HS-SPME-GC-MS分析馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

曾著莉， 魏晉梅， 牛黎莉， 汪 月， 賴興娟， 張盛貴*

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)研究測試中心，甘肅 蘭州 730070）

馬鈴薯營養(yǎng)價值高，且藥用價值廣泛[1-3]。馬鈴薯塊莖含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、纖維素、維生素、18種人體所需的氨基酸、多種微量元素和無機鹽[4]。馬鈴薯蛋白質(zhì)與動物蛋白質(zhì)相近，可消化成分高，易被人體吸收[5]。我國啟動的“馬鈴薯主糧化”戰(zhàn)略正是基于其優(yōu)越特性，將馬鈴薯加工成饅頭、面條等多種主食，從而把馬鈴薯變成繼稻米、小麥和玉米之后的第四大主糧[6]。Petersen等[7]研究報道，馬鈴薯在儲存期間幾個小時內(nèi)就會有似紙板般不良的風(fēng)味產(chǎn)生，降低馬鈴薯產(chǎn)品的保質(zhì)期，這一問題在馬鈴薯食品的氣調(diào)包裝存儲時尤為顯著，嚴(yán)重影響馬鈴薯食品的供應(yīng)。風(fēng)味作為食品品質(zhì)的基本評價指標(biāo)之一，對消費者而言越來越重要[8]，因此有必要對馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味成分進行測定。

目前，國內(nèi)外已有關(guān)于馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的初步研究。楊妍等[9]在4℃貯藏24 h的馬鈴薯泥中檢測到81.70%的己醛，較新鮮馬鈴薯泥中己醛含量高20.31%，表明己醛是馬鈴薯的重要揮發(fā)性物質(zhì)。Blanda等[10]研究發(fā)現(xiàn)煮馬鈴薯特征揮發(fā)性物風(fēng)味物質(zhì)的形成與2-戊烯、2-己烯醛、2-庚烯醛、2-戊基呋喃和2-癸烯醛等存在相關(guān)性。膨化脫水馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中己醛、2-甲基丙醛和丙酮含量較高[11]，而烤馬鈴薯的揮發(fā)物風(fēng)味物質(zhì)包括烴、羧酸、醇、醛和酯等[12]。Deck等[13]在馬鈴薯片中檢測到了2，5-二甲基吡嗪。Oruna-Concha認(rèn)為不同品種的馬鈴薯之間風(fēng)味物質(zhì)存在差異性，是由于脂質(zhì)降解反應(yīng)時脂肪酶的活性和風(fēng)味物質(zhì)前體水平存在差異，脂質(zhì)降解和美拉德反應(yīng)或糖降解被確定為揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要來源[14-15]。但是，將鮮馬鈴薯、蒸熟馬鈴薯泥和貯存一段時間的馬鈴薯泥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行比較的研究鮮有報道。

檢測馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)較早的研究中常用Likens-Nickerson方法[16]，然而，這種方法所需時間較長，并且鮮馬鈴薯和煮馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)間的差異很難檢測；另一方法是動態(tài)頂空取樣，該方法要求很長的凈化時間（21℃、15 h）[17]或較高的溫度（100 ℃、1 h）[18]，2 種方法都使許多不同類型酶解和化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，而形成了不同的揮發(fā)性物質(zhì)。多年來，Likens-Nickerson方法已經(jīng)從原始版本進行了許多變化，但基本上是基于在高溫條件下將揮發(fā)性化合物的蒸汽蒸餾，所需時間比較長[19-21]，而這個過程可能導(dǎo)致形成新的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。1990年，Arthur和Pawliszyn引入頂空固相微萃取 （HSSPME）法替代動態(tài)頂空（DH）技術(shù)，可作為色譜分析之前的樣品富集方法，這種方法已被應(yīng)用到各種食品的風(fēng)味分析[22-23]，與動態(tài)頂空法相比它表現(xiàn)出更好的精度、準(zhǔn)確度和重復(fù)性[24]。

本文作者采用HS-SPME-GC-MS法測定鮮馬鈴薯、蒸熟馬鈴薯泥和60℃保溫3 h的馬鈴薯泥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。通過比較不同處理馬鈴薯主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，初步分析風(fēng)味物質(zhì)的生成途徑，探討導(dǎo)致風(fēng)味變化的原因，旨在為馬鈴薯的生產(chǎn)加工提供科學(xué)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

隴薯3號，甘肅省田地農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司提供；Agilent 6890N-5973N氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），美國 Agilent公司產(chǎn)品；75 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭，美國SUPELCO公司產(chǎn)品；HWS-12型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；FA2004B型分析天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備 鮮馬鈴薯的制備：稱取新鮮、無病害的馬鈴薯約1000 g，清洗，去皮，切成1 mm厚的碎粒，混勻，稱取10 g置于150 mL頂空瓶中，30 min內(nèi)進行分析。

