張文玉,李雅,馬赫,劉常金*,張軍兵,江慎華

1(天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,天津,300457) 2(江西丹霞生物科技股份有限公司,江西 鷹潭高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū),335299) 3(九江學(xué)院 藥學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,江西 九江,332000)

芫荽(CoriandrumsativumL),俗稱香菜,為傘形科芫荽屬調(diào)味蔬菜,起源于歐洲地中海地區(qū),西漢時張騫出使西域傳入我國,深受國人喜愛[1]。芫荽是最古老的芳香蔬菜之一,也具有藥用價值,其用于烹飪和藥用的歷史超過兩千年[2]。除食用外,芫荽具有廣泛的藥理活性,能抗菌[3]、抗氧化[4]、抗糖尿病[5]和解毒鉛鎘[6-7]等功效。

芫荽作為葉菜,含水量很高,呼吸作用旺盛,采后貯藏性差,極易腐爛變質(zhì),風(fēng)味容易散失,品質(zhì)迅速裂變[8]。因此,在芫荽產(chǎn)業(yè)鏈中,除部分芫荽直接銷售鮮食外,大多通過干制進行保存以便于流通,但干燥加工會造成芫荽特有的香氣和風(fēng)味損失,甚至在加工中會產(chǎn)生不良氣味,影響了干制品的品質(zhì),對其商品價值和產(chǎn)品質(zhì)量造成不良影響[9]。芫荽是一種具有獨特風(fēng)味的香辛料[10],可作為調(diào)味品的原材料,研究干燥加工工藝對芫荽揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響,為后續(xù)工廠生產(chǎn)中實現(xiàn)復(fù)合調(diào)味品風(fēng)味精準調(diào)控和可控化生產(chǎn)提供了一定的科學(xué)依據(jù)。GC-MS技術(shù)是分析食品揮發(fā)物的成熟技術(shù),國內(nèi)外已經(jīng)在果蔬揮發(fā)物分析鑒定時廣泛使用。盧琪等[11]利用GC-MS結(jié)合電子鼻分析了干燥方式對菊花茶揮發(fā)性化合物的影響,結(jié)果表明真空干燥效率高,同時保持了福白菊花朵原有色澤和花香;FENG等[12]發(fā)現(xiàn)大蒜在不同干燥過程中即有揮發(fā)性成分的降解損失,同時也有新的揮發(fā)性化合物的生成;SHI等[13]分析了不同干燥方式對八角品質(zhì)和風(fēng)味影響,結(jié)果表明干燥能更有效地促進八角風(fēng)味形成和品質(zhì)的保持。目前,尚未見到GC-MS結(jié)合化學(xué)計量法分析不同干燥方式芫荽揮發(fā)物的報道。

本研究擬采用自然干燥、真空干燥、熱風(fēng)干燥、噴霧干燥和真空冷凍干燥對芫荽進行干燥處理?；陧斂展滔辔⑤腿?氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)法對芫荽干燥過程中揮發(fā)性化合物進行分析鑒定,利用主成分分析和最小二乘判別分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)對芫荽進行判定、區(qū)分和篩選,通過變量重要性因子(variable importance in projection,VIP)和香氣活性值(odor activity value,OAV)找出干燥過程中的標志性化合物,為優(yōu)質(zhì)干制芫荽的加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

芫荽,天津科技大學(xué)食用植物教學(xué)實習(xí)基地;1,2-二氯苯(色譜純),麥克林試劑公司;甲醇(色譜純),天津索羅門生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Qp2010ultra型GC-MS聯(lián)用儀,日本島津儀器有限公司;固相微萃取手動進樣手柄、固相微萃取進樣器(50/30 μm CAR/DVB/PDMS),美國Supelco公司;VOS-60A真空干燥箱,施都凱儀器設(shè)備(上海)有限公司;DZF-6050干燥烘箱,上海一恒科技儀器有限公司;BILON-6000Y噴霧干燥機,上海比朗儀器制造有限公司;XY-FD-27S真空冷凍干燥機,上海欣諭儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

新鮮的樣品采后挑揀,采用5種不同的干燥方式進行干燥,干燥后樣品打粉至80目備用,具體操作條件見表1。

1.3.2 GC-MS檢測條件

HS-SPME條件：稱取1.0 g芫荽樣品置于40 mL頂空瓶中,加入內(nèi)標1,2-二氯苯(4 μL、0.163 25 μg/μL),置于70 ℃水浴中平衡30 min,將萃取頭刺入頂空瓶中吸附40 min,取出萃取頭放于GC進樣口解吸20 min。

