不同产地紫皮洋葱挥发性风味化合物组成分析

李其晔

（西安工程大学，陕西 西安 710048）

洋葱（Allium cepa L.）是百合科葱属二年生蔬菜作物，为我国主要栽种蔬菜品种之一，在我国广泛种植，主要分布于山东、甘肃、内蒙古、云南、四川、河南等地[1]。根据联合国粮食及农业组织（FAO）2017 年统计数据，我国洋葱种植总面积为102.5万hm2，产量2 230万t，面积、产量均居世界第一[2-3]。

洋葱气味辛辣[4]，营养丰富，药用价值高，富含黄酮类、甾体皂苷类、苯丙素酚类、前列腺素类、含硫类以及含氮类化合物[5-6]，可抑制病原微生物并具有降血压、降血脂[7]、降胆固醇、抗氧化[8-9]、抗癌[10-13]等功效。洋葱的多种药用特性主要与其挥发性化合物有关，因此挥发性成分的种类和含量是判定洋葱商品价值的重要参考标准。

当前国内外对洋葱的研究主要集中在洋葱的提取物、营养成分、生物活性等方面。对洋葱挥发性风味化合物虽有研究，但大多针对不同品种的洋葱，对不同产地同类洋葱间的挥发性风味化合物成分及含量差异却鲜少研究。不同产地的洋葱因生长环境和气候的不同，不仅性状、色泽会存在差异，风味也呈现一定的差异性。

根据洋葱的鳞茎颜色，可将其分为紫皮洋葱、白皮洋葱和黄皮洋葱，其中紫皮洋葱富含花青素，占我国洋葱种植总面积的55%。为全面了解不同产地紫皮洋葱中挥发性风味化合物的差异，以4个主要产地（河北、山东、云南和甘肃）的紫皮洋葱为研究对象，用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对其化学成分进行分离鉴定，分析样品中挥发性风味化合物的组成[14-15]，并结合主成分分析（Principal omponent analysis,PCA）等方法，分析不同产地紫皮洋葱中的特征风味物质，探讨不同产地洋葱挥发性风味化合物的差异，为科学利用与开发紫皮洋葱产品提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

受试紫皮洋葱样品：通过网络代购的方式分别在河北肥乡、山东潍坊、云南昆明、甘肃武威当地农贸市场购买。选择新鲜、无腐烂损伤的洋葱，剥去外皮后清洗、切成粒状，每组样品取50 g 放入研钵中加入液氮研磨成粉末，于-4 ℃条件下储存备用。

NaCl、4-甲基-2-戊醇等试剂，均为分析纯，上海国药化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备PKl57330-U型手动SPME进样器、50/30µm DVB/CAR/PDMS萃取头，美国默克公司；7890A-5957C型气相色谱-质谱联用仪（GC-MS），美国安捷伦公司；MScl-T型磁力搅拌器，杭州齐感仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 洋葱挥发性风味化合物检测方法

参照Fernandes等[16]、赵迎丽等[17]和黄俊僮等[18]的方法进行萃取。每组样品取10 g 粉末加入适量饱和NaCl 溶液和蒸馏水中溶解为洋葱液；称取5 g 洋葱液，加入20µL质量浓度为0.5µg/mL的4-甲基-2-戊醇（内标）于顶空瓶中，加盖密封后摇匀并编号；将顶空瓶置于磁力搅拌仪上，萃取条件为：萃取纤维头为50/30µm DVB/CAR/PDMS，60 ℃老化1 h，萃取时间60 min，解吸时间5 min，转速1 600 r/min，恒温20 min。根据仪器采集的数据对4 组不同产地洋葱挥发性风味化合物进行分析鉴定[19-23]。

GC条件：HP-5ms毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25µm），进样口温度250 ℃；程序升温为起始温度40 ℃保持5 min，以2.5 ℃/min升温至65 ℃保持1 min，以8 ℃/min升温至200 ℃保持2 min，以10 ℃/min升温至250 ℃保持2 min；载气为氦气；流速1.0 mL/min，不分流。

MS条件：接口温度为250 ℃，电离方式为电子电离（EI），电子能量为70 eV，灯丝发射电流为200µA，离子源温度为230 ℃，扫描质量范围33～450 amu。

挥发性风味化合物的鉴定采用NIST17谱库检索结果（相似度大于80%）和人工图谱解析共同确定。

1.2.2 数据处理

采用XLSTAT 7.5.2 软件对数据进行方差分析、主成分分析及偏最小二乘判别分析（Partial least squares discriminant analysis,PLS-DA）。