馬鈴薯泥的制備：稱取新鮮、無病害的馬鈴薯約1000 g，清洗，常壓下蒸煮30 min，使其充分熟化，并快速制泥，取10 g馬鈴薯泥裝入150 mL的頂空瓶中，30 min內(nèi)進行分析。

60℃保溫3 h馬鈴薯泥的制備：稱取新鮮、無病害的馬鈴薯約1000 g，清洗，常壓下蒸煮30 min，使其充分熟化，并快速制泥，取新鮮馬鈴薯泥10 g放入150 mL頂空瓶中，置于60℃的恒溫水浴鍋內(nèi)3 h后進行GC-MS檢測。

1.2.2 SPME程序 將裝有樣品的樣品瓶在40℃恒溫水浴預(yù)熱25 min，將萃取頭插入瓶中吸附1 h，取出萃取頭后插入GC-MS進樣口，解析10 min[25]。

1.2.3 GC-MS分析 色譜條件：色譜柱為OV 1701柱（60 m×0.25 mm×0.5 μm）；起始溫度 70 ℃，保持10 min，然后以 2.0℃/min升到 100℃，接著以5.0℃/min升到220℃，保留5 min；進樣口溫度250 ℃；載氣為 He，流速 1 mL/min；分流比 10∶1。

質(zhì)譜條件：電離方式為EI，電子能量70 eV，離子源溫度為230℃，四級桿溫度150℃；質(zhì)量掃描范圍 50～450 m/z。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 定性：化合物經(jīng)計算機檢索與NIST 05質(zhì)譜庫進行對比，僅報道匹配度大于800（最大值為1000）的鑒定結(jié)果；定量：采用面積歸一化法計算各組分的峰面積相對百分含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 鮮馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

鮮馬鈴薯的風(fēng)味成分經(jīng)GC-MS分析，共得到70個峰（見圖1），經(jīng)鑒定得到 30種化合物（見表1），包括碳氫化合物、醇類、醛類、酮類、酯類、酚類和呋喃類。其中碳氫化合物相對含量最多，包括4種烷烴 （37.86%），2 種烯烴 （7.13%）；5 種醛類（20.49%）；9 種醇類 （15.57%）；2 種酯類化合物（11.94%）；3種呋喃化合物 （2.86%）；2種酮類化合物（2.57%）和3種酚類化合物（1.59%）。由此可見烴類、醇類和醛類是鮮馬鈴薯中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

鮮馬鈴薯中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次是甲基環(huán)戊烷（25.74%）、2-甲基丁醛（8.96%）、3-甲基苯酚甲酯（8.95%）、2-甲基-2-丁烯（7.07%）、正己烷（5.86%）、正戊烷（5.93%）、己醛（5.27%）、2-甲基丁醇（3.14%）、異戊醛（3.47%）、水楊酸甲酯（2.99%）、 正戊基呋喃 （2.50%）、1-辛烯-3-醇（2.42%）、1-戊烯-3-酮 （2.29%） 和反-2-辛烯醛（2.21%）。

圖1 鮮馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion current chromatography of volatile compounds in fresh potato

表1 鮮馬鈴薯中揮發(fā)性物質(zhì)Table 1 Volatile compounds in fresh potato

2.2 蒸熟馬鈴薯泥揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

蒸熟馬鈴薯泥的風(fēng)味成分經(jīng)GC-MS分析，共得到70個峰（見圖2），經(jīng)鑒定得到31種化合物（見表2）。包括醛類、醇類、呋喃類、碳水化合物、酮類、酚類、酯類和甲硫化合物。其中醛類化合物相對含量最多，包括19種，占總檢出物質(zhì)98.172%；3種醇類 （0.654%）；4種呋喃化合物 （0.574%）；2種烯烴（0.322%）；2種酮類化合物（0.141%）；1種酚類化合物（0.068%）；1種酯類化合物（0.045%）和1種甲硫基化合物（0.023%）。由此可見醛類、呋喃類和醇類是馬鈴薯泥中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

圖2 蒸熟馬鈴薯泥香氣成分GC－MS總離子流色譜圖Fig.2 Total ion current chromatography of volatile compounds in potato puree steamed

表2 蒸熟馬鈴薯泥中揮發(fā)性物質(zhì)Table 2 Volatile compounds in potato puree steamed

蒸熟馬鈴薯泥中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次是己醛（88.92%）、戊醛（3.437%）、（Z）-2-庚烯醛（2.077%）、壬醛（0.748%）、丙醛（0.696%）、1-戊醇 （0.363%）、2-乙基呋喃 （0.288%）、癸醛（0.240%）和 2-戊基呋喃（0.228%）。

