張欣昕，張福金，康博洋，郭志剛，黃 潔

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)畜產(chǎn)品質量安全中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

內(nèi)蒙古作為我國馬鈴薯重要的生產(chǎn)基地，常年種植面積達30萬hm2，總產(chǎn)量達150萬t，均排在全國前三位，內(nèi)蒙古馬鈴薯的品質極具地域特色和風味，深受全國消費者喜愛。隨著馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)鏈條的延伸，對馬鈴薯的加工品質要求越來越高。風味品質，作為馬鈴薯加工品質的重要評價指標之一，是直接決定馬鈴薯品質好壞和產(chǎn)品價值的首要條件，也是影響消費者購買行為的重要評判指標[1]。

馬鈴薯熟化加工過程中，主要發(fā)生脂質氧化和熱降解反應，例如美拉德反應和斯特雷克降解反應等[2-3]。這些化學反應主要是催化氨基酸、脂肪酸和糖類的降解，生成許多含氧和含氮的雜環(huán)化合物，如醛、醇、酮、呋喃、吡嗪等，正是這些復雜的化合物共同構成了馬鈴薯加工后的獨特和濃郁的風味，如甜味、麥芽香、焦糖香、炒堅果味、烤香、咖啡香等[4]。馬鈴薯風味物質的提取方法主要有同時蒸餾萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）、溶劑直接萃?。╯olvent extraction，SE）、溶劑輔助風味蒸發(fā)（solvent-assisted flavor evaporation，SAFE）、超臨界二氧化碳萃?。╯upercritical CO2fluid extraction）和頂空固相微萃?。╤eadspacesolids-phase microextraction，HS-SPME）等[5]。其中，SDE 法是通過同時加熱樣品和有機溶劑至沸騰，從而提取揮發(fā)性風味物質，溶劑用量少，揮發(fā)性風味物質充分濃縮，對微量成分萃取效率較高，但對一些熱敏性揮發(fā)性風味物質影響較大[6-7]。HS-SPME具有操作簡單、無溶劑使用，具有快速完成揮發(fā)性風味物質采樣、萃取、富集和進樣等特點，但獲得的化合物類別相對單一[8-9]。目前，對于馬鈴薯揮發(fā)性風味物質的研究相對較少，SDE和HS-SPME兩種方法的比較研究鮮見報道，鑒于各種提取方法的原理不同，可能提取到的化合物有所不同，本研究以內(nèi)蒙古地區(qū)特有的馬鈴薯品種后旗紅為試驗對象，采用SDE和HS-SPME兩種前處理方法，并結合氣相色譜-質譜聯(lián)用儀開展馬鈴薯中揮發(fā)性風味物質的研究，并初步探索馬鈴薯的香氣組分，為今后馬鈴薯香氣成分的研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

試驗材料為內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右后旗格爾圖鎮(zhèn)馬鈴薯品種后旗紅，采收后于4℃貯藏并在20 d內(nèi)完成測定；試劑為國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn)的二氯甲烷（分析純）、正己烷（分析純）和無水硫酸鈉（分析純）。

1.2 儀器與設備

6890A-5973N氣質聯(lián)用儀（NIST08譜庫）：美國Agilent公司；手動SPME裝置（配有50/30 CAR-DVBPDMS萃取頭）：美國Supelco公司；SDE裝置（定制）：天長市金橋分析儀器廠；旋轉蒸發(fā)儀：東京理化公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

稱取2～3個新鮮樣品，約500 g，清洗、去皮，切成3 cm3大小的立方體狀，混勻，立即測定。

1.3.2 SDE前處理方法

稱取20 g制備好的樣品于1 L圓底燒瓶中，加入沸石、400 mL蒸餾水，連接SDE裝置，電熱套加熱至微沸；另將裝有30 mL二氯甲烷的圓底燒瓶，連接水浴，45℃加熱，SDE裝置接入冷凝水，待兩側溶液出現(xiàn)回流現(xiàn)象時，開始計時，回流萃取1.5 h。萃取結束后，等待裝置完全冷卻，將二氯甲烷萃取液放入裝有10 g無水硫酸鈉的具塞試管中脫水干燥，然后轉移至KD濃縮管，置于旋轉蒸發(fā)儀上40℃濃縮至1 mL后，移入上機小瓶中密封，進行GC-MS分析。在相同條件下重復3次。