GC條件：色譜柱：RTX-5MS毛細管柱(30 m×0.25 μm,0.25 mm);升溫程序：起始溫度40 ℃,40 ℃保持3 min;以4 ℃/min升至150 ℃,保持2 min;以8 ℃/min升至250 ℃,保持6 min。載氣為氦氣,流速1.0 mL/min,分流進樣。

MS條件：質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源;離子源溫度200 ℃;接口溫度220 ℃;電子能量70 eV;質(zhì)量掃描范圍(m/z)35～500。

揮發(fā)性化合物定性定量方法：通過GC-MS檢測,將揮發(fā)性化合物的質(zhì)譜NIST11譜庫進行比較,列出匹配度大于80%的成分,通過相同色譜條件下正鏈烷烴(C6～C25)標準品的質(zhì)譜信息以及各組分的保留指數(shù),鑒定揮發(fā)性成分,以1,2-二氯苯為內(nèi)標,采用內(nèi)標法[14]定量計算各組分含量,計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Wx為目標化合物含量,μg/kg;Ax為目標化合物的峰面積;Ai為內(nèi)標化合物的峰面積;Mi為內(nèi)標化合物的質(zhì)量濃度,μg/μL;4為加入內(nèi)標化合物體積,μL;1 000表示1 kg。

1.3.3 OAV分析

通過OAV的大小來確定關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì),利用各揮發(fā)性化合物含量與閾值的比值計算,計算如公式(2)所示：

(2)

式中：Ci為揮發(fā)性化合物質(zhì)量濃度,μg/kg;OTi為閾值,mg/kg;1 000為1 000 μg。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每組試驗設(shè)置3個平行試驗,結(jié)果用平均值±標準差表示。采用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理,采用SPSS 25.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析;采用R軟件進行熱圖處理;采用SIMCA-P 14.1軟件進行PLS-DA分析;采用Origin 2019進行圖像處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 六種芫荽樣品揮發(fā)性成分分析

為明確不同干燥方式對芫荽揮發(fā)性化合物的影響,利用GC-MS對芫荽所含的揮發(fā)性化合物分析鑒定。共檢測出119種揮發(fā)性化合物,可分為8大類：醛類(36種)、醇類(27種)、酮類(8種)、烷烴類(16種)、烯類(7種)、酯類(10種)、酸類(2種)、其他(13種)。其中新鮮芫荽的總揮發(fā)成分最高為31 670.87 μg/kg,其次是真空冷凍干燥(27 577.26 μg/kg)、自然干燥(26 506.76 μg/kg)、真空干燥(25 792.68 μg/kg)、熱風(fēng)干燥(8 915.59 μg/kg)、噴霧干燥(7 870.14 μg/kg)。在6種芫荽樣品中,醛類物質(zhì)種類最多,含量最高,其氣味閾值較低[15],是芫荽香氣的主要貢獻物質(zhì),醇類物質(zhì)閾值相對較高[16],對芫荽的香氣有輔助作用。

如圖1所示,與新鮮芫荽相比,干燥后芫荽的風(fēng)味成分種類有所減少,干燥方式使得揮發(fā)性化合物的數(shù)量以及含量減少,其中醛和醇是芫荽重要的風(fēng)味成分,其數(shù)量和含量明顯高于其他物質(zhì)。通過比較揮發(fā)性化合物含量,真空冷凍干燥的揮發(fā)性化合物含量明顯高于其他幾種干燥方式,其次是自然干燥;通過比較揮發(fā)性化合物數(shù)量,自然干燥更有效地保持了芫荽中揮發(fā)性化合物數(shù)量,此外,酸類物質(zhì)僅在自然干燥中被檢出?？偟膩碚f,真空冷凍干燥和自然干燥對芫荽中揮發(fā)性化合物質(zhì)保留效果更好。

a-風(fēng)味成分種類比較;b-風(fēng)味成分含量比較圖1 六種芫荽樣品風(fēng)味成分種類和含量

根據(jù)這些揮發(fā)性化合物的離子流圖建立不同干燥方式芫荽的香氣指紋圖譜,幾種干燥方式的揮發(fā)性化合物有明顯差異。如圖2-a所示,與其他干燥方式對比,真空冷凍干燥較好地保留了揮發(fā)性化合物的豐度。如圖2-b所示,5種干燥方式共檢測20種共有的揮發(fā)性化合物。此外,真空冷凍干燥有5種特有的揮發(fā)性化合物,分別為反-2-十二烯醛、芳樟醇、萜品烯、1-辛烯-3-醇乙酸酯和甲酸正癸酯;噴霧干燥有6種特有的揮發(fā)性化合物,分別是反-2-辛烯醛、順-7-十四烯醛、3-乙基-3-甲基庚烷、十六烷、十七烷和2,4-二甲基-1-癸烯;真空干燥有1種特有的揮發(fā)性化合物萘;熱風(fēng)干燥有2種特有的揮發(fā)性化合物,分別是十四醛三聚物和2-己基-1-癸醇;日光干燥所特有的揮發(fā)性化合物有29種,主要為酸類和烷烴類物質(zhì),酸類物質(zhì)通常有刺鼻氣味,烷烴類物質(zhì)閾值較高對風(fēng)味貢獻較小。GC-MS離子流圖和維恩圖表明不同干燥方式芫荽中各揮發(fā)性化合物的種類和含量具有明顯差異。

