发软泡菜品质及风味物质主成分分析

黄盛蓝 - 杜木英,2,3,4 -,2,3,4 周先容 - 汤艳燕 - 李玉珠 - 龙 谋 于丽洪 -

(1. 西南大学食品科学学院，重庆 400715；2. 西南大学食品科学学院国家食品科学与工程实验教学示范中心，重庆 400715；3. 重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400715；4. 中匈食品科学合作研究中心，重庆 400715)

泡菜是以生鲜蔬菜(或蔬菜咸坯)为原料，添加或不添加辅料，经中低浓度食盐水泡渍发酵、调味(或不调味)、包装(或不包装)、灭菌(或不灭菌)等过程，加工而成的蔬菜制品[1]。食品腐败微生物的污染是泡菜腐败变质的最主要原因[2]，泡菜中发现的腐败菌有毕赤酵母菌、热带假丝酵母菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、李斯特菌等[3-4]，引起食品发生化学或物理性变化，使食品失去原有的营养价值、组织状态及色香味，从而使其不符合食品卫生要求。脆度是衡量果蔬类泡菜品质的重要指标，泡菜的软化严重影响了食用价值和经济价值[5]。在生产过程中，由于微生物和各种酶的作用，泡菜发生软腐，影响泡菜产业的效益。

目前国内外均对泡菜的风味、影响泡菜软化的环境因素、外源物、前处理方法等进行了研究。已经有报道[6-7]利用HS-SPME-GC-MS分析韩国泡菜的风味，含硫化合物(如二甲基二硫)是韩国泡菜的主要风味物质。Park等[8]从泡菜中分离了明串珠菌LK93，并通过16S rDNA鉴定，结果表明该菌株可抑制产膜酵母生长。Song等[9]对过度发酵导致软化的泡菜进行研究，结果发现Pichiakudriavzevii、Kazachstaniaservazii、Kazachstaniaexigua、Kazachstaniabulderi和Rhodotorulamucilaginosa四类酵母菌导致产品品质劣变。

陈功等[10]采用SPME与GC/MS联用法，分析并鉴定了自然发酵泡菜、直投式功能菌剂发酵泡菜和老盐水发酵泡菜的风味成分构成，确定其挥发性成分中醇、酮、醛、烯等占挥发性成分总量的90%。熊涛等[11]通过对比直投式与传统发酵泡菜工艺中病原菌的变化规律，发现直投式发酵中植物乳杆菌NCU116对泡菜发酵过程中病原菌的生长具有显著的抑制作用。盐浓度对果胶酶活性有显著影响，在低浓度盐条件下(NaCl<4%)，盐腌渍对酶活有促进作用，在高浓度盐条件下(NaCl>6%)，盐腌渍对果胶酶酶活有显著抑制作用[12]。

中国虽然有较长时间的泡菜制作历史，但对于正常泡菜与发软泡菜的理化性质、风味成分的差异等少有研究。杜小琴[5]研究了提高泡菜组织中的果胶酸盐含量和人工接种乳酸菌缩短发酵周期这2种方法，以提高泡菜脆度；姚利玄[13]对腌制过程中萝卜的脆度和色度变化及变化机理进行了研究，但都没有将理化指标和发软泡菜的风味差异进行研究。因此，本研究采用HS-SPME-GC-MS对工厂成熟的泡菜及同一批次不同程度发软泡菜4种样品的挥发性成分进行分离鉴定，利用主成分分析(principle component analysis，PCA)比较正常泡菜与发软泡菜的风味差别，同时比较理化指标与感官品质，确定影响泡菜感官品质的内在因素，以期为泡菜中风味成分的进一步研究及提高泡菜质量提供一定的数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

泡萝卜：放置室温正常发酵5个月的成熟泡萝卜及同一批次发软泡菜，重庆市某泡菜厂；

NaOH、酚酞、AgNO3、铬酸钾、无水乙醇：分析纯，成都市科隆化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

