机械脱水一次腌制榨菜在腌制过程中香气成分的变化

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(1.西南大学食品科学学院,重庆 400715; 2.重庆市特色食品工程技术研究中心,重庆 400715)

榨菜是一种传统的半干态乳酸发酵腌制品,是世界三大酱腌菜之一,其在较长的后熟期间形成鲜、香、脆、嫩的特点,从而受到广大消费者的青睐[1-4]。榨菜的风味形成过程非常复杂,通常是由原料本身的生化反应作用及微生物发酵作用共同形成[5]。榨菜腌制前期含有的大量芥子苷在酶的作用下水解[6],进一步反应生成具有浓郁辛辣味的异硫氰酸酯,从而赋予榨菜独特的香味。在腌制过程中蛋白质水解生成的谷氨酸、胱氨酸等17种氨基酸共同赋予了榨菜独特的鲜味[7]。

腌菜中挥发性风味物质分析检测技术主要有同时蒸馏萃取(simultaneous distillation extraction method,SDE)联用GC/MS技术[8-11]、HS-SPME结合GC/MS技术[4,12]等。固相微萃取是一种简单有效的吸附技术[13-14],顶空固相微萃取技术在检测待测样本中挥发性和半挥发性物质方面的研究是近年来总的发展趋势,具有价格低廉、操作简便、准确性等优点[15]。目前,对榨菜成熟过程中香气成分的变化研究鲜有报导。

本实验前期通过预实验发现,5个不同工艺(风脱水、盐脱水、风脱水一次腌制(低盐)和机械脱水一次腌制(低盐))所得盐菜块中,机械脱水一次腌制(低盐)榨菜含盐量最低,总酸(达到1.10%)、氨基酸态氮和酸性蛋白酶活性均高于其他工艺生产的榨菜,该榨菜品质较好。本实验主要通过HS-SPME-GC/MS,分析机械脱水一次腌制(低盐)榨菜成熟过程中香气成分的种类和相对含量的变化,为进一步了解榨菜腌制过程中的香气成分,以期丰富榨菜加工理论,为改进榨菜加工工艺提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜青菜头、食盐 购于重庆市农贸市场;PE/OPP复合包装袋 由涪陵榨菜集团提供。

气相质谱联用仪 日本岛津公司;DVB/CAR/PDMS萃取头(50/30 μm) 美国Supelco公司;DB-5 MS色谱柱(30.0 m×0.25 mm,0.25 μm) 美国Agilent公司;SPME手动进样器 美国Supelco公司;YG-KRK高温热泵烘干机 东莞市永淦节能科技有限公司;DS-1高速组织捣碎机 上海标本模型厂。

1.2 实验方法

1.2.1 机械脱水一次腌制(低盐)榨菜加工工艺 青菜头→剥老皮去筋→切丝→机械脱水(在温度50～55 ℃、空气湿度40%条件下热泵脱水2 h至菜丝含水量75%左右)→一次盐腌(按照脱水菜丝质量添加6.0%食盐,拌和均匀)→装100 g袋(真空密封)→室温条件下后熟[16]

1.2.2 HS-SPME提取榨菜香气成分 采用机械脱水一次腌制(低盐)榨菜,后熟过程中每3 d取一次样。将样品匀浆,取1.0 g样品于顶空瓶中,分别按样品:水和样品:食盐1∶2和1∶3 (w/w)的比例添加,60 ℃水浴下预平衡20 min,再用DVB/CAR/PDMS 50/30 μm萃取头插入到顶空进样瓶中,在60 ℃条件下吸附40 min,取出萃取头插入到GC-MS 仪气相色谱进样口,于250 ℃条件下解析5 min[12]。

1.2.3 GC条件和MS条件 GC条件:DB-5MS质谱柱(30.0 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为氦气,纯度99.999%;进样口温度为250 ℃,不分流进样;升温程序:起始温度50 ℃,保持4 min,再以7 ℃/min升至85 ℃,保持4.5 min,再以7 ℃/min升至165 ℃,保持3 min,再以7 ℃/min升至250 ℃,保持1 min。

MS条件:EI离子源,离子源温度230 ℃;界面温度230 ℃;电子能量70 eV;扫描质量范围50～550 m/z。

1.2.4 定性与定量方法 利用计算机检索图谱库NIST08.L提供标准质谱对照,根据匹配度对香气成分进行定性分析;采用峰面积归一法计算各化学成分的相对含量。实验重复三次。

