基于GC-MS法对比广西地区酸菜和酸笋风味的差异

郑文迪,关倩倩,刘长根,魏本良,熊世进,熊涛*

1(南昌大学，食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌, 330047)2(南昌大学 食品学院，江西 南昌, 330031)

广西壮族自治区位于中国西南部，独特的地理及气候环境使得当地人特别喜欢食用腌制的酸食[1]。酸菜和酸笋两种发酵蔬菜制品在当地食用尤为广泛。其中广西柳州酸笋还作为“螺蛳粉最重要的辅料”登上了央视美食纪录片舌尖上的中国。作为广西地区小吃的一种传统配料[2]，酸笋是一种典型的无盐发酵蔬菜，风味独特，呈一种特殊的发酵酸臭味，深受消费者的喜爱。广西传统酸笋做法简单，通常将新鲜竹笋切成笋块、笋丝或笋条后，用凉白开、泉水或淘米水直接浸泡，无需额外添加食盐及其他调味料，经过15～30 d发酵后，即可得到成熟的酸笋产品[3]。传统广西酸菜的制作相对酸笋更为复杂，芥菜晾晒脱水后放入开水中漂烫几秒，放入盐水或老泡菜水中，加入其他辅料，密封腌制发酵6～10 d后，即可得到成熟的酸菜成品。挥发性风味物质是研究发酵蔬菜独特气味的主要指标之一，国内外对于不同种类、不同地域制作的具有风味差异的发酵蔬菜研究较多，不同发酵蔬菜的风味物质种类各异，同种风味物质的含量也有所不同[4-5]。然而，目前关于广西地区酸菜和酸笋两种发酵蔬菜风味物质的研究报道却相对匮乏，尽管都是深受广西地区人民喜爱的传统发酵蔬菜制品，由于原料和制作工艺的差异，酸菜和酸笋风味截然不同，但是对于造成两种发酵蔬菜风味差异的具体挥发性化合物质却不得而知。

本研究主要采用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometer)对广西地区酸菜和酸笋中的挥发性风味组分进行比较和分析，对造成两类发酵蔬菜风味不同的物质来源和贡献进行进一步的分析和讨论，为广西地区酸菜和酸笋标准化生产提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酸菜和酸笋样品均取自广西省南宁、桂林、柳州、玉林。

NaOH(分析纯)，天津市大茂化学试剂厂；亚硝酸盐标准溶液，广东汕头市西陇化工厂；其他试剂均为国产分析纯或化学纯。

1.2 仪器与设备

Agilent 7820A-5977B GC-MS联用仪、DB-MAX毛细管柱(60 m×0.250 mm,0.15 μm)、HP-5MS毛细管柱(60 m×0.250 mm,0.25 μm)，美国Agilent公司；902-ULTS超低温冰箱，美国Thermo公司；精密pH计PHS-25C，上海精密仪器有限公司；TU-1901紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 pH值和总酸的测定

pH值使用精密pH计进行测定；酸度的测定参照GB/12456—2008《食品中总酸的测定》[6]。

1.3.2 盐度的测定

吸取10 mL的样品液体置于50 mL烧杯中，直接使用盐度计进行测定，重复测定3次，记录测定值。

1.3.3 亚硝酸盐含量的测定

参照GB 5009.33—2016《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中的盐酸萘乙二胺法[7]测定。

1.3.4 挥发性物质测定

1.3.4.1 样品前处理

将样品从-80℃冰箱中取出，室温解冻发酵液；发酵液分装至顶空瓶，样品量5～10 mL/瓶。

1.3.4.2 气相色谱-质谱条件

(1)酸菜气相色谱条件

载气为He，流速1.2 mL/min,样品通过HP-5MS(60 m×0.250 mm,0.25 μm)毛细管柱。升温程序：起始柱温40 ℃，保持3 min,以8 ℃/min的速率升到250 ℃，保持8 min，最后以20 ℃/min的速率升到270 ℃，保持1 min。不分流进样。

