品总酸度及有效酸度的测定》。

1.2.3大头菜感官评分标准采用选择实验法和二一三点差别检验法［11］，将接种发酵和自然发酵大头菜样品放置于一次性塑料碗中，由经过专业感官评价训练的评审员对大头菜的色泽（10分）、香气（40分）、滋味（40分）、脆性（10分）进行感官评分，共计100分。最后根据评分结果来确定大头菜质量，具体大头菜感官评分标准见表1。

表1　大头菜感官评分标准［3，12］Table 1　The criterion of turnip’s sensory evaluation［3，12］

1.2.4样品制备方法［13］采用同时蒸馏萃取法（SDE），取接种发酵与自然发酵大头菜样品各100g，切碎后置于1000mL圆底蒸馏烧瓶中，加入300mL超纯水，放入KDM型调温电热套加热并接至同时蒸馏萃取装置的一端，并保持微沸。另取50mL二氯甲烷置于250mL单颈圆底烧瓶中，接在SDE装置的另一端，以恒温水浴加热烧瓶，在48℃下连续萃取120min。二氯甲烷萃取液用无水硫酸钠脱水，密封保存于-20℃冰箱中24h后快速过滤，滤液用旋转蒸发仪在室温、真空泵压力0.05MPa条件下浓缩至1.0mL，备用。

1.2.5大头菜接种发酵与自然发酵的挥发性风味物质分析

1.2.5.1气相色谱条件色谱柱为DB-5MS（30mm× 0.25mm，0.25μm）；进样口温度220℃；升温程序：35℃保持4min，以10℃/min升至110℃，保持6min，再以5℃/min升至150℃，保持2min，最后以 7℃/min升至230℃，保持6min；载气（He）：流速1.00mL/min，压力47.7kPa，进样量1μL；进样口不分流。

1.2.5.2质谱条件电离方式EI；电子能量70eV；离子源温度230℃；接口温度230℃；数据采集方式Scan；质量扫描范围m/z50～550。

1.2.6挥发性成分的定性分析取样品1μL，用气相色谱质谱联用仪进行分析鉴定。对检测结果的定性分析，通过仪器所配制的NIST05.LIB和NIST 05s.LIB谱库进行自动检索，并结合计算保留指数和相关文献共同确定。

质谱鉴定（用MS表示）：对检测的挥发性成分通过谱库进行检索，仅当匹配度大于80的鉴定结果才予以确认。保留指数鉴定（用RI表示）：采用相同的升温程序，以C7～C22正构烷烃作为标准，以其保留时间计算测试样品中化合物保留指数，并与其他文献中相同（DB-5MS）或相似（HP-5MS）色谱柱所测定的保留指数进行比较对化合物进行确认。

1.2.7数据分析方法采用Origin（Version 8.6）软件对结果进行统计分析。

2　结果与分析

2.1大头菜接种发酵与自然发酵过程中还原糖及总酸的变化

大头菜接种发酵与自然发酵过程中还原糖和总酸的变化分别见图1和图2。

图1　接种发酵和自然发酵大头菜还原糖的变化Fig.1　Changes of reducing sugar in turnips during inoculated fermentation and natural fermentation

由图1可知，接种发酵大头菜的还原糖含量随着发酵时间先增加后降低，在发酵30d时达到最高峰5.21g/100g，可能是因为接种微生物将大头菜中的蔗糖和多糖转化为还原糖，转化的还原糖量大于微生物利用还原糖的量，导致其含量增加，之后在发酵90d和120d时分别降为3.88g/100g和3.20g/100g。自然发酵大头菜的还原糖含量随着发酵时间逐渐下降，在发酵120d时为2.52g/100g。

图2　接种发酵和自然发酵大头菜总酸的变化Fig.2　Changes of total acids in turnips during inoculated fermentation and natural fermentation

由图2可知，当水分、盐度、温度适宜及厌氧条件下，乳酸菌开始发酵产生乳酸。接种发酵与自然发酵大头菜的总酸含量均随着发酵时间的延长而增加，接种发酵在发酵90d和120d时分别为5.80g/kg和6.28g/kg。自然发酵在发酵120d时为5.44g/kg。

综上，接种发酵大头菜90d时与自然发酵大头菜120d时均达到出坛标准，因此下文对此两种发酵大头菜进行研究。

2.2接种发酵和自然发酵大头菜感官评价结果

参照表1进行感官评价，感官评价结果见表2。接种发酵大头菜90d时，表面呈金黄色，香气纯正，具有大头菜特有香味，酸咸适口且脆性好。自然发酵大头菜在120d时，表面呈金黄色，具有大头菜特有香味，酸咸较适口且脆性好，分别达到出坛标准。相比自然发酵，接种发酵大头菜感官评分高，产酸快，时间短。