1.3.3 HS-SPME前處理方法

稱取5 g制備好的樣品于100 mL頂空瓶，再加入20 mL蒸餾水，于100℃水浴中加熱30 min，冷卻待測。萃取纖維頭于氣相色譜的進樣口老化，老化溫度為250℃，時間5 min，老化后插入裝有樣品的頂空瓶中吸附40 min，萃取后的纖維頭在GC-MS上解吸附5 min，進行GC-MS分析。在相同條件下重復3次。

1.3.4 GC-MS儀器條件

SDE方法色譜條件：色譜柱為HP-5 ms（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm）毛細管柱，進樣量為 1 μL，分流流量為10 mL/min，分流比為20∶1，溶劑延遲 3 min。進樣口溫度為280℃。初始溫度60℃保持2 min，隨后以 5℃/min升溫至 300℃，保持6 min。

HS-SPME方法色譜條件：色譜柱同SDE方法，不分流進樣，進樣口溫度為250℃，初始溫度60℃保持2 min，隨后以5℃/min升溫至280℃，保持8 min。

質譜條件：電子轟擊離子源（EI），電子能量70 eV。傳輸線溫度：250℃，離子源溫度 230℃，四極桿溫度150℃。掃描范圍50～600 m/z。

1.4 數(shù)據(jù)處理

定性分析：通過原始數(shù)據(jù)與NIST譜庫匹配進行定性，每個峰使用軟件自動進行背景校正，選擇匹配度大于80%作為物質鑒定依據(jù)。

定量分析：采用峰面積歸一化法定量，計算各揮發(fā)性風味物質峰面積與總面積之比，確定各物質的相對含量。

2 結果與分析

2.1 SDE法鑒定的馬鈴薯揮發(fā)性風味物質

用SDE法對馬鈴薯樣品進行前處理，利用GC-MS進行分析，定性和定量結果見表1。通過GC-MS定性，SDE法檢測出的揮發(fā)性風味物質有24種，主要是醛類、醇類、酮類、烷烴類、酯類、酸類和雜環(huán)化合物。其中，醛類、醇類和雜環(huán)化合物鑒定物質較多，相對含量分別占揮發(fā)性風味物質總量的44.27%、23.79%和18.35%；其次是酮類、烷烴類和酯類物質，相對含量分別占揮發(fā)性風味物質總量的1.00%以上；酸類物質相對含量最低，為0.83%。相對含量最高的物質是苯乙醛，相對含量為11.40%；其次是3-己醇、3-甲硫基丙醛 、5-甲基呋喃醛、2-乙基-3-甲基吡嗪、2-乙基-3，6-二甲基吡嗪、壬醛、L-薄荷醇、2，4-癸二烯醛，相對含量超過5.00%。由此可見，SDE法中醛類、醇類和雜環(huán)化合物是構成熟化馬鈴薯中揮發(fā)性氣味的主要物質。

表1 SDE法提取馬鈴薯揮發(fā)性風味物質的分析結果Table 1 Analysis results of potato volatile flavor compounds extracted by SDE

2.2 HS-SPME法鑒定的馬鈴薯揮發(fā)性風味物質

HS-SPME法檢測出的揮發(fā)性風味物質有29種（表2），主要是醛類、醇類、酮類、雜環(huán)化合物和其他物質。其中醛類物質鑒定種類最多，占鑒定物質種類總數(shù)的41.40%，相對含量占揮發(fā)性風味物質總量的73.57%；醇類物質和雜環(huán)化合物相對含量接近，占揮發(fā)性風味物質總量的12.05%和11.40%。相對含量最高的物質是3-甲硫基丙醛，達18.20%；其次是庚醛、苯乙醛、5-甲基呋喃醛、壬醛和戊醛，相對含量分別為12.20%、9.96%、8.60%、6.60%和5.90%。由此可見，HS-SPME法中醛類物質是構成熟化后馬鈴薯中揮發(fā)性氣味的主要成分。

表2 HS-SPME法提取馬鈴薯揮發(fā)性風味物質的分析結果Table 2 Analysis results of potato volatile flavor compounds extracted by HS-SPME

