加熱方式對大蒜揮發性物質的影響

范波，蔡燚，王鵬，韓穎，易宇文*

(1.成都工業學院，成都 611730；2.四川旅游學院，成都 610100)

大蒜俗稱蒜頭、胡蒜、獨蒜，是百合科蔥屬植物蒜(AlliumsativumL.)的鱗莖的統稱。大蒜起源于歐洲中部、南部，早期在地中海及其附近的古埃及、古羅馬、古希臘等地栽培。西漢時期，張騫將大蒜從西域引入我國陜西關中地區，后遍及全國。目前，我國是全球大蒜栽培面積較廣和產量較多的國家之一。大蒜主要作為調味品使用，此外大蒜中的生物活性物質具有保鮮、抗菌、抗癌、抗氧化等作用[1-3]。目前關于大蒜的研究主要集中在栽培、深加工和藥用等方面[4-6]。在烹飪中，大蒜作為調味品，生食和熟食其性味差異極大。生食時味辛辣，氣味刺激性強烈；加熱成熟后味微甜，辛辣味消失。大蒜在加熱后其揮發性物質有哪些變化目前未見相關報道。研究食品風味的方法包括智能感官和分子感官。智能感官如電子鼻、電子舌和電子眼。電子鼻(electronic nose，E-nose)是一種模擬人類生理嗅覺，評價食品氣味的檢測技術。它利用傳感器陣列對不同氣味物質的響應值并結合參數模型來識別物質，能夠避免生理嗅覺的缺陷，保證測試結果的穩定性和重復性，沒有繁瑣的前處理，無需破壞樣品，檢測速度快，結果易讀。目前主要應用于調味品等研究領域[7]。分子感官包括氣相、液相色譜法、氣-質聯用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)、液-質聯用法、氣相色譜-嗅聞技術(gas chromatography-olfactometry，GC-O)。氣-質聯用技術(GC-MS)是氣相色譜加質譜技術的簡稱，二者結合可以實現復雜有機化合物的分離和定性，作為分析揮發性物質的有效工具，廣泛應用于調味品等領域[8]。

本文擬利用色差儀、電子鼻和氣質聯用儀結合主成分等方法分析比較未加熱(A)、炒制(B)、蒸制(C)成熟的大蒜在顏色、整體氣味輪廓和具體氣味物質方面的差異，以期為大蒜深加工及在烹飪中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

1.1.1 材料

紫皮大蒜：四川雅安漢源；精煉一級大豆油：金龍魚。

1.1.2 儀器設備

FOX 4000型電子鼻 法國Alpha MOS公司；NR200型3nh色差儀 深圳市三恩馳科技有限公司；Clarus 680氣相色譜儀；Clarus SQ8T質譜儀；HST40帶捕集阱的頂空進樣器；PE Elite-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美國PerkinElmer公司；BL-200F分析天平(200 g/0.001 g) 美國西特公司；其他實驗室常用設備。

1.2 樣品處理方法

將大蒜去皮，用攪拌機攪拌成蒜泥，備用。取蒜泥200 g，加入20 g大豆精煉油，拌勻，分成兩份(每份110 g)，均用保鮮膜包好，防止水分蒸發，分別編號為A(未加熱)、C。在蒸鍋中加入適量水，放入一個不銹鋼盤一起加熱，當溫度達到100 ℃時，倒掉不銹鋼盤中的水，然后將C樣品平鋪在不銹鋼盤中，并用保鮮膜包裹，保持100 ℃，5 min，取出備用。在炒鍋中倒入10 g大豆精煉油，加熱至150 ℃(正常烹飪時的油溫)，然后加入100 g蒜泥，不停翻炒，保持150 ℃，5 min，取出備用，編號為樣品B。

1.3 色差分析

1.4 電子鼻分析

取樣品2.000 g置于10 mL樣品瓶中，密封，放入50 ℃頂空加熱器，加熱300 s，用注射器吸取500 μL注入電子鼻檢測器。

電子鼻手動進樣，進樣速度500 μL/s，數據采集時間120 s，數據采集延遲180 s，每個樣品平行測試5次，取后3次傳感器在120 s時獲得的穩定信號進行分析。

1.5 GC-MS分析

取樣品2.000 g，置于頂空瓶中，密封。將頂空瓶放入自動進樣器，待檢測。

萃取溫度50 ℃，進樣針溫度55 ℃，傳輸線溫度60 ℃，萃取時間20 min；干吹時間2 min，解吸時間0.2 min，加壓/釋壓時間2 min；捕集阱保持時間3 min；捕集阱循環次數2次。

GC條件：載氣(氦氣99.999%)流速1 mL/min，分流比5∶1。進樣口溫度：240 ℃；升溫程序：40 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升溫至 170 ℃，保持 5 min，以10 ℃/min升溫至 250 ℃，保持1 min。

