萝卜泡菜自然发酵过程中挥发性香气成分变化分析

王芮东，赵燕飞，邢 颖，宋晓丽

（1.运城学院 理科实验中心，山西 运城 044000；2.运城学院 生命科学系，山西 运城 044000）

萝卜（Raphanus sativus）为十字花科萝卜属，味甜、脆嫩，在民间素有“小人参”的美称，其营养丰富，含有丰富的碳水化合物和多种维生素，并具有降低血脂、胆固醇，预防冠心病、动脉硬化等功效[1-2]。萝卜泡菜是以萝卜为原料，添加盐、糖等辅料经乳酸菌发酵而成，具有清新爽脆、开胃解腻等特点[3-5]，含有丰富的维生素、矿物质、膳食纤维及其他营养成分，具有助消化、净肠、抗肥胖、降低胆固醇等作用[6-9]。

挥发性香气成分是泡菜品质质量的一个重要指标，是在一系列复杂的物理、化学和生物反应的变化中产生出的酯类、醇类、醛类等化合物[10-11]，它的形成主要包含三个方面：原料中本身的挥发性香气成分；发酵过程中乳酸菌、酵母菌等微生物发酵产生的香味物质；蔬菜中所含的蛋白质在微生物和蛋白酶作用下水解产生的挥发性香气成分[12-13]。目前对于泡菜发酵过程中挥发性香气成分变化的研究较少，张金凤[14]采用顶空-固相微萃取（head space solidphase micro-extractions，HS-SPME）结合气质联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）研究了芥菜在传统发酵过程中挥发性成分的动态变化，结果表明，芥菜经发酵后产生大量的异硫氰酸酯类、醛类、醇类等，酯类大量减少，共鉴定出49种挥发性成分；曹东等[15]采用SPME-GC-MS对泡菜在发酵过程中不同时期的挥发性风味进行分析，结果表明，不同时期的泡菜的挥发性成分差异明显，共鉴定出化合物111种，包括醇类、烃类、含硫化合物等。本研究采用顶空固相微萃取-气质联用技术（HS-SPME-GC-MS）对萝卜泡菜自然发酵过程中的挥发性香气成分进行检测，旨在为泡菜品质的提高及加工工艺的改良提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

萝卜、白糖、海盐、蒜、姜、辣椒、花椒、大料等：运城市佳缘超市；氯化钠（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

7890-5975C型气质联用仪：美国Agilent公司；FA1604型分析天平：上海舜宇恒平仪器有限公司；JJ-2型组织捣碎匀浆机：江苏省金坛市菜华仪器制造有限公司；固相微萃取手柄、50μmCAR/PDMS固相微萃取头：美国Supelco公司；TDL6M型离心机：湖南湘立科学仪器有限公司；KQ-300GDV型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 萝卜泡菜加工工艺流程及操作要点

操作要点：

原料选择：挑选新鲜、无蛀虫、无腐烂的萝卜为原料。

原料预处理：将萝卜洗净、沥干后，切分为2 cm×2 cm×2 cm的小块。

卤水配制：将盐64 g、白砂糖32 g、花椒12 g、八角6 g、茴香6 g、生姜10 g、辣椒10 g加至1.6 kg的开水中，充分浸泡后，冷却至室温。

装坛：按萝卜与卤水质量比1∶1的比例进行装坛。

水封、发酵：用水进行密封，室温（25℃）条件下发酵9 d（pH值为3.5左右）。从发酵第0天开始每隔24 h取样测定，测定到第9天。

1.3.2 挥发性香气成分检测

挥发性香气成分的提取和检测条件参照黄盛蓝等[16]方法并进行优化改进。称取5 g泡菜并量取5 mL泡菜汁制成匀浆，准确称取5.000 0 g于15 mL顶空进样瓶中，加1 g NaCl混匀、密封。45℃条件下平衡30 min后，将老化的萃取头（250℃老化1 h）插入进样瓶中萃取30 min，然后取出插入GC-MS进样口解吸5 min。

GC条件：HP-FFAP弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；升温程序：起始温度45℃，保持5 min，以5℃/min上升至240℃，保持5min；载气为氦气（He），流速为1mL/min；进样口温度为250℃，溶剂延迟时间5.5 min，分流进样，分流比为20∶1。

MS条件：电子电离（electron ionization，EI）源；电子能量70 eV；离子源温度250℃，四极杆温度150℃，质量扫描范围50～550 u。

定性定量分析：检测的未知化合物与美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）.11 library相匹配，匹配度＞800（最大值为1 000）的鉴定结果予以确认，同时采用C7～C30计算化合物的保留指数（retention index，RI），结合文献报道进行定性；采用峰面积归一化法定量，以各组分峰面积与色谱图总峰面积之比表示其相对含量。

