香辛料对莲藕泡菜挥发性风味成分和理化性质的影响

刘营营，范莹莹，石佳宁，王轩轩，李瑜

河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州 450002

0 引言

莲藕又名英渠、玉藕、白茎、玉笋等[1]，属睡莲科，其根状茎颜色亮白、清甜爽脆，是我国重要的水生蔬菜之一[2]. 莲藕泡菜是在以乳酸菌为主的菌群作用下经厌氧发酵制成，具有鲜味独特、口感脆嫩等特点，深受消费者喜爱. 目前，已有许多关于莲藕泡菜发酵过程中的主要发酵菌[3]、最佳发酵工艺的探索[4]、包装与贮藏过程对发酵莲藕泡菜品质影响等的研究[3]，但工业化生产仍沿用传统的发酵工艺，未将现代生物制剂应用于果蔬发酵并形成一定规模，且各企业的发酵工艺都有自己的“独门秘方”，导致生产出的莲藕泡菜风味存在差异且难以统一标准[5]. 香辛料具有调和滋味、增进食欲、延长食品保质期等功效，是日常烹调中不可或缺的部分[6]. 徐清萍等[7]研究发现，丁香、八角、生姜等香辛料不仅能赋予泡菜特殊的风味，增进食欲，还能抑制其他杂菌生长.

顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用(Headspace Solid-phase Microextraction/Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME/GC-MS)技术是一种快速分析检测食品挥发性风味成分的常用方法[8-9]. 例如，付勋等[10]利用HS-SPME/GC-MS技术测定了玫瑰香橙果汁的挥发性风味成分；何培新等[11]利用HS-SPME/GC-MS技术测定了浓香型白酒窖泥中可培养Clostridiumspp.挥发性代谢物成分；李静等[12]利用HS-SPME/GC-MS技术测定了两种大麦幼苗中挥发性物质以区别两种大麦幼苗. 目前，关于香辛料对莲藕泡菜风味影响的研究暂未见报道. 基于此，本文拟采用HS-SPME/GC-MS技术研究添加不同香辛料的莲藕泡菜的风味差异，并检测莲藕泡菜的硬度、色度等理化性质，以期为莲藕泡菜的工业化生产提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 主要实验材料

九孔莲藕、丁香、八角、生姜、食盐、白砂糖、味精，购于家辉生鲜水果超市；柠檬酸(食品级)，上海鑫泰实业有限公司产；L-抗坏血酸(食品级)，石药集团维生药业(石家庄)有限公司产；氯化钙(食品级)，浙江一诺生物科技有限公司产；铬酸钾(分析纯)，天津市科密欧化学试剂有限公司产；硝酸银(分析纯)，天津东聚隆化工技术开发有限公司产；泡菜乳酸菌发酵粉(含植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌)，北京川秀科技有限公司产.

1.2 主要仪器与设备

20 mL顶空瓶、HH-S24型恒温水浴锅，北京思普特科技有限公司产；SPME手动进样器、50/30 μm DVB-CAR-PDMS萃取头，美国Supelco公司产；7890A GC-5975C MSD型气相色谱-质谱联用仪，安捷伦科技(中国)有限公司产；JJ-2型组织捣碎机，常州亿通分析仪器制造有限公司产；DHG-9143BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司产；FA2004A型电子天平，上海精天电子仪器有限公司产；TA.XA PLUS质构仪，美国Stable McroSystem公司产；CM-5型全自动分光测色仪，南京柯立配电子科技有限公司产.

1.3 实验方法

1.3.1 莲藕泡菜的制作工艺1)添加丁香组. 挑选无损伤的莲藕，清洗、去皮，切分成5 mm 左右的薄片，烫漂60 s，冷却后于20%(如无特殊说明，百分数均指质量分数)盐水中预盐渍30 min；冲洗盐水后，将莲藕薄片置于配制好的发酵液中(以100 mL水为基准，加入3%食盐、7.5%白砂糖、0.2%味精、0.7%柠檬酸、0.3%L-抗坏血酸、0.1%氯化钙；以100 g莲藕为基准，加入0.05%泡菜乳酸菌发酵粉，莲藕与水总重0.05%的山梨酸钾)，并加入0.04%丁香辅料，于室温条件下发酵7 d；真空包装后，于700 W条件下微波灭菌4 min，即得添加丁香的莲藕泡菜成品.

