不同腌制方式對白姜揮發性風味物質的影響

縱凱莉，王大全，楊劍婷*

（安徽科技學院 食品工程學院，安徽 滁州 233100）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）屬于姜科（Zingiberaceae）開花植物，其包括姜黃、小豆蔻和高良姜等，屬藥食同源。姜中富含活性成分，具有抗癌[1-3]、抗炎[4]、降脂降糖[5-6]和抗氧化[7-8]作用。銅陵白姜是地理標志性產品，以“塊大皮薄，汁多渣少，肉質脆嫩，香味濃郁”久負盛名[9]，但由于其含水量高難以儲存。為滿足消費者在非收獲期的需求，一般通過腌制進行儲存。

目前，有關生姜腌制的研究已有相關報道，何英東等[10]利用果膠甲酯酶對低鹽腌漬仔姜進行保脆處理，提高了其脆性；郭東菊[11]研究了低鹽姜片，并確定其最佳工藝條件，為姜類產品的開發提供了新的思路。但有關接種腌制技術應用到白姜生產的研究鮮有報道。在鹽腌過程中，主要分成干腌和濕腌兩種技術，在傳統的腌制過程中，以家庭式生產為主。在自然腌制過程中，容易出現雜菌污染，腌制發酵周期長等問題，限制了腌制生產產業化、規范化的進程[12]。研究表明，接種腌制能縮短發酵周期、降低亞硝酸鹽的含量[13]。當前，在工業化腌制生產中，使用和研究最廣泛的為植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum），其發酵以產生乳酸為主要成分，在發酵的中后期占主導地位[12]。腌制蔬菜經過發酵后，原料和環境因素的存在可以促進腌菜的風味。揮發性風味物質是構成食品風味的一個關鍵要素，通常人們對食品的喜愛程度在很大程度上取決于揮發性風味物質[14]。電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（head space-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）是分析揮發性風味物質的常用方法，然而，關于腌制白姜風味的研究鮮有報道。因此，研究不同腌制方式對白姜揮發性風味物質的影響具有重要的意義。

本研究以未處理白姜樣品為對照，通過自然干腌、自然濕腌和接種濕腌三種方法腌制白姜，通過電子鼻、頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（HS-SPME-GC-MS）技術分析四種白姜樣品的揮發性風味物質，結合層次聚類分析（hierarchical cluster analysis，HCA）和主成分分析（principal componentanalysis，PCA）探究其揮發性風味物質含量差異，并進行感官評價，旨在為白姜產品的開發利用提供新思路，為風味獨特的白姜新產品的開發奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

銅陵白姜：銅陵市銅陵白姜種植基地；食鹽（食品級）：市售；植物乳桿菌粉（1.0×1010CFU/g）：西安聚生源生物科技有限公司；NaCl（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；3-己酮（色譜純）：上海賽可銳生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

PEN3電子鼻：德國AIRSENSE公司；8890-7000D Agilent氣相色譜-質譜聯用儀、DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理

參照TANG Y等[15-16]的方法進行白姜腌制，并做適當修改。選擇色澤正、無機械破損、無病蟲害的白姜清洗干凈、自然晾干，切成8 mm厚的小塊，備用。以未處理的新鮮白姜樣品為對照，分別對其進行自然干腌、自然濕腌和接種濕腌三種處理。自然干腌：將白姜風干至水分含量約為80 g/100 g。將脫水的白姜與干鹽按質量比5∶1混合，密封的容器中25 ℃腌制14 d；自然濕腌：將白姜與8%鹽水以1∶1的比例混合，進行自然發酵，25 ℃密封腌制14 d；接種濕腌：將白姜與8%鹽水以1∶1的比例混合，加入白姜質量2.2%的植物乳桿菌粉，25 ℃密封腌制14 d。

1.3.2 揮發性風味物質的測定

HS-SPME萃取條件：準確稱取1.0 g樣品于頂空瓶中，加入飽和NaCl溶液，10 μL 50 μg/mL 3-己酮（內標溶液）。在60 ℃的恒溫條件下，振蕩5 min，將120 μm DVB/CWR/PDMS萃取頭插入樣品頂空瓶，頂空萃取15 min，于250 ℃下解吸5 min，然后進行GC-MS分析。在采樣之前，將萃取頭置Fiber Conditioning Station中250 ℃下老化5 min。

GC條件：DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為高純氦氣（He）（純度＞99.999%），恒流流速1.2mL/min，進樣口溫度250 ℃，不分流進樣，溶劑滯后3.5 min。程序升溫為初始溫度40 ℃保持3.5 min，以10 ℃/min升至100 ℃，再以7 ℃/min升至180 ℃，最后以25 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。

MS條件：電子電離（electron ionization，EI）源，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，質譜接口溫度280 ℃，電子能量70 eV，掃描方式為選擇離子監測模式（selected ion monitoring，SIM），定性定量離子精準掃描。

定性定量分析：白姜揮發性風味成分檢測數據處理由安捷倫Qualitative Analysis軟件完成，在美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）質譜數據庫檢索對比，根據匹配度和保留時間定性。采用內標法進行半定量。