2 结果与分析

2.1 萝卜泡菜发酵过程中挥发性香气成分的总离子流色谱图

经GC-MS对萝卜泡菜发酵过程的挥发性香气成分进行分析鉴定，发酵第0～9天的总离子流色谱图见图1，各挥发性香气成分鉴定结果见表1。

图1 泡菜第0～9天挥发性香气成分GC－MS分析总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of aroma components in kimchi fermentation analyzed by GC－MS at 0-9 d

表1 萝卜泡菜发酵过程中挥发性香气成分的相对含量Table 1 Relative content of aroma components of radish kimchi during different fermentation processes

续表

由表1可知，萝卜泡菜在整个发酵过程共测出36种挥发性香气成分，在0～9 d萝卜泡菜发酵过程中一直存在的挥发性香气成分有：1-异硫代氰酸丁酯、异硫氰酸乙酯、异硫代氰酸己酯、二甲基二硫、二甲基三硫等，这与蒋丽等[17]对发酵泡菜香气成分的研究结果“自然发酵与接种发酵泡菜香气成分都以酯类和硫化物为主”基本相似。

随着发酵的进行，挥发性香气成分的种类数量由第0天的11种逐渐增加至第9天的36种；相对含量由第0天的28.12%逐渐增加至第7天的68.09%，第8、9天后基本保持稳定，这是由于在发酵初期挥发性香气物质主要是萝卜原料本身香气的物质，随着发酵进行会发生各种反应产生一些酯类、酮类等多种香气物质。

2.2 萝卜泡菜发酵过程中挥发性香气成分分类分析

2.2.1 发酵过程中各挥发性香气成分种类数量的变化分析

萝卜泡菜发酵过程中各挥发性香气成分种类数量见表2。6种）；随着发酵时间延长，酯类、醇类、酸类、烃类挥发性香气成分的种类数量呈上升趋势，酮类、醛类、醚类挥发性香气成分的种类数量在0～1 d呈上升趋势，1～9 d保持不变；含硫化合物的种类数量一直为2种，保持不变。

表2 萝卜泡菜发酵过程中第0～9天各挥发性香气成分种类数量Table 2 Changes of species number of aroma components in radish kimchi during fermentation process of 0-9 d

2.2.2 发酵过程中酯类挥发性香气成分变化分析

图2 萝卜泡菜发酵过程中酯类物质相对含量的变化Fig.2 Changes of ester relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图2可知，在0～9 d的发酵过程中，酯类物质相对含量由第0天的15.87%逐渐上升至第9天的30.13%，呈整体上升趋势，这是由于微生物发酵产生的醇和酸，在发酵的中后期会发生酯化反应生成酯类物质[18]。酯类物质是相对含量最大的一类物质，是萝卜泡菜的主体风味物质，相对含量较高的酯类物质为1-异硫代氰酸丁酯（8.65%）、异硫氰酸乙酯（5.47%）、异硫代氰酸己酯（5.67%）等，这与刘春燕[19]对泡萝卜风味物质分析的研究结果基本一致。在泡菜中主要以含硫酯类物质为主，一般具有辛香味且味道浓郁，例如，异酸氰酸酯具有类似芥末的辛辣气味，是十字花科类植物萝卜及其泡菜成品的特征风味物质[20]。

2.2.3 发酵过程中含硫化合物挥发性香气成分变化分析

图3 萝卜泡菜发酵过程中含硫化合物相对含量的变化Fig.3 Changes of sulfur compound relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图3可知，在0～9 d的发酵过程中，含硫化合物相对含量由第0天的3.35%下降至第1天的1.73%，再上升至第4天的3.69%后逐渐下降至第9天的0.93%，呈先下降后上升再下降趋势，这是由于含硫化合物主要来自于萝卜本身，在发酵初期含量较高，在中后期可能是含硫化合物在微生物的作用下发生降解。在发酵过程中含硫化合物只有2种：二甲基二硫、二甲基三硫，两者相对含量虽然不高，但由于香气阈值极低，因此香味浓郁，是萝卜泡菜的重要风味物质，二甲基二硫具有刺激性的洋葱味，二甲基三硫具有肉样和洋葱蔬菜味香气[21]。

2.2.4 发酵过程中醇类挥发性香气成分变化分析

图4 萝卜泡菜发酵过程中醇类物质相对含量的变化Fig.4 Changes of alcoholic substance relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图4可知，在0～9 d的发酵过程中，醇类物质相对含量由第0天的6.56%逐渐上升至第5天的12.75%后，又下降至最终的10.22%，呈先上升后下降趋势，这是由于醇类物质主要是酵母菌发酵产生的，在中后期醇类能与有机酸反应形成酯类，会消耗一部分醇类物质；醇类物质含量较高，但阈值较大，因此对泡菜香味整体贡献不大[22]。其中相对含量较高的醇类物质为芳樟醇（5.98%）、苯乙醇（4.26%）、桉叶油醇（2.90%）等，其中桉叶油醇具有樟脑样香气和清凉味道，4-萜烯醇具有暖的胡椒香、较淡的泥土香，α-松油醇具有樟脑气味、辛辣味。