2.3 60℃下保溫3 h的馬鈴薯泥揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

60℃下保溫3 h馬鈴薯泥的風(fēng)味成分經(jīng)GCMS分析，共得到70個峰（見圖3），經(jīng)鑒定得到37種化合物（見表3），括醛類、醇類、呋喃類、碳水化合物、酮類、酚類、酯類和甲硫化合物。其中包括18種醛類化合物，占總檢出物質(zhì)98.228%；3種醇類（0.339%）；4 種呋喃化合物 （0.672%）；1 種烯烴（0.019%）；1 種烷烴 （0.008%）；5 種酮類化合物（0.525%）；3種酚類化合物（0.093%）；1種酯類化合物（0.008%）和1種甲硫基化合物（0.110%）。由此可見醛類、呋喃類和醇類是60℃下保溫3 h馬鈴薯泥中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

60℃下保溫3 h馬鈴薯泥中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次是己醛 （89.461%）、戊醛（1.469%）、（Z）-2-庚烯醛（2.819%）、壬醛（0.309%）、1-戊醇（0.181%）、2-戊基呋喃（0.420%）、2-乙基呋喃（0.201%）和癸醛（0.062%）。

圖3 60℃下保溫3 h馬鈴薯泥香氣成分GC－MS總離子流色譜圖Fig.3 Total ion current chromatography of volatile compounds in potato puree stored at 60℃for 3 h

表3 60℃下保溫3 h馬鈴薯泥中揮發(fā)性物質(zhì)Table 3 Volatile compounds in potato puree stored at 60℃for 3 h

續(xù)表3

有研究表明，蒸煮后的馬鈴薯不良風(fēng)味大多在前4 h產(chǎn)生（60℃下放置）[7]，試驗中為了得到馬鈴薯的自然風(fēng)味物質(zhì)，樣品處理時不添加任何其他物質(zhì)，為避免揮發(fā)物的濃度降低，選擇30 min內(nèi)和60℃保溫3 h后測定。蒸熟馬鈴薯泥和60℃下保溫3 h馬鈴薯泥中有27種相同的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，而馬鈴薯泥與鮮馬鈴薯之間的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在較大的差異。Galliard發(fā)現(xiàn)熟馬鈴薯泥和鮮馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味幾乎完全不同，本試驗結(jié)果與此結(jié)論一致。鮮馬鈴薯的脂氧合酶（LOX）含量非常高，其催化不飽和脂肪酸氧化[26]。這些反應(yīng)在細胞被破壞時發(fā)生[27]，例如通過去皮或切割，可能產(chǎn)生了一些有效的芳香化合物[28]。煮馬鈴薯時，雖然外層的酶已經(jīng)被滅活，但在冷的中心層和熱的外層之間的受損組織區(qū)中酶促反應(yīng)仍然發(fā)生[17]。Petersen[7]研究發(fā)現(xiàn)新鮮和蒸煮馬鈴薯中共有28種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，并得出結(jié)論：煮馬鈴薯的風(fēng)味變化取決于脂質(zhì)氧化物以及其化合物反應(yīng)，如氨基酸脫氨、脫羧生成相應(yīng)醛的Strecker降解反應(yīng)[29]。Morris研究認(rèn)為核糖核酸、糖、脂質(zhì)和氨基酸是鮮馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味主要前體物質(zhì)[30]。而烹飪中風(fēng)味前體物質(zhì)因發(fā)生美拉德反應(yīng)生成的RNA降解產(chǎn)物、脂質(zhì)及糖等對揮發(fā)性風(fēng)味起關(guān)鍵作用[31]，這與Oruna-Concha的研究結(jié)果極為相近，Oruna-Concha還發(fā)現(xiàn)蒸煮時馬鈴薯塊莖組織被逐步加熱，為脂氧合酶（LOX）促使的脂質(zhì)氧化提供了充足條件。故其脂質(zhì)衍生的風(fēng)味包含熱降解和酶氧化2種產(chǎn)物[15]。Josephson[32]也認(rèn)為，多種脂類物質(zhì)的氧化共同形成風(fēng)味物質(zhì)。1-戊烯-3-酮[33]、2-戊基呋喃[34]和1-戊醇[35]在鮮馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中濃度較高，它們是由脂氧合酶引發(fā)反應(yīng)的產(chǎn)物，本文結(jié)論與此研究結(jié)果一致。Petersen[36]研究表明鮮馬鈴薯和煮馬鈴薯共有乙醇、己醛和（E）-9-十八烯，此結(jié)果與本文結(jié)論略有差異，可能是原料的品種、地域和測定方法的不同引起的。Solms認(rèn)為馬鈴薯風(fēng)味化合物含量和感官品質(zhì)與品種、栽培條件、貯藏條件及加工方法等有關(guān)，表現(xiàn)出基因型特異性[37]。

