不同腌制方式对白姜挥发性风味物质的影响

纵凯莉，王大全，杨剑婷*

（安徽科技学院 食品工程学院，安徽 滁州 233100）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）属于姜科（Zingiberaceae）开花植物，其包括姜黄、小豆蔻和高良姜等，属药食同源。姜中富含活性成分，具有抗癌[1-3]、抗炎[4]、降脂降糖[5-6]和抗氧化[7-8]作用。铜陵白姜是地理标志性产品，以“块大皮薄，汁多渣少，肉质脆嫩，香味浓郁”久负盛名[9]，但由于其含水量高难以储存。为满足消费者在非收获期的需求，一般通过腌制进行储存。

目前，有关生姜腌制的研究已有相关报道，何英东等[10]利用果胶甲酯酶对低盐腌渍仔姜进行保脆处理，提高了其脆性；郭东菊[11]研究了低盐姜片，并确定其最佳工艺条件，为姜类产品的开发提供了新的思路。但有关接种腌制技术应用到白姜生产的研究鲜有报道。在盐腌过程中，主要分成干腌和湿腌两种技术，在传统的腌制过程中，以家庭式生产为主。在自然腌制过程中，容易出现杂菌污染，腌制发酵周期长等问题，限制了腌制生产产业化、规范化的进程[12]。研究表明，接种腌制能缩短发酵周期、降低亚硝酸盐的含量[13]。当前，在工业化腌制生产中，使用和研究最广泛的为植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum），其发酵以产生乳酸为主要成分，在发酵的中后期占主导地位[12]。腌制蔬菜经过发酵后，原料和环境因素的存在可以促进腌菜的风味。挥发性风味物质是构成食品风味的一个关键要素，通常人们对食品的喜爱程度在很大程度上取决于挥发性风味物质[14]。电子鼻和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（head space-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）是分析挥发性风味物质的常用方法，然而，关于腌制白姜风味的研究鲜有报道。因此，研究不同腌制方式对白姜挥发性风味物质的影响具有重要的意义。

本研究以未处理白姜样品为对照，通过自然干腌、自然湿腌和接种湿腌三种方法腌制白姜，通过电子鼻、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术分析四种白姜样品的挥发性风味物质，结合层次聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）和主成分分析（principal componentanalysis，PCA）探究其挥发性风味物质含量差异，并进行感官评价，旨在为白姜产品的开发利用提供新思路，为风味独特的白姜新产品的开发奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

铜陵白姜：铜陵市铜陵白姜种植基地；食盐（食品级）：市售；植物乳杆菌粉（1.0×1010CFU/g）：西安聚生源生物科技有限公司；NaCl（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；3-己酮（色谱纯）：上海赛可锐生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

PEN3电子鼻：德国AIRSENSE公司；8890-7000D Agilent气相色谱-质谱联用仪、DB-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理

参照TANG Y等[15-16]的方法进行白姜腌制，并做适当修改。选择色泽正、无机械破损、无病虫害的白姜清洗干净、自然晾干，切成8 mm厚的小块，备用。以未处理的新鲜白姜样品为对照，分别对其进行自然干腌、自然湿腌和接种湿腌三种处理。自然干腌：将白姜风干至水分含量约为80 g/100 g。将脱水的白姜与干盐按质量比5∶1混合，密封的容器中25 ℃腌制14 d；自然湿腌：将白姜与8%盐水以1∶1的比例混合，进行自然发酵，25 ℃密封腌制14 d；接种湿腌：将白姜与8%盐水以1∶1的比例混合，加入白姜质量2.2%的植物乳杆菌粉，25 ℃密封腌制14 d。

1.3.2 挥发性风味物质的测定

HS-SPME萃取条件：准确称取1.0 g样品于顶空瓶中，加入饱和NaCl溶液，10 μL 50 μg/mL 3-己酮（内标溶液）。在60 ℃的恒温条件下，振荡5 min，将120 μm DVB/CWR/PDMS萃取头插入样品顶空瓶，顶空萃取15 min，于250 ℃下解吸5 min，然后进行GC-MS分析。在采样之前，将萃取头置Fiber Conditioning Station中250 ℃下老化5 min。

GC条件：DB-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），载气为高纯氦气（He）（纯度＞99.999%），恒流流速1.2mL/min，进样口温度250 ℃，不分流进样，溶剂滞后3.5 min。程序升温为初始温度40 ℃保持3.5 min，以10 ℃/min升至100 ℃，再以7 ℃/min升至180 ℃，最后以25 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。

MS条件：电子电离（electron ionization，EI）源，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，质谱接口温度280 ℃，电子能量70 eV，扫描方式为选择离子监测模式（selected ion monitoring，SIM），定性定量离子精准扫描。

定性定量分析：白姜挥发性风味成分检测数据处理由安捷伦Qualitative Analysis软件完成，在美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）质谱数据库检索对比，根据匹配度和保留时间定性。采用内标法进行半定量。