2 结果与分析

2.1 不同产地紫皮洋葱挥发性风味化合物的种类和含量分析

从4 组不同产地紫皮洋葱中共检测出45 种挥发性风味化合物，其中含硫化合物27 种，醛类化合物3种，酮类化合物1 种，其他化合物14 种（见表1 和表2）；河北、山东、云南和甘肃的紫皮洋葱中的挥发性化合物分别为28、29、31、33种，总含量分别为28.99、54.52、94.49、76.36µg/g。

表1 河北、山东、云南、甘肃4省紫皮洋葱样品中挥发性风味化合物含量Table 1 Contents of volatile flavor components in purple onion samples from Hebei,Shandong,Yunnan and Gansu provinces

表2 不同产地紫皮洋葱挥发性风味化合物种类及含量Table 2 Types and contents of volatile flavor compounds in purple onion from different origin

2.1.1 含硫化合物

4 组样品中共检测出27 种含硫化合物，其中河北、山东、云南和甘肃的紫皮洋葱中含硫化合物分别为21、22、21、22 种，含量分别为14.46、44.99、81.16、50.92µg/g，这与王蓉等[24]关于洋葱挥发性风味成分的研究结果相似。含硫化合物既是洋葱的主要活性物质，占洋葱干质量的0.2%～0.5%[25]，又是洋葱特殊风味的重要来源，约占洋葱挥发性成分的40%[26]。洋葱中含硫化合物包括硫醚、硫醇、硫代磺酸酯、杂环硫化物等，它们是构成洋葱中具有特殊辛辣和刺鼻挥发性风味的重要贡献物质[27]，其中二丙基二硫醚和二丙基三硫醚是新鲜洋葱中的主要挥发性风味化合物，也是新鲜洋葱浓郁香气形成的主要原因[28]。统计分析结果表明，二丙基三硫醚含量在不同产地紫皮洋葱样品间差异显著（P＜0.05），两种挥发性风味化合物在云南产地紫皮洋葱中的含量显著高于其他3组样品（表3），表明云南紫皮洋葱具有强烈的新鲜洋葱特征香气。导致这种差异的原因可能与云南当地的土壤和气候条件相关[29]。

表3 不同产地紫皮洋葱中共有挥发性风味化合物含量Table 3 Contents of common volatile flavor compounds in purple onions from different origins 单位：µg/g

噻吩类物质是由硫代亚磺酸盐降解产生，同时也是二丙基二硫醚等化合物的前体物质，具有尖刺的气息和洋葱浓郁的特征气味[30]，噻吩类物质在河北、山东、云南和甘肃产地的紫皮洋葱中含量分别为1.88、13.27、10.00、3.19 µg/g。山东产地的紫皮洋葱中噻吩类物质含量最高，故其辛辣、刺鼻气味比其他3个产地紫皮洋葱更浓郁，云南紫皮洋葱次之。

2.1.2 醛类化合物

河北、山东、云南和甘肃所产紫皮洋葱样品中检测出醛类化合物种类均为3 种，含量分别为12.21、6.66、2.86、0.66µg/g，4组样品间差异较明显。醛类化合物在紫皮洋葱挥发性风味化合物中所占比例虽然较低，但是因其阈值不同，对洋葱风味同样起到重要作用。河北紫皮洋葱的挥发性醛类化合物含量远高于其他3组样品。由于不饱和化合物比饱和化合物的香气强，甚至产生刺激性气味，因此洋葱的风味与其检出的挥发性成分的碳链结构存在一定关系。2-甲基-2-戊烯醛是洋葱催泪因子（硫代丙醛-S-氧化物）的主要代谢产物[31]，河北、山东、云南和甘肃紫皮洋葱中的2-甲基2-戊烯醛含量分别为4.07、2.22、1.15、0.10µg/g，河北紫皮洋葱样品中2-甲基-2-戊烯醛的含量较高，而甘肃紫皮洋葱中含量则非常低，云南紫皮洋葱次低，故河北产地的紫皮洋葱比其他产地更易催泪。

2.1.3 酮类化合物

4 组样品中只有云南产地紫皮洋葱中含有酮类化合物，含量为5.48µg/g，酮类化合物具有果香和青草样的香气，对洋葱特征香气的贡献不大[32-33]。在云南产地紫皮洋葱中检测出其特有的高含量呋喃类化合物，呋喃类物质是美拉德反应中最丰富的挥发性产物，是各种高档肉类味精中必不可少的关键性香料[34]，其在红葱、白葱中均有发现，但是目前很少从新鲜的洋葱中发现[35]。

