紫薯酸奶中揮發性物質分析

呂瑜峰，吳子健，*，胡志和，蔡躍華，張斌

（1.天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津300134；2.天津市食品研究所有限公司，天津301609）

紫薯酸奶中揮發性物質分析

呂瑜峰1，吳子健1，*，胡志和1，蔡躍華2，張斌2

（1.天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津300134；2.天津市食品研究所有限公司，天津301609）

利用電子鼻技術和固相微萃取結合氣相色譜-質譜檢測技術法檢測對比分析紫薯酸奶與普通酸奶的揮發性物質。研究表明：利用電子鼻檢測并進行主成分分析可以有效地區分紫薯酸奶和普通酸奶；經氣相色譜-質譜檢測，紫薯酸奶和普通酸奶各有17種和15種物質，酸類物質均為兩種酸奶的主要揮發性香氣物質，區別不大，而醛類、酮類、醇類和酚類物質具有較為顯著的差異。

紫薯酸奶；電子鼻技術；固相微萃取；氣相色譜-質譜

紫薯（Solanum tuberdsm）又叫黑薯，薯肉呈紫或深紫色，除具有普通干薯的營養成分外，還富含硒元素和花青素、糖蛋白、脂多糖、脫氫表雄酮以及礦物質、維生素、膳食纖維等多種營養成分，具有軟化血管、降低血脂、抗氧化、抗腫瘤、預防心血管疾病、糖尿病、提高機體免疫力等保健功能［1］。

隨著人們的生活質量和健康意識不斷提高，現有的產品形式已不能滿足消費者的需求，酸奶作為一種新興健康飲品，自身有多種保健功能；在酸奶發酵添加紫薯能促進腸道蠕動，提高機體免疫力，其特有的花青素也起到美容養顏延緩衰老的效果［2］。紫薯酸奶不但是集減肥瘦身，營養保健，促進排泄于一體的保健酸奶，而且口感綿長細滑，并有薯類的特有香氣。更深入的探討特有的香氣物質是開發研究此類酸奶產品的關鍵之一。

1材料與方法

1.1 材料與試劑

市售“黑美人”紫薯：天津韓家墅海吉星農產品批發市場；直投式發酵劑：漢森YFL-822；脫脂乳粉：新西蘭恒天然公司。

紫薯護色液：每升純凈水中含有1.600 g檸檬酸、0.3 gVC。

其它試劑均為國產分析純

1.2 儀器與設備

FDU-810型EYELA冷凍干燥機：日本東京理化公司；3-18K低溫高速離心機：德國Sigma公司；AUW120D型電子天平：日本SHIMADZU公司；FiveEasy PlusTMpH計：瑞士METTLER TOLEDO公司；78-1型磁力加熱攪拌器：杭州儀表電機廠；XW-80A微型漩渦混合儀：上海滬西分析儀器廠有限公司；PEN-3型電子鼻：德國AIRSENSE公司；Varian 4000氣相色譜-質譜聯用儀：美國Varian公司；固相微萃取裝置包括手柄和50/30μm DVB/Carboxen/PDMS型萃取頭：美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯浸提物的制備工藝

紫薯浸提物的提取工藝按照胡志和、劉軍偉等的方法［3-4］，具體過程如下：

市售黑美人紫薯洗凈，切成約1.0 cm3小塊→置于護色液（比例為250 g鮮紫薯塊/1 L護色液內浸泡10 min→打漿40 s→室溫下4層紗布過濾→取濾液室溫下靜置4 h→棄沉淀取上清液→上清液冷凍干燥→紫薯水浸提物

1.3.2 紫薯酸奶制備工藝

紫薯酸奶制備工藝按照胡志和等方法［5-6］，具體過程如下：

配料（奶粉120.0 g/L、白砂糖60.0 g/L、紫薯浸提物40.0 g/L）→混勻→均質→巴氏滅菌（60℃～65℃，30 min）→冷卻至42℃→接種（0.4 g直投式發酵劑/L）→42℃下發酵6 h→4℃下后熟16 h。

