速冻加工过程中慈姑挥发性风味成分分析

刘春泉，卓成龙，李大婧，刘春菊

（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏 南京 210014；2.南京市（明天）农产品加工工程技术研究中心，江苏 南京 210014；3.国家蔬菜加工技术研发专业分中心，江苏 南京 210014）

速冻加工过程中慈姑挥发性风味成分分析

刘春泉1,2,3，卓成龙2,3，李大婧1,2,3，刘春菊1,2,3

（1.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏 南京 210014；2.南京市（明天）农产品加工工程技术研究中心，江苏 南京 210014；3.国家蔬菜加工技术研发专业分中心，江苏 南京 210014）

为探讨速冻加工对慈姑风味的影响，采用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术，分析烫漂和速冻加工处理过程中慈姑挥发性风味化合物的组分及变化。结果表明：慈姑烫漂和速冻处理后分别检测到33 种和29 种挥发性风味化合物。烫漂慈姑中相对含量较高的为烯类、含硫类、醚类、醛类和醇类等，二甲基硫醚、壬醛、辛醛、己醛、D-柠檬烯、柠檬烯、石竹烯、庚醇、泪柏醚等对烫漂慈姑风味有较大贡献； 速冻慈姑中相对含量较高的为烯类、醚类、醛类、醇类和含硫类等，二甲基硫醚、壬醛、辛醛、己醛、庚醛、石竹烯、戊 醛、庚醇、苯甲醛、2-戊基呋喃、泪柏醚等对速冻慈姑有较大贡献。慈姑经速冻 后降低了对慈姑产生负面影响的风味化合物相对含量，如二甲基硫醚；增加了对风味有较大贡献的化合物种类，有利于风味化合物的保存和改善。

慈姑；烫漂；速冻；风味

慈姑（Sagittaria sagittifolia L.）又称慈菇、剪刀草、白地栗等，我国栽培历史悠久，现主要分布在长江流域及以南各省。慈姑营养价值很高，为药食兼用植物，中医认为慈姑性味苦、甘、微寒，具有凉血止血、止咳通淋、散结解毒、和胃厚肠等功效[1]。我国的慈姑资源丰富、种植面积广、产量高、开发前景广阔，但是其不易贮藏，仅能在春冬两季上市，不能满足周年供应，严重制约了慈姑的市场占有率。因此研究慈姑保鲜加工，延长贮藏期，提高产品品质，对增强慈姑市场竞争力具有重要的科学意义和现实价值。目前国内外对慈姑的研究多集中在种植栽培[2-3]、慈姑淀粉特性[4-5]、多糖提取工艺[6]和产品开发[7]等方面。尚未见对慈姑速冻加工过程挥发性风味成分的研究报道。香气成分是构成和影响果蔬鲜食、贮藏、加工质量及典型性的重要因素，相比传统品质指标而言，香气成分越来越成为相关研究的重点[8-9]。研究果蔬香气成分有助于了解果蔬的风味化学组成，提高果蔬品质，改善果蔬香气形成，对品种的选育及深加工有重要意义。本研究采用顶空-固相微萃取（head space solidphase microextraction，HS-SPME）结合气相色谱-质谱（gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS）联用技术对烫漂和速冻加工慈姑的挥发性成分进行分析测定，讨论烫漂和速冻加工慈姑的主要特征香气物质，为慈姑加工贮藏提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试慈姑于2013年3月从江苏孝陵卫菜场采购，选取果形和成熟度适宜的慈姑，购买后贮藏于（4±1） ℃、相对湿度90%～95%冰箱中备用。

氯化钠、柠檬酸（均为分析纯） 南京化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Trace MS气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司；手动SPME进样器、75 μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；DW-86L286超低温冰箱青岛海尔特种电器有限公司；BS224S型电子天平赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HR1707飞利浦二合一搅拌机 珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司；TP-01型热电偶 苏州泰世电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 慈姑预处理