a-六種芫荽樣品的特征揮發(fā)物輪廓;b-維恩圖分析圖2 六種芫荽樣品中揮發(fā)性成分的HS-SPME-GC-MS分析

2.2 六種芫荽樣品特征性呈香物質(zhì)分析

OAV可用于評估揮發(fā)性化合物對芫荽樣品香氣的貢獻[17]。研究表明,OAV≥1的揮發(fā)性化合物對整體香氣的貢獻較大,OAV>10的揮發(fā)性化合物則被確定為重要香氣成分[18]。如表2所示,OAV>1的物質(zhì)共34種,其中醛類19種、醇類9種、酮類3種、脂類1種、雜環(huán)類2種。

表2 六種芫荽樣品OAV>1的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)Table 2 Volatile flavor compounds with OAV> 1 in six coriander samples

醛類是氨基酸分解代謝,酮酸脫羧或不飽和脂肪防酸分解的初級代謝產(chǎn)物,具有低氣味閾值的醛類物質(zhì)可以為蔬菜提供特殊風(fēng)味[19],異丁醛、異戊醛、2-甲基丁醛、戊醛、己醛、壬醛、癸醛、十一醛、十二醛和十三醛在幾種樣品中均有檢出;戊醛和反式-2-壬烯醛在噴霧干燥中未檢出,而在其他幾種芫荽樣品中均有檢出,賦予芫荽杏仁香和清香味;反式-2-己烯醛僅在新鮮樣品中檢出,呈清香味和果香味;反-2-十二烯醛僅在新鮮和真空冷凍干燥中檢出,具有清香和花香味;β-環(huán)檸檬醛僅在新鮮和日光干燥中檢出,具有薄荷味。醇類物質(zhì)可以通過蛋白質(zhì)和氨基酸的微生物代謝以及脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的酮和醛的還原而形成[20],具有清香和甜味的1-辛烯-3-醇在幾種芫荽樣品中均有檢出,而具有花香的芳香醇僅在新鮮和真空冷凍干燥樣品中檢出。酮類主要由脂肪氧化,羰基化合物和氨基化合物的美拉德反應(yīng)產(chǎn)生,大多是酮類物質(zhì)的閾值較低[21],在芫荽樣品中檢測出的3種酮類物質(zhì)分別是1-辛烯-3-酮、香葉基丙酮和β-紫羅蘭酮,基于OAV,1-辛烯-3-酮是真空干燥、熱風(fēng)干燥和噴霧干燥的重要香氣成分,并賦予芫荽蘑菇香;香葉基丙酮主要賦予芫荽花香味;β-紫羅蘭酮是一種萜烯類衍生物,是類胡蘿卜素降解產(chǎn)生的主要化合物之一,賦予芫荽花香和清香。脂類賦予芫荽堅果和油脂香氣,(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯僅在新鮮樣品中檢出。雜環(huán)類物共檢出2種,萘的OAV較低,僅在噴霧干燥中被檢出,呋喃是通過美拉德反應(yīng)和糖降解途徑產(chǎn)生的,僅在新鮮樣品、真空干燥和熱風(fēng)干燥中被檢出,2-戊基呋喃曾作為烤羊肉的主要呈香物質(zhì)被檢出[22]。其中,醛類物質(zhì)如壬醛、癸醛、十一醛、十二醛、十四醛,醇類物質(zhì)如芳樟醇、2-十二烯醛醇等物質(zhì)OAV得分較高。文獻報道芫荽中的主要呈香物質(zhì)為醛類和醇類物質(zhì)[23],結(jié)合本研究中的芫荽樣品揮發(fā)性化合物對應(yīng)的OAV進一步分析,表明芫荽整體的香味呈百合花香、柑橘香、花香、杏子味、青草香以及油脂味,主要歸因于壬醛、癸醛、十一醛、十二醛、十四醛、芳樟醇和2-十二烯醛醇。

