大头菜腌制过程中挥发性香味物质变化分析

邓 静，李萍萍*

(四川理工学院生物工程学院，四川 自贡 643000)

摘 要：采用固相微萃取与气相色谱-质谱联用法研究大头菜发酵过程中挥发性化合物的变化。从新鲜大头菜、腌制30d和90d的大头菜中共检测出33种挥发性风味物质，包括酯类、酸类、醇类、醛类、烷烃类、腈类及含氮类7类化合物。酯类物质所占比例最高，其次是酸类。腌制过程中，酯类、酸类、醇类、烷烃类及含氮类组分的种类逐渐增加，醛类组分种类逐渐减少。新鲜大头菜中含有的具有辛辣味的异硫氰酸烯丙酯、2-苯乙基异硫氰酸酯在腌制过程中被降解，含量逐渐降低；对成熟大头菜风味具有重要贡献的酯类在腌制后期逐渐生成，含量逐渐增加；作为酯类合成的底物，酸类与醇类随着乳酸与酒精发酵含量逐渐增加。初步认为棕榈酸乙酯、亚麻酸乙酯、棕榈酸甲酯、亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯、亚油酸乙酯、苯甲酸是大头菜主要的风味物质。

关键词：大头菜(Brassica juncea L.)；挥发性风味物质；固相微萃取；气相色谱-质谱联用

Changes in Volatiles during Pickling of Root Mustard (Brassica juncea Coss. var. megarrhiza Tsen et Lee)

DENG Jing，LI Ping-ping*

(College of Bioengineering, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong 643000, China)

Abstract：The volatile flavor compounds of pickled root mustard (Brassica juncea Coss. var. megarrhiza Tsen et Lee) were extracted by solid phase microextraction (SPME) and analyzed by gas chromatograph-mass spectrometry (GC-MS). A total of 33 volatile compounds, including esters, acids, alcohols, aldehydes, alkanes, nitriles and nitrogenous compounds were identified in fresh, 30 d and 90 d pickled root mustards. Esters were the most abundant of these compounds followed by acids. During the pickling period, the number of esters, acids, alcohols, alkanes and nitrogenous compounds increased, whereas the number of aldehydes decreased. In addition, allyl isothiocyanate and 2-phenethyl isothiocyanate responsible for the pungent flavor were degraded. The esters making important contributions to flavor development were formed at the late stage of pickling. Acids and alcohols were accumulated as a result of lactic acid and alcohol fermentation. Ethyl palmitate, ethyl linolenate, methyl palmitate, methyl linolenate, linoleic acid methyl ester, linoleic acid ethyl ester and benzenecarboxylic acid were primarily identified as the main flavor compounds in root mustard.

Key words：root mustard；volatile compounds；solid phase microextraction (SPME)；gas chromatograph-mass spectrometry (GC-MS)

中图分类号：TS264.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)24-0225-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201324047

大头菜(Brassica juncea Coss. var. megarrhiza Tsen et Lee)，学名“芥菜”，是芥菜的一个变种，系根菜类。它质地紧密、水分少、纤维多，有强烈的芥辣味并稍带苦味，不宜生吃；它含有丰富的维生素和大量的微量元素、糖类、蛋白质等[1]。腌制大头菜一般经选料、初晒、拌料、复晒、加料、密封和腌制等工序加工而成，一般经60～90d发酵后成熟。新鲜大头菜中具有特殊风味和辛辣味的异硫氰酸酯类较多，可能是因为硫代葡萄糖苷是十字花科蔬菜所特有的物质，其经芥子酶降解为葡萄糖、硫酸氢根离子及配糖体，因降解条件的不同，配糖体可降解为硫氰酸酯、异硫氰酸酯。腌制成熟的大头菜呈黄褐色，甘咸适中、香而微酸、酱香浓郁、脆嫩可口。加工后的大头菜只有原质量的四成左右，且存放越久气味越香。

