不同乳酸菌发酵萝卜干挥发性成分分析

刘宗敏，谭兴和,*，周红丽，李清明，王 锋，郭红英，姚 荷，刘楚岑，王栏树，严钦武，徐永兵

不同乳酸菌发酵萝卜干挥发性成分分析

刘宗敏1，谭兴和1,*，周红丽1，李清明1，王 锋1，郭红英1，姚 荷1，刘楚岑1，王栏树2，严钦武3，徐永兵3

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南佳宴食品有限公司，湖南 长沙 410000；3.湖南插旗菜业有限公司，湖南 岳阳 414000）

为了解不同乳酸菌对发酵萝卜干挥发性成分的影响，用顶空固相微萃取法预处理发酵萝卜干样品，结合气相色谱-质谱联用仪，分析肠膜明串珠菌（B1）、玉米乳杆菌（B2）、副干酪乳杆菌（B3）、乳酸乳球菌（B4）、植物乳杆菌（B5）、植物乳杆菌（L4）和自然发酵（对照）萝卜干中挥发性成分。7 组发酵萝卜干中共检测出8 类77 种挥发性成分，其中含有6 种相同成分：苯乙醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯、壬酸乙酯、庚酸乙酯、己酸异戊酯。不同菌种发酵萝卜干挥发性成分种类及相对含量有较大差异，B1检出挥发性成分6 类35 种，B2检出6 类25 种，B3 检出5 类19 种，B4检出7 类30 种，B5检出7 类33 种、L4检出6 类31 种，自然发酵检出7 类37 种。发酵萝卜干中的挥发性成分主要包括醇类、酸类、酯类、醛酮类和烯烃类等。自然发酵萝卜干挥发性成分种类多，但大多成分相对含量较低；B2和B3发酵萝卜干挥发性成分种类较少且相对含量较低；B1、B4、B5和L4能促进发酵萝卜干特有风味物质的形成，其中B1能促进醇、烯烃的形成，B4能促进醇、酯和烯烃的形成，L4能促进酯、酮醛和烯烃的形成，B5能促进醇、酯、酮醛和烯烃的形成。

乳酸菌；发酵；萝卜干；气相色谱-质谱联用；挥发性成分

萝卜经腌制后制成的萝卜干具有色泽黄亮、咸香脆口的特点。经过有益微生物发酵的萝卜干不仅具有香、鲜、甜的独特风味，还具有降血糖、降胆固醇、促进肠道健康等功效[1-2]。近年来，随着对自然发酵蔬菜中乳酸菌作用研究的不断深入[3-4]，将乳酸菌制剂用于发酵蔬菜逐渐成为一种趋势[5-6]。研究表明，使用乳酸菌作为发酵剂可以缩短蔬菜的发酵周期，并提高产品的安全性及品质[7-8]，但由于自然发酵蔬菜香气成分较复杂，接种发酵蔬菜风味可能不及自然发酵[9]。所以，研究不同乳酸菌发酵蔬菜的挥发性成分特点，并由此开发出混合菌种发酵剂来减小这个差距具有重要的理论意义[10]。

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspeace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectragraphy，HS-SPME-GC-MS）联用法是分析食品中挥发性成分较为常用的方法，其具有操作时间短，所需样品量小，集萃取、浓缩、进样于一体等优点，能够减少被分析挥发性成分的损失，较为真实地反映样品的情况[11-13]。本研究拟采用HS-SPME-GC-MS法分析不同乳酸菌发酵萝卜干的挥发性成分，以自然发酵为对照，探究6 种乳酸菌对发酵萝卜干挥发性成分的影响，为工业化生产萝卜干选择合适菌种提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

萝卜干 湖南佳宴食品有限公司；海藻碘盐湖南省湘澧盐化有限责任公司；新鲜红线椒 湖南农业大学东之源超市；道道全纯正菜籽油 道道全粮油股份有限公司。

菌种：肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）CICC-21859（B1）、玉米乳杆菌（Lactobacillus zeae）CICC-21826（B2）、副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei）CICC-22709（B3）、乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）CICC-6033（B4）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）CICC-20242（B5） 中国工业微生物菌种保藏管理中心；植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）（L4）由实验室分离鉴定并保存。