(2)酸菜质谱条件

电子电离(electron ionization，EI)源，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃，MS四级杆温度150 ℃，色谱-质谱接口温度270 ℃；扫描模式Scan，质量扫描范围m/z 30.00～500.00m/z。

(3)酸笋气相色谱条件

载气为He，流速0.96 mL/min,样品通过DB-MAX毛细管柱(60 m×0.250 mm,0.15 μm)样品分流进样，分流比10 ∶1，分流流量9.6 mL/min。升温程序：起始温度40 ℃，以3 ℃/min升到100 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min升到150 ℃，保持3 min，最后以10 ℃/min升到245 ℃，保持0 min。

(4)酸笋质谱条件

电子电离(EI)源，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃，MS四级杆温度,150 ℃，色谱-质谱接口温度225 ℃；扫描模式Scan，质量扫描范围(m/z)33～350m/z。

1.3.5 可挥发性成分的鉴定

待鉴定化合物的质谱与NIST14质谱库对比，记录得分最高的挥发性物质。

1.3.6 数据分析

理化性质重复测定3次，使用SPSS 9.0、SMICA 14.1、Origin 2018进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 酸菜和酸笋pH和总酸测定结果

10份酸菜和15份酸笋样品pH和总酸测定结果分别如图1-a、图1-b所示。酸菜pH值3.45～4.92，均值为3.96；酸笋pH值3.53～4.46，均值为4.12。尽管酸菜pH大部分低于酸笋，但两者相比差异不显著(P>0.05)；酸菜测定的总酸在3.95～10.31 g/L，平均值为7.18 g/L；酸笋测定总酸在5.39～17.74 g/L，平均值为10.62 g/L，总体来看，酸菜总酸相对较低，酸笋的总酸更高，且两者差异显著(P<0.05)。

酸笋中总酸略高于酸菜的原因可能是主导两类蔬菜发酵的优势微生物的种类和数量均不同。乌日娜等[8]发现,酸菜早期优势菌株为明串珠菌而后是嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和发酵乳杆菌，郑炯等[9]发现低盐腌制麻竹笋中优势菌种包括乳球菌属和魏斯氏菌属。刘春燕等[10]通过泡菜中强化接种食窦魏斯氏菌发现有机酸含量有不同程度提高。酸菜中前期乳酸菌较少，形成优势菌群时间较长。此外，发酵时间可能是引起两类发酵蔬菜酸度差异显著的另一原因。酸菜发酵时间短于酸笋，也会导致发酵过程中产酸量低于酸笋。

a-pH;b-总酸图1 酸菜和酸笋pH值和总酸Fig.1 Suncai and Suansun pH and acid titratable acid

2.2 盐度测定结果

酸菜和酸笋的盐度如图2所示。10份酸菜样品的盐度为14.5～33.9 g/L，平均值为21.2 g/L；15份酸笋样品的盐度为3.3～7.2 g/L，平均值为4.7 g/L。酸菜和酸笋的盐度差异极显著(P<0.05)，主要原因是广西酸菜制作过程中会加入食盐进行腌制，保证酸菜风味和品质，而酸笋的制作过程中无食盐添加，因此成熟酸笋盐度极低。

图2 酸菜和酸笋盐度Fig.2 Suancai and Suansun salinity

2.3 酸笋及酸菜中挥发性风味物质的检测

采用GC-MS技术检测10份酸菜样品和15份酸笋样品中的挥发性风味物质，检测出酸菜中共97种，酸笋中共86种。其中主要挥发性物质种类和数目如图3所示。酸菜中挥发性成分主要包括22种醇类(异戊醇、(S)-(+)-2-辛醇等)、18种酯类(乙酸丁酯、丁酸丁酯等)、4种异硫氰酸酯类(异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸仲丁酯等)、9种醛类(壬醛、癸醛等)、5种酮类(2-辛酮、4,6,8-三甲基-1-壬酮等)。醇类、酯类物质种类较多，这可能是酸菜清香风味的重要物质来源[11]；酸笋中挥发性成分主要包括18种胺类(二甲胺、异丙胺、仲丁胺等)、13种醇类(八甘醇、2-庚醇等)、7种酯类(甲酸乙烯酯、乙酸乙酯等)、2种醛类(乙醛、戊醛)、1种酮类。其中酸笋风味物质中对甲苯酚含量较高，为酸笋酸臭味的呈现做出最主要贡献。

