縱凱莉，王大全，楊劍婷*

（安徽科技學(xué)院 食品工程學(xué)院，安徽 滁州 233100）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）屬于姜科（Zingiberaceae）開花植物，其包括姜黃、小豆蔻和高良姜等，屬藥食同源。姜中富含活性成分，具有抗癌[1-3]、抗炎[4]、降脂降糖[5-6]和抗氧化[7-8]作用。銅陵白姜是地理標(biāo)志性產(chǎn)品，以“塊大皮薄，汁多渣少，肉質(zhì)脆嫩，香味濃郁”久負(fù)盛名[9]，但由于其含水量高難以儲(chǔ)存。為滿足消費(fèi)者在非收獲期的需求，一般通過腌制進(jìn)行儲(chǔ)存。

目前，有關(guān)生姜腌制的研究已有相關(guān)報(bào)道，何英東等[10]利用果膠甲酯酶對(duì)低鹽腌漬仔姜進(jìn)行保脆處理，提高了其脆性；郭東菊[11]研究了低鹽姜片，并確定其最佳工藝條件，為姜類產(chǎn)品的開發(fā)提供了新的思路。但有關(guān)接種腌制技術(shù)應(yīng)用到白姜生產(chǎn)的研究鮮有報(bào)道。在鹽腌過程中，主要分成干腌和濕腌兩種技術(shù)，在傳統(tǒng)的腌制過程中，以家庭式生產(chǎn)為主。在自然腌制過程中，容易出現(xiàn)雜菌污染，腌制發(fā)酵周期長(zhǎng)等問題，限制了腌制生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)范化的進(jìn)程[12]。研究表明，接種腌制能縮短發(fā)酵周期、降低亞硝酸鹽的含量[13]。當(dāng)前，在工業(yè)化腌制生產(chǎn)中，使用和研究最廣泛的為植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum），其發(fā)酵以產(chǎn)生乳酸為主要成分，在發(fā)酵的中后期占主導(dǎo)地位[12]。腌制蔬菜經(jīng)過發(fā)酵后，原料和環(huán)境因素的存在可以促進(jìn)腌菜的風(fēng)味。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是構(gòu)成食品風(fēng)味的一個(gè)關(guān)鍵要素，通常人們對(duì)食品的喜愛程度在很大程度上取決于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[14]。電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（head space-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）是分析揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的常用方法，然而，關(guān)于腌制白姜風(fēng)味的研究鮮有報(bào)道。因此，研究不同腌制方式對(duì)白姜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響具有重要的意義。

本研究以未處理白姜樣品為對(duì)照，通過自然干腌、自然濕腌和接種濕腌三種方法腌制白姜，通過電子鼻、頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（HS-SPME-GC-MS）技術(shù)分析四種白姜樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)合層次聚類分析（hierarchical cluster analysis，HCA）和主成分分析（principal componentanalysis，PCA）探究其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量差異，并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，旨在為白姜產(chǎn)品的開發(fā)利用提供新思路，為風(fēng)味獨(dú)特的白姜新產(chǎn)品的開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

銅陵白姜：銅陵市銅陵白姜種植基地；食鹽（食品級(jí)）：市售；植物乳桿菌粉（1.0×1010CFU/g）：西安聚生源生物科技有限公司；NaCl（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；3-己酮（色譜純）：上海賽可銳生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3電子鼻：德國(guó)AIRSENSE公司；8890-7000D Agilent氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：美國(guó)Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

參照TANG Y等[15-16]的方法進(jìn)行白姜腌制，并做適當(dāng)修改。選擇色澤正、無機(jī)械破損、無病蟲害的白姜清洗干凈、自然晾干，切成8 mm厚的小塊，備用。以未處理的新鮮白姜樣品為對(duì)照，分別對(duì)其進(jìn)行自然干腌、自然濕腌和接種濕腌三種處理。自然干腌：將白姜風(fēng)干至水分含量約為80 g/100 g。將脫水的白姜與干鹽按質(zhì)量比5∶1混合，密封的容器中25 ℃腌制14 d；自然濕腌：將白姜與8%鹽水以1∶1的比例混合，進(jìn)行自然發(fā)酵，25 ℃密封腌制14 d；接種濕腌：將白姜與8%鹽水以1∶1的比例混合，加入白姜質(zhì)量2.2%的植物乳桿菌粉，25 ℃密封腌制14 d。

