超高壓處理對納豆香氣物質的影響

馬善麗，葉 慶，許 穎，袁小單，鄧娜娜，馬永昆*

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮江 212013)

超高壓處理對納豆香氣物質的影響

馬善麗，葉 慶，許 穎，袁小單，鄧娜娜，馬永昆*

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮江 212013)

研究超高壓處理對納豆風味的影響。納豆經200、400MPa和600MPa超高壓處理10min后，采用固相微萃取富集香氣，并用氣相色譜-質譜聯用儀檢測香氣成分。結果表明：超高壓處理后納豆香氣物質的種類和含量變化顯著(P＜0.05)，2-甲基-3-戊酮含量下降至未檢出，并新增己醛、2-戊基呋喃兩種物質；酮類、酯類和醇類含量呈現不同的增加趨勢，酸類、醛類和吡嗪類含量下降，其中400MPa處理10min后，酮類、酯類和醇類含量分別上升13.11%、117.29%和46.91%，酸類、醛類和吡嗪類含量分別下降50.59%、90.92%和16.17%，納豆香氣典型，且更加突出，而對風味有不利影響的乙酸、苯甲醛等含量顯著下降(P＜0.05)。

納豆；超高壓；香氣；固相微萃取；氣相色譜-質譜法

納豆是日本一種獨特的大豆傳統食品，類似中國的豆豉，是大豆經枯草芽孢桿菌發酵而成的具有獨特風味的一種食品，其含有納豆激酶、氨基酸、VK2、γ-谷氨酰基轉肽酶和α-多聚谷氨酸等物質[1]，具有溶血栓[2]、抗氧化延緩衰老[3]、預防骨質疏松[4]和降血壓[5]等保健功效。但是由于新鮮納豆具有氨味，難以被我國消費者接受，因此改善納豆的風味成為其在我國推廣努力的方向。Tanaka等[6]研究表明納豆的特征香氣成分主要是丙酮和異丁酸甲酯；Leejeerajumnean等[7]研究發現丁酮、3-羥基-2-丁酮、2-甲基-丁酸、2-戊基呋喃和吡嗪類物質是納豆的主要香氣物質，且干燥后納豆與新鮮納豆相比，其風味物質含量損失65%，而且其營養物質也會損失。Allagheny等[8]研究表明在納豆發酵初期加入保濕劑(如NaCl等)、在發酵過程中減少氧氣的通入量或在低溫下貯存，可以減少水分活度、蛋白水解和氨水的形成，改善風味；Mu等[9]研究表明在豆豉發酵時加入的鹽分濃度不同，發酵結束產生的氨水濃度也不同，因此需要一種既可以減少氨水濃度而又不損失營養物質的方法。

近年來，國內外研究表明超高壓處理可以引起食品成分非共價鍵(氫鍵、離子鍵和疏水鍵等)的破壞或形成，使食品中的酶、蛋白質和淀粉等生物高分子物質分別失活、變性和糊化，并殺死食品中的細菌等微生物，同時能較好的保持食品的色香味和營養物質，從而達到食品滅菌、保藏和加工的目的[10-12]。本實驗利用超高壓處理納豆，檢測其處理前后香氣成分的變化，以期待對納豆的成分進行轉化使其得到較為滿意的風味，為改善納豆風味、提高其在我國的接受度提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃豆 哈爾濱市農業科學研究所；納豆菌凍干粉為本實驗室分離并采用超高壓誘導獲得。

1.2 儀器與設備

3L智能化超高壓食品處理裝置 江蘇大學超高壓食品研究所；固相微萃取裝置、萃取纖維頭100μmDVB/CAR/ PDM 美國Supelco公司；HP6890 /5973型氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；手動式塑料薄膜封口機 浙江省永嘉水電機械廠；高壓蒸汽滅菌鍋 上海三申醫療器械有限公司；無菌操作臺 蘇州凈化設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 納豆制備方法

制備步驟：黃豆→浸泡過夜(10h)→高溫蒸煮(121℃，15min)→接種(0.1%凍干粉)→培養(40℃，24h)→后熟(4℃，24h)→聚乙烯袋包裝→置于4℃備用。

1.3.2 納豆超高壓處理

在室溫下，樣品經200、400MPa和600MPa超高壓處理10min，對應樣品編號為A200MPa、A400MPa和A600MPa，空白樣品編號為A空白。處理后的樣品在4℃保藏并在24h內檢測。

1.3.3 固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)

將首次使用的DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭在氣相色譜進樣口老化至無雜峰(約30min)。稱取5g新鮮納豆放入15mL頂空瓶中，在50℃加熱平臺上保持10min，將DVB/CAR/ PDMS萃取頭插入瓶中，使之與樣品表面保持1.5cm間距，50℃萃取30min。