1.3.3 电子鼻传感器检测

配备10种金属氧化物半导体检测装置（W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S），其性能描述见表1。将1 g样品放在瓶子里，盖上聚四氟乙烯硅塞，30 min后，将电子鼻探针插入瓶子，捕获顶部空气并确定存在的挥发性物质。电子鼻设置为以下参数：测试时间60 s，清洗时间60 s，内流量600 mL/min，采样流量600 mL/min。

表1 电子鼻传感器性能描述Table 1 Performance description of electronic nose sensors

1.3.4 感官评价

由10名（女6名，男4名）食品专家组成，在进行感官评价前，按照本实验的目的、感官评价的要求和标准，对评价小组进行训练，从色泽、气味、质地和滋味的整体可接受性对白姜进行评价，满分为100分，白姜的感官评价标准见表2。

表2 白姜的感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of white ginger

1.3.5 数据分析

采用SPSS 25.0统计软件对实验数据进行显著性分析，采用Origin 2023软件绘图，运用Winmuster软件进行主成分分析；挥发性风味物质中香气特征的数据来自：The Good Scents Company Information System[17]。

2 结果与分析

2.1 不同处理白姜中挥发性风味物质分析

不同处理组白姜样品中挥发性风味物质组成及含量见表3。由表3可知，在对照组和3个处理组（自然干腌、自然湿腌和接种湿腌）样品中，共检测出53种挥发性风味化合物，对照组、自然干腌、自然湿腌和接种湿腌处理组4个样品中分别检出45种、47种、48种和50种挥发性风味物质。

表3 不同处理组白姜样品中挥发性风味物质组成及含量Table 3 Composition and contents of volatile flavor substances in white ginger samples with different treatments

由表3可知，在对照组和3个实验组（自然干腌、自然湿腌和接种湿腌）样品中，共检测出53种挥发性风味化合物，其中，萜烯类29种，酯类9种，酮类4种，醇类5种，醛类4种，含硫化合物2种。4个白姜样品中萜烯类化合物种类最多，对照组、自然干腌、自然湿腌和接种湿腌处理组白姜中分别检测出29、29、28和28种萜烯类化合物。萜烯类是生姜中挥发性风味物质最多的种类，其含量也最高，这与LUO S等[18]研究生姜中挥发性风味物质的结果一致。对照组、自然干腌、自然湿腌和接种湿腌组样品中萜烯类化合物含量分别为14.524 mg/g、11.871 mg/g、12.002 mg/g和14.168 mg/g，其在接种湿腌样品中含量较高。萜烯类化合物中含量最高的为姜烯，具有辛辣鲜味，辛辣鲜味作为生姜中独特的风味，在新鲜白姜（对照组）中含量最高，为3.253 mg/g。腌制后姜烯含量下降，表明辛辣味降低，其分别在自然干腌、自然湿腌和接种湿腌组样品中含量分别为2.664 mg/g、2.705 mg/g、3.220 mg/g。此外，4个样品中均检测出高级芳香型萜烯类物质，α-姜黄烯、α-蒎烯、β-倍半水芹烯和α-法呢烯具有令人愉悦的生姜独特气味。而β-没药烯在自然湿腌和接种湿腌样品中并未检出。

4个白姜样品中酯类化合物种类次之，在对照组、3个实验组（自然干腌、自然湿腌和接种湿腌）样品中分别检测出6、7、8和9种酯类化合物，对照组、自然干腌、自然湿腌和接种湿腌组样品中酯类物质含量分别为0.191 mg/g、0.210 mg/g、0.278 mg/g和0.239 mg/g。3种腌制方式中，自然干腌白姜的酯类化合物数量及含量均最低，接种湿腌白姜的酯类化合物数量最高，自然湿腌白姜的酯类化合物含量最高。酯类化合物主要呈现出花香和果香等香气成分，其中乙酸香茅酯可赋予姜酯香气味，对腌制姜风味的形成具有重要作用[16]。乙酸香茅酯在自然湿腌白姜中含量最高（0.065 mg/g），这可能由于自然湿腌环境中杂菌较多，导致腌制过程一些酯类物质会在微生物的作用下通过酯化反应而形成[19]。除此之外，异戊酸己酯在自然湿腌中含量也最高，为0.38 mg/g，该物质主要呈现成熟糯梨的香味。苯甲酸苄酯仅在接种湿腌白姜中出现（0.001 mg/g），带有香脂和水果的香气。

对照组、自然干腌、自然湿腌和接种湿腌白姜样品中分别检出4、4、5和4种醇类化合物，其含量分别为0.118 mg/g、0.143 mg/g、0.446 mg/g和0.218 mg/g。腌制后生姜样品中醇类物质含量均上升，自然湿腌的醇类物质含量最高，这有可能是因为在自然湿腌中存在着大量的杂菌，并且发酵启动缓慢，酵母菌等杂菌更倾向于生长，更容易产生醇类，导致醇类的积累也比较多；相比自然湿腌，接种湿腌发酵启动快，醇类消耗快，优势菌会对酵母菌等杂菌的生长产生抑制作用，因此接种湿腌白姜的醇类含量会比较低[20]。醇类物质具有花香、清香等气味，当其在白姜中的含量较低时，对白姜的风味影响也较小。其中4个样品中主要的醇类风味物质为2-丁基-2-辛醇，具有水果香气[17]。