质构仪：CT-3型，美国Brookfield公司；

气相质谱联用仪：GCMS-2010型，日本岛津公司；

pH计：pHS-3C型，上海仪电科学仪器股份有限公司；

色差仪：ultrascan型，美国HunterLab公司。

1.3 方法

1.3.1 取样方法 选择在长宽高为6 m×6 m×4 m的泡菜池中取同一批次成熟泡菜，分别在其上、中、下3层的位置取样混合，测定各项理化及挥发性风味成分，并进行感官评价。

1.3.2 质构测定 将泡菜样品切成边长5.0 cm相同大小的块状，进行质地剖面分析(texture profile analysis，TPA)试验，试验条件：选用TA3/100探头，探头预测试速率2 mm/s，测试速率0.5 mm/s，返回速率0.5 mm/s，数据频率10点/s，触发点负载10 g，等待时间0 s，测量4次，取平均值[14]。

1.3.3 感官评定 10位经过专门感官评价培训的感官评价人员对泡菜感官特征进行描述，为了确保感官评定结果的准确性，小组成员在进行评定之前的12 h 内不允许吃辛辣的食物和饮酒试验[15]，感官评价标准见表1[16]，选取色泽、气味、滋味及质地4项指标综合得分，取平均值为最终评价结果。

表1 感官评定评分标准

1.3.4 色泽的测定 采用L*a*b*表色系统，利用色差仪直接测定。L*a*b*表色系统以色度学为基础建立，其中，L*值是色彩的明度值，表示色彩的明暗程度；a*值和b*值是色彩的色度值，其中a*值从红(+a*)到绿(-a*)渐变，b*值从黄(+b*)到蓝(-b*)渐变[17]，从泡萝卜中部切分成7 cm×7 cm×3 cm的长方块进行测定，选择泡萝卜块的上部、中部、下部进行测定，平行测定3次，取其平均值。

1.3.5 pH测定 按GB 10468—1989执行。

1.3.6 总酸测定 按GB/T 12456—2008的酸碱中和法执行。

1.3.7 盐度测定 按GB 5009.44—2016的间接沉淀滴定法执行。

1.3.8 挥发性风味物质的测定

(1) 样品处理：称取泡萝卜约13 g，制作匀浆，准确称取5.000 0 g放入15 mL进样瓶，40 ℃恒温水浴30 min，将活化好的萃取头插入进样瓶顶空萃取30 min。

(2) GC-MS分析条件：色谱柱：HP-5MS型(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升温程序：柱温36 ℃(保留3 min)，以5 ℃/min 升至65 ℃，以3 ℃/min升至108 ℃，以2 ℃/min升至110 ℃，以3 ℃/min升至155 ℃，以20 ℃/min升至200 ℃，保持3 min[18]。

电子电离源：离子源温度230 ℃；电子能量70 eV；接口温度：280 ℃；质量扫描范围：50～550 U。

(3) 数据处理：由计算机谱库(NIST.11library)进行初步检索及资料分析，匹配度>800(最大1 000)的结果将予以报告，面积归一法计算各成分含量。

1.3.9 数据分析 用Excel 2010、SPSS 18.0等软件进行图标绘制和相关数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 正常样品和发软样品的质构及色泽变化

由表2、3可知，硬度、胶着性、咀嚼性、弹性显著相关，且4种样品之间差异显著，正常泡菜的硬度、胶着性、咀嚼性、弹性指标均优于发软泡菜，说明在质构指标中，正常泡菜的品质最优，泡菜发软的过程中，由于果胶的分解，使得泡菜的脆度下降[11-12]，质构指标可在一定程度上反映泡菜的软化程度。

由表4可知，正常泡菜的亮度小于发软泡菜的亮度，随发软程度的增加，亮度显著上升、绿色调显著上升，黄色调显著下降。尽管4种泡菜均呈黄绿色调，但L*、a*、b*的显著差异说明发软对泡菜的色泽有一定影响，有研究[19]表明受酸性条件限制，酶促褐变在泡菜和酸菜中很轻微，4种泡菜的酸度在0.62～0.98 g/100 g，可能是酸性环境抑制了泡菜色泽的变化，但泡萝卜盐度、酸度与色泽的变化机理还有待进一步研究。