1.2 仪器与设备

SW-CJ-1FD型单人单面净化工作台 苏州净化设备有限公司；YXQ-SG46-280S高温灭菌锅 上海博讯医疗设备厂；SS-450离心机 湘潭离心机配件厂；DF-101S集热式磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司；50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取头 美国Supelco公司；7890A-5975C GC-MS联用仪、HP-5MS毛细管色谱柱（30 m×250 μm，0.25 μm） 美国安捷伦科技公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将新鲜的红线椒洗净、晾干后剁碎，加入10%食盐拌匀装坛，在30 ℃条件下自然发酵30 d，制成剁辣椒；萝卜干快速漂洗切分后，将萝卜干、添加水分（包括接种菌液，按接种量5%分别接种B1、B2、B3、B4、B5和L4或不接种自然发酵）、剁辣椒、食盐按质量比47∶27∶23∶3拌匀并装坛，坛沿用食用植物油密封，在28 ℃条件下发酵50 d后取样。

在开始SPME操作之前，先对萃取头进行活化，去除杂质对实验结果的影响。参考文献[14-16]选用的萃取头，本实验选用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头，在270 ℃条件下将萃取头活化1 h左右，至色谱图中不出现干扰峰为止。

1.3.2 发酵萝卜干挥发性成分萃取

从每组发酵萝卜干中准确称取5 g样品，剁碎后分别装入20 mL顶空样品瓶中并盖好。使装有样品的顶空样品瓶在85 ℃水浴中预平衡5 min，然后插入50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头继续平衡30 min，以富集挥发性成分。萃取结束后，将萃取头插入GC-MS进样口处250 ℃解吸5 min，以进行GC-MS分析。

1.3.3 GC-MS条件

GC条件：色谱柱为HP-5MS毛细管柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；升温程序：40 ℃保持3 min，先以5 ℃/min升到120 ℃，再以10 ℃/min升到200 ℃，保持2 min，最后以20 ℃/min升到240 ℃，保持5 min；载气为高纯（99.999%）He，载气流速1.0 mL/min，进样量1.0 µL；不分流进样。

MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度200 ℃；萃取头接口温度250 ℃；采用全扫描模式采集信号；质量扫描范围m/z 45～500[17]。

1.3.4 定性与定量

运用计算机谱库对得到的数据进行检索和初步分析，结合文献等资料进行人工解谱，根据匹配度（不小于80）对发酵萝卜干挥发性成分进行定性，同时，根据峰面积归一化法对发酵萝卜干挥发性成分进行定量。

2 结果与分析

2.1 发酵萝卜干样品分析

图1 发酵萝卜干挥发性成分的总离子流图Fig. 1 Total ion current chromatogram of the volatile components in fermented dried radish

用HS-SPME法处理发酵萝卜干样品，结合GC-MS法，如图1所示。发酵萝卜干挥发性成分在5 min左右开始出峰，出峰集中在10（75 ℃）～23 min（170 ℃）之间，说明挥发性成分的出峰时间与温度有一定关联，因此在优化实验时可适当降低75～230 ℃的升温速度。

2.2 发酵萝卜干中挥发性成分分析

表1 不同乳酸菌发酵萝卜干的挥发性成分Table 1 Volatile components identified in dried radish fermented by different Lactobacillus species

续表1

续表1

如表1所示，自然发酵萝卜干检出挥发性成分种类最多，为37 种，B1、B5和L4检出挥发性成分种类均超过30 种，B4检出30 种，而B2和B3检出低于30 种，其中B3检出种类最少，只有19 种。

7 组发酵萝卜干检出挥发性成分中酯类32 种、烷烃类14 种、烯烃类11 种、酮醛类7 种、醇类5 种、苯环类4 种、酸类2 种、呋喃类2 种。其中，自然发酵酯类15 种，B4有16 种，B5和L4酯类最多，有17 种，这可能因为植物乳杆菌在发酵的过程中，会促进脂肪和蛋白质的降解[16]，产生酯、醇、酸、醛、酮等物质，其中酸与醇反应生成酯，并使发酵萝卜干产生特有的风味。B4和B5发酵萝卜干中各检测出一种酸。B1发酵烯烃种类最多，为7 种；B3发酵烯烃相对含量小于自然发酵，其他接种发酵组烯烃相对含量大于自然发酵，其中B2发酵烯烃相对含量高达21.84%。B1、B5和L4发酵酮醛相对含量大于自然发酵。