2 结果与分析

2.1 机械脱水一次腌制榨菜在腌制过程中香气成分组成

通过HS-SPME-GC/MS联用分析机械脱水一次腌制(低盐)榨菜成熟过程中香气成分,得到的榨菜香气成分总离子流见图1。

图1 机械脱水一次腌制(低盐)榨菜第3～24 d香气成分GC-MS总离子流图Fig.1 The GC-MS total ion chromatogram of aroma components of zhacai pickled by mechanical dehydration from the 3rd to 24th day注:a、b、c、d、e、f、g、h分别为榨菜腌制后熟过程中第3、6、9、12、15、18、21、24 d。

机械脱水一次腌制(低盐)榨菜腌制过程中香气成分组成及相对含量见表1,香气成分种类和相对含量变化见图2。由表1可知,机械脱水一次腌制(低盐)榨菜在第3～24 d共检出113种香气成分,可分为醇醛类(33种)、异硫氰酸酯类(4种)、腈类(3种)、酸类(7种)、酯类(16种)、杂环类(15种)、烷烃类(23种)及其它类(12种)。机械脱水一次腌制(低盐)榨菜在第3 d时,榨菜的香气成分种类最少,只有19种,主要香气成分为异硫氰酸酯类、酸类和烷烃类,其中异硫氰酸环丙酯(8.11%)、棕榈酸(6.53%)、双戊烯(9.04%)等相对含量较高。到第12 d时,榨菜中香气成分种类明显增多到30种,主要香气成分为硫二甘醇(14.97%)、异硫氰酸环丙酯(17.7%)等。

表1 榨菜腌制过程中香气成分组成及相对含量(%)Table 1 The composition and relative content of aroma components of the Zhacai during pickling process

续表

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2.2 机械脱水一次腌制对榨菜主要香气成分的影响

2.2.1 醇醛类化合物 榨菜腌制过程中共检出醇醛类香气成分33种。腌制从第6 d开始,榨菜中醇醛类香气种类和含量明显增加,其种类从4种增至10种,相对含量从1.19%增加到10.71%;增加的有3-戊烯-2醇、3-己炔-2-醇、2-庚烯醛、硫二甘醇,2-辛烯醛及反式-2,4-庚二烯醛,其中以硫二甘醇的增加最为显著,相对含量达到7.30%。榨菜中醇醛类香气成分主要以硫二甘醇为主,随着腌制的进行,硫二甘醇相对含量先增加后减少,在腌制18 d后硫二甘醇相对含量达到17.44%。榨菜中苯乙醇相对含量不是很高,苯乙醇是具有玫瑰丁香花香气的物质。由图2可知,醇醛类香气成分随着腌制时间的延长,其相对含量总体呈上升趋势,在21 d时其相对含量达到最高24.83%,24 d开始有下降趋势。这可能是由于,榨菜腌制前期以异型乳酸发酵为主,发酵产生乳酸和乙醇,因此第6 d开始,醇醛类香气成分开始增加,与腌制过程中榨菜的总酸含量增加一致。说明微生物发酵作用开始起主导作用,异型乳酸发酵转变为同型乳酸发酵,乳酸发酵产生大量的有机酸及其他香味成分。

图2 榨菜腌制过程中香气成分种类和相对含量的变化Fig.2 Changes of flavor substances and relative contents of the Zhacai during pickling process

2.2.2 异硫氰酸酯类及酯类化合物 异硫氰酸酯类是含黑芥子苷类十字花科蔬菜及其加工产品的独特风味组分,具有强烈的催泪效果,也具有辛辣味和芳香味。从表1中可知,异硫氰酸酯类是机械脱水一次腌制榨菜的主要香气成分,也是特征香气成分之一[17],其中异硫氰酸环丙酯为主要成分,在第6、9 d其相对含量分别达到18.92%、14.96%。在整个腌制过程中,异硫氰酸酯类相对含量在第6 d时达到最大,为22.33%,随着腌制的进行,其相对含量呈下降趋势。在整个腌制过程中共检测出酯类香气成分16种,这些物质在榨菜腌制过程中变化较为复杂。在3～12 d期间,主要酯类成分有辛酸乙酯、棕榈酸乙酯等,15～24 d期间,主要有甲茴香酯、反式油酸乙酯等。二者都具有的酯类香气有两种:甲酸茴香酯和棕榈酸乙酯。这是由于机械脱水一次腌制榨菜原料中含有芥子苷较多,在腌制过程中没有经过压榨脱水等工艺导致其降低,而在芥子苷酶的作用下水解,产生成异硫氰酸酯类化合物。但随着发酵作用开始产生香气,原料中芥子苷产生香气比例下降。