1.3.4 氣相色譜-質譜聯用儀(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)參數條件及分析

色譜條件：色譜柱：DB-WAX柱(60m×0.25mm，0.25μm)；色譜條件：PDMS萃取頭解吸0min，進樣口溫度 280℃，載氣為高純氦氣，流量1.1mL/min，不分流。程序升溫：起始溫度40℃，保持2min，以5℃/min的速度升至 120℃，再以12℃/min的速度升至 220℃，保持10min。

質譜條件：5973型四極桿質譜儀，接口溫度 250℃、電子電離(electron ionization，EI)離子源、電子能量為70eV；電子倍增器電壓：1353V；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；質量掃描范圍m/z33～350。

定性、定量方法：數據收集用HP化學工作站軟件對照NIST 98庫進行，成分先由譜庫初步鑒定，再結合保留時間、質譜和相關文獻進行定性。采用峰面積歸一化法定量。

2 結果與分析

2.1 納豆香氣成分總離子流圖

納豆經不同超高壓條件處理后，經GC-MS檢測得到總離子流圖如圖1所示。

圖1 超高壓處理前后納豆香氣成分總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms for untreated and UHP-treated Natto

2.2 納豆香氣成分構成及其主體成分分析

從表1可以看出，未經超高壓處理的納豆共鑒定出3 1種香氣成分，主要由醇類、酯類、酮類、酸類和吡嗪類物質等構成，根據Guadagni香氣值理論[13-14]，食品中香氣濃度高而閾值低的成分很可能是食品的特征香氣或主體香氣成分，結合表1，己醇、1-辛烯-3-醇、3-羥基-2-丁酮、2,3-丁二酮、2-庚酮和異丁酸甲酯等物質含量高閾值低，它們的閾值分別是250、1、800、2.3、140μg/kg和7μg/kg，雖然2,5-二甲基吡嗪、丙酮閾值為1500μg/kg和500000μg/kg，但是這兩種物質含量很高，因此這些物質都為納豆的主要香氣成分，與Tanaka等[6]、Leejeerajumnean等[7]檢測到的納豆主要香氣成分基本相同，它們呈現出釀香、奶制品香、青香和焦糖香等混合組成了納豆獨特的香氣。

2.3 超高壓處理對納豆香氣的影響

經超高壓處理后，納豆香氣物質的種類和含量都發生了顯著變化(P＜0.05)。經超高壓處理后新增己醛、2-戊基呋喃等4種物質，而2-甲基-3-戊酮含量下降至未檢出；酮類、酯類和醇類含量有不同程度的增加，酸類、醛類、吡嗪類含量下降；對風味有不利影響的乙酸、苯甲醛等含量顯著下降(P＜0.05)。

2.3.1 吡嗪類、呋喃類

圖2 2,5-二甲吡嗪和四甲基吡嗪的合成代謝途徑Fig.2 Total ion current chromatogram of Gas Chromatography-Mass Spectromety(GC-MS)of untreated natto and after HPP

吡嗪類物質含量占香氣總含量的20%，經400MPa超高壓處理10min后，吡嗪類含量下降16.17%，其中2,5-二甲基吡嗪、四甲基吡嗪呈烤香、咖啡香及堅果香，此外，四甲基吡嗪對心臟、冠脈循環和血壓調節都有一定的作用，它們在納豆風味中起重要作用，吡嗪類物質是大豆在發酵過程中由蘇氨酸、3-羥基-2-丁酮經一系列反應生成的[15]，過程如圖2所示。經超高壓處理后吡嗪類物質發生了不同程度的下降，其中200、400MPa含量顯著降低(P＜0.05)，分別降低了17.6%、16.2%，600MPa處理含量降低了7.1%。其原因是超高壓處理可能會使蘇氨酸脫氫酶、5-氨基酮戊酸脫水酶鈍化甚至失活，影響吡嗪類物質的生成。

2-戊基呋喃是大豆豆味的主要成分，在新鮮納豆中未檢出呋喃類物質，但是經400、600MPa處理可以檢測到2-戊基呋喃的產生。

2.3.2 酮類、酯類

酮類物質的含量經400MPa超高壓處理10min后上升了13.11%，其中3-羥基-2-丁酮、2,3-丁二酮、丙酮和2-庚酮具有果香、甜香和奶制品香，是納豆的主要香氣成分。其中3-羥基-2-丁酮、2,3-丁二酮是在發酵時以葡萄糖或檸檬酸為底物，生成的一系列風味化合物[13,15]。3-羥基-2-丁酮和2,3-丁二酮在200MPa處理時含量分別下降65%、9%，400MPa對3-羥基-2-丁酮沒有顯著影響(P＞0.05)，而2,3-丁二酮則下降23.4%，在600MPa處理時分別上升37.4%、20.6%。這可能是由于600MPa較200、400MPa能量和溫度都較高，提高了物質的濃度，縮短分子之間的距離，導致化學反應活性的提高，使物質含量增加[16]。2-庚酮在200、400MPa時分別上升81%、82%，而在600MPa時下降16%。丙酮經200、400MPa及600MPa 處理后含量發生顯著變化(P＜0.05)，分別增加103.8%、61.7%和6.9%。