醇、酸、酯、酮醛、烯烃是发酵萝卜干（萝卜和辣椒）中主要的挥发性成分[16,18]。由表1可看出，自然发酵检测出的挥发性成分种类大于单个菌种发酵，可能由于自然发酵萝卜干中微生物种类较多[19]。但综合6 种乳酸菌发酵萝卜干的挥发性成分种类和相对含量来看，接种发酵萝卜干优于自然发酵萝卜干[10]。吴元锋等[20]研究表明，混合菌种发酵蔬菜的风味比单一菌种和自然发酵的风味好，所以，可根据不同乳酸菌发酵萝卜干挥发性成分的特点进行复合乳酸菌发酵[21]。与自然发酵相比：B1、B3、B4和B5发酵醇类物质相对含量较高，B4、B5和L4酯类物质的种类较多，B1、B5和L4酮醛类物质相对含量较高，B1、B2、B4、B5和L4烯烃类物质相对含量较高，B3的挥发性成分种类较少且相对含量也较低。B1、B4、B5和L4发酵挥发性成分种类和相对含量明显优于B2和B3发酵。其中，B1、B4、B5和L4发酵萝卜干中检测出的挥发性成分相对含量相当，但相同挥发性成分的比例和主要挥发性成分不同[22]。

2.3 7 组发酵萝卜干中挥发性成分分类分析

2.3.1 醇类和酸类挥发性成分分析

醇类可赋予产品新鲜的气味，也是生成重要酯类的主要来源[23]。7 组发酵检测出醇类有5种，各发酵组醇类相对含量由大到小依次为：B3（14.13%）＞B5（13.61%）＞B1（13.39%）＞B4（11.28%）＞自然发酵（10.30%）＞L4（10.02%），L4发酵萝卜干中醇类相对含量最低，其他接种发酵醇类相对含量大于自然发酵。B1和自然发酵醇类有3 种，B3发酵有2 种，其他发酵组都只检测出1 种。其中，7 组发酵含有相同的苯乙醇具有清甜玫瑰花香的良好风味，且相对含量较高，如自然发酵相对含量为9.76%，B1、B3、B4、B5、L4的相对含量大于自然发酵，B2的相对含量低于自然发酵。B1特有的沉香醇相对含量较高，其具有玫瑰与紫丁香的花香、又有果香气息、香气柔和。

发酵蔬菜的酸类物质既可以提供酸味，也可以提供香气。另外，酸和醇酯化可生成酯，使发酵蔬菜的风味物质多样化。通过GC-MS检测出的挥发性成分中酸类有2 种，即甲氧基乙酸和十三碳酸脂肪酸，甲氧基乙酸只在B5中检测出，十三碳酸脂肪酸只在B4中检测出，但这2 种酸的气味特征不明显。说明接种发酵具有很多自然发酵所不具有的醇类和酸类，可根据不同乳酸菌产醇和酸的特性进行乳酸菌的复合，以更多更好地获得芳香物质。

2.3.2 酯类挥发性成分分析

酯类一般都有特殊香气，可赋予发酵蔬菜酯香。通过GC-MS检测到的挥发性成分中含有多种酯类，且相对含量较高。分析检测出7 组发酵萝卜干中酯类共32 种，接种发酵组酯类相对含量低于自然发酵：自然发酵（53.64%）＞B4（45.39%）＞B5（44.29%）＞B1（42.37%）＞L4（41.26%）＞B2（33.22%）＞B3（30.77%）。丙位庚内酯具有轻微的甜奶油、椰子和坚果香气。癸酸乙酯具有椰子香气，可用于香料、香精和调香剂。正己酸乙酯具有曲香、菠萝香型的香气，可用于配制烟草香精以及用于曲酒调香。苯甲酸乙酯具有花香气味，可用于配制香水香精和人造精油。7 组发酵含有5 种相同酯类，这5 种酯相对含量由高到低依次为：辛酸乙酯＞癸酸乙酯＞壬酸乙酯＞庚酸乙酯＞己酸异戊酯，辛酸乙酯具有白兰地酒香味，可用于调味品和香料制造，其中各发酵组萝卜干中的辛酸乙酯相对含量均超过10.00%；癸酸乙酯具有椰子香气，其相对含量为5.00%左右；庚酸乙酯具有菠萝香气，其相对含量为1.50%左右；己酸异戊酯具有明显的水果香味，但其相对含量低于0.50%。