2.1.4 其他化合物

其他类中主要检测出的挥发性风味化合物有正己烷、十六烷、2-乙基环氧丙烷、三十一烷、十九烷等一些烷烃类化合物。这类物质风味阈值较高，故虽然其对食品的整体风味贡献不大，但在协调和维持食品整体风味中有着重要的作用[36-38]。

山东和云南紫皮洋葱挥发性风味化合物中均含有萘，含量分别为0.39 µg/g 和1.21 µg/g，这与孙小媛[39]的研究成果相似。

2.2 不同产地紫皮洋葱挥发性风味化合物主成分分析

2.2.1 不同产地紫皮洋葱中共同含有的挥发性风味化合物

由表3 和图1A 可知，河北、山东、云南和甘肃紫皮洋葱中共同含有的挥发性风味化合物为20 种，总含量分别为23.19、41.71、82.63、46.03µg/g，云南紫皮洋葱中总含量最高，甘肃次之。

图1 洋葱风味化合物主成分分析Fig.1 Principal component analysis diagram of onion flavor compounds

2.2.2 紫皮洋葱挥发性风味标志性化合物

为进一步识别出区分紫皮洋葱样品的挥发性风味标志性化合物，对所有检测出的挥发性风味化合物进行主成分分析和偏最小二乘法判别分析[40-42]。PCA 分析结果表明，当选择两个主成分因子时，累计方差贡献率为51.91%，第一主成分（PC1）的贡献率为31.81%，第二主成分（PC2）的贡献率为20.10%（图1B）。基于表1 中45 种挥发性风味化合物构建的洋葱样品PLS-DA判别模型，采用交叉验证法对模型进行验证，共筛选出了10个主成分；模型对自变量的拟合指数R2X为0.914，对因变量的拟合指数R2Y为0.915，模型预测指数Q2为0.859，说明模型对洋葱样品的预测能力为85.9%，结果表明，该模型稳定可靠[43-44]。为进一步找出对结果分型起贡献作用的变量，得到PLS-DA 模型的VIP 图（图1C）。VIP 值的大小代表了各风味化合物对模型贡献率的大小，值越大贡献越大。从表4可见，以VIP值大于1为界限，共筛选出16 种挥发性风味化合物，其在河北、山东、云南和甘肃紫皮洋葱中的总含量分别为18.59、35.81、53.25、12.75µg/g。结合表1显著性分析结果，确定二丙基三硫醚、反-(丙基-1-烯-2-基)-二硫代丙酯、顺-(丙基-1-烯-2-基)-二硫代丙酯、2-乙基丁烯醛、2-乙基-反式-2-丁烯醛、2-甲基-2-戊烯醛和丙基硫醇7种化合物作为判别河北、山东、云南和甘肃紫皮洋葱的风味标记物。

表4 不同产地紫皮洋葱中挥发性风味化合物主成分含量Table 4 Contents of the principal components of volatile flavor compounds in purple onions from different origins 单位：µg/g

3 结论

4个产地紫皮洋葱共分离鉴定得到45种挥发性风味化合物，其中河北28种（总含量28.99µg/g）、山东29种（总含量54.52µg/g）、云南31种（总含量94.49µg/g）、甘肃33种（总含量76.36µg/g），初步推测除甘肃外其他3 个产地的紫皮洋葱挥发性风味化合物含量产生差异的原因来自于地域气候的差异。

4个产地紫皮洋葱挥发性风味化合物中含硫化合物占27种，醛类3种、酮类1种、其他化合物14种，其中含硫化合物占比最大，对风味形成的贡献也最大。

4 个产地紫皮洋葱中共同含有的挥发性风味化合物为20 种；关键挥发性风味化合物16 种，其中二丙基三硫醚、反-（丙基-1-烯-2-基）-二硫代丙酯、顺-（丙基-1-烯-2-基）-二硫代丙酯、2-乙基丁烯醛、2-乙基-反式-2-丁烯醛、2-甲基-2-戊烯醛和丙基硫醇7 种挥发性风味化合物可作为判别4 个产地紫皮洋葱的风味标记物。

不同产地紫皮洋葱挥发性风味化合物差异明显，其中，云南紫皮洋葱辛辣味和扩散性气息最强，刺鼻风味浓郁，具有含量极高的呋喃类化合物；甘肃紫皮洋葱较不易催泪，香气物质种类丰富；从风味品质角度考虑，产自甘肃的紫皮洋葱风味品质更佳。由上可知，产地的海拔高度、自然气候等因素对紫皮洋葱挥发性风味化合物存在较大的影响，但本研究选取的紫皮洋葱品种并不一致，也有可能是造成挥发性风味化合物差异的因素，后期研究将针对同一品种进行进一步分析，以提供更可靠的数据依据。