酯類經超高壓200、400MPa和600MPa處理后分別增加66%、117%和13%，其中異丁酸甲酯具有果香、醚香等水果香氣，是納豆的主要呈味物質，經超高壓處理之后分別提高1.38、3.25倍和1.75倍，表明經超高壓處理之后酯香氣突出，400MPa處理后含量增加最多。

2.3.3 醛類、酸類

醛類物質的含量經400MPa超高壓處理10min后下降了90.92%，其中苯甲醛是納豆中的主要醛類物質，其具有苦杏仁味，含量過高會影響納豆特有的香氣，對其產生不利的影響。苯甲醛經超高壓處理后含量顯著下降(P＜0.5)，200、400MPa及600MPa處理苯甲醛含量分別降低82.5%、93.6%和63.4%，原因可能是由于較低壓力對一些酶有激活作用，這些酶激活后會破壞香氣成分使其發生降解，而600MPa處理雖然可以使酶失活鈍化，減少降解的作用，但是較高壓力可以使物質濃度增加，加速反應的進行，促進物質間的轉化[17]，形成新物質——己醛。

酸類物質的含量經400MPa超高壓處理10min后下降了50.59%，其中乙酸具有刺激尖酸的氣息，經過超高壓處理后會使其含量下降，減少納豆中較刺激的氣味，經200、400MPa和600MPa處理后乙酸含量分別降低58%、47%和76%。超高壓處理可使酸、醇等物質的合成反應加速，生成一些酯類香氣等[18]。但總體來說400MPa處理既可以減少乙酸的刺激氣味，也可以使其和別的香氣成分柔和在一起，改善納豆的品質。

3 結 論

納豆香氣成分主要由醇、酯、醛、酮等41種成分組成，主要的香氣成分為己醇、1-辛烯-3-醇、3-羥基-2-丁酮、2,3-丁二酮、2-庚酮、異丁酸甲酯、2,5-二甲基吡嗪、丙酮等。經超高壓處理后納豆香氣的種類和含量都發生了較大的改變，酮類、酯類和醇類含量增加，酸類、醛類和吡嗪類含量下降；經400MPa處理10min后能較好地保留并改善納豆的香氣。因此，采用超高壓處理納豆的較佳條件是壓力400MPa、保壓時間10min。

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Effect of Ultra High Pressure Treatment on Aroma Compounds of Natto

MA Shan-li，YE Qing，XU Ying，YUAN Xiao-dan，DENG Na-na，MA Yong-kun*
(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

The effect of ultra high pressure (UHP) treatment on the aromatic quality of natto was studied. Natto samples were treated at 200, 400 or 600 MPa for 10 min, and aromatic compounds were extracted by solid-phase microextraction (SPME) and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The results showed that after UHP treatment, the types and contents of aroma compounds in natto had a significant change (P＜ 0.05). 2-Methyl-3-pentanone dropped to a undetectable level and another compounds such as hexanal and 2-pentyl furan were newly detected. The contents of ketones, esters and alcohols increased, while the contents of acids, aldehydes and pyrazines decreased. After UHP treatment at 400 MPa for 10 min, the contents of ketones, esters and alcohols revealed an increase by 13.11%, 117.29% and 46.91%, respectively; in contrast, the contents of acids, aldehydes and pyrazines exhibited a decrease by 50.59%, 90.92% and 16.17%, respectively. Following UHP treatment, more typical aroma of natto was achieved. The contents of acetic acid and benzene that have an unfavorable impact onthe aroma of natto revealed a significant reduction (P＜ 0.05).

natto；ultra high pressure (UHP) treatment；aroma compounds；solid-phase microextraction (SPME)；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

TS214.2

A

1002-6630(2012)16-0194-05

2011-06-21

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

馬善麗(1988—)，女，碩士研究生，研究方向為超高壓非熱加工。E-mail：mashanli.199@163.com

*通信作者：馬永昆(1963—)，男，教授，博士，研究方向為超高壓非熱加工及農產品加工技術。E-mail：mayongkun@ujs.edu.cn