1.3.2 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

HS-SPME萃取條件：準(zhǔn)確稱取1.0 g樣品于頂空瓶中，加入飽和NaCl溶液，10 μL 50 μg/mL 3-己酮（內(nèi)標(biāo)溶液）。在60 ℃的恒溫條件下，振蕩5 min，將120 μm DVB/CWR/PDMS萃取頭插入樣品頂空瓶，頂空萃取15 min，于250 ℃下解吸5 min，然后進(jìn)行GC-MS分析。在采樣之前，將萃取頭置Fiber Conditioning Station中250 ℃下老化5 min。

GC條件：DB-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為高純氦氣（He）（純度＞99.999%），恒流流速1.2mL/min，進(jìn)樣口溫度250 ℃，不分流進(jìn)樣，溶劑滯后3.5 min。程序升溫為初始溫度40 ℃保持3.5 min，以10 ℃/min升至100 ℃，再以7 ℃/min升至180 ℃，最后以25 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。

MS條件：電子電離（electron ionization，EI）源，離子源溫度230 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃，質(zhì)譜接口溫度280 ℃，電子能量70 eV，掃描方式為選擇離子監(jiān)測(cè)模式（selected ion monitoring，SIM），定性定量離子精準(zhǔn)掃描。

定性定量分析：白姜揮發(fā)性風(fēng)味成分檢測(cè)數(shù)據(jù)處理由安捷倫Qualitative Analysis軟件完成，在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)檢索對(duì)比，根據(jù)匹配度和保留時(shí)間定性。采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行半定量。

1.3.3 電子鼻傳感器檢測(cè)

配備10種金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)裝置（W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S），其性能描述見表1。將1 g樣品放在瓶子里，蓋上聚四氟乙烯硅塞，30 min后，將電子鼻探針插入瓶子，捕獲頂部空氣并確定存在的揮發(fā)性物質(zhì)。電子鼻設(shè)置為以下參數(shù)：測(cè)試時(shí)間60 s，清洗時(shí)間60 s，內(nèi)流量600 mL/min，采樣流量600 mL/min。

表1 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Performance description of electronic nose sensors

1.3.4 感官評(píng)價(jià)

由10名（女6名，男4名）食品專家組成，在進(jìn)行感官評(píng)價(jià)前，按照本實(shí)驗(yàn)的目的、感官評(píng)價(jià)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)評(píng)價(jià)小組進(jìn)行訓(xùn)練，從色澤、氣味、質(zhì)地和滋味的整體可接受性對(duì)白姜進(jìn)行評(píng)價(jià)，滿分為100分，白姜的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 白姜的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of white ginger

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采用Origin 2023軟件繪圖，運(yùn)用Winmuster軟件進(jìn)行主成分分析；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中香氣特征的數(shù)據(jù)來自：The Good Scents Company Information System[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理白姜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

不同處理組白姜樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成及含量見表3。由表3可知，在對(duì)照組和3個(gè)處理組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）樣品中，共檢測(cè)出53種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，對(duì)照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌處理組4個(gè)樣品中分別檢出45種、47種、48種和50種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

表3 不同處理組白姜樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成及含量Table 3 Composition and contents of volatile flavor substances in white ginger samples with different treatments

由表3可知，在對(duì)照組和3個(gè)實(shí)驗(yàn)組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）樣品中，共檢測(cè)出53種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，其中，萜烯類29種，酯類9種，酮類4種，醇類5種，醛類4種，含硫化合物2種。4個(gè)白姜樣品中萜烯類化合物種類最多，對(duì)照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌處理組白姜中分別檢測(cè)出29、29、28和28種萜烯類化合物。萜烯類是生姜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)最多的種類，其含量也最高，這與LUO S等[18]研究生姜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)果一致。對(duì)照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組樣品中萜烯類化合物含量分別為14.524 mg/g、11.871 mg/g、12.002 mg/g和14.168 mg/g，其在接種濕腌樣品中含量較高。萜烯類化合物中含量最高的為姜烯，具有辛辣鮮味，辛辣鮮味作為生姜中獨(dú)特的風(fēng)味，在新鮮白姜（對(duì)照組）中含量最高，為3.253 mg/g。腌制后姜烯含量下降，表明辛辣味降低，其分別在自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組樣品中含量分別為2.664 mg/g、2.705 mg/g、3.220 mg/g。此外，4個(gè)樣品中均檢測(cè)出高級(jí)芳香型萜烯類物質(zhì)，α-姜黃烯、α-蒎烯、β-倍半水芹烯和α-法呢烯具有令人愉悅的生姜獨(dú)特氣味。而β-沒藥烯在自然濕腌和接種濕腌樣品中并未檢出。