1.3.3 電子鼻傳感器檢測

配備10種金屬氧化物半導體檢測裝置（W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S），其性能描述見表1。將1 g樣品放在瓶子里，蓋上聚四氟乙烯硅塞，30 min后，將電子鼻探針插入瓶子，捕獲頂部空氣并確定存在的揮發性物質。電子鼻設置為以下參數：測試時間60 s，清洗時間60 s，內流量600 mL/min，采樣流量600 mL/min。

表1 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Performance description of electronic nose sensors

1.3.4 感官評價

由10名（女6名，男4名）食品專家組成，在進行感官評價前，按照本實驗的目的、感官評價的要求和標準，對評價小組進行訓練，從色澤、氣味、質地和滋味的整體可接受性對白姜進行評價，滿分為100分，白姜的感官評價標準見表2。

表2 白姜的感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of white ginger

1.3.5 數據分析

采用SPSS 25.0統計軟件對實驗數據進行顯著性分析，采用Origin 2023軟件繪圖，運用Winmuster軟件進行主成分分析；揮發性風味物質中香氣特征的數據來自：The Good Scents Company Information System[17]。

2 結果與分析

2.1 不同處理白姜中揮發性風味物質分析

不同處理組白姜樣品中揮發性風味物質組成及含量見表3。由表3可知，在對照組和3個處理組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）樣品中，共檢測出53種揮發性風味化合物，對照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌處理組4個樣品中分別檢出45種、47種、48種和50種揮發性風味物質。

表3 不同處理組白姜樣品中揮發性風味物質組成及含量Table 3 Composition and contents of volatile flavor substances in white ginger samples with different treatments

由表3可知，在對照組和3個實驗組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）樣品中，共檢測出53種揮發性風味化合物，其中，萜烯類29種，酯類9種，酮類4種，醇類5種，醛類4種，含硫化合物2種。4個白姜樣品中萜烯類化合物種類最多，對照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌處理組白姜中分別檢測出29、29、28和28種萜烯類化合物。萜烯類是生姜中揮發性風味物質最多的種類，其含量也最高，這與LUO S等[18]研究生姜中揮發性風味物質的結果一致。對照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組樣品中萜烯類化合物含量分別為14.524 mg/g、11.871 mg/g、12.002 mg/g和14.168 mg/g，其在接種濕腌樣品中含量較高。萜烯類化合物中含量最高的為姜烯，具有辛辣鮮味，辛辣鮮味作為生姜中獨特的風味，在新鮮白姜（對照組）中含量最高，為3.253 mg/g。腌制后姜烯含量下降，表明辛辣味降低，其分別在自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組樣品中含量分別為2.664 mg/g、2.705 mg/g、3.220 mg/g。此外，4個樣品中均檢測出高級芳香型萜烯類物質，α-姜黃烯、α-蒎烯、β-倍半水芹烯和α-法呢烯具有令人愉悅的生姜獨特氣味。而β-沒藥烯在自然濕腌和接種濕腌樣品中并未檢出。

4個白姜樣品中酯類化合物種類次之，在對照組、3個實驗組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）樣品中分別檢測出6、7、8和9種酯類化合物，對照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組樣品中酯類物質含量分別為0.191 mg/g、0.210 mg/g、0.278 mg/g和0.239 mg/g。3種腌制方式中，自然干腌白姜的酯類化合物數量及含量均最低，接種濕腌白姜的酯類化合物數量最高，自然濕腌白姜的酯類化合物含量最高。酯類化合物主要呈現出花香和果香等香氣成分，其中乙酸香茅酯可賦予姜酯香氣味，對腌制姜風味的形成具有重要作用[16]。乙酸香茅酯在自然濕腌白姜中含量最高（0.065 mg/g），這可能由于自然濕腌環境中雜菌較多，導致腌制過程一些酯類物質會在微生物的作用下通過酯化反應而形成[19]。除此之外，異戊酸己酯在自然濕腌中含量也最高，為0.38 mg/g，該物質主要呈現成熟糯梨的香味。苯甲酸芐酯僅在接種濕腌白姜中出現（0.001 mg/g），帶有香脂和水果的香氣。

對照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌白姜樣品中分別檢出4、4、5和4種醇類化合物，其含量分別為0.118 mg/g、0.143 mg/g、0.446 mg/g和0.218 mg/g。腌制后生姜樣品中醇類物質含量均上升，自然濕腌的醇類物質含量最高，這有可能是因為在自然濕腌中存在著大量的雜菌，并且發酵啟動緩慢，酵母菌等雜菌更傾向于生長，更容易產生醇類，導致醇類的積累也比較多；相比自然濕腌，接種濕腌發酵啟動快，醇類消耗快，優勢菌會對酵母菌等雜菌的生長產生抑制作用，因此接種濕腌白姜的醇類含量會比較低[20]。醇類物質具有花香、清香等氣味，當其在白姜中的含量較低時，對白姜的風味影響也較小。其中4個樣品中主要的醇類風味物質為2-丁基-2-辛醇，具有水果香氣[17]。