固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)简便、快速、无溶剂，可直接与气相色谱-质谱(gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS)联用，集采样、萃取、浓缩、进样于一体[2-4]在食品挥发性成分分析中有较好的效果，是一种极为有效的样品处理方法[5]。目前，已有很多学者采用固相微萃取技术萃取豆瓣酱、辣椒、稀奶油、菜籽油、大葱和农禽肉食、植物种子食品、水产品等的挥发性成分[6-13]。

目前，对于大头菜的研究主要集中在对腌制过程中乳酸菌的分离鉴定[14]、大头菜腌制工艺的改变及风味物质的分析[15-17]，但在风味物质萃取方法上，尚无固相微萃取法的应用。本研究跟踪四川某厂大头菜腌制过程，采用固相微萃取与气相色谱-质谱联用法研究大头菜腌制过程中风味物质的变化，为优化生产工艺、控制及改善大头菜的风味提供分析参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜大头菜(X1)、腌制30d大头菜(X2)和腌制90d大头菜(X3)取自四川某大头菜生产厂。

1.2 仪器与设备

固相微萃取装置(配有50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头)、15mL顶空钳口样品瓶 美国Supelco公司；AM-3250C磁力搅拌器 天津奥特赛恩斯仪器有限公司；6890-5975气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

取6g大头菜，剪碎，放入15mL顶空样品瓶中。于70℃水浴中平衡5min后，将老化后的100μm PDMS萃取头插入样品瓶顶空部分进行萃取。顶空吸附30min后，将萃取头取出并插入GC进样口，同时启动仪器采集数据，解吸3min。

1.3.2 色谱条件

色谱柱：HP-5MS(30m×0.5mm，25μm)；升温程序：起始温度40℃，保持1min，然后以5℃/min的速率升温到130℃，再以8℃/min的速率升温到200℃，最后以12℃/min的速率升温到250℃，保留7min；汽化室温度250℃；载气为He；流速0.8mL/min。

1.3.3 质谱条件

电子电离源(electron ionization，EI)；质谱接口温度280℃；离子源温度230℃；电子能量70eV；扫描质量范围m/z 40～500。

1.3.4 数据处理

实验数据处理由GC-MS数据分析软件系统完成，未知化合物经计算机检索，同时与NSIT谱库和RTLPEST谱库相匹配。

2 结果与分析

2.1 不同腌制时间大头菜挥发性成分总离子流图

采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用分别对新鲜大头菜(X1)、腌制30d(X2)和90d的大头菜(X3)中挥发性成分进行分析，得到样品的总离子流，如图1所示。

图 1 新鲜大头菜(A)、腌制30d(B)和腌制90d(C)大头菜的总离子流图

Fig.1 Total ion chromatograms of volatile compounds in fresh (A),
30 d (B) and 90 d (C) pickled root mustards

2.2 GC-MS鉴定大头菜挥发性成分

对总离子流图中各峰进行数据分析，新鲜、腌制30d和90d的大头菜中挥发性风味成分及相对含量见表1，各类挥发性物质相对含量和香气种类的分析见图2。

图 2 大头菜腌制过程中挥发性物质相对含量(A)和种类(B)

Fig.2 Total amount of each group of volatile compounds in pickled root mustard

表 1 大头菜腌制过程中挥发性香气成分分析

Table 1 Relative contents of volatile compounds in pickled root mustard

由表1及图2可见，从3个样品中共检测出33种挥发性风味物质，包括酯类、酸类、醇类、醛类、烷烃类、腈类及含氮类化合物。酯类物质所占比例最高，其次是酸类。棕榈酸乙酯、亚麻酸乙酯、棕榈酸甲酯、亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯、亚油酸乙酯、苯甲酸是大头菜主要的风味物质。

X1中检测出10种挥发性物质，其中酸类化合物2个、酯类化合物4个、醛类化合物3个、腈类化合物1个，主要香气成分为2-苯乙基异硫氰酸酯(57.12%)、异硫氰酸烯丙酯(24.39%)、苯丙腈(8.41%)、棕榈酸(1.89%)、壬醛(1.39%)等。