6 组乳酸菌发酵萝卜干中检测出的酯类总种类比自然发酵多16 种：乙酸乙酯、醋酸异戊酯、琥珀酸二乙酯、乙酸苯乙酯、辛酸异丁酯、3-苯丙酸乙酯、2,2-二甲基丙酸-2-苯基乙酯、2-甲基丙烯酸苯乙烯酯、丙位十二内酯、丙位壬内酯、二十酸乙酯、十一酸乙酯、十三烷酸乙酯、十八酸乙酯、十四酸乙酯，（Z,Z）-9,12-十八烷二烯酸乙酯。这些酯类多具有良好的气味，或花香或果香。醋酸异戊酯具有香蕉气味，丙位壬内酯具有似桃、似杏香气，十四酸乙酯具有椰子香气。B1、B4、B5和L4中检测出的（Z,Z）-9,12-十八烷二烯酸乙酯具有清甜的果香，并有冰淇淋和朗姆酒的香韵。B2特有的乙酸苯乙酯和十八酸乙酯具有良好风味，乙酸苯乙酯具有香甜的玫瑰花香、类似苹果样的果香、并带有可可和威士忌样的香韵，十八酸乙酯略呈蜡香。B4特有的丙位十二内酯具有桃子果香、微带奶油味、香气持久，特有的琥珀酸二乙酯具有愉快气味。但7 组发酵萝卜干中没有检测到异硫氰酸酯，可能是由于本实验萝卜干经过传统的风脱水方式脱水，导致其中异硫氰酸酯类物质在多次翻晒及保存过程中被降解[24]。

2.3.3 酮醛类挥发性成分分析

酮醛类物质阈值较低，赋予产品香气能力较强。通过GC-MS检测到酮类1 种、醛类6 种，7 组发酵酮醛物质相对含量由大到小依次为：B5（6.13%）＞B1（4.59%）＞L4（3.92%）＞自然发酵（3.59%）＞B4（2.28%），其中B5检测出5 种醛，L4检测出4 种醛，自然发酵检测出1 种酮、3 种醛，B1和B4各检测出3 种醛，B2检测出一种醛，B3中未检测出酮醛物质。自然发酵所特有的4-氨基苯乙酮具有特殊的愉快香味。B1含苯甲醛相对含量为3.15%，其具有苦杏仁味。B4含苯乙醛相对含量为0.74%，其具有玉簪花香气。B5含壬醛相对含量为2.88%，其具有甜橙气息。从结果上可推测，B1、B4、B5和L4发酵对醛酮类物质的产生有一定的促进作用。

2.3.4 烷烃类、烯烃类、苯环类和呋喃类挥发性成分分析

一般来说，烯烃和芳香烃具有特殊香气，且阈值较低，赋予产品香气的作用较大；烷烃香气阈值较高，其赋香作用较小；杂环类物质一般具有特殊香气，且阈值较低[25]。通过GC-MS检测出的烷烃类14 种，烯烃类11 种，苯环类4 种，呋喃类2 种。烷烃类物质更多来源于萝卜干和辣椒原料[26]，在产品挥发性成分测定中不予考虑。苯乙烯和氧化苯乙烯都具有芳香气味，（S）-1-甲基-4-（1-甲基乙烯基）环己烯具有鲜花香气。L4发酵萝卜干中右旋萜二烯的相对含量高达到3.36%，该物质具有鲜花香气。B5中检测出2-乙基对二甲苯，自然发酵中检测出4-乙基邻二甲苯、对甲苯酚和3-甲氧基苯酚，且其相对含量都很低。呋喃有温和的香味，自然发酵检测出2,5-二甲基呋喃，相对含量为0.10%，但其香气特点暂不清楚。2-戊基呋喃具有泥土香、豆香及类似蔬菜的香韵，B1、B2、B3、B4和L4发酵萝卜干中该物质的相对含量均高于自然发酵，其中L4的相对含量最高，为1.61%，而B5中则未检测出该物质。

3 结 论

采用HS-SPME的方法处理发酵萝卜干样品，结合GC-MS联用法分析其挥发性成分发现，发酵萝卜干中的挥发成分主要包括醇类、酸类、酯类、醛酮类和烯烃类等。在7 组样品中共检测出的挥发性成分有77 种，其中7 组含有6 种相同成分，与前人的研究结果[27-29]相比，检测出的挥发性成分种类偏少，可能原因如下：1）本实验选择的原材料和菌种与其他研究材料不同；2）接种发酵和自然发酵萝卜干成熟时间不一样，接种发酵使萝卜干的发酵周期缩短，其风味物质可能随发酵时间的延长而逐渐减少。