2.3大头菜接种发酵和自然发酵挥发性成分分析

对接种发酵90d和自然发酵120d的大头菜进行GC-MS测定分析，其挥发性成分的GC-MS总离子流图见图3～图4，各挥发性成分定性分析结果见表3。

表2　接种发酵和自然发酵大头菜感官评价结果Table 2　The result of sensory evaluation in turnips of inoculated fermentation and natural fermentation

图3　接种发酵大头菜挥发性成分GC-MS总离子流图Fig.3　Total ion current chromatogram of volatiles in turnip of inoculated fermentation

图4　自然发酵大头菜挥发性成分GC-MS总离子流图Fig.4　Total ion current chromatogram of volatiles in turnip of natural fermentation

从表3可以看出，采用SDE和GC-MS技术检测并经过计算机谱库（NIST）进行初步检索，结合计算保留指数和相关文献可定性接种发酵和自然发酵大头菜样品中共鉴定出48种挥发性物质，这些成分主要是酯类14种、醇类8种、酸类1种、腈类1种、酮类1种、醛类13种、硫化物6种以及杂环化合物类4种，其中共有的有34种。

表3　接种发酵和自然发酵大头菜的挥发性成分Table 3　Volatiles in turnips of inoculated fermentation and natural fermentation

续表

在接种发酵的大头菜样品中，共检测出47种挥发性物质，占总峰面积的91.80%。主要为酯类、醛类、醇类及硫化物等，总相对含量为78.59%。其主要挥发性成分为：棕榈酸乙酯、异硫氰酸烯丙酯、苯乙醛和二甲基三硫，相对含量分别为：10.29%、9.76%、6.69%和5.44%。

在自然发酵的大头菜样品中，共检测出35种挥发性物质，占总峰面积的95.11%。主要为酯类、醛类、醇类及硫化物等，总相对含量为87.27%。其主要挥发性成分为：异硫氰酸苯乙酯、二甲基三硫、异硫氰酸烯丙酯和苯乙醛，相对含量分别为：16.00%、14.58%、10.90%和6.36%。

2.4接种发酵和自然发酵大头菜中主要挥发性物质分类比较

接种发酵和自然发酵大头菜中各类挥发性成分的数量及相对含量分别见图5和图6。从图5可看出，接种发酵中酯类、醛类、醇类和杂环类的种类数比自然发酵的高，其他化合物种类的数量差别不明显。从图6可看出，在接种发酵和自然发酵大头菜中，酯类、醛类、醇类及硫化物的相对含量较高，为两种发酵大头菜香气的重要组成成分。接种发酵大头菜中酯类、酮类、醛类、杂环化合物的相对含量比自然发酵大头菜中高，自然发酵大头菜中硫化物和醇类的相对含量比接种发酵大头菜中高，其他种类差别不明显。

2.4.1酯类挥发性物质比较由表3和图5可知，接种发酵和自然发酵大头菜中共检测出酯类物质14种，两种发酵大头菜共有的有10种，相对含量较高的棕榈酸乙酯为两种大头菜样品所共有，研究表明，大分子质量的不饱和单羧酸与低级的脂肪醇所形成的酯类，大都具有愉快的水果香气［15-16］，对发酵大头菜的香气质量贡献较大，如：棕榈酸乙酯呈微弱蜡香和奶油香气，亚油酸乙酯有特殊的类似腊肠的气味和轻微的涩味等。

2.4.2硫化物香气物质比较由表3和图5可知，接种发酵和自然发酵大头菜中共检测出硫化物6种，自然发酵大头菜中硫化物含量较高，达到了44.82%。两种发酵大头菜中相对含量较高的硫化物为异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸苯乙酯、二甲基三硫和二甲基四硫。自然发酵大头菜中的异硫氰酸苯乙酯的相对含量明显比接种发酵中的高，说明接种发酵大头菜中的异硫氰酸苯乙酯在发酵过程中被酶和微生物快速分解。硫代葡萄糖苷广泛存在于十字花科蔬菜（如卷心菜、大头菜等）中，在芥子酶的作用下产生异硫氰酸酯［17-18］；相关研究表明：异硫氰酸烯丙酯具有强烈的、类似芥末和辣根的气味，其风味阈值较低，仅为0.375mg/kg［17］。刘明春等［13］对榨菜的挥发性成分进行分析，认为二甲基三硫是榨菜的挥发性风味的主要成分之一。经斌等［19］对中国黄酒中的重要风味物质二甲基三硫等的嗅觉阈值进行研究，测得国家黄酒评委的觉察阈值和识别阈值分别为0.08μg/L和0.44μg/L。二甲基三硫等含硫化合物阈值低，香气特征明显，具有葱、肉特殊香味，同时也具有较强的杀菌和防腐等作用［20］，是大头菜的特征性成分。

