内蒙古野葱干的特征挥发性香气成分分析

王 斌，许 浩，徐 俊，屈明成，张宇昊 ，黄 巧，肖 琳

（1.聚慧食品科技（重庆）有限公司，重庆 401147；2.聚慧食品科技研究院（广州）有限公司，广东广州 510663；3.西南大学食品科学学院，重庆 400715；4.重庆食品工业研究所，重庆 400000）

葱（AlliumfistulosumL.）为百合科多年生宿根草本植物[1]，经热加工处理后香味浓郁，具有强烈的咸香和烤香，是中式菜肴烹调中必不可少的蔬菜和调料[2]。根据中国烹饪用葱种类可分为大葱、大蒜、洋葱、韭菜和其他葱属植物几大类[3]。野葱（Allium chrysanthum）作为其中的一种，又名沙葱、麦葱、山葱。茎细而圆，实心，直径约2～3 mm，生于高山灌木、高山草甸中，海拔2000～4500 m[4]。野葱具有区别于大葱的清香和辛香，经高温加工处理后可产生浓郁的特殊香气，同时可以有效减弱辛辣刺激性，在牛肉、鸭肉、羊肉等带有膻味的中式菜肴中有广阔的应用前景[5]。目前，我国对野葱的研究较少，主要集中在西藏地区，而内蒙古广阔的地域和多样化的生境也孕育出了优秀的野生葱属植物资源。但由于新鲜葱属植物含水量高达90%，贮藏不当极易在短时间内腐败变质，因此工业化生产中多采用干燥脱水的方式对鲜葱进行加工，以延长货架期并提高商业价值[6]。

近年来，顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（SPMEGC-MS）联用技术逐渐被用于香气成分分析研究，相对于传统的水蒸气蒸馏法-GC/MS，此方法具有无需有机溶剂、所需样品少、灵敏度高、操作简单、方便快捷等特点[7]。刘松忠等[8]发现采用SPME-GC-MS法提取分析中国葱中的挥发性成分，提取葱中的挥发性物质更多，结果也更精确。关志华等[9]利用SPME-GC-MS法测定青藏高原8种野生葱属植物挥发性成分，发现此种方法可以明确野生葱属植物中的关键香气物质。而目前关于葱的挥发性风味物质的研究主要还是集中于鲜样中风味物质的研究，有关干葱中的挥发性物质研究还较少，从使用便捷度和标准化的角度，研究野葱干中的特征挥发性物质，为野葱深加工和综合利用提供理论基础具有重要意义。

本研究拟使用顶空固相微萃取（SPME）对样品进行前处理，采用气相色谱-质谱（GC-MS）与气相色谱-嗅觉测量法（GC-O）结合分析香气成分，利用MS及谱库和保留指数对相关成分进行定性分析，在GC-O的几种方法中，选用AEDA法对关键香气成分进行识别，然后通过ROAV，对相关香气成分贡献进行排序，结合AEDA与OAV的分析，找出内蒙古野葱干中的关键香气成分，以期为全面认识进而创新利用这类资源提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

内蒙古野葱干 广州市农贸市场；正构烷烃（C7～C30）标准品 美国Sigma-Aldrich公司；氦气纯度99.999% 空气化工产品有限公司。

57300-U PDMS手动固相微萃取装置套装、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头 美国Supelco公司；DB-Wax色谱柱、8860-5977B气质联用仪 美国Agilent公司；Sniffer 9100嗅辨仪 瑞士Brechbühler公司；DF-101S磁力加热搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司；ME103T/02分析天平

瑞士梅特勒公司；JYLC93T料理机 九阳股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 取适量内蒙古野葱干，放入料理机中粉碎1 min，称取1.5 g粉碎后的内蒙古野葱干粉到20 mL顶空瓶中待分析。

1.2.2 SPME萃取条件 SPME采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头，在240 ℃进样口中老化35 min。称好样的顶空瓶事先在磁力加热平板60 ℃下平衡10 min后，再插入老化好的SPME萃取头，萃取30 min。萃取完成后，在GC进样口240 ℃下解吸3 min进样分析[10]。

1.2.3 GC-MS测定 GC条件[11]：DB-Wax色谱柱（60 mm×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度240 ℃升温程序：初始温度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升温到220 ℃，保持28 min；载气（He）恒压24.8 Psi；SPME手动进样。

MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃；质量扫描范围29～400 u。

化合物的鉴定：根据NIST17数据库以及比对标准物质的RI来确定。化合物的RI通过正构烷烃（C7～C30）混合标准品标定而计算得到，RI=100{（1og10Xi-1og10Xn）/（1og10Xn+1-1og10Xn）+n}，其中Xi为目标物的保留时间，Xn与Xn+1分别为前后相邻的两个正烷烃对应的保留时间。

1.2.4 香气物质的GC-O测定 GC-O由气相色谱及嗅闻装置组成，色谱柱为DB-Wax（60 mm×0.25 mm，0.25 μm），柱箱采用与GC-MS分析同样的程序升温，其流出物以1:1:1的分流模式分别流入FID检测器、MS检测器和嗅闻口。嗅闻检测器的接口温度为220 ℃，通入湿润空气防止鼻腔干燥。分别由4位（2男2女）有相关经验的研究生在嗅觉检测口处通过仪器按键记录香气时间和香气强度，每种化合物至少需要其中2位成员评价一致才可确定，记录为有效结果[12]。

1.2.5 关键香气成分分析 参考Li等[13]的方法，采用SPME-AEDA来分析野葱干中关键香气成分。将GC-O得到的浓缩液分别选用不分流/5:1/20:1/100:1分流比对萃取头获取的挥发性物质进行梯度稀释，直到嗅评人员在嗅闻口不能再嗅闻到气味。

1.2.6 香气贡献度分析 采用刘登勇等[14]提出的ROAV法（相对气味活度值法）对野葱干中关键性风味化合物进行分析，首先定义对样品整体香味贡献最大的物质：ROVAs=100，则对其他挥发性化合物ROVA值计算公式如下：ROAVi≈100×（C%i/C%s）×（Ts/Ti），其中：C%i和Ti分别为各挥发性化合物的相对百分含量和感觉阈值；C%s和Ts分别为对样品整体风味贡献最大挥发性化合物的相对百分含量和感觉阈值。所有组分的ROAV≤100，本方法认为1≤ROAV≤100的化合物为关键风味化合物，0.1≤ROAV＜1的化合物对样品的总体风味具有重要的修饰作用。

1.3 数据处理

应用DPS v14.10统计分析软件对定量数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 内蒙古野葱干中挥发性成分的分析

采用SPME技术萃取内蒙古野葱干中的香气，经GC-O-MS联用检测，结合谱库检索及保留指数定性共分离鉴定出87种挥发性风味化合物。根据各香气化合物的结构特征，将它们分成9大类，分别为18种含硫化合物、18种烃类、17种醛类与酮类、12种杂环类、10种酯类、7种醇类与醚类、2种萜烯类、2种酸类、1种酚类化合物，相对含量分别为27.05%、4.92%、6.26%、4.41%、4.90%、19.95%、0.22%、32.06%、0.23%（图1，表1）。这些芳香物质大部分是结构简单的小分子有机物，其丰富的种类共同赋予了内蒙古野葱干特有的香气特征。

表1 内蒙古野葱干中挥发性成分Table 1 Volatile components from dried Allium chrysanthum in Inner Mongolia

续表 1

图1 内蒙古野葱干中挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion current of volatile components in Inner Mongolia dried Allium chrysanthum