侯爱香等[12]测定发酵芥菜共有32种挥发性成分，其中种类最多的为醇类物质。此结果与本研究所测广西10份酸菜样品中挥发性成分和种类略有不同，可能原因是两者地理位置、温度等环境因素有差异，以及原料来源和制作工艺上不同。ZHNEG等[13]通过GC/MS/O技术在发酵竹笋中检测出52种挥发性成分，其中醇类物质种类最多，可能原因是竹笋种类和制作工艺不同。

图3 酸菜和酸笋主要挥发性物质数量Fig.3 Number of main volatile substances in Suancai and Suansun

2.4 酸菜和酸笋挥发性成分的PCA分析

根据GC-MS鉴定出10份酸菜样品(SC1～SC10)中的97种挥发性风味物质和15份酸笋样品(LZ16、LZ15、LZ14、LZ13、LZ12、LZ11、LZ7、LZ5、GL1、GL4、GL7、GL11、NN3、NN4、 NN5)中的88种挥发性风味物质，对25份样品进行PCA分析，结果如图4-a所示，对酸菜和酸笋进行分析，同一类发酵蔬菜聚类明显，不同类之间差异显著。由图4-b可知，PCA图可以对酸菜和酸笋之间的风味物质进行多维的比较，根据得分图中不同挥发性成分之间的距离，可以判断两者挥发性风味物质的差异程度，根据载荷图中不同化合物与原点之间距离和正负确定其与各个主成分之间的相关性，因其还有含量(相对峰面积，%)(由仪器自带数据库分析得出，以每种样品的峰面积与该组数据中物质最大峰面积比值所得)的相关数据，所以进一步可以判断出不同样品挥发性成分含量的差异程度[14]。图4-a、图4-b可以较好区分酸菜和酸笋的风味种类和含量的差异。

a-酸笋和酸菜得分图;b-挥发性物质载荷图图4 酸菜和酸笋得分图和化合物的载荷图Fig.4 PCA scores and PCA loadings of different volatile substances

2.5 酯类

酯类物质是发酵蔬菜呈现香味的主要特征性风味之一。传统酸菜酸香味醇，酸笋香味较淡。10份酸菜样品中共检测出18种酯类物质，其中含量(相对峰面积,%)较高的酯类物质有：丙酸乙酯、乙酸丙酯和乙酸丁酯等，其中丙酸乙酯具有强烈的菠萝香气，香甜爽口。乙酸丁酯、丁酸丁酯等酯类对酸菜醇香气味的产生有一定的贡献。15份酸笋样品中酯类物质种类较少，且含量均较低，对酸笋本身呈现的刺激性气味影响较小，符合其本身呈现的风味。乙酸乙酯在13份酸笋样品中的含量(相对峰面积,%)均较低(0.89%～9.19%)，对酸笋的呈味影响不明显。

2.6 醇类

醇类物质具有令人愉悦的香气，但其气味阈值较大，对发酵蔬菜特征性气味的影响不明显。成熟酸菜中醇类物质种类最多，10份酸菜样品中均鉴定出醇类物质。沈月新[15]的研究表明，醇类物质主要来源于原材料本身和发酵过程中氨基酸的降解，以及某些微生物的代谢作用。10份酸菜样品中含量(相对峰面积，%)最高、分布最广的醇类物质为(S)-(+)-2-辛醇，有特殊的香味；其次为异戊醇具有杂气息和辣的味道，并带有醇香、醚香、香焦香。酸笋中检测出13种醇类物质，在15份样品中分布较为分散，且含量均较低。八乙二醇存在于13份酸笋样品中，含量(相对峰面积，%)在0.94%～28.31%，在所有醇类物质中含量最高；异戊醇含量较低，对酸笋的风味影响甚微。