普通酸奶的制備過程中未添加40.0 g/L紫薯浸提物。

1.3.3 紫薯酸奶和普通酸奶的電子鼻檢測［5］

取3.5 g酸乳樣本放入PEN3型電子鼻樣品瓶中，于40℃下水浴10 min，測量時間為80 s，清洗時間為200s。用電子鼻將樣本氣味錄入，每個樣本作5個平行。

電子鼻試驗的數據處理方法為主成分分析法（principal component analysis，PCA），即提取的傳感器多指標信息進行數據轉換及降維，并對降維后的特征向量進行線性歸類，最后在PCA分析散點圖上顯示主要的兩維散點圖。

1.3.4 氣-質法檢測酸奶的揮發性物質［6］

固相微萃取條件：先將固相微萃取頭置于氣相色譜進樣口處250℃下老化30 min。同時取5.00 g酸奶放入15 mL頂空瓶，將裝有酸奶的頂空瓶于40℃下水浴30 min，然后將老化好的萃取頭伸入頂空瓶中吸附酸奶揮發出的風味物質30min，再將吸附好的萃取頭置于氣相色譜儀的進樣口出，并于250℃下解析15min。

氣相色譜條件：色譜柱型號：VF-5 ms（30 m× 0.25 mm×0.25 μm），載氣為He，流速為1 mL/min，進樣口溫度和柱箱升溫程序為：進樣口溫度250℃，分流比為5∶1，初始溫度為40℃，保持3 min，然后以4℃/min升至150℃，保持1 min，然后以8℃/min升至250℃，保持6 min。

質譜條件：離子阱和傳輸線溫度分別為220℃和280℃，全掃描方式掃描，掃描范圍為43 m/z～500 m/z。每個峰的質譜圖通過NIST05譜庫進行自動檢索，相似度大于75%，認為是可識別物質。

2結果與分析

2.1 紫薯酸奶與普通酸奶電子鼻檢測對比結果電子鼻檢測的PCA分析如圖1所示。

圖1 紫薯酸奶與普通酸奶的主成分分析結果Fig.1Principal component analysis results of purple potato yogurt and regular yogurt

PCA分析結果表明無論是經6 h發酵，還是后熟16 h、4℃下貯藏3、5、7 d，紫薯酸奶和普通酸奶都能被電子鼻很好地區分，2種酸奶樣品分析數據點分布于各自區域，沒有重疊，說明利用電子鼻檢測并進行PCA分析數據模型能夠有效地應用于紫薯酸奶和普通酸奶的區分，表明當添加紫薯浸提物添加到酸奶發酵原料中，制備得到的紫薯酸奶可能具有與普通酸奶不同的香氣成分，需要進一步利用GC-MS分析。

2.2 GC-MS總離子流色譜圖

通過SPME收集并富集普通酸奶和添加了紫薯浸提物酸奶的風味物質，然后利用GC-MS進行分離鑒定。試驗中普通酸奶和添加了紫薯浸提物酸奶均分別重復3次平行取樣，所得平行樣間的總離子流色譜圖基本相同，其中1個普通酸奶和1個添加了紫薯浸提物酸奶的總離子流色譜圖分別如圖2a和圖2b所示。

2.3 GC-MS檢測酸奶樣品揮發性成分

GC-MS檢測酸奶樣品揮發性成分及其含量的結果見表1。

圖2 酸奶樣品揮發性物質的GC-MS總離子流圖Fig.2GC-MS total ion chromatogram of yogurt sample volatile substances