4個(gè)白姜樣品中酯類化合物種類次之，在對(duì)照組、3個(gè)實(shí)驗(yàn)組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）樣品中分別檢測(cè)出6、7、8和9種酯類化合物，對(duì)照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組樣品中酯類物質(zhì)含量分別為0.191 mg/g、0.210 mg/g、0.278 mg/g和0.239 mg/g。3種腌制方式中，自然干腌白姜的酯類化合物數(shù)量及含量均最低，接種濕腌白姜的酯類化合物數(shù)量最高，自然濕腌白姜的酯類化合物含量最高。酯類化合物主要呈現(xiàn)出花香和果香等香氣成分，其中乙酸香茅酯可賦予姜酯香氣味，對(duì)腌制姜風(fēng)味的形成具有重要作用[16]。乙酸香茅酯在自然濕腌白姜中含量最高（0.065 mg/g），這可能由于自然濕腌環(huán)境中雜菌較多，導(dǎo)致腌制過程一些酯類物質(zhì)會(huì)在微生物的作用下通過酯化反應(yīng)而形成[19]。除此之外，異戊酸己酯在自然濕腌中含量也最高，為0.38 mg/g，該物質(zhì)主要呈現(xiàn)成熟糯梨的香味。苯甲酸芐酯僅在接種濕腌白姜中出現(xiàn)（0.001 mg/g），帶有香脂和水果的香氣。

對(duì)照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌白姜樣品中分別檢出4、4、5和4種醇類化合物，其含量分別為0.118 mg/g、0.143 mg/g、0.446 mg/g和0.218 mg/g。腌制后生姜樣品中醇類物質(zhì)含量均上升，自然濕腌的醇類物質(zhì)含量最高，這有可能是因?yàn)樵谧匀粷耠缰写嬖谥罅康碾s菌，并且發(fā)酵啟動(dòng)緩慢，酵母菌等雜菌更傾向于生長(zhǎng)，更容易產(chǎn)生醇類，導(dǎo)致醇類的積累也比較多；相比自然濕腌，接種濕腌發(fā)酵啟動(dòng)快，醇類消耗快，優(yōu)勢(shì)菌會(huì)對(duì)酵母菌等雜菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，因此接種濕腌白姜的醇類含量會(huì)比較低[20]。醇類物質(zhì)具有花香、清香等氣味，當(dāng)其在白姜中的含量較低時(shí)，對(duì)白姜的風(fēng)味影響也較小。其中4個(gè)樣品中主要的醇類風(fēng)味物質(zhì)為2-丁基-2-辛醇，具有水果香氣[17]。

對(duì)照組、3個(gè)實(shí)驗(yàn)組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）白姜樣品中分別檢出3、3、3、4種醛類化合物，2、2、2、3種酮類化合物，其中酮類含量分別為0.138 mg/g、0.105 mg/g、0.089 mg/g、0.190 mg/g，醛類含量分別為0.122 mg/g、0.130 mg/g、0.139 mg/g和0.162 mg/g。接種濕腌白姜樣品中醛類和酮類種類及風(fēng)味化合物總含量最高，其原因可能是，在發(fā)酵過程中，乳酸菌的代謝較為活躍，對(duì)其他類型微生物的生長(zhǎng)繁殖及代謝產(chǎn)生了抑制作用，從而產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如醛類和酮類。酮類化合物中主要呈現(xiàn)花香和果香等，醛類化合物中主要呈現(xiàn)出花香，可能對(duì)腌制白姜的風(fēng)味產(chǎn)生影響[17]。此外，本研究中還檢測(cè)出2種含硫化合物，其總含量在對(duì)照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組白姜樣品中分別為0.021 mg/g、0.032 mg/g、0.036 mg/g和0.042 mg/g，并有研究表明，含硫化合物也是發(fā)酵蔬菜的特征香氣成分之一[21]。

2.2 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的層次聚類分析

為了更直觀、清楚地認(rèn)識(shí)到對(duì)照組及處理組白姜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量的差異，對(duì)4組樣品中檢測(cè)出的53種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量進(jìn)行層次聚類分析（HCA），使用ChiPlot軟件來繪制熱圖，結(jié)果見圖1。