MS條件：EI離子源，電子轟擊能量70 eV，離子源溫度230 ℃；全掃描；質量掃描范圍：45～450 m/z；掃描延遲66 s；標準調諧文件。

定性分析：揮發性成分的定性以檢索NIST 2011譜庫，選取正反匹配均大于700，同時與文獻值進行比對，結合人工解析質譜圖同時進行確定。

定量分析：峰面積歸一化法，計算相對百分含量。

1.6 數據處理

2 結果與分析

2.1 色差儀分析

3個樣品的色差分析檢測結果見表1。

表1 色差分析結果Table 1 The results of color difference analysis

從明度指數L*看，A、C在明亮維度上比較接近，而B的明亮指數偏低，這可能是在炒制時氧化及美拉德反應的結果。紅綠指數(a*)顯示A、C為負數，色相以微綠為主，B為正數，色相以偏紅為主；黃藍指數(b*)顯示3個樣品均偏黃，但程度不一，A、C更為接近。色彩飽和度指數(C*)顯示B樣品更為飽和，顏色深；A、C的飽和度接近。色調角指數(H*)顯示A、C較為接近，且與B差異較為明顯。

2.2 電子鼻主成分分析(PCA)

3個樣品電子鼻檢測結果主成分分析(PCA)見圖1。

圖1 電子鼻主成分分析Fig.1 Principal component analysis of electronic nose

由圖1可知，PC1和PC2分別為80.92%和12.55%，累計為93.47%。陳麗麗等[10]認為第一、二主成分累計超過80%即可反映樣品的主要風味輪廓。這說明在對原始數據進行線性變換和降維時, 其核心成分被有效保留，能夠反映樣品的主要風味輪廓。圖1中A樣品分布在Y軸的右面，B、C分布在Y軸的左面，說明A與B、C樣品差異明顯，這與生食大蒜時氣味刺激，而大蒜煮熟后強烈的刺激味消失一致。B、C樣品分別分布在X軸的上下，說明炒制的蒜泥和蒸制的蒜泥在氣味上有差異。李琴等[11]認為如果PC1和PC2差異大(PC2相對于PC1很小), 而樣品差異主要體現在PC2上,則樣品之間差異較小。B、C樣品的差異主要來源于PC2，PC2僅為12.55%，說明炒制蒜泥和蒸制蒜泥在氣味上雖有差異但較小，這可能與加熱時溫度差異有關。

2.3 GC-MS分析

2.3.1 離子流圖比較

PE Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱分離結合質譜檢測得到的樣品離子流圖見圖2。

圖2 離子流圖比較Fig.2 Comparison of ion current diagrams

由圖2可知，樣品A、B、C分離后分別得到24，29，23種揮發性物質。A樣品出峰時間集中在2～15 min之間，26 min以后無有效峰出現。B樣品出峰時間集中在2～15 min之間，但30 min以后仍有有效峰出現。樣品C出峰時間集中在2～15 min之間，35 min之后仍有有效峰出現，這可能能夠說明B、C較為相似，與電子鼻檢測有類似之處。

2.3.2 3種樣品揮發性物質比較分析

3個樣品揮發性物質的GC-MS分析結果見表2。

表2 3個樣品的GC-MS分析結果Table 2 The analysis results of three samples by GC-MS

續 表

續 表

由表2可知，3個樣品共鑒定出40種化合物，包括含硫化合物30種，醛類化合物6種，其他化合物4種。A、B、C樣品分別檢測到24，29，23種物質，占總含量的95.096%、86.999%、87.511%。樣品A鑒定出含硫物質23種，占94.926%；其他1種。樣品B鑒定出含硫化合物20種，占63.005%；醛類物質6種，占6.914%；其他3種，占17.080%。蒸制樣品(C)共鑒定出含硫物質19種，占70.840%；醛類物質2種，占8.934%；其他物質2種，占7.737%。含硫化合物是未加熱和加熱大蒜的主要揮發性物質。

樣品A含量最高的是硫化丙烯(31.667%)，其次為二烯丙基二硫醚(26.355%)，最低的為2,5-二甲基噻吩(0.068%)。硫化丙烯是一種具有大蒜特有氣味的物質，是大蒜的有效揮發性物質。樣品B含量最高的物質為丙烯醇(15.544%)，其次為二烯丙基二硫醚(12.863%)，最低的為正己醛(0.197%)。丙烯醇是一種具有淡臭味的物質。樣品C含量最高的是二烯丙基二硫醚(29.650%)，其次是烯丙基硫代乙酸甲酯(12.138%)，最低的為2,5-二甲基噻吩(0.251%)。二烯丙基二硫醚是大蒜的主要揮發性物質。二烯丙基二硫醚具有生蒜的辛辣味，它是有大蒜素受熱降解的產物。大蒜素受熱降解的產物包括二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、二烯丙基三硫醚、二氧化硫等化合物。丙烯醇、丙醛是大蒜受熱后生成的含量較高的共有物質。