2.2 不同品质泡菜感官评定

由图1可知，正常泡菜的色泽、质地、滋味均优于发软泡菜，正常泡菜与发软严重的泡菜气味较优。将正常泡菜与不同发软程度的泡菜测得的色泽、香气、质地、滋味以及总体得分之间建立相关系数矩阵见表5。由表5可知，色泽、气味、滋味、质地与感官总分均呈现显著正相关，并且因子之间也存在显著相关性。从相关系数可知，各因子对感官总分的影响大小依次为色泽>质地>滋味>气味，气味对感官总分的影响较其他因子小，说明各影响因素不是独立影响感官品质，而是综合起来共同决定感官品质。但仅凭感官评定无法准确鉴定风味物质，还需进行香气成分的分离鉴定等。

表2 不同品质泡萝卜质构分析†

† 同列不同字母表示数据存在显著性差异(P<0.05)。

表3 不同品质泡萝卜的质构指标之间的相关性分析†

† *表示差异显著，P<0.05；**表示差异极显著， P<0.01。

表4 泡萝卜色泽分析†

† 同列不同字母表示数据存在显著性差异(P<0.05)。

图1 不同品质泡菜感官评定雷达图Figure 1 Radar chart of different quality pickles表5 不同品质泡萝卜的感官指标之间的相关性分析†Table 5 Correlations of the senses of three kinds of pickled radish

指标总分色泽气味滋味质地胶着性0．985∗∗1．000咀嚼性0．603∗0．4581．000硬度 0．955∗∗0．904∗∗0．753∗1．000弹性 0．971∗∗0．993∗∗0．4130．860∗1．000

† *表示差异显著，P<0.05；**表示差异极显著，P<0.01。

2.3 正常样品和发软样品的pH值、总酸和盐度的变化

由图2～4可知，pH的变化范围为3.21～3.74，总酸含量变化范围为0.62～0.98 g/100 g，盐度的变化范围为5.96～9.99 g/100 g，正常泡菜的总酸、盐度含量最低，发软程度越大，总酸含量越多。发软程度的加剧伴随着总酸含量的增加，其原因在于蔬菜组织中的原果胶在原果胶酶、稀酸的作用下，分解成可溶性果胶。蔬菜在泡制过程中，水溶性果胶含量的增加，导致泡菜变软。水溶性果胶在果胶酶或酸、碱的作用下，进一步分解成果胶酸，在该条件下，果胶酸进一步分解成为还原糖及半乳糖醛酸导致泡菜软腐[20]。

不同小写字母表示差异显著，P<0.05图2 不同品质泡菜pH值比较Figure 2 Comparison of pH in different quality pickles

不同小写字母表示差异显著，P<0.05图3 不同品质泡菜总酸含量比较Figure 3 Comparison of total acid content in different quality pickles

不同小写字母表示差异显著，P<0.05图4 不同品质泡菜盐度比较Figure 4 Comparison of salinity change in different quality pickles

2.4 不同发软程度的泡菜挥发性成分分析

由表6可知，正常泡菜共检出41种挥发性化合物，含量较多的是酯类化合物、硫化物，分别占被检测总峰面积的35.53%，39.28%；轻度发软泡菜检测出32种挥发性化合物，其中，含量较多的是酯类化合物、硫化物、醇类化合物，分别占被检测总峰面积的15.45%，40.89%，8.32%；中度发软泡菜检测出酯类化合物37种挥发性化合物，含量较多的是酯类化合物、硫化物、醇类化合物，分别占被检测总峰面积的37.81%，49.5%，5.99%；严重发软泡菜检测出30种挥发性化合物，其醛类相对含量显著高于其他类型泡菜，其中乙醛二甲基硫缩醛相对含量为32.09%，醛类化合物阈值很低，具有脂肪类香气，主要构成了肉香味[21]，且阈值较低，该化合物区分了严重发软泡菜与其他发软泡菜，但该化合物在其他泡菜中少有检测出及报道。