2.4.3醇类香气物质比较由表3可知，接种发酵和自然发酵大头菜中共检测出醇类物质8种，两种发酵大头菜共有的有7种。醇类物质主要是由酵母菌发酵产生的，醇可与有机酸发生酯化反应生成酯类化合物［21］。接种发酵和自然发酵中正己醇和苯乙醇的相对含量均较高，正己醇具有水果芬芳香气，苯乙醇具有蔷薇香气，杨霄等［22］认为苯乙醇是一些发酵食品的自然风味物质。丁保妹等［23］对采用树脂吸附原位分离技术生物发酵合成天然苯乙醇进行研究得出其觉察阈值和识别阈值分别为2.71μg/L和3.82μg/L。

2.4.4酸类及腈类挥发性物质比较接种发酵和自然发酵中均检出了棕榈酸和苯丙腈，且其相对含量均较高。酸类作为合成酯类的重要前体物质之一，对发酵大头菜的香气也有很大的贡献。腈一般是在低pH环境或有亚铁离子或其他阳离子存在下形成，葡萄糖苷酯经芥子酶降解生成的配糖体可降解为异硫氰酸酯、硫氰酸酯或脱去硫原子形成腈［2-25］。邓静等［6］在对大头菜腌制过程的挥发性成分进行分析中发现，整个腌制过程中只检测出1种腈类化合物，即苯丙腈，认为是新鲜大头菜的主要香气成分之一。

图5　接种发酵和自然发酵大头菜中挥发性成分化合物的构成种类及数量Fig.5　The types and amount of volatiles in turnips of inoculated fermentation and natural fermentation

图6　接种发酵和自然发酵大头菜中挥发性成分化合物的构成种类及相对含量Fig.6　The category and relative contents of volatiles in turnips of inoculated fermentation and natural fermentation

2.4.5醛类挥发性物质比较由表3可知，接种发酵和自然发酵大头菜中共检测出醛类物质13种，两种发酵大头菜共有的有7种。相对含量较高的2种醛类物质糠醛和苯乙醛为两种发酵大头菜样品所共有。研究表明，苯乙醛具有蜂蜜香，壬醛有愉快的玫瑰和杏仁香［26］。接种发酵醛类种类和相对含量均高于自然发酵，说明醛类物质使得接种发酵大头菜的香气成分更加丰富。

2.4.6杂环化合物类及酮类挥发性物质比较由表3和图5可知，接种发酵和自然发酵大头菜中共检测出杂环化合物类物质4种，接种发酵大头菜中杂环化合物相对含量较高。在同一萃取条件下，接种发酵大头菜中2-乙基呋喃和2-正戊基呋喃的相对含量均比自然发酵大头菜分别高。相关资料显示，2-乙基呋喃具有焦香、咖啡样气味［13］；2-正戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及类似蔬菜的香韵，对大头菜的香气质量均有一定的贡献。自然发酵中未检出酮类物质，脂肪酮通常都具有较强的特殊嗅感。

3　结论

本文接种发酵大头菜90d时与自然发酵大头菜120d时均达到出坛标准，经感官综合评定，接种发酵大头菜感官评分高于自然发酵大头菜。接种发酵大头菜在发酵过程中产酸速度明显高于自然发酵大头菜。对接种发酵和自然发酵大头菜进行GC-MS分析得出：接种发酵和自然发酵大头菜共检出48种香气成分，共有的有34种。

接种发酵大头菜中相对含量较高的有：棕榈酸乙酯、异硫氰酸烯丙酯、苯乙醛和二甲基三硫；自然发酵的大头菜相对含量较高的有：异硫氰酸苯乙酯、二甲基三硫、异硫氰酸烯丙酯和苯乙醛。两种发酵的大头菜主要挥发性物质种类均为酯类、醛类、醇类及硫化物等。与自然发酵相比，接种发酵的挥发性物质种类更多。

接种发酵与自然发酵大头菜中感官评价、物质种类、相对含量及特有香气成分的差异说明接种乳酸菌发酵对接种发酵大头菜香气形成具有重要作用。

［1］何金兰.大头菜的腌制工艺［J］.热带农业科学，2000（5）：38-40.

［2］曾凡坤，王金美.蒸馏萃取-气相色谱-质谱联用对不同腌制工艺大头菜挥发性风味物质的分析［J］.食品科学，2011，32（8）：197-201.

［3］王金美.大头菜新工艺及挥发性风味物质的研究［D］.重庆：西南大学，2010.