1.3.1.1 慈姑烫漂

挑选新鲜、无机械伤的慈姑，去皮，切分为4～5 mm薄片；置于1 g/100 mL氯化钠溶液与0.2 g/100 mL柠檬酸溶液按1∶1（V/V）混合配制而成的护色液中，护色30 min后取出；沸水烫漂8 min（物料放入后开始计时），烫漂结束，流动水冲洗降温，沥干后于4 ℃冰箱中冷藏备用。

1.3.1.2 慈姑速冻

取按1.3.1.1节工艺烫漂后慈姑于—80 ℃超低温冰箱内冻结，放入超低温冰箱前，将TP-01型热电偶数字温度探头插入慈姑中心，于15 min内测得中心温度达到—18 ℃。继续冻结1 h后取出，于—18 ℃冰箱中保存备用。

1.3.2 挥发性风味化合物检测

1.3.2.1 慈姑挥发性成分SPME萃取

慈姑样品用搅拌机打碎后，取打碎后的脆粒2 g，置于20 mL顶空进样瓶中，在磁力搅拌速率600 r/min、50 ℃条件下加热平衡15 min，将已老化的萃取头插入样品瓶中，使之与样品表面保持1.5 cm的距离，萃取30 min后进入GC-MS分离鉴定，解吸5 min。

1.3.2.2 GC-MS条件

色谱条件：色谱柱为DB-WAX毛细管柱（30.00 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气：He气；流速：1 mL/min，不分流进样。程序升温：起始温度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min的速率升至80 ℃，再以10 ℃/min的速率升至220 ℃，保持7 min，汽化室温度250 ℃。

质谱条件：电子电离源，电子能70 eV，发射电流250 μA，电子倍增器电压350 V，离子源温度200 ℃，接口温度250 ℃，质量扫描范围33～450 u。

1.3.3 风味成分评价方法

根据Guadagni 的香气值（U0）理论评价各化合物对样品总体风味的贡献，见下式：

式中：C为物质含量/（μg/kg）；T为感觉阈值/（μg/kg）。

U0＜0.1，说明该物质对总体风味无实际作用；0.1＜U0＜1，说明该物质对总体风味有一定的影响，但是影响不大；U0＞1说明该物质可能对总体风味有直接影响；且在一定范围内，U0越大说明该物质对总体风味贡献越大[10]。由于所研究样品往往包含几十甚至上百种挥发性化合物，绝对定量几乎不可能。研究领域一般用化合物的相对含量Cr代替绝对含量进行分析，即：Cr≈ C。

各化合物的相对含量可以通过峰面积归一化法计算得到[11]。

1.4 数据处理

通过GC-MS所带的NIST、Willey图谱库对慈姑挥发性成分进行解析，再结合有关文献进行人工图谱解析，确认挥发性风味成分的各化学组成；利用图谱库工作站数据处理系统按峰面积归一化算法求得各化学成分在挥发性风味成分中的相对含量。

2 结果与分析

2.1 总体挥发性风味成分鉴定结果

采用HS-SPME和GC-MS技术分析烫漂慈姑和速冻慈姑的挥发性风味成分，得到的挥发性成分总离子流图见图1。各组分经计算机检索并与标准质谱图对照，得到各类型物质相对总含量见表1，鉴定结果如表2所示。

图 1 烫漂（A）和速冻（B）处理后慈姑挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of fl avor compounds in arrowhead subjected to different treatments

表 1 烫漂和速冻加工的慈姑风味化合物类型Table 1 The chemical classes of flavor compounds identified in arrowhead subjected to different treatments

表 2 不同方式处理后慈姑挥发性成分及相对含量Table 2 Contents of fl avor compounds in arrowhead subjected to different treatments

续表2

2.2 烫漂慈姑和速冻慈姑挥发性风味成分比较

2.2.1 醇类化合物的比较和分析

由表1以看出，在烫漂慈姑中共检测出8 种醇类化合物，占总峰面积的3.68%；速冻慈姑中共检测出5 种醇类物质，占总峰面积的4.88%。醇类化合物在烫漂和速冻慈姑中含量相对较低，烫漂慈姑中含量最高的醇类为戊醇（1.05%），速冻慈姑中含量最高的醇类为乙醇和戊醇，分别为1.92%和1.48%，速冻慈姑较烫漂慈姑乙醇和戊醇有所增加，其他醇类化合物相对含量变化不大。