2.3.3 3種樣品揮發性物質差異分析

維恩圖分析結果見圖3。

圖3 樣品揮發性成分比較維恩圖Fig.3 Venn diagram for comparison of volatile components in samples

維恩圖是一種展示在不同的事物群組(集合)之間的“大致關系”的方法，它常常被用來幫助推導關于集合運算的一些規律。圖3中，A、B、C 3個樣品共有物質13種(均為含硫化合物)，分別為二烯丙基二硫醚、烯丙基甲基二硫醚、二烯丙基四硫醚、1,3-二噻烷、甲基丙烯基二硫醚、二烯丙基硫醚、3-乙烯基-3,4-二氫二硫醚、二甲基二硫醚、3,4-二甲基噻吩、2,4-二甲基噻吩、2,5-二甲基噻吩、烯丙硫醇、三硫代碳酸亞乙烯酯。樣品A特有物質7種(6種含硫化合物和1種烯類物質)，硫化丙烯(31.667%)是樣品A中含量最高的物質，甲硫醇(3.093%)也是含量較高的物質。樣品B特有物質8種(2種含硫化合物，4種醛類物質，呋喃類和酸類物質各1種)，丙烯醇(15.544%)是含量最高的物質，二甲基硫(8.578%)、反式-2-癸烯酸(3.486%)含量也較高。樣品C特有物質2種(均為含硫化合物)，環己硫醚(1.215%)和2,3-二甲基噻吩(0.311%)。A、C共有物質2種，分別是烯丙基甲基硫醚、烯丙基硫代乙酸甲酯。B、C共有物質6種，分別是氨基甲磺酸、1,6-二硫代并環戊二烯、正己醛、硝酸甲酯、丙烯醇、丙醛。A、B共有物質2種，分別是二烯丙基三硫醚、(Z)-甲基-1-丙烯基硫化物。不同加熱溫度下，大蒜的揮發性物質有一定的差異，加熱后的樣品共有物質較多。

2.4 討論

2.4.1 含硫化合物

組織未被破壞的大蒜刺激性氣味并不強烈。當大蒜組織被破壞時會生成大量的含硫化合物，這些含硫化合物是大蒜刺激性氣味的主要來源。大蒜含硫化合物的形成主要是蒜氨酸分解成次磺酸，次磺酸轉化成大蒜素，大蒜素進一步作用生成硫化丙烯、二烯丙基類化合物和二氧化硫等化合物[12]。

硫化丙烯是樣品A中檢測到的特有物質，含量高(31.667%)。硫化丙烯是一種具有廣譜抗菌效果的物質，對痢疾桿菌、乙型腦炎病毒、結核桿菌、念球菌、葡萄球菌等幾十種流行病毒和致病菌具有良好的抗菌效果。劉春菊等[13]比較未經處理的大蒜、醋浸大蒜和熱風干燥的蒜片，發現硫化丙烯是未經處理的大蒜檢出的特有物質，而在醋浸大蒜和熱風干燥大蒜中均未檢出。在本實驗中，加熱處理的兩個樣品中也均未檢測出硫化丙烯，這與劉春菊等的研究結果一致。導致這種現象可能與硫化丙烯沸點低(75～77 ℃)有關。基于這一性質，生食大蒜更有利于保持更多生物活性物質。

二烯丙基二硫醚是3個樣品中均檢測到的物質，其含量分別為26.355%、12.863%和29.650%，含量高。二烯丙基二硫醚屬于鏈狀含硫化合物，閾值低(4.3 μg/kg)，具有強烈的大蒜香味，無催淚作用。二烯丙基二硫醚的形成可能是C-S鍵龜裂，形成了丙烯基自由基和烷硫基，這些物質與其他小分子揮發性物質形成了二烯丙基硫化物。烯丙醇也可與烯丙基硫自由基、烯丙基硫醇或蒜氨酸/脫氧蒜氨酸生成二烯丙基硫化物[14]。樣品B中二烯丙基二硫醚含量大幅減少，而樣品C中含量有一定幅度的增加。這可能是在適宜溫度(100 ℃左右)條件下大蒜中的C-S鍵龜裂促使二烯丙基二硫醚形成；而當溫度超過150 ℃時，二烯丙基二硫醚(沸點138～139 ℃)開始揮發。