2.1.1 含硫化合物 含硫化合物是葱属植物香气成分中较为重要的一类化合物，由蒜氨酸酶催化Salk（en）ly-L半胱氨酸亚砜水解生成的，包括单硫化物、二硫化物和三硫化物，这些化合物呈浓郁的葱香香气，并稍带有硫磺香气[15]。内蒙古野葱干中共检出含硫化合物18种，其中16种为硫醚类化合物，这类化合物是各类香气活性物质中阈值最低的一类，香气强度大，对食品的风味具有核心贡献作用，同时也具有较强的杀菌防腐作用。含硫化合物的气味难闻，但将其稀释至ppb、ppm级时，其香气会发生非常大的变化，会呈现洋葱、蒜的辛香和坚果香味[16]。内蒙古野葱干中鉴定出的含硫化合物的相对含量为27.05%，其中相对含量在1%以上的有4种，以二甲基三硫醚含量最高为12.37%，这是一种呈强烈逸发性冷的薄荷气味和浓烈新鲜洋葱辛香香气的物质，在稀释时带有青草香韵[17]，其阈值（0.005～0.01 ppb）极低，是野葱干中重要的香气物质，可能来自于野葱中S-甲基-L-半胱氨酸亚砜的热降解，从而形成的野葱干的特征香气，其次顺-甲基丙烯基二硫醚为7.38%，反-甲基丙烯基二硫醚为2.56%，反-甲基丙烯基三硫醚为1.97%，都是具有大蒜和韭菜样香气的挥发性风味物质[16]。刘艳的研究结果证明新疆野葱中共鉴定出16种含硫化合物，约占总量的75.27%[18]，而本实验的研究结果远远低于这个数值，主要由于本实验是以烘干的野葱为实验材料，在干燥过程中，由于加热的作用会使得一些含硫化合物降解生成烷烃类物质或其他的一些风味化合物，另外品种、环境以及光照等因素也是含硫化合物存在较大差异的原因。

2.1.2 烃类化合物 烃类物质是食品风味物质中比较常见的两类物质，主要由烷基自由基氧化、类胡萝卜素等分解作用形成[19]。内蒙古野葱干中共检出烃类物质18种，是与含硫化合物同样丰富的物质，相对含量为4.92%，其中相对含量在1%以上的有2种，以十一烷含量最高为1.22%，其次3-甲基十一烷为1.17%，但此类化合物的风味阈值较高，一般对产品的整体风味贡献并不明显，因此十一烷与3-甲基十一烷对野葱干整体的风味贡献很小，但其中有一些支链烷烃如2-甲基癸烷、3-甲基癸烷等就有可能对野葱干的香气特征有所贡献，最后在产品的整体香气的维持和协调中起到重要作用。

2.1.3 醛类与酮类化合物 醛类与酮类物质是葱属植物中又一类重要的挥发性成分，内蒙古野葱干中检出的醛类与酮类物质种类的丰富程度仅次于含硫化合物与烃类物质，一共有17种，相对含量为6.26%。其中相对含量大于1%的有2种，分别为苯甲醛与6-甲基-2,4-庚二酮。醛类与酮类属于酮类和醛类属于挥发性羰基化合物，也会产生浓郁的香味，醛类物质是脂质氧化的降解产物，一般具有奶油、脂肪、草香以及清香等气味[20]，由于香气阈值较低，因此这些物质对内蒙古野葱干风味的贡献不能忽略，其中，相对含量最高的苯甲醛被认为是烤花生的主要特征香气化合物，具有令人愉悦的甜味和麦芽香[21]，在樱桃与山杏中有发现，此外饱和醛类如己醛的相对含量也较高，该物质含量较低时具有令人愉悦的青草香味，但含量过高则会产生负面的酸败味道[20]。酮类物质通常与奶油香和果蔬香等风味特征相联系[20]，其中，6-甲基-2,4-庚二酮的相对含量最高，为1.03%，可能对内蒙古野葱干风味贡献很大。

2.1.4 杂环类化合物 含氮杂环类化合物是野葱干在干制过程中经美拉德反应产生的。一般来说，美拉德反应的初始阶段，由于受热时间较短，温度较低，反应的主要的产物为醛类物质，它们会进一步相互作用，形成特征香气的内酯类、呋喃类和吡喃类化合物，当温度升高、加热时间较长以后，会有焙烤香气的吡嗪、吡咯、吡啶类化合物相继形成[22]。内蒙古野葱干中共检测出杂环类化合物12种，相对含量为5.06%，其含量虽然较低，但数量在野葱挥发性成分中占优势，主要包括呋喃类和吡嗪类，这些杂环类物质的阈值也较低，对内蒙古野葱干风味贡献较大，主要呈烘烤坚果味、爆米花味等。其中贡献最大的为2,4-二甲基噻吩，其相对含量在1%以上，噻吩类物质是硫代亚磺酸盐的降解产物及三丙基二硫醚等的前体物质[23]，此外检出的2-戊基呋喃存在于咖啡、栗子中，具有豆香、果香、泥土、青草及类似蔬菜的香气[24]，吡嗪类化合物，如2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪和2,3,5-三甲基吡嗪等，大多具有烤香、巧克力、坚果香气[22]，对内蒙古野葱干风味也具有重要作用。