2.3 SDE和HS-SPME兩種方法提取的揮發(fā)性風味物質的比較

采用兩種前處理方法從蒸馬鈴薯中提取并鑒定出53種揮發(fā)性風味物質，兩種方法共同鑒定出的物質有10種，分別為3-甲硫基丙醛、3-己醇、糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、5-甲基呋喃醛、苯乙醛、庚醛、壬醛、2，4-癸二烯醛、1-［4-（2-羥基丙-2-基）苯基］乙醇，主要以醛類為主；從相對含量上看，3-甲硫基丙醛、5-甲基呋喃醛、苯乙醛、壬醛的相對含量都在5.00%以上。研究表明，3-甲硫基丙醛主要來源于Strecker降解反應[10]；苯乙醛、壬醛等主要來源于脂質的降解反應，例如壬醛是油酸的降解產(chǎn)物。這些化合物均具有特殊香味，如3-甲硫基丙醛有醬香、紅燒肉香味，苯乙醛有杏仁香，壬醛有玫瑰、柑橘香味等[11]，這些物質共同作用產(chǎn)生特有的馬鈴薯香氣。

兩種前處理方法鑒定的物質見表3，SDE法鑒定的化合物類別為7類，鑒定化合物類別較豐富醛類、醇類和雜環(huán)化合物鑒定物質占比較多，相對含量分別占揮發(fā)性風味物質總量的44.27%、23.79%和18.34%。其次是酮類、烷烴類和酯類物質，相對含量為1.00%以上，酸類物質相對含量最低，為0.83%，而HS-SPME法鑒定的化合物類別為5類，烷烴類、酯類和酸類均未檢出，且有其他類別物質被鑒定到。相同類別的物質在數(shù)量和相對含量上也有所不同，HS-SPME法中醛類物質相對含量占總揮發(fā)物的73.57%，遠大于SDE法；HS-SPME法中雜環(huán)化合物數(shù)量比SDE法多，但相對含量低于SDE法；而HS-SPME法中醇類比SDE法豐富，但相對含量不及SDE法。

表3 SDE法和HS-SPME法提取馬鈴薯揮發(fā)性風味物質的比較Table 3 Comparison of potato volatile compounds extracted by SDE and HS-SPME

從兩種前處理方法鑒定的差異物質的含量上看，SDE法中鑒定到相對含量較高的化合物，在HS-SPME法中未檢出，如在SDE法鑒定到的2-乙基-3-甲基吡嗪和2-乙基-3，6-二甲基吡嗪的相對含量分別為7.22%和6.91%，而在HS-SPME法中未檢出。這可能由于吡嗪類物質的產(chǎn)生與溫度變化關系較大，隨著處理溫度升高，相關化學反應進行更徹底，香氣組分含量也會發(fā)生較大變化，但溫度過高，樣品可能產(chǎn)生焦糊味[12]。而在HS-SPME法鑒定到的戊醛、己醛、2-乙基呋喃等物質，在SDE法中未檢出，其原因可能與這些物質沸點較低有關[13]。

3 討論

SDE法和HS-SPME法萃取的揮發(fā)性成分在數(shù)量上較接近，但獲得的揮發(fā)性化合物不盡相同。本研究發(fā)現(xiàn)，SDE法鑒定的化合物類別為7類，而HS-SPME法鑒定的化合物類別為5類，烴類、酯類和酸類在HS-SPME中均未鑒定到。這說明SDE法適合提取中、高沸點的揮發(fā)性化合物，而HS-SPME法適用于提取低沸點的揮發(fā)性化合物。朱曉鳳等[14]利用SDE和HS-SPME結合GC-MS分析了霍山黃大茶香氣成分，結果發(fā)現(xiàn)，SDE法得到的醇類相對含量高于HS-SPME法，而HS-SPME法鑒定的多為中、低沸點且分子質量較小的呋喃雜環(huán)類、脂肪醛等，如2-乙基呋喃、戊醛、己醛等，與本研究結果一致。付欽寶等[15]研究發(fā)現(xiàn)，由于SDE法樣品前處理中經(jīng)過長時間高溫，熱不穩(wěn)定化合物相對含量較少，但對于在高溫下產(chǎn)生的2-乙基-3-甲基吡嗪等吡嗪類物質提取效率較高，這與本研究結果一致。曾著莉等[16]利用HS-SPME-GC-MS分析了蒸熟的馬鈴薯泥，鑒定獲得31種揮發(fā)性風味物質，主要以醛類物質為主，也與本研究結果相近。SDE法和HS-SPME法在相同物質上的提取效率也有所差異，魏育坤等[17]比較了SDE法和HS-SPME法對大黃魚揮發(fā)性化合物的提取，研究發(fā)現(xiàn)，HS-SPME法提取到的低沸點的揮發(fā)性化合物壬醛，含量達1 376.84 ng/g，但經(jīng)SDE法提取到的壬醛含量較低（89.74 ng/g）。本研究中，SDE法鑒定到的3-甲硫基丙醛相對含量為8.46%，而HS-SPME法相對含量為18.20%，與魏育坤等研究結論相似。余麗等[18]利用SDE法和SPME法分析了苦蕎的揮發(fā)性風味物質，SDE法鑒定出的酯類、酸類化合物種類和相對含量高于SPME法，如SDE法鑒定出鄰苯二甲酸二異丁酯相對含量為45.80%，而HS-SPME法鑒定出的該物質含量只有2.42%，也與本研究結果相似。