2)添加八角组. 样品制作过程同上，在发酵液中添加0.1%八角辅料进行莲藕泡菜发酵.

3)添加生姜组. 样品制作过程同上，在发酵液中添加0.9%生姜辅料进行莲藕泡菜发酵.

4)添加3种香辛料组. 样品制作同上，在发酵液中添加0.04%丁香辅料、0.1%八角辅料、0.9%生姜辅料进行莲藕泡菜发酵.

5)空白对照组. 样品制作过程同上，不添加任何香辛料.

1.3.2 取样方法从泡菜发酵瓶的上、中、下三部位分别取样30 g后，与30 mL蒸馏水混合，置于破碎机中充分粉碎为泡菜浆，再对泡菜浆样品进行各指标测定.

1.3.3HS-SPME/GC-MS技术测定HS-SPME方法：取10 g泡菜浆置于20 mL顶空瓶中，密封后置于40 ℃恒温水浴锅中平衡0.5 h；将萃取头插入顶空瓶中，并将萃取头中的纤维伸出，吸附萃取40 min；萃取完成后，将萃取头中的纤维缩回并拔出，再将萃取头插入GC进样口，解析5 min，并老化萃取头20 min.

GC条件：DB-5毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm)；载气为He；柱流速1.0 mL/min；不分流进样；进样口温度250 ℃；升温程序为初始温度35 ℃，保持5 min，7 ℃/min升温至150 ℃，5 ℃/min升温至230 ℃，保持5 min.

MS条件：离子源温度为250 ℃；接口温度为230 ℃；电离方式为EI；电子能量为70 eV；质量扫描范围为40～550 amu.

1.3.4 质构测定采用质构仪测定藕片中心无空部位的质构[3]. 质构仪参数设定如下：探头为P/6；实验模式为TPA；测前、测中速度均为1.0 mm/s；测后速度为5.0 mm/s；压缩比为30%；触发力为0.5 N.

1.3.5 色度测定测定藕片的L*值，L*值反映了藕片颜色的深浅程度，100表示白色，0表示黑色，L*值下降表示褐变程度加深.

1.3.6 盐度测定参照GB/T 5009.54—2003[13]测定样品的盐度.

1.4 数据处理

每组样品均进行3次平行实验，结果取平均值，采用Excel 2016对实验数据进行分析并作图. 经过GC-MS检测得到的图谱，通过计算机在标准谱库(NIST 08.LIB)中进行检索，保留匹配度>600的结果，确定挥发性风味成分，采用峰面积归一法计算各成分的峰面积.本文各成分的峰面积与总峰面积之比用相对百分含量表示.

2 结果与分析

2.1 莲藕泡菜挥发性风味成分GC-MS分析

经GC-MS 分析得到的莲藕泡菜总离子流色谱图如图1所示. 由图1可以看出，HS-SPME/GC-MS技术对莲藕泡菜样品中的挥发性风味成分吸附解析效果较好，基本能在10～35 min内区分样品中的挥发性风味成分，且出峰数目较多，峰面积也相对较大，表明HS-SPME/GC-MS技术适用于莲藕泡菜挥发性风味成分的萃取和分析.

图1 莲藕泡菜总离子流色谱图Fig.1 Total ion flow chart of lotus root kimchi

空白对照组中共检测出45种挥发性风味成分，占总峰面积的91.36%，其中，醇类、酯类和烷烃类占比较大，分别为29.55%、22.67%和12.31%，累计占比64.53%；添加丁香组中共检测出65种挥发性风味成分，占总峰面积的96.07%，其中，酯类、烯烃类、醇类和酚类占比较大，分别为28.80%、21.06%、14.83%和13.45%，累计占比78.14%；添加八角组中共检测出55种挥发性风味成分，占总峰面积的94.50%，其中，醚类、烯烃类和酯类占比较大，分别为43.98%、18.74%和10.86%，累计占比73.58%；添加生姜组中共检测出60种挥发性风味成分，占总峰面积的95.83%，其中，醇类、烯烃类和酯类占比较大，分别为36.92%、25.21%和11.19%，累计占比73.32%；同时添加3种香辛料组中共检测出72种挥发性风味成分，占总峰面积的96.63%，其中，烯烃类、酯类、醚类和醇类占比较大，分别为27.02%、18.68%、17.49%、15.97%，累计占比79.16%. 即空白对照组的挥发性风味成分种类较少，其中醇类、酯类占比较多，其次为烷烃类和酸类；添加香辛料后，莲藕泡菜烯烃类和醚类的种类及占比均有明显增加.