2.1.5 酯类化合物 酯类物质来源于原材料本身或者由原材料固有的醇和酸反应而生成，酯类香气物质主要包含直链酯类、支链酯类与含芳香环酯类，这类物质大多都具有芳香气味[25]。内蒙古野葱干中共检测到酯类物质10种，这些物质含量常超过感官阈值，赋予野葱干愉快的气味。其中相对含量在1%以上的有2种，以丙二醇甲醚乙酸酯含量最高为2.80%，其具有淡淡的酯香气味[26]，其次γ-丁内酯为1.17%，具有甜香、奶油气味，可作为食用香料，用于饮料、糖果和冰淇淋等食品中，此外，其对猪筒骨汤风味的形成也起到重大作用[27]。乙酸酯类物质主要包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯和乙酸苄酯，这些物质通常会赋予产品香蕉、熟透的苹果和花香等香气[26]。

2.1.6 醇类与醚类化合物 醇类与醚类化合物是野葱干香气成分中较为重要的两类化合物，这类化合物具有较为强烈的酒精味与指甲油等刺激性气味，内蒙古野葱干中共检出7种，相对含量为19.95%。其中2,3-丁二醇的相对含量为17.46%，其呈现独特的奶油香[28]，此外，相对含量较高的苯甲醇与苯乙醇均呈现强烈的甜香与果香香气[22]。醇类化合物虽然具有较高的气味阈值，对野葱干风味的贡献较小，但其根据含量的不同在整个风味体系中却能起到协调等辅助作用，因此也具有重要意义。

2.1.7 酸类化合物 内蒙古野葱干中的酸类物质来源于野葱中糖类的降解。内蒙古野葱干中检测到的酸类物质包括乙酸和庚酸，虽然其不是所有鉴定出的化合物种类最多的一类，但却是所有检出香气化合物含量最高的物质，相对含量为32.06%，其中，乙酸相对含量为32%，乙酸具有独特的刺激的酸香气味，主要构成野葱干特有的酸香韵与油脂气息[29]，酸香是内蒙古野葱干风味体系中的另一个突出贡献者，同时影响着野葱干的口感与后味。

2.1.8 萜烯类化合物 萜烯类化合物为植物体内由乙酰CoA合成的次级代谢产物，以游离态和无味的糖苷结合态存在于植物中[18]。内蒙古野葱干中此类化合物共检测出2种，分别为D-苧烯与1,8-桉叶素，仅占0.22%，其中，D-苧烯具有令人愉悦的类似柠檬的香气和松脂的气味[11]，1,8-桉叶素具有类似樟脑的清凉的草药气味，常用于止咳糖与人造薄荷中[30]。相关研究表明野葱中不含有这些萜烯类物质[31]，而在内蒙古野葱干中检测到萜烯类物质，这可能与野葱中油脂的热分解有关。

2.1.9 酚类化合物 挥发性酚类物质通常高于自身的的感官阈值，从而极易影响和修饰野葱干的风味。在内蒙古野葱干中检测到1种挥发性酚类物质，为苯酚，相对含量为0.23%，其具有焦油样味道和轻微的丁香样辛辣味，可作为荷式可可、烘培咖啡香精[31]，在发酵酒类中有发现[26,30]。

2.2 内蒙古野葱干的关键香气鉴定

2.2.1 AEDA分析 在内蒙古野葱干芳香提取物中，共有20种气味活性化合物在100:1分流比条件下被至少2名嗅评人员检测出，见表2。它们包括含硫化合物、酸类、醛类、醇类和杂环化合物，这20种化合物都具有较高的稀释因子（FD factors≥27），被认为是较关键的气味活性化合物。它们的气味特征包括葱蒜辛香、酸香、奶油香、坚果香与水果香等。大量的研究者证明，含硫化合物、醛类、醇类以及杂环类化合物，主要有二甲基二硫醚、二丙基三硫醚、2-甲基-2-戊烯醛、（E,E）-2,4-己二烯-1-醇、烯丙基硫醇与2-乙基-3,5-二甲基吡嗪，表现出辛辣蒜香、坚果和药草样的香气，是葱属植物的主要的香气物质[15]，另外一些酮类物质对葱属植物的整体香气轮廓也有较大的贡献[6]。