对照组、3个实验组（自然干腌、自然湿腌和接种湿腌）白姜样品中分别检出3、3、3、4种醛类化合物，2、2、2、3种酮类化合物，其中酮类含量分别为0.138 mg/g、0.105 mg/g、0.089 mg/g、0.190 mg/g，醛类含量分别为0.122 mg/g、0.130 mg/g、0.139 mg/g和0.162 mg/g。接种湿腌白姜样品中醛类和酮类种类及风味化合物总含量最高，其原因可能是，在发酵过程中，乳酸菌的代谢较为活跃，对其他类型微生物的生长繁殖及代谢产生了抑制作用，从而产生的中间产物，如醛类和酮类。酮类化合物中主要呈现花香和果香等，醛类化合物中主要呈现出花香，可能对腌制白姜的风味产生影响[17]。此外，本研究中还检测出2种含硫化合物，其总含量在对照组、自然干腌、自然湿腌和接种湿腌组白姜样品中分别为0.021 mg/g、0.032 mg/g、0.036 mg/g和0.042 mg/g，并有研究表明，含硫化合物也是发酵蔬菜的特征香气成分之一[21]。

2.2 挥发性风味物质的层次聚类分析

为了更直观、清楚地认识到对照组及处理组白姜中挥发性风味物质含量的差异，对4组样品中检测出的53种挥发性风味物质的含量进行层次聚类分析（HCA），使用ChiPlot软件来绘制热图，结果见图1。

图1 不同处理组白姜样品中挥发性风味物质的层次聚类分析热图Fig.1 Heat map of hierarchical cluster analysis of volatile flavor substances in different groups of white ginger samples

由图1可知，自然湿腌和自然干腌白姜样品被分在同一支上，表示其挥发性风味物质相近[24]，这与两者具有相近的萜烯类物质有关。对照组与其他处理组没在相同的分支上，说明对照组的挥发性风味物质分布不同于3种腌制的白姜样品。对照组白姜样品中月桂烯、萜品油烯、δ-榄香烯、（+）-香橙烯、水芹烯和愈创木烯含量明显高于3种腌制的白姜，由此可知，腌制后白姜原本的辛辣味降低。接种湿腌白姜样品与对照组、自然干腌白姜样品挥发性风味较为接近，但与其不在同一支，表明接种湿腌能产生独特的风味，同时也不丢失白姜本身的风味。

2.3 电子鼻检测结果

雷达图被广泛地使用，它可以显示出传感器阵列对采样信号的反应，并且可以显示出整体与个别的信号强度的差别[22-23]。当响应值越大，表明其传感器所对应组成的浓度也越高。依次对不同白姜样品进行电子鼻识别，从而得到相应的响应雷达图，结果见图2。由图2可知，对气味响应相对敏感的传感器有W1W、W2W、W5S和W1S，说明白姜中的硫化氢、有机硫化物、芳香成分、氮氧化合物和碳氢化合物含量较高。经过显著性分析结果显示，腌制后的白姜与对照组相比，W2W传感器响应值降低，而其他传感器的响应值均上升。其中，接种湿腌白姜样品硫化氢、芳香成分、碳氢化合物等含量较高。

图2 不同处理组白姜样品的电子鼻分析雷达图Fig.2 Radar plot of electronic nose analysis of different groups of white ginger samples

基于电子鼻分析结果对不同处理组白姜样品进行主成分分析，结果见图3。由图3可知，第一主成分和第二主成分的方差贡献率分别为68.13%和31.16%，累计方差贡献率达到了99.29%，能较好的反映出样品的信息[25]。不同样品的位置比较分散，并不重叠，在气味上有很大的差异。对照组与三个处理组白姜样品距离相差较大，也进一步证明对照组与其他处理组具有明显差异。这与HS-SPME-GC-MS的结果一致。

图3 基于电子鼻分析结果不同处理组白姜样品的主成分分析结果Fig.3 Principal component analysis results of different groups of white ginger samples based on electronic nose analysis results

2.4 感官评价

不同方式腌制的白姜感官评价结果见表4。由表4可知，接种湿腌白姜样品的感官评分总分最高为83.3分，从色泽、气味、质地、滋味4个方面看，接种湿腌白姜的评分分别为17.9分、22.1分、21.4分和21.9分，因此接种湿腌的白姜感官品质最好。

表4 白姜的感官评价结果Table 4 Sensory evaluation results of white ginger

3 结论

通过HS-SPME-GC-MS从四组白姜样品中共鉴定出53种挥发性风味物质。包括29种萜烯类、9种酯类、4种酮类、5种醇类、4种醛类及2种含硫化合物。其中，接种湿腌处理组的挥发性风味化合物数量最多，为50种，其主要挥发性风味化合物主要为萜烯类和酯类。电子鼻结果表明，3个处理组样品中硫化氢、有机硫化物、芳香成分等含量较高。HCA及PCA表明，对照组与处理组样品挥发性风味物质差异较大，接种湿腌能使白姜样品产生独特风味，感官评分最高（83.3分）。本研究为采用接种湿法腌制工艺改善白姜品质奠定了基础。