2.2 莲藕泡菜主要挥发性风味成分分析

添加不同香辛料的莲藕泡菜主要挥发性风味成分及相对百分含量见表1. 由表1可知，在微生物的作用下，酯类是由醇类和酸类发生酯化反应生成，在莲藕泡菜的挥发性风味成分中占有较重要的地位. 莲藕泡菜样品中共有的酯类主要有苯甲酸乙酯和乙酸乙酯，其中，苯甲酸乙酯带有轻微的水果气味[14]，乙酸乙酯具有水果香味[11]. 添加丁香组中相对百分含量最多的物质为乙酸丁香酚酯，另外，还生成了辛酸乙酯，该物质具有酒香[15]；添加八角组中生成了乙酸松油酯，该物质具有甜的清新香；添加生姜组中生成了苯甲酸苄酯，该物质具有清淡的杏仁香气，微辣[16]；不添加香辛料时，酯类的种类较少，添加香辛料后，酯类的种类增加，对泡菜风味贡献较大，即添加适量的香辛料可使泡菜具有更丰富、适宜的口感[17].

表1 添加不同香辛料的莲藕泡菜主要挥发性风味成分及其相对百分含量Table 1 The main volatile flavor components and their relative percentages of lotus root kimchi with different spices %

莲藕泡菜中，醇类的相对百分含量较大，但其风味阈值也较大[18]，故对莲藕泡菜的风味影响较小. 莲藕泡菜中的主要醇类物质为正己醇，具有淡青嫩叶气息，略带酒香、果香和脂肪气息[19]. 各实验组醇类的相对百分含量差异较大，其中添加生姜组中含有较多的芳樟醇；相较于空白对照组，添加香辛料后，除添加生姜组外，其他实验组的醇类相对百分含量均有一定程度的降低，这可能是因为醇类物质与其他物质发生了反应，生成了酯类或酮类等物质.

烯烃类阈值较低，气味浓厚，在莲藕泡菜的挥发性风味成分中也有较大的贡献. 添加香辛料组中烯烃类的相对百分含量相较空白对照组均有大幅的增长，这可能是因为在乳酸菌和香辛料的共同作用下，莲藕泡菜中的烷烃类转化为烯烃类，为莲藕泡菜提供了特殊的风味. 当添加3种香辛料时，烯烃类的种类增加较多，且相对百分含量增加明显. 其中，α-衣兰烯具有愉快的甜香味[20]，蒎烯具有树脂和松脂的香气[21]，而这些高级芳香型烯烃类可为莲藕泡菜带来独特的口感.

烷烃类具有较高的阈值，主要来自烷氧自由基的分解[22]. 添加丁香发酵的莲藕泡菜样品中，丁香的添加引入了对聚伞花素，该物质具有一定的芳香气味[23]，可为莲藕泡菜带来更好的口感.

酮类大多具有清香味和果香味[24]，在微生物的作用下，可由醇类或酯类降解产生，而乳酸或其他酸类同样可以反应生成酮类[25]. 相较于未添加香辛料的空白对照组，添加香辛料组中含有少量甲基庚烯酮、长松香酮等，这些物质可为泡菜带来更好的口感[26].

醚类在添加八角组和添加生姜组中均有出现，尤其在添加八角组中，茴香脑的占比较高，该物质具有茴香特有的甜香口感[27]；在添加3种香辛料组中，茴香脑保留，但占比降低，表明其他挥发性风味成分可将其部分平衡.

2.3 莲藕泡菜在发酵过程中的理化性质变化分析

在挥发性风味成分的研究基础上，继续对添加3种香辛料组和空白对照组发酵过程中部分理化指标的动态监测结果进行分析.