二烯丙基四硫醚是3個樣品的共有物質，其在樣品A中含量為6.473%，含量較高。加熱樣品(B、C)中含量較低。二烯丙基四硫醚在大多數大蒜鮮品中均有檢出，但含量均不高(大多低于5%)，而本實驗檢測到二烯丙基四硫醚含量較高，這可能與大蒜的產地不同有關。

環狀含硫化合物1,3-二噻烷是3個樣品中共有的、相對含量較高(>2%)的物質，其具有大蒜和洋蔥的氣味。劉春菊等的研究表明，由于1,3-二噻烷等環狀含硫化合物對熱不穩定，在受熱的情況下會轉化成揮發性物質或非揮發性物質而使含量降低。但本實驗中1,3-二噻烷的含量有升有降，這與劉春菊等的結論有出入，其具體原因需要進一步研究。

二烯丙基硫醚是大蒜的主要揮發性物質之一，3個樣品中含量均大于3%。二烯丙基硫醚是一種具有汽油味的物質，在未經加工的大蒜和深加工的大蒜中均有檢出，其含量在深加工中呈下降趨勢，這說明深加工可能對二烯丙基硫醚有一定的破壞作用。

烯丙基硫代乙酸甲酯在未加熱樣品(A)和蒸制樣品(C)中有檢出，且含量較高(>4%)，而樣品B中未檢出。王茂瑞[15]通過分析不同切割傷程度的大蒜表明，烯丙基硫代乙酸甲酯在切割0 h和6 h的樣品中有檢出，但6 h以后的樣品中均未檢出。這可能是烯丙基硫代乙酸甲酯長時間暴露在空氣中，生成了其他物質，這與本實驗中檢測到烯丙基硫代乙酸甲酯的含量有一定相似性。在本實驗中，樣品B長時間在高溫和高氧環境中，導致在樣品中并未檢測出此物質；而在用保鮮膜包裹的A、C樣品中均有檢出。

二甲基硫是一種具有成熟(加熱)大蒜風味的物質。3個樣品中僅有樣品B中有檢出，且含量較高(8.578%)。二甲基硫可能是大蒜中含硫氨基酸經高溫后發生降解的產物。

加熱會導致大蒜中含硫化合物含量下降，加熱溫度越高，含硫化合物含量下降得越快。

2.4.2 醛類化合物

樣品A未檢測到醛類物質，樣品B、C分別檢測出6種和2種；丙醛是加熱樣品中檢測到的共有物質，且含量高，分別為4.040%(B)和8.678%(C)。丙醛的形成途徑可能是大蒜組織受到破壞時細胞組織中的異蒜氨酸被釋放出來，其在酶的作用下會生成具有催淚成分的LF3(C3H6OS)，LF3(C3H6OS)在蒜氨酸酶和催淚因子合成酶(LFS)的作用下生成了丙醛[16]；也有可能是亞油酸和n-3型脂肪酸作用生成了丙醛[17]。丙醛具有水果味，其閾值較高(9.5～37 μg/kg)，故對風味貢獻較小。

2.4.3 其他化合物

丙烯醇僅在加熱樣品中有檢出，且含量較高。樣品B、C的含量分別為15.544%和7.050%。陳海濤等比較新鮮大蒜和油炸大蒜發現，新鮮大蒜中丙烯醇含量高，而油炸處理的大蒜中含量低。在本實驗中，新鮮大蒜并未檢測到丙烯醇，而油炸和蒸制的樣品中均檢測到，這與陳海濤等的研究結果不一致,其原因需要進一步研究。丙烯醇具有淡臭味，其閾值較高，對樣品風味的形成貢獻較小。

3 結論

色差儀分析表明樣品B顏色深，飽和度高；A、C顏色淺，飽和度低。電子鼻主成分分析顯示B、C在風味輪廓上更為相似，與A差異大。GC-MS分析顯示3個樣品中共檢測到40種化合物，樣品A、B、C分別檢測到24，29，23種化合物，相對含量分別為95.096%、86.999%和87.511%；含硫化合物是3個樣品的主要揮發性物質，分別占相對含量的94.926%、63.005%和70.840%。維恩圖分析顯示3個樣品中共有化合物13種，A、B、C特有揮發性物質分別為7，8，2種；A、B共有物質2種，B、C共有物質6種，A、C共有物質2種；二烯丙基二硫醚是A、B、C樣品共有物質中含量最高的物質，是大蒜主要的揮發性物質。加熱會導致大蒜含硫化合物含量下降；不同加熱溫度下，大蒜的揮發性物質有一定的差異；加熱后的樣品共有物質較多；丙烯醇、丙醛是大蒜受熱后生成的含量較高的物質，生蒜含有更多生物活性物質。實驗結果對大蒜的深加工和食用有一定的參考價值。