2.7 醛类

大部分的醛类物质的气味阈值均较低，对酸菜和酸笋风味的形成具有较为重要的影响。酸菜中的9种醛类物质分别为，正庚醛、反-2-庚烯醛、反-2-壬烯醛、正壬醛、癸醛、反-2-辛烯醛、3-羟基丁醛、β-环柠檬醛、苯甲醛。大部分醛类物质可以赋予酸菜清香、果香和坚果香[16]。15份酸笋中只检测出两种醛类物质分别为乙醛和戊醛。乙醛具有强烈的刺激性气味，但含量(相对峰面积，%)只有0.17%，含量较低，对风味的影响不够显著；戊醛气味阈值高而含量(相对峰面积，%)较低(0.01%)，对风味贡献小。

2.8 异硫氰酸酯类、胺类和对甲苯酚

异硫氰酸酯类被认为是十字花科植物及其发酵成品特有的风味物质，具有芳香味[17-18]，是酸菜风味特有挥发性成分组成。10份广西酸菜原材料均为芥菜，属十字花科，在腌制过程中，由于硫苷降解，生成多种异硫氰酸酯类物质[19-21]。10份酸菜样品中检测出的有异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸仲丁酯、异硫氰酸3-丁烯酯和2-苯基乙基异硫氰酸酯4种物质。其中异硫氰酸烯丙酯含量(相对峰面积，%)最高(100%～108.93%)，具有强烈的辛辣味道，与其他物质共同作用，为酸菜的独特风味提供了重要贡献。

在15份酸笋样品中共检测出18种胺类物质，仲丁胺在14份样品中均有检出，含量(相对峰面积)较低(0.01%～3.35%)；其次为二甲胺，在12份样品中均有测出，但含量(相对峰面积)较低(0.06%～1.17%)，GYSEL等[22]发现二甲胺是与臭味相关的物质，呈现氨味及烂鱼味，为酸笋的酸臭味呈现一定的贡献。虽然酸笋中胺类物质测出种类较多，但是只有6种胺类物质在超过7份样品中检测出，其余胺类物质只存在于1～3份样品中，且含量极低，对风味的呈现贡献较小。郭荣灿等[23]没有检测出胺类物质，一方面可能是GC-MS检测条件不同，另一方面可能是酸笋原材料品种不同。

酸笋中含量最高对酸臭味贡献最大的物质为对甲苯酚，14份样品中有检出，且含量(相对峰面积,%)较高，范围在62.35%～100%。对甲苯酚阈值较低，只有55 μg/kg，对酸笋风味影响较大。现有研究大部分认为对甲苯酚是酸笋最主要的呈味物质。对甲苯酚具有一些刺激性气味，焦皮臭、动物臭[24]，与其他风味物质共同作用，呈现了发酵酸笋强烈的刺激性气味。朱照华[25]研究表明，竹笋原材料中含有大量的酪氨酸，在发酵过程中酪氨酸大量降解，则酪氨酸有极大可能性转化为对甲苯酚，成为影响酸笋风味的重要挥发性物质。

3 结论

本文以广西地区10份发酵成熟的酸菜和15份酸笋为研究对象，采用气相色谱-质谱连用仪测定其挥发性成分，其中酸菜中共检测出97种，酸笋86种。酸菜中主要挥发性物质种类依次醇类22种、酯类18种、醛类9种，异硫氰酸酯类对于风味贡献最大；酸笋中主要挥发性物质依次为胺类18种、醇类13种、酯类7种，对甲苯酚对于风味影响较大。PCA结果表明，两类发酵蔬菜在挥发性物质的种类和含量(相对峰面积)上差异显著。此外，酸菜和酸笋的理化性质也具有明显的差异，酸菜pH平均值为3.96，可滴定酸度平均值为7.18 g/L，盐度平均值为21.24 g/L；酸笋pH平均值为4.12，可滴定酸度平均值为10.63 g/L，盐度平均值为4.66 g/L。本研究对比了广西地区酸菜和酸笋具体挥发性化合物质，明确了产生两者风味差异显著的具体风味物质，并测定了两类发酵蔬菜的理化指标，为广西地区酸菜和酸笋的标准化生产提供了一定的理论依据。