2.3 多元統(tǒng)計分析

VIP表示揮發(fā)性化合物對樣本的貢獻度,VIP>1表示該變量具有重要作用,且VIP值越大,說明該揮發(fā)性化合物在樣品間差異越顯著。篩選出50種VIP>1的標志差異性揮發(fā)性化合物,可作為6種芫荽樣品的標志物。其中,反式-2-辛烯-1-醇和順-1-甲基雙環(huán)癸烷-2,10-二酮的VIP>1.2,是造成不同芫荽樣品間差異的最關(guān)鍵化合物。此外,有16個標志差異性揮發(fā)性化合物OAV>1,分別是2-十一烯醛、十四醛三聚物、戊醛、反式-2-壬烯醛、十四醛、2-戊基呋喃、正辛醛、異丁醛、葉綠醇、癸醛、十二醛、2-甲基丁醛、十三醛、香葉醇、十一醛、1-辛烯-3-醇和反-2-十二烯醛。如圖4所示,為了直觀地表示芫荽中揮發(fā)性化合物含量在不同在干燥方式下的變化規(guī)律,采用了熱圖分析,由白到紅色代表著揮發(fā)性化合物含量由低到高。

2.4 干燥過程主要氣味物質(zhì)的變化

揮發(fā)性化合物可能在不同的加工過程中發(fā)生復(fù)雜的相互作用轉(zhuǎn)化成其他化合物。如圖5-a所示,日光干燥后,樣品中41個揮發(fā)性成分(volatile components,VCS)含量變化超過2倍,26個VCS出現(xiàn),25個VCS消失,其中OAV較高的壬醛、十二醛和芳樟醇的減少或消失會降低芫荽樣品的花香、青草香和油脂香,而癸醛、十四醛和香葉基丙酮的增加或產(chǎn)生會提高芫荽樣品的柑橘味和青香;如圖5-b所示,真空干燥后,樣品中37個VCS含量變化超過2倍,3個VCS出現(xiàn),29個VCS消失,其中OAV較高的壬醛、十一醛、十二醛和十四醛的減少或消失會降低芫荽樣品的花香、柑橘香、油脂香和杏子味,而癸醛和香葉基丙酮的增加或產(chǎn)生會提高芫荽樣品的柑橘味和花香;如圖5-c所示,熱風(fēng)干燥后,樣品中36個VCS含量變化超過2倍,8個VCS出現(xiàn),34個VCS消失,其中OAV較高的壬醛、十一醛、十二醛和芳樟醇的減少或消失會降低芫荽樣品的花香、柑橘香和油脂香,而癸醛、十四醛、2-十二烯醛醇和香葉基丙酮的增加或產(chǎn)生會提高芫荽樣品的柑橘味和草本香;如圖5-d所示,噴霧干燥后,樣品中46個VCS含量變化超過2倍,9個VCS出現(xiàn),30個VCS消失,其中OAV較高的壬醛、十一醛、十二醛、芳樟醇和2-十二烯醛醇的減少或消失會降低芫荽樣品的花香、柑橘香和油脂香,而癸醛、十四醛、β-紫羅蘭酮和香葉基丙酮的增加或產(chǎn)生會提高芫荽樣品的柑橘味、果香和花香;如圖5-e所示,真空冷凍干燥后,樣品中37個VCS含量變化超過2倍,3個VCS出現(xiàn),28個VCS消失,其中OAV較高的壬醛和芳樟醇減少會降低芫荽樣品的花香、青草香和油脂香,而癸醛、十四醛和香葉基丙酮的增加或產(chǎn)生會提高芫荽樣品的柑橘味和花香。

3 結(jié)論

通過HS-SPME-GC-MS分析不同干燥方式獲得的芫荽樣品中的揮發(fā)性成分,共檢測出119種風(fēng)味物質(zhì),其中新鮮芫荽的總揮發(fā)成分最高為31 670.87 μg/kg,其次是真空冷凍干燥(27 577.26 μg/kg)。利用OAV評估其對整體風(fēng)味的影響,初步確定了芫荽關(guān)鍵特征風(fēng)味化合物為壬醛(油脂、青草、花香)、癸醛(肥皂、橘子皮、牛脂)、十一醛(油、辛辣、甜味)、十二醛(百合花、油脂、柑橘)、十四醛(杏子)、芳樟醇(花香)和2-十二烯醛醇(青草、柑橘、果柑)。通過PLS-DA分析篩選出50種VIP>1的揮發(fā)性物質(zhì),可實現(xiàn)不同干燥方式芫荽的區(qū)別判斷。本研究通過對干燥后芫荽的風(fēng)味進行分析,得到風(fēng)味較好的芫荽粉。由于利用OAV方法對樣品中的特征風(fēng)味化合物的分析存在一定局限性,在后續(xù)的研究中,將進一步結(jié)合氣相色譜-嗅聞檢測技術(shù)和氣相色譜離子遷移譜等技術(shù),為干燥香菜的品質(zhì)評定提供客觀依據(jù)。