X2中检测出12种挥发性物质，其中酸类化合物3个、酯类化合物4个、醇类化合物1个、醛类化合物2个、含氮化合物2个，主要香气成分为2-苯乙基异硫氰酸酯(74.01%)、棕榈酸(5.14%)、异硫氰酸烯丙酯(1.07%)、
14-甲基十五烷酸甲酯(1.04%)等。

X3中检测出23种挥发性物质，其中酸类化合物6个、酯类化合物9个、醇类化合物3个、腈类化合物1个、烷烃类化合物1个、含氮化合物3个，主要香气成分为苯甲酸(18.02%)、棕榈酸乙酯(15.50%)、亚麻酸乙酯(14.27%)、棕榈酸(13.37%)等。

2.3 大头菜腌制过程中挥发性成分分析

2.3.1 酯类化合物

酯类物质是食品香气的主体成分，赋予食品甜香、果香，其形成途径有两条，一是在发酵过程中由酵母酶催化生成；二是由有机酸和醇类通过非酶催化的酯化反应生成。新鲜大头菜中酯类物质共有4种，含量为82.84%，2-苯乙基异硫氰酸酯(57.12%)、异硫氰酸烯丙酯(24.39%)是新鲜大头菜香气的主要成分，腌制90d后含量分别降为1.07%、0%。异硫氰酸烯丙酯和异硫氰酸酯及其类似化合物组成十字花科植物的辛辣风味物质即芥子油[18-20]，腌制过程中可能被体系中的酶或微生物分解，用于后期某些香味物质的合成[21]。腌制90d大头菜中，酯类物质为9种，其含量与新鲜大头菜相比降低了42.80%，主要由
2-苯乙基异硫氰酸酯和异硫氰酸烯丙酯含量的降低引起；亚麻酸乙酯、亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯、亚油酸乙酯、硬脂酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯是后期新合成的物质(增幅为19.35%)；棕榈酸乙酯、棕榈酸甲酯含量在后熟期增加(增幅为18.29%)。棕榈酸乙酯有特殊的微弱腊样气味，亚油酸乙酯有特殊的类似腊肠的气味和轻微的涩味，肉豆蔻酸乙酯有近似鸢尾香气，亚麻酸乙酯、棕榈酸甲酯都是大分子质量的不饱和单羧酸与低级的脂肪醇所形成的酯类，这些酯都具有各种愉快的水果香气，对大头菜的香气具有重要的贡献，可初步视为腌制大头菜的主要挥发性芳香成分。

2.3.2 酸类化合物

酸类物质是合成酯类化合物的前体物质之一，可由微生物发酵及化学反应产生，如长链脂肪酸可直接来源于原料的酶解，低级酸类主要由微生物代谢或氨基酸降解后经氧化或还原作用产生，也可能由饱和脂肪酸本身氧化降解产生。由表1及图2可知，酸类化合物的种类和相对含量随腌制时间的延长逐渐增加。新鲜大头菜中检测出2种，分别为棕榈酸(1.89%)、肉豆蔻酸(0.42%)，相对含量较低。腌制30d大头菜中检测出3种，其含量为6.88%，与新鲜大头菜相比较，棕榈酸含量增加了3.25%，肉豆蔻酸含量增加了0.35%。腌制90d大头菜中检测出6种，含量上升为48.71%，主要由苯甲酸、棕榈酸、二苯甲酰-L-酒石酸酐、2-氯亚油酸等风味物质的变化引起，这些酸大多是在后熟期产生或大量增加的。苯甲酸具有芳香性，是简单的芳香族羧酸，可与醇反应生成酯，同时也是一种重要的酸型食品防腐剂，可初步视为腌制大头菜的主要挥发性芳香成分。

2.3.3 醇类化合物

醇类物质主要是由酵母菌发酵产生，虽然其阈值较高，但与香气的组成关系密切，且能与有机酸形成酯类，故醇类物质的存在对赋予产品醇香和促进脂肪酸酯化的作用是显著的。在腌制过程中，种类和相对含量逐渐增加。新鲜大头菜中无醇类化合物。腌制30d大头菜中仅检测出1种苯乙醇，含量为0.25%，可能是苯丙氨酸经过一系列的降解还原产生，即先经过降解生成醛，再还原成醇。苯乙醇具有玫瑰丁香花香气，有先苦后甜的桃子样味道，在腌制后期被分解利用。腌制90d大头菜中含有3种，且都生成于腌制后期，含量为4.42%，9,12,15-十八碳三烯-1-醇含量最为突出，苯甲醇和3-甲基-2-硝基丙醇次之。苯甲醇有微弱的芳香味，有时在久置后，会因为氧化而微带苯甲醛苦杏仁气息。