2.3.1 硬度变化分析莲藕泡菜的硬度变化如图2所示. 由图2可以看出，莲藕泡菜的硬度随发酵天数的增加呈持续下降的趋势，但添加香辛料组在发酵第3 d才开始出现较明显的硬度降低，空白对照组则在发酵第2 d和第4 d出现了两次较明显的硬度降低，且在发酵完成时，添加香辛料组和空白对照组的硬度相差2.54 N(P<0.05)，表明在莲藕泡菜中添加香辛料可使产品保持较好的硬度，提升其口感.

图2 莲藕泡菜的硬度变化Fig.2 The hardness change of lotus root kimchi

2.3.2 色度变化分析莲藕泡菜的色度变化如图3所示. 由图3可以看出，莲藕泡菜的色度L*值随发酵天数的增加呈持续下降的趋势，在发酵的不同时期，添加香辛料组的色度L*值均高于空白对照组，且当发酵完成时，添加香辛料组的色度L*值比空白对照组高4.4(P<0.01)，表明添加香辛料可起到一定的护色作用，对莲藕发酵过程中的色泽有极显著影响. 这可能是因为丁香中含有具有抗氧化作用的黄酮、类黄酮物质，八角中的茴香脑、茴香醛是典型的天然植物抗氧化物质[28]，而生姜中含有的姜酮、姜醇、姜酚等均具有较好的抗氧化作用，适当地添加香辛料可有效延缓及降低泡菜类产品的褐变.

图3 莲藕泡菜的色度变化Fig.3 The chromaticity change of lotus root kimchi

2.3.3 盐度变化分析莲藕泡菜盐度的变化如图4所示. 由图4可以看出，莲藕泡菜的盐度随发酵天数的增加先升高后逐渐趋于稳定，这可能是因为发酵液中的盐分逐渐渗透进入藕片使藕片的盐度逐渐增加. 在发酵前期，添加香辛料组和空白对照组的变化趋势基本一致，在第4 d时，添加香辛料组的盐度基本开始趋于稳定，但空白对照组仍缓慢上升. 香辛料对莲藕泡菜盐度有较显著影响(P<0.05),发酵完成后，渗透作用达到平衡，添加香辛料组盐度(保持在1.371%左右)比空白对照组低0.038%，也比现有普通泡菜(盐度约15%)低，符合人们对低盐健康食品的需求.

图4 莲藕泡菜盐度的变化Fig.4 The salinity change of lotus root kimchi

3 结论

本研究在莲藕泡菜发酵时加入丁香、八角和生姜3种香辛料，利用HS-SPME/GC-MS技术测定了莲藕泡菜中挥发性风味成分的种类和相对百分含量，并研究了莲藕泡菜的硬度、色度等理化性质. 结果表明，空白对照组共检测出45种挥发性风味成分，主要为醇类、酯类和烷烃类，且相对百分含量最多的物质为苯甲酸乙酯；添加丁香组共检测出65种挥发性风味成分，主要为酯类、烯烃类、醇类和酚类，且相对百分含量最多的物质为乙酸丁香酚酯；添加八角组共检测出55种挥发性风味成分，主要为醚类、烯烃类和酯类，且相对百分含量最多的物质为茴香脑；添加生姜组共检测出60种挥发性风味成分，主要为醇类、烯烃类和酯类，且相对百分含量最多的物质为芳樟醇；添加3种香辛料组共检测出72种挥发性风味成分，主要为烯烃类、酯类、醚类和醇类，且相对百分含量最多的物质为茴香脑. 相较于空白对照组，添加香辛料后的莲藕泡菜中烯烃类和醚类的种类和相对百分含量均明显增加，且添加3种香辛料的莲藕泡菜的硬度、色度L*值均增加，盐度降低(保持在1.371%左右)，能较好地保持硬度，有效延缓褐变，且符合人们对低盐健康食品的需求. 本研究将3种香辛料加入莲藕泡菜发酵液，在乳酸菌等的作用下产生了许多新的挥发性风味成分，为莲藕泡菜提供了更好、更丰富的口感，也为工业化生产高品质的莲藕泡菜提供了理论依据和参考.