从整个发酵过程来看，乳酸菌产生乳酸赋予了发酵萝卜干特有的香味[30]。另外，乳酸菌在发酵过程中，对脂肪和蛋白质有微弱的降解作用，产生酸、酯、醛、醇、酮等物质[31]，使得发酵萝卜干的风味更加丰富、柔和。尽管自然发酵检测出的挥发性成分种类大于单个菌种发酵，但接种发酵萝卜干具有很多自然发酵所没有的挥发性成分。B1、B4、B5和L4发酵增加了萝卜干酯类、醛类、醇类和烯烃类等有益的挥发性成分；B2和B3在萝卜干中的发酵特性表现不佳。综合不同乳酸菌发酵萝卜干的挥发性成分特点，可为后期开发色香味俱全的发酵萝卜干提供一定参考。

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Analysis of Volatile Components in Dried Radish Fermented by Different Lactobacillus Species

LIU Zongmin1, TAN Xinghe1,*, ZHOU Hongli1, LI Qingming1, WANG Feng1, GUO Hongying1, YAO He1, LIU Chucen1,WANG Lanshu2, YAN Qinwu3, XU Yongbing3
(1. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;2. Hunan Jiayan Food Co. Ltd., Changsha 410000, China; 3. Hunan Cha Qi Vegetables Industry Co. Ltd., Yueyang 414000, China)

In order to understand the effect of different Lactobacillus species on the flavor characteristics of fermented dried radish, headspace solid phase microextraction (SPME) combined with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used to analyze the volatile flavor composition of radishes fermented by Leuconostoc mesenteroides (B1), Lactobacillus zeae(B2), Lactobacillus paracasei (B3), Lactococcus lactis (B4), Lactobacillus plantarum (B5) and Lactobacillus plantarum(L4), and naturally fermented control radish (C). A total of 77 volatile compounds belonging to 8 categories were detected in 7 samples, and 6 of these compounds were common to all samples, including phenylethyl alcohol, ethyl octanoate, ethyl caprate, ethyl nonanoate, ethyl heptanoate and isopentyl hexanoate. The types and relative contents of volatile components in radish fermented by different strains were distinctly different. A total of 35 volatile compounds from 6 categories were found in B1 fermented radish, 25 from 6 categories in B2 fermented radish, 19 from 5 categories in B3 fermented radish, 30 from 7 categories in B4 fermented radish, 33 from 7 categories in B5 fermented radish, 31 from 6 categories in L4 fermented radish,and 37 from 7 categories in naturally fermented radish. The main volatile components in fermented radish were alcohols,acids, esters, aldehydes, ketones and olefins. Although naturally fermented radish contained the highest number of volatile compounds, many of them were detected at a lower level. The lowest number of compounds and lower contents were found in B2 and B3 fermented radishes. B1, B4, B5 and L4 could contribute to the formation of volatile compounds in fermented radish compared to natural fermentation. B1 could promote the formation of alcohols and alkenes, B4 could promote the formation of the alcohols, esters and olefins, L4 could promote the formation of ester, ketone and olefins, and B5 could promote the formation of alcohols, esters, ketones, aldehydes, and olefins.

lactic acid bacteria; fermentation; dried radish; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); volatile components

2017-03-14

湖南省重点研发计划项目（2016NK2113）

刘宗敏（1992—），女，硕士研究生，研究方向为蔬菜加工。E-mail：2442935414@qq.com

*通信作者：谭兴和（1959—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工及贮藏。E-mail：xinghetan@163.com

DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724023

TS255.53

A

1002-6630（2017）24-0144-06

刘宗敏, 谭兴和, 周红丽, 等. 不同乳酸菌发酵萝卜干挥发性成分分析[J]. 食品科学, 2017, 38(24): 144-149.

10.7506/spkx1002-6630-201724023. http://www.spkx.net.cn

LIU Zongmin, TAN Xinghe, ZHOU Hongli, et al. Analysis of volatile components in dried radish fermented by different Lactobacillus species[J]. Food Science, 2017, 38(24)∶ 144-149. (in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724023. http∶//www.spkx.net.cn