熟化馬鈴薯的香氣主要是加工過程中發(fā)生一系列復雜的生化反應而產(chǎn)生的，REDDIVARI等[19]研究認為，熟化馬鈴薯的風味變化取決于脂質氧化物以及其化合物反應，如氨基酸脫氨、脫羧生成相應醛的斯特雷克降解反應等。王榛等[20]和ORUNA-CONCHA等[21]的研究也發(fā)現(xiàn)，熟化馬鈴薯的揮發(fā)性化合物中，脂類降解產(chǎn)物約占22%～69%，糖降解和美拉德反應產(chǎn)物約占28%～77%，但每種反應對揮發(fā)性成分的具體貢獻因馬鈴薯品種而異。MORRIS等[22]研究還發(fā)現(xiàn)，熟化馬鈴薯時，塊莖組織被逐步加熱，促進脂氧合酶的脂質氧化反應，故其脂質衍生的風味包含熱降解和酶氧化產(chǎn)物，例如2，4-癸二烯醛、庚醛、壬醛、苯乙醛等，對熟化馬鈴薯香氣成分有重要作用，本研究中也發(fā)現(xiàn)壬醛和苯乙醛在SDE法和HS-SPME法中提取的相對含量均比較高，可能是關鍵香氣成分。GUMBMANN等[23]研究認為，熟化馬鈴薯的特征揮發(fā)性風味是由甲硫醇和甲硫基丙醛通過甲硫氨酸降解形成的，在適度的稀釋濃度下有馬鈴薯的香氣，3-甲硫基丙醛通常被認為是馬鈴薯的特征風味物質，本研究中HS-SPME法提取鑒定到的3-甲硫基丙醛相對含量最高，對樣品的香氣貢獻最大。楊妍等[24]研究認為，芳香族和呋喃類化合物可能是由馬鈴薯細胞中還原糖降解產(chǎn)生的，芳香族化合物含量較少，但有些是形成雜環(huán)化合物的重要中間體，對馬鈴薯香氣形成起到了不可忽視的作用。3-呋喃甲醛是還原糖與胺之間的相互作用產(chǎn)生的，2-戊基呋喃是美拉德反應的重要產(chǎn)物之一。李凱峰等[25]的研究得出3-呋喃甲醛和2-戊基呋喃在HS-SPME法提取下均檢出，與本研究結果一致。

4 結論

以SDE法和HS-SPME法兩種萃取方式結合GC－MS對熟化馬鈴薯揮發(fā)性風味物質進行了分析，兩種方法共鑒定出53種揮發(fā)性風味物質，其中，SDE法鑒定出24種，HS-SPME鑒定出29種，兩種方法在提取物質和提取效率上具有差異，HS-SPME法鑒定到的化合物數(shù)量較多，特征香氣成分的提取效率更高。兩種方法共同鑒定物質以醛類為主，被認為是熟化馬鈴薯的主體風味成分，其中，3-甲硫基丙醛、5-甲基呋喃醛、苯乙醛和壬醛相對含量較高，初步認為是馬鈴薯的關鍵香氣成分。