2.3.4 醛类化合物

醛类物质的阈值较低，给予清香、果香和坚果香的芳香特质[22]。癸醛具有柑橘香气，壬醛则具有蜜蜡花香气。直链的脂肪醛可能是来自脂肪酸的氧化降解，芳香醛则可能是来自氨基酸的Strecker降解。新鲜大头菜中检测出3种醛类化合物，分别为壬醛(1.39%)、5,9,13-三甲基十四醛(0.96%)、2-硝基,3-乙基丙醛(0.50%)，总相对含量为2.85%，这些物质只存在于新鲜大头菜。腌制30d大头菜中检测出2种，分别为癸醛(0.56%)、己醛(0.45%)，含量比新鲜大头菜的降低了1.84%。腌制90d大头菜中未检测出，可能是由于醛类化合物与醇类发生反应被消耗利用。醛类化合物具有的香气使得大头菜的风味更加复杂化。

2.3.5 含氮类化合物

含氮类化合物主要是由蛋白质或氨基酸热分解、糖与蛋白质或氨基酸的Maillard反应所形成[23]。新鲜大头菜中无含氮化合物。随着发酵的进行，含氮化合物慢慢的积累增加，腌制30d大头菜中检测出2种，含量为2.27%，随着腌制时间的延长其含量逐渐降低。腌制90d大头菜中检测出3种，含量为1.80%，比腌制30d大头菜的降低了0.47%。但因其风味阈值很低，对大头菜的整体风味贡献还是很大的。

2.3.6 腈类化合物

硫代葡萄糖苷经芥子酶降解生成的配糖体可降解为硫氰酸酯、异硫氰酸酯或脱去硫原子形成腈[24-25]，宋廷宇等[26]曾利用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用对薹菜风味物质进行分析，得出苯丙腈是薹菜风味物质主要组成之一。整个腌制过程中只检测出1种腈类化合物，即苯丙腈，是新鲜大头菜的主要香气成分之一。在腌制过程中被分解，腌制90d大头菜中含量由新鲜大头菜中的8.41%降到0.45%。

2.3.7 烷烃类化合物

碳氢化合物在大头菜中种类不是很多，对风味的贡献不明显[14]。整个腌制过程中仅在腌制90d大头菜中检出1种烷烃，十二烷(0.27%)，含量很低。由于此类化合物的阈值较高，对大头菜的风味贡献不大。

3 结 论

采用固相微萃取法和气相色谱-质谱联用法，从新鲜、腌制30d和腌制90d大头菜中，共检验出7类化合物，主要包括酯类、酸类、醇类、醛类、烷烃类、腈类及含氮类化合物化合物。酯类物质所占比例最高，其次是酸类。随着腌制时间的延长，酯类、酸类、醇类、烷烃类及含氮类组分的种类逐渐增加，醛类组分种类逐渐减少；酯类和醛类组分含量逐渐降低，酸类与醇类组分逐渐增加，含氮组分先增后减。挥发性风味成分的种类整体呈上升的趋势，腌制90d的大头菜种挥发性风味成分种类明显高于新鲜大头菜和腌制30d大头菜。在所测风味物质中，初步认为棕榈酸乙酯、亚麻酸乙酯、棕榈酸甲酯、亚麻酸甲酯、亚油酸甲酯、亚油酸乙酯、苯甲酸是大头菜主要的风味物质。

本研究应用固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术，对大头菜腌制过程中风味成分的变化进行了研究。而腌制大头菜主要香型的确定尚需通过联合其他方法(如气相色谱-嗅觉测量法等技术)对特殊成分进行综合判定。更多关于腌制大头菜香气及风味的研究有待进一步深入。

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