2.2.3 酸类化合物 酸类香气成分在腌制过程中总体呈下降趋势,21 d后几乎消失。腌制前期3 d时检测出棕榈酸6.53%、顺式十八碳-9-烯酸1.08%,到后期有检测到微量的2-乙基-庚酸和1-甲基-1-环己羧酸等。这是由于榨菜腌制前期微生物发酵产生大量有机酸,随着腌制的进行,酵母菌代谢产生乙醇,乙醇进一步与有机酸反应生成酯类。

2.2.4 腈类化合物 腈类化合物有芳香气味,机械脱水一次腌制榨菜中检测到腈类物质3种,其相对含量都比较低。榨菜腌制过程中腈类物质有2-甲基-2-丁烯腈、4-甲硫基丁腈及3-戊烯腈,在腌制15 d后只有2-甲基2-丁烯腈。腌制过程中乳酸发酵导致pH下降,有利于腈类物质生成。

2.2.5 杂环类、烷烃类及其它化合物 榨菜腌制过程中分别共检测出杂环类15种、烷烃类23种及其它化合物12种,但其相对含量都不高,对风味的贡献并不明显。杂环类香气成分在榨菜腌制过程中种类和相对含量变化较为复杂,到18 d后主要的杂环类香气成分是4-甲基异噻唑和4,5-二氨基-6-羟基嘧啶,24 d后其相对含量达到12.69%。整个腌制过程共检出烷烃类香气成分23种,其它类香气成分12种,分别以2,5-二甲基辛烷和顺式-4-甲基-2-戊烯为主。其中双戊烯具有本质类香味,气味新鲜,清新,2,5-二甲基辛烷和顺式-4-甲基-2-戊烯的相对含量在腌制过程中整体都呈现先上升后下降趋势。

3 讨论

本实验以机械脱水一次腌制榨菜为原料,与刘明春[10]采用SDE结合GC/MS检出经三腌三榨工艺腌制成熟的传统涪陵榨菜中检出的香气成分相比,异硫氰酸酯类和腈类化合物种类更多,这可能是由于经机械脱水一次腌制榨菜,在腌制过程中没有经过压榨脱水等工艺,使其芥子苷含量相对较高。已有大量实验证实,异硫氰酸酯具有预防肿瘤和杀伤肿瘤细胞的作用。十字花科蔬菜包括甘蓝、芥菜、白菜等,本身含芥子苷、脂肪酸、生物碱等成分,芥子中主要的化学成分芥子碱类和硫代葡萄糖苷类及其降解产物,具有抗炎、抗肿瘤、镇咳平喘、抗癌等多种药理活性[18]。其特征风味物质的主要成分是烯丙基异硫氰酸酯,不同蔬菜所含的异硫氰酸酯含量也略微不同。因此,研究榨菜新工艺如何保留芥子苷,对开发功能性榨菜,提高榨菜附加值具有重要意义。

4 结论

HS-SPME结合GC-MS能够较好地对机械脱水一次腌制(低盐)榨菜在腌制过程中香气成分进行检测。本实验通过HS-SPME提取榨菜中香气成分,采用GC-MS联用检测机械脱水一次腌制(低盐)榨菜在腌制过程中香气成分,共检测出113种香气,主要包括醇醛类(33种)、异硫氰酸酯类(4种)、腈类(3种)、酸类(7种)、酯类(16种)、杂环类(15种)、烷烃类(23种)及其它类(12种),其中以醇醛类和异硫氰酸酯类为主。腌制过程中醇醛类香气物质的相对含量呈上升后降低趋势,21 d时相对含量达到24.85%,醇醛类香气成分以硫二甘醇为主,在整个腌制过程中其相对含量先增加后减少。异硫氰酸酯类是机械脱水一次腌制(低盐)榨菜的主要特征香气成分,在腌制第6 d时达到最大22.33%,随着腌制时间的延长,其相对含量呈下降趋势,其中异硫氰酸环丙酯在第6、9 d相对含量分别达到18.92%、14.96%。在榨菜腌制过程中,酯类和杂环类物质变化较为复杂;酸类香气成分的种类和相对含量总体呈下降趋势;烷烃类和其它类香气成分分别以2,5-二甲基辛烷和顺式-4-甲基-2-戊烯为主。