表1 酸奶中揮發性香氣物質的GC-MS及其含量Table 1Relative content of volatile compounds in yogurt

由表1的結果可知兩類酸奶揮發性風味成分主要包括酸類、酮類、醇類、醛類、酯類、酚類等，其中普通酸奶檢測到的風味物質有15種，而紫薯酸奶有17種。其中有三種醇類物質（1-戊烯-3-醇、4-甲基-1-戊醇、2-苯基乙醇）、一種酮類物質（3-甲基-2-丁烯醛）以及一種酚類物質（對甲氧酚）是紫薯酸奶具有的，而普通酸奶未檢出；也有兩種酮類物質（2-甲基四氫噻吩-3-酮、2-壬酮）和一種醇類物質（3，7，11-三甲基-1，6，10-十二烷三烯-3-醇）在普通酸奶中檢出，但是在紫薯酸奶中未檢出；從表1中還可以看出在揮發性物質中酸類物質總量和酯類物質兩者差異不大，其中庚酸變化稍大，減低了35.57%；其它類物質（包括醛類物質、酮類物質、醇類物質和酚類物質）變化較大，醛類物質中的2-甲基丁醛、苯甲醛、3-甲基-2-丁烯醛，酮類物質中的1-庚烯-3-酮、2-甲基四氫噻吩-3-酮和2-壬酮，醇類物質中的反-2-十三碳烯-1-醇、3-甲基-2-丁烯醇、1-戊烯-3-醇、4-甲基-1-戊醇、2-苯基乙醇和3，7，11-三甲基-1，6，10-十二烷三烯-3-醇，酚類物質中的4-甲基-2，6-二叔丁基苯酚和對甲氧酚，這些物質的變化率均超過了50%。研究結果可推測出，正是這些物質的變化，導致了按照電子鼻檢測法可以比較有效地區別出紫薯酸奶和普通酸奶。

3結論

電子鼻檢測并進行主成分分析可以有效地區分紫薯酸奶和普通酸奶，GC-MS檢測酸奶樣品揮發性風味物質結果表明紫薯酸奶和普通酸奶中酸類物質總量和酯類物質差異不大，但醛類物質、酮類物質、醇類物質和酚類物質具有較為顯著的差異，是電子鼻檢測后利用主成分分析法區分2種酸奶的主要因素。

［1］洪鐳，劉亞鷗.紫薯研究綜述［J］.吉林農業，2010，24（6）：140

［2］張明晶.紫心甘薯的研究進展與綜合開發利用［J］.中國食物與營養，2006（4）：19-21

［3］胡志和，張然嬉，馮永強，等.提取紫薯淀粉的副產物對SHR血壓的影響［J］.食品科學，2010，31（21）：361-364

［4］劉軍偉，胡志和，張祎豪，等.紫薯水溶性提取物以及紫薯酸奶對SHR血壓的影響［J］.食品工業科技，2013，34（8）：353-357

［5］郭奇慧，白雪，胡新宇，等.應用電子鼻區分不同貨架期的酸奶［J］.食品研究與開發，2008，29（10）：109-110

［6］薛璐，張琦，胡志和.頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法測定內蒙酥油風味物質［J］.食品工業科技，2013，34（8）：61-6

Evaluation of Volatile Compounds in Purple Potato Yogurt

Lü Yu-feng1，WU Zi-jian1，*，HU Zhi-he1，CAI Yue-hua2，ZHANG Bin2
（1.College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Tianjin 300134，China；2.Tianjin Food Research Institute Co.，Ltd.，Tianjin 301609，China）

The electronic nose technology and solid phase micro-extraction combined with gas chromatography -mass spectrometry technique were used to analysis volatile compounds from purple potato yogurt and regular yogurt and compare the results.Results showed that：electronic nose and latter principal component analysis could be utilized to effectively distinguish purple potato yogurt from regular yogurt；gas chromatography-mass spectrometry were used，and there were 17 kinds and 15 kinds of volatile compound in purple potato yogurt and regular yogurt respectively，acids were main volatile aromatic substance in both of them，and there was little difference，however，there were significant difference in aldehydes，ketones，alcohols and Phenols.

purple potato yogurt；electronic nose；solid phase micro-extraction；gas chromatography-mass spectrometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.09.028

2015-04-17

天津市科技計劃項目（14ZCZDTG00023）；天津市科技支撐計劃項目（14ZCZDNC03100）

呂瑜峰（1980—），女（漢），中級實驗師，碩士，研究方向：蛋白質的分離提取與純化技術。

*通信作者：吳子健（1973—），男（漢），副教授，碩士，研究方向：食品生物技術。