表6 正常泡菜与不同发软泡菜挥发性成分变化

续表6

化合物种类化合物名称保留时间/min相对含量/%正常轻度发软中度发软发软严重硫类二甲基二硫3．5939．2826．8921．7412．44二甲基三硫10．54-14．007．744．97醇类芳樟醇15．190．251．220．470．27四氢薰衣草醇31．650．12---十二醇26．470．26---桉叶油醇12．76-0．510．360．22α⁃松油醇18．25-1．610．720．92(⁃)⁃4⁃萜品醇13．66-6．154．885．13异戊醇17．13-0．0500．030-醛类壬醛15．281．881．021．240．92正辛醛11．890．35-0．150．12癸醛18．481．941．760．991．182⁃甲基戊醛14．830．10-0．040．18丙醛二乙基乙缩醛10．04-0．110．0700．070乙醛二甲基硫缩醛9．61---32．09烷烃类十六烷29．210．27--0．15二十烷31．59-0．24-0．21正十三烷24．040．17---2，2，3⁃三甲基丁烷28．47---0．0102，2⁃二甲基戊烷30．32-0．030-0．070十二烷29．20--0．24-3⁃甲基十一烷33．87--0．0500．040硝基环戊烷23．46--0．11-2，3，5⁃三硫杂己烷15．930．40-0．500．532，2⁃二甲基丁烷28．300．0600．0200．0200．0202，2，3，4⁃四甲基戊烷30．300．080-0．020-3⁃乙基⁃3⁃甲基庚烷20．470．050--0．030十二烷29．200．060---3⁃溴戊烷18．63---0．153，4⁃二甲基己烷33．19--0．0100．0101⁃乙酰环己烯15．510．16---2⁃氯己烷11．89-0．080--月桂烯11．36-0．190．110．11萜品烯13．66-0．100．100．09(⁃)⁃柠檬烯12．66-0．450．350．41其他化合物叔丁基苯12．53- 0．070- 0．0304⁃甲基苯戊酮12．52 0．040- 0．050-苯并噻唑19．160．070---N，N⁃二甲基丙酰胺3．260．040---1⁃甲基萘21．140．65---4⁃乙基苯酚17．595．547．114．99-4⁃乙基⁃2⁃甲氧基苯酚20．57--0．17-对乙基苯酚17．58---4．401⁃甲基萘21．15-0．090--2⁃甲基萘21．18--0．050-二甲基四硫醚18．710．39---

4种样品共有的化合物有硫代乙酸甲酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸异戊酯、硫代丁酸甲酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、二甲基二硫、芳樟醇、壬醛、癸醛、2，2-二甲基丁烷。酯类、醛类、酮类、醇类、芳香烃、萜烯类、含硫化合物、含氮化合物和杂环化合物具有各自独特的香气，因阈值较低，对风味的贡献较大[22-24]。烃类(芳香烃、萜烯类除外) 因阈值较高，对风味影响不大[25]。因此硫代乙酸甲酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸异戊酯、硫代丁酸甲酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、二甲基二硫、芳樟醇、壬醛、癸醛这些共有的物质可能是泡萝卜的特征风味物质。

二甲基三硫、桉叶油醇、α-松油醇、萜品醇、异戊醇、丙醛二乙基乙缩醛、月桂烯、萜品烯、柠檬烯9种物质是正常泡菜没有检出，而3种发软泡菜均检出的风味物质。二甲基二硫阈值为0.16 μg/kg，具有刺激性的洋葱味，二甲基三硫阈值为0.005 μg/kg，具有肉样和洋葱蔬菜样香气，两者香气阈值极低，香味浓，是泡萝卜中的重要风味物质[10,26]，类似报道[27]也出现在韩国泡菜和人工发酵泡菜中。从泡萝卜发软的程度不同，其风味物质发生变化，二甲基二硫、二甲基三硫含量随着软化程度加重而随之下降。由表5可知，二甲基二硫在正常泡菜中检测出相对含量为39.28%，在发软泡菜中检测出的相对含量依次下降，分别是26.89%，21.74%，12.44%，二甲基三硫只在发软泡菜中检出，随发软程度的加深相对含量从14%下降到7.74%，4.97%，因此二甲基三硫可作为发软泡菜区别于正常泡菜的特征成分。