對照組、3個實驗組（自然干腌、自然濕腌和接種濕腌）白姜樣品中分別檢出3、3、3、4種醛類化合物，2、2、2、3種酮類化合物，其中酮類含量分別為0.138 mg/g、0.105 mg/g、0.089 mg/g、0.190 mg/g，醛類含量分別為0.122 mg/g、0.130 mg/g、0.139 mg/g和0.162 mg/g。接種濕腌白姜樣品中醛類和酮類種類及風味化合物總含量最高，其原因可能是，在發酵過程中，乳酸菌的代謝較為活躍，對其他類型微生物的生長繁殖及代謝產生了抑制作用，從而產生的中間產物，如醛類和酮類。酮類化合物中主要呈現花香和果香等，醛類化合物中主要呈現出花香，可能對腌制白姜的風味產生影響[17]。此外，本研究中還檢測出2種含硫化合物，其總含量在對照組、自然干腌、自然濕腌和接種濕腌組白姜樣品中分別為0.021 mg/g、0.032 mg/g、0.036 mg/g和0.042 mg/g，并有研究表明，含硫化合物也是發酵蔬菜的特征香氣成分之一[21]。

2.2 揮發性風味物質的層次聚類分析

為了更直觀、清楚地認識到對照組及處理組白姜中揮發性風味物質含量的差異，對4組樣品中檢測出的53種揮發性風味物質的含量進行層次聚類分析（HCA），使用ChiPlot軟件來繪制熱圖，結果見圖1。

圖1 不同處理組白姜樣品中揮發性風味物質的層次聚類分析熱圖Fig.1 Heat map of hierarchical cluster analysis of volatile flavor substances in different groups of white ginger samples

由圖1可知，自然濕腌和自然干腌白姜樣品被分在同一支上，表示其揮發性風味物質相近[24]，這與兩者具有相近的萜烯類物質有關。對照組與其他處理組沒在相同的分支上，說明對照組的揮發性風味物質分布不同于3種腌制的白姜樣品。對照組白姜樣品中月桂烯、萜品油烯、δ-欖香烯、（+）-香橙烯、水芹烯和愈創木烯含量明顯高于3種腌制的白姜，由此可知，腌制后白姜原本的辛辣味降低。接種濕腌白姜樣品與對照組、自然干腌白姜樣品揮發性風味較為接近，但與其不在同一支，表明接種濕腌能產生獨特的風味，同時也不丟失白姜本身的風味。

2.3 電子鼻檢測結果

雷達圖被廣泛地使用，它可以顯示出傳感器陣列對采樣信號的反應，并且可以顯示出整體與個別的信號強度的差別[22-23]。當響應值越大，表明其傳感器所對應組成的濃度也越高。依次對不同白姜樣品進行電子鼻識別，從而得到相應的響應雷達圖，結果見圖2。由圖2可知，對氣味響應相對敏感的傳感器有W1W、W2W、W5S和W1S，說明白姜中的硫化氫、有機硫化物、芳香成分、氮氧化合物和碳氫化合物含量較高。經過顯著性分析結果顯示，腌制后的白姜與對照組相比，W2W傳感器響應值降低，而其他傳感器的響應值均上升。其中，接種濕腌白姜樣品硫化氫、芳香成分、碳氫化合物等含量較高。

圖2 不同處理組白姜樣品的電子鼻分析雷達圖Fig.2 Radar plot of electronic nose analysis of different groups of white ginger samples

基于電子鼻分析結果對不同處理組白姜樣品進行主成分分析，結果見圖3。由圖3可知，第一主成分和第二主成分的方差貢獻率分別為68.13%和31.16%，累計方差貢獻率達到了99.29%，能較好的反映出樣品的信息[25]。不同樣品的位置比較分散，并不重疊，在氣味上有很大的差異。對照組與三個處理組白姜樣品距離相差較大，也進一步證明對照組與其他處理組具有明顯差異。這與HS-SPME-GC-MS的結果一致。

圖3 基于電子鼻分析結果不同處理組白姜樣品的主成分分析結果Fig.3 Principal component analysis results of different groups of white ginger samples based on electronic nose analysis results

2.4 感官評價

不同方式腌制的白姜感官評價結果見表4。由表4可知，接種濕腌白姜樣品的感官評分總分最高為83.3分，從色澤、氣味、質地、滋味4個方面看，接種濕腌白姜的評分分別為17.9分、22.1分、21.4分和21.9分，因此接種濕腌的白姜感官品質最好。

表4 白姜的感官評價結果Table 4 Sensory evaluation results of white ginger

3 結論

通過HS-SPME-GC-MS從四組白姜樣品中共鑒定出53種揮發性風味物質。包括29種萜烯類、9種酯類、4種酮類、5種醇類、4種醛類及2種含硫化合物。其中，接種濕腌處理組的揮發性風味化合物數量最多，為50種，其主要揮發性風味化合物主要為萜烯類和酯類。電子鼻結果表明，3個處理組樣品中硫化氫、有機硫化物、芳香成分等含量較高。HCA及PCA表明，對照組與處理組樣品揮發性風味物質差異較大，接種濕腌能使白姜樣品產生獨特風味，感官評分最高（83.3分）。本研究為采用接種濕法腌制工藝改善白姜品質奠定了基礎。