醇类化合物阈值一般较高，且在慈姑中醇类化合物相对含量均较低，乙醇和戊醇含量较高，但乙醇和戊醇的阈值均较高，经计算在烫漂和速冻慈姑中乙醇和戊醇的香气值均小于0.1，因此对烫漂和速冻慈姑风味影响可以不予考虑。按照香气值理论，烫漂和速冻慈姑中庚醇香气值在0.1～1之间，对烫漂和速冻慈姑风味产生一定影响，庚醇具有葡萄的香气[12]，天然存在于丁香、风信子、紫罗兰叶等精油中。其他醇类化合物如芳樟醇、十二醇和环丙甲醇是烫漂慈姑中独有的成分，芳樟醇有似铃兰、百合花样香气[13]，经计算，芳樟醇在烫漂慈姑中存在，其香气值小于0.1，对风味不产生影响。二十醇和环丙甲醇属于饱和醇，一般阈值较高，对风味不产生影响。

2.2.2 醛类化合物的比较和分析

烫漂和速冻加工对慈姑醛类风味化合物的种类影响不大，烫漂慈姑中共检测出5 种醛类化合物，速冻慈姑中共检测出6 种醛类化合物，但是相对含量变化较大，由8.63%增加到16.91%，相对含量增加近一倍，且单个物质含量均有不同程度增加。烫漂慈姑中相对含量较高的醛类化合物为己醛（3.69%）、壬醛（2.47%）和辛醛（1.26%），速冻慈姑中相对含量较高的醛类化合物为己醛（6.13%）、壬醛（4.00%）、戊醛（2.88%）、辛醛（2.13%）和庚醛（1.27%）。速冻慈姑较烫漂慈姑增加了苯甲醛，说明速冻能较好地保留慈姑中的醛类风味物质。

醛类化合物阈值一般较低，烫漂慈姑中辛醛和壬醛对风味贡献较大，有直接影响；己醛和庚醛对风味有一定影响，但是影响不大；戊醛风味阈值为12 μg/kg，相对其他几种醛类，其阈值较大，且含量较低，因此对烫漂慈姑风味基本不产生影响。速冻慈姑中，己醛、辛醛和壬醛对风味产生直接影响；戊醛、庚醛和苯甲醛对速冻慈姑风味影响不大。

2.2.3 烯类化合物的比较和分析

烯类化合物是烫漂慈姑和速冻慈姑中种类最多、含量最高的风味化合物，烫漂慈姑中共检测出11 种烯类化合物，较速冻慈姑中多2 种，烫漂慈姑中烯类化合物占总峰面积的35.28%，速冻慈姑中为27.99%，烫漂慈姑和速冻慈姑中检测到共有成分6 种，烫漂慈姑独有成分5 种，分别为香叶稀、柠檬烯、γ-松油烯、β-水芹烯、β-蒎烯；速冻慈姑独有成分3 种，（Z）-石竹烯、（—）-环氧石竹烯、α,2-二甲基苯乙烯。共有成分6 种中D-柠檬烯、石竹烯相对含量变化较大，D-柠檬烯经速冻后，相对含量由19.21%变为1.30%，石竹烯经速冻后由8.25%变为17.73%。