圖1 不同處理組白姜樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的層次聚類分析熱圖Fig.1 Heat map of hierarchical cluster analysis of volatile flavor substances in different groups of white ginger samples

由圖1可知，自然濕腌和自然干腌白姜樣品被分在同一支上，表示其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相近[24]，這與兩者具有相近的萜烯類物質(zhì)有關(guān)。對(duì)照組與其他處理組沒在相同的分支上，說明對(duì)照組的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分布不同于3種腌制的白姜樣品。對(duì)照組白姜樣品中月桂烯、萜品油烯、δ-欖香烯、（+）-香橙烯、水芹烯和愈創(chuàng)木烯含量明顯高于3種腌制的白姜，由此可知，腌制后白姜原本的辛辣味降低。接種濕腌白姜樣品與對(duì)照組、自然干腌白姜樣品揮發(fā)性風(fēng)味較為接近，但與其不在同一支，表明接種濕腌能產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味，同時(shí)也不丟失白姜本身的風(fēng)味。

2.3 電子鼻檢測(cè)結(jié)果

雷達(dá)圖被廣泛地使用，它可以顯示出傳感器陣列對(duì)采樣信號(hào)的反應(yīng)，并且可以顯示出整體與個(gè)別的信號(hào)強(qiáng)度的差別[22-23]。當(dāng)響應(yīng)值越大，表明其傳感器所對(duì)應(yīng)組成的濃度也越高。依次對(duì)不同白姜樣品進(jìn)行電子鼻識(shí)別，從而得到相應(yīng)的響應(yīng)雷達(dá)圖，結(jié)果見圖2。由圖2可知，對(duì)氣味響應(yīng)相對(duì)敏感的傳感器有W1W、W2W、W5S和W1S，說明白姜中的硫化氫、有機(jī)硫化物、芳香成分、氮氧化合物和碳?xì)浠衔锖枯^高。經(jīng)過顯著性分析結(jié)果顯示，腌制后的白姜與對(duì)照組相比，W2W傳感器響應(yīng)值降低，而其他傳感器的響應(yīng)值均上升。其中，接種濕腌白姜樣品硫化氫、芳香成分、碳?xì)浠衔锏群枯^高。

圖2 不同處理組白姜樣品的電子鼻分析雷達(dá)圖Fig.2 Radar plot of electronic nose analysis of different groups of white ginger samples

基于電子鼻分析結(jié)果對(duì)不同處理組白姜樣品進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見圖3。由圖3可知，第一主成分和第二主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為68.13%和31.16%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了99.29%，能較好的反映出樣品的信息[25]。不同樣品的位置比較分散，并不重疊，在氣味上有很大的差異。對(duì)照組與三個(gè)處理組白姜樣品距離相差較大，也進(jìn)一步證明對(duì)照組與其他處理組具有明顯差異。這與HS-SPME-GC-MS的結(jié)果一致。

圖3 基于電子鼻分析結(jié)果不同處理組白姜樣品的主成分分析結(jié)果Fig.3 Principal component analysis results of different groups of white ginger samples based on electronic nose analysis results

2.4 感官評(píng)價(jià)

不同方式腌制的白姜感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。由表4可知，接種濕腌白姜樣品的感官評(píng)分總分最高為83.3分，從色澤、氣味、質(zhì)地、滋味4個(gè)方面看，接種濕腌白姜的評(píng)分分別為17.9分、22.1分、21.4分和21.9分，因此接種濕腌的白姜感官品質(zhì)最好。

表4 白姜的感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of white ginger

3 結(jié)論

通過HS-SPME-GC-MS從四組白姜樣品中共鑒定出53種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。包括29種萜烯類、9種酯類、4種酮類、5種醇類、4種醛類及2種含硫化合物。其中，接種濕腌處理組的揮發(fā)性風(fēng)味化合物數(shù)量最多，為50種，其主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物主要為萜烯類和酯類。電子鼻結(jié)果表明，3個(gè)處理組樣品中硫化氫、有機(jī)硫化物、芳香成分等含量較高。HCA及PCA表明，對(duì)照組與處理組樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異較大，接種濕腌能使白姜樣品產(chǎn)生獨(dú)特風(fēng)味，感官評(píng)分最高（83.3分）。本研究為采用接種濕法腌制工藝改善白姜品質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。