早期的研究認(rèn)為煮馬鈴薯泥的特征揮發(fā)性風(fēng)味是由甲硫醇和甲硫基丙醛通過甲硫氨酸降解形成的，甲硫基丙醛擁有溫和的香氣，通常被描述為煮馬鈴薯稀釋液的風(fēng)味，是馬鈴薯重要的揮發(fā)性化合物[38]，與本文結(jié)論一致。試驗中鮮馬鈴薯中未檢測出庚烯醛，Petersen認(rèn)為低濃度的庚烯醛 （0.1~0.4 ppb）呈現(xiàn)出類似煮馬鈴薯的特征揮發(fā)性風(fēng)味，特別是冷的煮馬鈴薯中，高濃度的庚烯醛（大于0.7 ppb）會使新鮮馬鈴薯泥出現(xiàn)明顯陳腐風(fēng)味，戊醛、己醛、壬醛、（E）-2-辛烯醛、（E，E）-2，4-庚二烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛對蒸煮馬鈴薯的不良風(fēng)味產(chǎn)生潛在的作用，因此，脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的醛類與蒸煮馬鈴薯不良風(fēng)味有關(guān)[7]。

Galliard等[39]研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯中亞油酸和亞麻酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別占總脂肪酸的51%~60%和13%~24%。在煮馬鈴薯時因為較高的溫度會加速亞油酸或亞麻酸自動氧化反應(yīng)的進程[40]。亞油酸經(jīng)氫過氧化物裂解酶（HPL）作用產(chǎn)生氫過氧化物，氫過氧化物進一步分解為己醛（13-氫過氧化物產(chǎn)生）和2，4-癸二烯醛（9-氫過氧化物產(chǎn)生）[41]。Josephson等[17]采用動態(tài)頂空技術(shù)分析了煮馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)含有較高的2，4-癸二烯醛的逆羥醛縮合反應(yīng)產(chǎn)物己醛和（E）-2-辛烯醛，煮后馬鈴薯細胞破碎后由不飽和脂肪酸的脂氧合酶引發(fā)該反應(yīng)。此外，Josephson發(fā)現(xiàn)蒸煮馬鈴薯的揮發(fā)性物質(zhì)中，己醛含量增加，而 2，4-癸二烯醛和（E）-2-辛烯醛下降，這些變化是由于降解反應(yīng)，其中2，4-癸二烯醛首先分解為（E）-2-辛烯醛，其隨后轉(zhuǎn)化為己醛。本研究發(fā)現(xiàn)醛類占總化合物的比重最大，蒸熟馬鈴薯泥樣為98.172%，60℃下保溫3 h馬鈴薯泥為98.228%，其中己醛的相對含量最高，分別為88.92%和89.461%；2，4-癸二烯醛的相對含量分別為0.046%和 0.086%；（E）-2-辛烯醛的相對含量分別是0.926%和1.409%，因此己醛對馬鈴薯泥的特征風(fēng)味形成起主要作用，這一結(jié)論與Josephson的結(jié)論一致。 由于 2，4-癸二烯醛的閾值（0.07 μg/kg）較己醛（4.5 μg/kg）低得多[42-43]，所以雖然相對含量較低，但對馬鈴薯風(fēng)味影響顯著。

Blanda[10]研究表明馬鈴薯的特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)還與戊烯、己醛、庚醛、戊基呋喃和存在相關(guān)性。而芳香族化合物可能是由還原糖降解產(chǎn)生的，含量較少，但有些是形成雜環(huán)化合物的重要中間體，對馬鈴薯揮發(fā)性物質(zhì)形成起到不可忽視的作用。脂降解產(chǎn)生的酯類化合物含量較低，一般認(rèn)為對馬鈴薯泥揮發(fā)性物質(zhì)無特殊貢獻[15]。

3 結(jié)語

本試驗在鮮馬鈴薯中鑒定得到30種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中碳氫化合物最多，包括4種烷烴，2種烯烴。鮮馬鈴薯中起主要作用的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)烴類、醇類和醛類，其中甲基環(huán)戊烷相對含量較高，占總檢出物的25.74%。在蒸熟馬鈴薯泥和60℃下保溫3 h的馬鈴薯泥中分別得到31種和37種化合物，其中醛類化合物最多，分別為19種和18種，其相對含量分別為98.172%、98.228%。其中最主要醛是己醛，分別占總檢出物的88.92%和89.461%。醛類、呋喃類和醇類是馬鈴薯泥中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。鮮馬鈴薯和蒸熟馬鈴薯泥中的風(fēng)味物質(zhì)存在很大差異。