表2 内蒙古野葱干在不同分流比下GC-O能嗅闻到的挥发性成分Table 2 Volatile components that GC-O could smell at different split ratios of Inner Mongolia dried Allium chrysanthum

2.2.2 ROAV分析 挥发性化合物对食品整体风味的最终贡献不仅取决于其浓度，而且取决于其气味阈值，当化合物的感觉阈值较低时，更容易被感知[27]。在对内蒙古野葱干中各挥发性物质进行定性的基础上，结合表1中各挥发性风味化合物的离子峰面积比，以ROVA为参数，确定内蒙古野葱干中关键风味化合物。如表3所示，内蒙古野葱干中关键风味物质依次为二甲基三硫醚、乙酸、2,3-丁二醇、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲基二硫醚、异戊醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、苯甲醛、γ-辛内酯、苯乙醇、二甲基硫醚、苯酚（ROAV≥1），其中，二甲基三硫醚的ROVA（ROAV=100）显著高于其他化合物。2-甲基丁醛、2,3,5-三甲基吡嗪、1,8-桉叶素、2-戊基呋喃、大茴香醛、庚酸、β-环柠檬醛、4-氧代异佛尔酮、D-苧烯、γ-丁内酯、己醛对野葱干总体风味有重要修饰作用（0.1≤ROAV＜1）。

表3 根据ROVA值对野葱干中挥发性香气成分排序Table 3 Ranked the aroma components in dried Allium chrysanthum according to the ROVA

结合AEDA分析结果，确定内蒙古野葱干的关键香气活性成分为二甲基三硫醚（葱蒜辛香）、乙酸（酸香）、2,3-丁二醇（奶油香）、苯甲醛（坚果香）。这与文献报道中新鲜野葱中特征香味物质种类为含硫化合物、醚类与醛类物质基本相符[31]，但具体物质却存在较大差异，如含硫化合物以二甲基三硫醚为主，醛类物质以苯甲醛为主，此外还增加了乙酸与2,3-丁二醇，这可能是因为野葱干在干制过程中，高温条件会使得野葱基质发生化学反应，从而产生的风味物质。乙酸、2,3-丁二醇与苯甲醛相互协同可以有效缓解二甲基三硫醚的辛辣刺激性，并赋予其一定的酸香和烤香香气，大大增加其接受度。这与张宁[22]的研究一致，他采用GC-MS结合感官评价的方法研究大葱在加热过程中的风味变化，发现大葱经高温加热后，炒菜香和咸香明显增强，而青香和辛辣味有一定程度的减弱，同时还表明除了主要的挥发性风味物质外，还增加了呋喃酮、酸类和含氮杂环类化合物，醛类、醇类物质的含量也有一定的改变。有学者发现，炸小葱的关键芳香化合物为己醛、二丙基二硫醚、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃和2-甲氧基苯酚，与新鲜小葱相比，在新鲜小葱含量极低或不含的含氮化合物，在炸小葱中却可以检测到，且大多都具有较强的坚果香、烤香和奶油香气[33-34]。在明确内蒙古野葱干的主要呈香物质后，后续研究可以在此分析结果的基础上，选取这四种有用的化学成分作为野葱香精初始配方的原料，调配出香气逼真、自然的野葱香精。

3 结论

通过对内蒙古野葱干的挥发性成分进行分析，其成分种类还是比较复杂多样，共鉴定出挥发性成分87种，其中包含含硫化合物18种（27.05%），杂环类化合物18种（5.06%），烷烃、烯烃类化合物18种（4.92%），酯类11种（5.05%），醛类8种（4.31%），醇类5种（19.67%），酮类4种（1.43%），酸类2种（32.06%），萜烯类2种（0.22%），酚类1种（0.23%）。AEDA分析显示共有20种气味活性化合物对内蒙古野葱干的香气强度影响可能会比较大，ROAV结合AEDA分析推测内蒙古野葱干中的关键香气成分为二甲基三硫醚、乙酸、2,3-丁二醇、苯甲醛，其区别于普通葱类所特有的乙酸和2,3-丁二醇构成了其独特的风味。