2.4.1 不同发软程度的泡菜香气成分的变化 由图5可知，随着软化程度的加深，泡萝卜中酯类化合物先下降后上升再下降，硫化物的相对含量逐步下降，醇类物质不同程度上升，烷烃类物质上升，醛类物质先下降，发软严重泡萝卜中醛类物质急剧上升。正常泡萝卜、轻度发软萝卜和中度发软萝卜检测出的挥发性风味成分均以酯类和硫类为主，而严重发软萝卜除了酯类和硫类，还有醛类化合物，且相对含量高于前两种化合物。由于含硫化合物是泡菜主要风味物质[28]，因而严重发软泡菜的风味较其他泡菜的差，可能与泡菜中硫类化合物含量低有关。

图5 不同软化程度泡菜风味物质种类和相对含量

Figure 5 The types and relative content of volatile substances of different degrees of softness of pickles

2.4.2 不同发软程度泡菜香气物质主成分分析 对正常泡菜、轻度发软泡菜、中度发软泡菜及严重发软泡菜进行主成分分析，相关矩阵特征值及贡献率见表7、图6，经主成分分析，提取出了前 3 个主成分。正常泡菜第1主成分贡献率51.958%，第2主成分贡献率28.211%，第3主成分贡献率19.831%。前3个成分累计贡献率为100%，说明前3个主成分能较客观地反映原有变量信息，故选前3个主成分代替原来67个挥发性成分进行分析。

表7不同发软程度泡菜主成分特征值及贡献率

Table 7 Eigenvalues and contribution rates of principal components of different degrees of softness of pickles

成分特征值贡献值/%累计贡献值/%135．33151．95851．958219．18328．21180．169313．48519．831100．000

图6 主成分分析碎石图Figure 6 Screen plot of PCA(principle component analysis)

由表8可知，结合烷烃类化合物对主成分的贡献较大，主要是由于其含量较高，而对风味实际贡献率则较小，硫代乙酸甲酯、乳酸乙酯、巴豆酸乙酯、巴豆酸乙酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、水杨酸甲酯、水杨酸乙酯、癸酸乙酯、硫酸二丁酯、反式-2-己烯酸乙酯、三硫代碳酸二甲酯、硬脂酸乙酯、硬脂酸乙酯、硬脂酸乙酯、硬脂酸乙酯、硬脂酸乙酯、油酸乙酯、二甲基二硫、四氢薰衣草醇、壬醛、正辛醛、对乙基苯酚、1-甲基萘、4-乙基-2-甲氧基苯酚与第1主成分高度正相关；丁酸乙酯、乙酸异戊酯、3-苯丙酸乙酯、二甲基二硫、芳樟醇、异戊醇、癸醛、4-乙基苯酚、油酸甲酯、油酸甲酯、乙酸松油醇、叔丁基苯、2-甲基萘、N,N-二甲基丙酰胺、2-甲基萘与第2主成分高度正相关；硫代丁酸甲酯、乙酸苯乙酯、S,S-二硫代碳酸二甲酯、2-甲基戊醛、4-乙基苯酚、2-甲基戊醛、4-乙基苯酚、1-甲基萘与第3主成分高度正相关。

为进一步明确第1主成分、第2主成分和第3主成分中各种风味物质所起到的作用，将67种风味物质的第1主成分、第2主成分、第3主成分因子绘制成散点图，由图7可知，影响泡菜香气组分的风味物质主要有丁酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、乙酸苯乙酯、3-苯丙酸乙酯、硫酸二丁酯、反式-2-己烯酸乙酯、芳樟醇、异戊醇、(-)-柠檬烯、丙醛二乙基乙缩醛11种物质。