2.2.5 发酵过程中酮类挥发性香气成分变化分析

图5 萝卜泡菜发酵过程中酮类物质相对含量的变化Fig.5 Changes of ketone relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图5可知，在0～9 d的发酵过程中，酮类物质相对含量由第0天的1.6%逐渐上升至第7天的4.69%后，又下降至最终的4.35%，呈先上升后下降趋势，这是由于酮类物质主要是由醇类物质氧化而成，在发酵中后期醇类物质氧化可能会受到抑制。在发酵过程中出现的酮类物质有3种：3,3-二甲基-2-丁酮（1.60%）、2-环己烯-1-酮（1.85%）、丙酮（1.77%），酮类多伴有果香味，其中3,3-二甲基-2-丁酮具有薄荷气味，丙酮有特殊香气，具辛辣甜味[23]。

2.2.6 发酵过程中酸类挥发性香气成分变化分析

图6 萝卜泡菜发酵过程中酸类物质相对含量的变化Fig.6 Changes of acid relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图6可知，在0～9 d的发酵过程中，酸类物质相对含量由第0天的0逐渐上升至第7天的6.65%后，又下降至最终的6.22%，呈先上升后下降趋势，这是由于在发酵初期乳酸发酵、醋酸发酵刚刚开始，酸类物质相对较少，随着发酵进行会产生大量的酸类物质。相对含量较高的物质为乙酸（1.35%）、丁酸（3.04%），这两种酸一方面可以在发酵过程中降低泡菜的pH，另一方面还可以改善泡菜的风味并增加酸味，并能与醇类反应生成酯类化合物，为泡菜的风味作出一定贡献。

2.2.7 发酵过程中烃类挥发性香气成分变化分析

图7 萝卜泡菜发酵过程中烃类物质相对含量的变化Fig.7 Changes of hydrocarbon relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图7可知，在0～9 d的发酵过程中，烃类物质的相对含量由第0天的0.74%逐渐上升至第7天的10.12%后，又下降至最终9.55%，呈先上升后下降趋势，这是由于在发酵后期乳酸发酵的产物种类较多，产物间可能会发生复杂的反应，生成各种烯烃类物质。烃类物质香气阈值较高，对泡菜的香气贡献不大。在发酵过程中相对含量较高的是3-蒈烯（6.88%）、3-右旋萜二烯（1.50%），其中3-右旋萜二烯具有似鲜花的清淡香气，对泡菜的香气有一定的贡献。

2.2.8 发酵过程中醛类挥发性香气成分变化分析

图8 萝卜泡菜发酵过程中醛类物质相对含量的变化Fig.8 Changes of aldehyde relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图8可知，在0～9 d的发酵过程中，醛类物质相对含量由第0天的0逐渐上升至第5天的3.36%后，又下降至最终2.55%，呈先上升后下降趋势，这是由于醛类物质一部分来源于脂肪酸的氧化，一部分来源于氨基酸的降解，在发酵的中后期，脂肪酸的氧化和氨基酸的降解可能会受到抑制。醛类物质阈值较低，能给泡菜带来清香和果香。在发酵过程中出现2种醛类物质：壬醛、癸醛，其中壬醛具有蜡香、柑橘香、脂肪香味，癸醛具有新鲜的油脂香，浓度低时则有果味香[24]。

2.2.9发酵过程中醚类挥发性香气成分变化分析

图9 萝卜泡菜发酵过程中醚类物质相对含量的变化Fig.9 Changes of ether relative contents in radish kimchi during fermentation process

由图9可知，在0～9 d的发酵过程中，醚类物质的相对含量由第1天的3.22%逐渐下降至第9天的0.62%，呈整体下降趋势，这可能是由于随着发酵进行，醚类物质发生了分解。在发酵过程中出现的醚类物质仅1种：4-烯丙基苯甲醚，其具有茴香和草香的香气。

3 结论

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术测定萝卜泡菜自然发酵过程中第0～9天的挥发性香气成分，共检测出包括酯类、含硫化合物、醇类、酮类、酸类等36种挥发性香气成分，在发酵过程中一直存在的挥发性香气成分有1-异硫代氰酸丁酯、异硫氰酸乙酯、异硫代氰酸己酯、二甲基二硫、二甲基三硫、芳樟醇等，随着发酵的进行，挥发性香气成分的种类数量随之增多，相对含量变化差异较大，酯类呈整体上升趋势，含硫化合物呈先下降后上升再下降趋势，醇类、酮类、酸类、烃类、醛类呈先上升后下降趋势，醚类呈整体下降趋势。