［4］Escalona V H，Aguayo E，Artés F.Quality and physiological changes of fresh-cut kohlrabi［J］.Hort Science，2003，38（6）：1148-1152.

［5］Macleod G，Macleod A J.The glucosinolates and aroma volatilesofgreenkohlrabi［J］.Phytochemistry，1990，29（4）：1183-1187.

［6］邓静，李萍萍.大头菜腌制过程中挥发性香味物质变化分析［J］.食品科学，2013，34（24）：225-229.

［7］蒋丽，王雪莹，杨洲，等.自然发酵与接种发酵泡菜香气成分分析［J］.食品科学，2012，32（22）：276-279.

［8］吴希茜.重庆奉节大头菜的加工工艺［J］.江西食品工业，2011（1）：49-50.

［9］苏扬，张聪，黄文刚.榨菜加工新工艺的探讨［J］.中国调味品，2011，36（4）：118-120.

［10］杨君，贺云川，何家林，等.榨菜腌制过程中有机酸变化［J］.食品科学，2012，33（19）：182-187.

［11］张水华，徐树来，王永华.食品感官分析与实验［M］.北京：化学工业出版社，2006

［12］吴希茜.大头菜后熟优势微生物分离鉴定及发酵剂的研制［D］.重庆：西南大学，2011.

［13］刘明春.榨菜加工过程中挥发性风味物质的形成及变化研究［D］.重庆：重庆大学，2009.

［14］CAS registry number［DB/OL］.http：//webbook.nist.gov/ chemistry/.

［15］李华.现代葡萄酒工艺学［M］.西安：陕西人民出版社，2000：24-25.

［16］阚建全.食品化学［M］.北京：中国农业大学出版社，2008：363.

［17］宋焕禄.食品风味化学［M］.北京：化学工业出版社，2007：133-145.

［18］张丽，何洪巨，陈静华，等.不同萝卜品种中硫代葡萄糖苷组分及含量分析［J］.中国蔬菜，2010（18）：43-46.

［19］经斌，王栋，徐岩，等.中国黄酒中若干重要风味物质嗅觉阈值的研究［J］.食品工业科技，2012（6）：135-138，142.

［20］Pechác ek R，Velíšek J，Hrabcová H.Decomposition products ofallylisothiocyanateinaqueoussolutions［J］.Journalof Agricultural and Food Chemistry，1997，45（12）：4584-4588.

［21］宋钢.微生物代谢与香气成分［J］.中国酿造，2006，25（2）：64-68.

［22］杨霄，崔志峰.酵母生物转化生产2-苯乙醇的研究进展［J］.应用与环境生物学报，2006（1）：140-144.

［23］丁保妹，付艳丽，张晓丽，等.发酵法合成天然2-苯乙醇的香气品质分析［J］.食品与发酵工业，2011（11）：198-202.

［24］Zhao D，Tang J，Ding X.Analysis of volatile components duringpotherbmustard（Brassicajuncea，Coss.） pickle fermentation using SPME-GC-MS［J］.LWT-Food Science and Technology，2007，40（3）：439-447.

［25］吴春燕，何启伟，宋廷宇，等.大白菜风味物质的气相色谱-质谱分析［J］.食品科学，2009，30（4）：145-148.

［26］汪东风.食品化学［M］.北京：化学工业出版社，2007：245-275.

Comparison of volatiles produced from turnips of inoculated and natural fermentation

HONG Bing1，ZENG Xu-zhen2，JIANG He-ti1，*
（1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China；2.Chongqing Willie Agricultural Development Co.，Ltd.，Chongqing 404700，China）

The turnips were exerted inoculated fermentation and natural fermentation respectively，and its volatiles were analyzed by using simultaneous distillation-extraction（SDE）and gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）.Volatiles in turnips of the inoculated fermentation and natural fermentation include esters which take the highest percentage，alcohols，acids，nitriles，aldehydes，ketones，sulfide，heterocyclic compounds，etc.48 kinds of volatiles in the two types of fermentation turnips were identified，there were 47，35 kinds of volatiles in the turnip of inoculated fermentation and natural fermentation respectively，34 species among them were found in the two different turnips.Compared with natural fermentation，more volatiles were identified in turnips of inoculated fermentation.

inoculated fermentation；natural fermentation；turnip；simultaneous distillation-extraction（SDE）；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；volatiles

TS207.3

A

1002-0306（2015）14-0075-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.14.006

2014－09－11

洪冰（1989-），女，硕士研究生，研究方向：食品安全与质量控制。

蒋和体（1963-），男，博士，教授，研究方向：农产品加工。

重庆市“121”科技支撑示范工程（cstc2013jcsf-jcssX0033）。