表8 主成分载荷矩阵及特征向量

续表8

编号挥发性气味物质成分1载荷特征向量成分2载荷特征向量成分3载荷特征向量46十六烷0．8540．144-0．146-0．033-0．498-0．49847二十烷-0．682-0．1150．3360．0770-0．650-0．65048正十三烷0．9830．1650．1770．0400-0．0550-0．0550492，2，3⁃三甲基丁烷-0．279-0．047-0．574-0．131-0．770-0．770502，2⁃二甲基戊烷-0．519-0．087-0．213-0．0490-0．828-0．82851十二烷0．0410．00700-0．450-0．1030．8920．892523⁃三甲基十一烷-0．408-0．0690-0．883-0．2020．2300．23053硝基环戊烷-0．206-0．0350-0．470-0．1070．8580．85854三硫杂己烷0．2900．0490-0．957-0．218-0．00200-0．00200552，2，3，4⁃四甲基戊烷-0．206-0．0350-0．470-0．1070．8580．858563⁃乙基⁃3⁃甲基庚烷-0．206-0．0350-0．470-0．1070．8580．85857溴戊烷-0．279-0．0470-0．574-0．131-0．770-0．770583，4⁃二甲基己烷-0．420-0．0710-0．904-0．2060．07600．0760591⁃乙酰环己烯0．9830．1650．1770．0400-0．0550-0．0550602⁃氯己烷-0．497-0．08400．8670．198-0．0330-0．033061叔丁基苯-0．651-0．1100．6560．150-0．383-0．383624⁃甲基苯戊酮0．5510．0930-0．313-0．07100．7740．77463N，N⁃二甲基丙酰胺-0．651-0．1100．6560．150-0．383-0．383641⁃甲基萘0．9830．1650．1770．0400-0．0550-0．0550654⁃乙基⁃2⁃甲氧基苯酚0．9830．1650．1770．0400-0．0550-0．0550661⁃甲基萘-0．206-0．0350-0．470-0．1070．8580．858672⁃甲基萘-0．497-0．08400．8670．198-0．0330-0．0330

图7 主成分散点图Figure 7 The principal component scatter point chart

以第1、2、3贡献率大小为分配系数，计算综合得分F=0.520×F1+0.282×F2+0.198×F3。不同发软程度泡菜综合得分见表9。从不同发软程度泡菜风味物质主成分综合得分排名上看，正常泡菜风味物质综合得分最高，软化程度越大，综合得分越低，因此泡菜发软导致风味下降，应采取适当的措施阻止泡菜发软至软腐的状态。而从感官评分上看，发软严重泡菜的气味评分较优，但气味对感官评分的影响最小，说明不能单一的从感官评分来判定泡菜品质。

3 结论

正常泡菜的质构指标均优于发软泡菜，色泽均呈黄绿色调，色泽、气味、滋味、质地等因子不是独立影响感官品质，而是综合起来共同决定感官品质。发软程度越大，总酸含量越高，且发软泡菜盐度均高于正常泡菜；通过HS-SPME-GC-MS对泡菜挥发性成分进行分析，正常泡菜挥发性成分种类最多，发软严重泡菜挥发性成分种类最少；二甲基三硫是区别正常泡菜与发软泡菜的特征风味物质；乙醛二甲基硫缩醛是发软严重泡菜的特征风味。通过对4种泡菜风味成分进行主成分分析，综合考虑挥发性成分相对含量及种类，结合理化指标，正常泡菜的品质最佳，随着发软程度的加深，泡菜品质逐步下降。

表9不同发软程度泡菜标准化后主成分得分

Table 9 Principal component scores (after standardization) of different degrees of softness of pickles

样品F1F2F3综合得分排名正常泡菜 8．755679 1．162496-0．3028851 9．61528951轻度发软-4．4297005．696409-0．18111451．08559892中度发软-1．839860-3．0898704．7233267-0．20639993严重发软-2．486130-3．768990-4．2393638-10．49448144

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