烯类化合物阈值一般较低，是烫漂慈姑和速冻慈姑的主要风味物质。在烫漂慈姑中，D-柠檬烯、柠檬烯和石竹烯对风味贡献较大，D-柠檬烯是一类单环单萜类化合物，具有典型的柠檬、柑橘的香气[14]，天然存在于柠檬、柑橘、柚皮、橙皮、藿香、香橼、孜然中。可用作配制人造橙花、甜花、柠檬、香柠檬油的原料，食用香精中作为修饰剂用于白柠檬、果香及辛香等配方。石竹烯是一类双环倍半萜类化合物。具有辛香、木香、柑橘香、樟脑香，温和的丁香香气，香气介于松节油与丁香油之间，其沸点较高，留香时间较长，天然存在于柠檬[15]、园柚、肉豆蔻、胡椒[16]、覆盆子、黑加仑、肉桂叶油、丁香叶油中。此外在烫漂慈姑中还检测到γ-松油烯、β-蒎烯、β-水芹烯等风味化合物。γ-松油烯是单萜类化合物，其阈值较高，在果汁中阈值为3 260 μg/kg[17]，可以推断其在水中的阈值也较高。因其含量也较低（0.69%），对烫漂加工的慈姑风味贡献不大。β-蒎烯常存在于松节油中，在柠檬油、肉豆蔻油、芫荽子油中也有存在，α-蒎烯常和β-蒎烯一起存在，具有松木松节油样树脂气息，香叶烯具有清淡的香脂气味。

在速冻慈姑中，对风味产生较大影响的主要为石竹烯，此外，α-石竹烯，（Z）-石竹烯含量也较高，对速冻慈姑风味也产生一定影响。

2.2.4 酸类化合物的比较和分析

烫漂和速冻慈姑中酸类化合物种类和含量均较少，含量最低的化合物为烫漂慈姑中的辛酸0.27%，含量最高的化合物为速冻慈姑中的苯甲酸1.81%。从表2可以看出，烫漂慈姑和速冻慈姑中的酸类化合物为己酸、辛酸和苯甲酸等有机酸，慈姑中含有一定量的有机酸，可以使慈姑口感丰满，柔和而清爽。己酸具有油脂香气，柔和带甜。

在烫漂和速冻慈姑中检测到的酸类化合物，相对含量较大，且阈值较高，丙酮阈值500 000 μg/kg，且在烫漂和速冻慈姑中含量均较低，对风味不产生影响；苯甲酸属芳香族有机酸，具有微弱的香脂气息[18]，苯甲酸可认为是苯丙氨酸降解或是苯甲醛氧化而来，由于酸类风味化合物阈值较高，对慈姑风味不产生直接影响。

2.2.5 酯类化合物的比较和分析

本研究中，烫漂慈姑共检出2 种酯类风味物质，占总含量的2.32%；速冻慈姑中，共检出3 种风味物质，占总含量的2.88%。在烫漂慈姑和速冻慈姑中均检测到乙酸乙酯和邻苯二甲酸二乙酯，慈姑经速冻后，乙酸乙酯含量降低，而邻苯二甲酸二乙酯含量升高；速冻慈姑中的月桂酸甲酯是速冻慈姑独有的风味物质，但是其含量较低，为0.42%。

2.2.6 其他化合物（杂环类和含硫类）的比较和分析

在烫漂和速冻慈姑中还检测到丙酮、泪柏醚、2-戊基呋喃、二甲基硫醚、二甲基亚砜等酮类、二萜烯类、杂环类和含硫类化合物，丙酮在烫漂和速冻慈姑中含量均较低；泪柏醚和二甲基硫醚在烫漂和速冻慈姑中含量均较高；二甲基亚砜只出现在烫漂慈姑中，相对含量为1.96%；2-戊基呋喃只出现在速冻慈姑中，相对含量为0.82%。

在烫漂和速冻慈姑中检测到的杂环类，相对含量较低，阈值也较低，2-戊基呋喃可能是亚油酸的氧化产物，其阈值相对较低，具有豆香果香青香及类似蔬菜香味，对速冻慈姑的风味产生一定影响。酯类化合物是一种良好的风味物质，在慈姑中含量较低，阈值一般也较低，具有水果的香气，乙酸乙酯、邻苯二甲酸二乙酯可能对速冻慈姑风味产生一定影响。

醚类和含硫类化合物，种类较少，但相对含量较高，且阈值较低，对烫漂和速冻慈姑风味产生重要影响。泪柏醚是一种二萜烯类化合物，具有重要的药用价值，一般认为阈值较低，存在于烟叶、松叶、向日葵花盘、银杏叶、花柏树精油、酿酒葡萄（蛇龙珠、赤霞珠、品丽珠、梅鹿辄葡萄等葡萄品种）、巴豆中。二甲基硫醚是海苔的主要呈香物质，具浓郁的鲜味，多存在于海洋生物中，如鱼类、贝类、浒苔等中，此外还存在于枇杷花、葱叶、牛奶[19]、荔枝果汁[20]、蜜柑鲜汁[21]中，经高温加热也会产生二甲基硫醚。从表2可以看出，烫漂慈姑和速冻慈姑中的二甲基硫醚相对含量均较高，且阈值较低，对烫漂和速冻慈姑的风味均产生较大影响，经速冻之后，二甲基硫醚含量由烫漂时的22.16%降低为4.81%，即速冻慈姑中的二甲基硫醚产生的不良风味程度降低，二甲基硫醚可能是慈姑中的含硫氨基酸经高温烫漂后降解产生的。二甲基亚砜具有油脂、乳酪、大蒜、蘑菇的气味，来源与二甲基硫醚相似，一般阈值也较低，对烫漂慈姑风味产生一定负面影响，经速冻后可以消除。

3 结 论

通过对烫漂慈姑和速冻慈姑的挥发性风味成分分析，从烫漂和速冻慈姑中分别检测到33 种和29 种风味成分，主要为醇类、醛类、烯类、酯类含硫类化合物，二甲基硫醚、壬醛、辛醛3 种风味化合物对烫漂慈姑风味产生较大影响的风味物质，具有一定影响的风味化合物有6 种，分别为己醛、D-柠檬烯、柠檬烯、石竹烯、庚醇、泪柏醚。二甲基硫醚、壬醛、辛醛、己醛4 种风味化合物对速冻慈姑风味产生较大影响的风味物质，对速冻慈姑风味具有一定影响的风味物质有7 种，分别为庚醛、石竹烯、戊醛、庚醇、苯甲醛、2-戊基呋喃、泪柏醚。慈姑经速冻加工后，能保存良好风味，改善不良风味。

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Analysis of Volatile Flavor Compounds in Arrowhead during Freezing Process

LIU Chunquan1,2,3, ZHUO Chenglong2,3, LI Dajing1,2,3, LIU Chunju1,2,3
(1. Institute of Agricultural Products Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2. Nanjing (Tomorrow) Engineering Research Center for Agricultural Products Processing, Nanjing 210014, China;
3. National Vegetable Processing Technology R&D Sub-centers, Nanjing 210014, China)

The volatile fl avor compounds of arrowhead treated by blanching and quick-freezing were analyzed by HS-SPME and GC-MS. The results showed that 33 and 29 compounds were detected in blanched and frozen arrowhead, respectively. In blanched arrowhead, alkenes, sulfur, ethers, aldehydes and alcohols had a relatively higher content, and among these compounds, dimethyl sulfi de, nonanal, octanal, hexanal, D-limonene, limonene, caryophyllene, heptanol and manoyl oxide made great contribution to the volatile flavor. While, alkenes, ethers, aldehydes, alcohols and sulfur compounds were more abundant in frozen arrowhead, and among these compounds, dimethyl sulfi de, nonanal, octanal, hexanal, heptanal, caryophyllene, pentanal, heptanol, benzaldehyde, 2-pentylfuran and manoyl oxide made great contribution to the volatile flavor. Freezing treatment decreased the relative contents of negative flavor compounds s uch as dimethyl s ulfide, and resulted in the formation of more positive volatiles, consequently having a positive effec t in preserving and improving the fl avor compounds.

arrowhead; blanching; quick-freezing; fl avor compounds

TS255.5

A

1002-6630（2015）02-0137-05

10.7506/spkx1002-6630-201502026

2014-03-25

江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（13）3082）

刘春泉（1959—），男，研究员，硕士，主要从事农产品精深加工与产业化开发研究。E-mail：liuchunquan2009@163.com