不同颜色蒜泥的风味及挥发性物质分析

郭思文，王 丹，赵晓燕，马 越，张 敏，张春红,*

（1.沈阳农业大学食品学院，辽宁 沈阳 110866；2.北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京市果蔬农产品保鲜与加工重点实验室，农业农村部蔬菜产后处理重点实验室，北京 100097；3.龙大食品集团有限公司，山东 莱阳 265231）

大蒜作为百合科葱属植物的鳞茎，在中国种植已有2 000多年的历史。大蒜作为药食两用的食物，不仅可以作为香料对食物进行调味，还具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎症、抗疲劳等生物活性[1-5]，以及在疾病预防方面发挥巨大作用[6]。这些特性主要归功于大蒜在机械或热处理过程中释放的挥发性有机硫化合物，含硫化合物不仅赋予大蒜独特的风味[7]，同时已经被证实具有生物活性，例如烷（烯）基（多）硫化物、阿霍烯等[8-9]。

大蒜变色是蒜制品加工中常见的现象，最早在破碎的蒜瓣中加入乙酸后发现产生了绿色素。腊八蒜作为传统的绿变蒜制品是中国的节日食俗。研究发现，打破休眠期的大蒜经机械破碎或一元有机弱酸处理后发生色变[10-11]，产生一种次生代谢产物。在此过程中，大蒜先生成蓝色素，蓝色素不稳定，降解后产生了黄色素[12]，二者综合呈现绿色，但最终会向黄色转化。在大蒜变色过程中，伴随着一系列的酶促和非酶促反应[13-16]，作为主要风味物质的含硫化合物的种类和数量发生不同程度的变化。近几年，虽然很多学者对于泡蒜[17]、黑蒜[18-20]、大蒜油[21]等蒜制品的挥发性成分及风味物质进行报道，但对于不同颜色蒜泥的挥发性风味物质还未有明确报道。因此，进行不同颜色蒜泥挥发性物质的比较对评价其风味和生物活性化合物至关重要。主成分分析（principal components analysis，PCA）法是比较常见的多元统计学方法，能将多个变量通过线性变换以选出较少个数的综合因子代表原来变量，从而达到简化评价指标的目的。

本实验以打破休眠期的大蒜为原料，制备白、蓝、绿和黄色4 种颜色蒜泥，采用电子鼻和气相色谱-质谱联用技术，对4 种颜色蒜泥风味和挥发性物质进行分析和鉴定，并利用PCA法对样品进行区分，探索蒜泥与挥发性化合物之间的相关性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫皮大蒜：当年春季收获的大蒜，购于山东省金乡县。甲醇、乙酸（均为分析纯） 北京化工厂。

1.2 仪器与设备

ME204电子天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；HR1364型手持搅拌机 荷兰皇家飞利浦公司；UV-1800分光光度计、QP2010 plus气相色谱-质谱联用仪日本岛津公司；CM-3700分光测色仪 日本柯尼卡-美能达公司；PEN3型电子鼻 德国Airsense公司；65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（polydimethylsiloxane/divinylbenzene，PDMS/DVB）萃取头 美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 蒜泥样品的制备

将大蒜置于4 ℃冰箱中贮藏约1 个月后取出（打破休眠期），去皮并去除机械损伤的蒜瓣，蒸馏水清洗3 次备用。使用手持搅拌机将蒜瓣破碎成泥，分别在35 ℃加热直至蒜泥变为蓝色、绿色和黄色，如图1所示。

1.3.2 色差的测定

4 种颜色的蒜泥，经pH 4～5的甲醇浸提后，采用分光测色计对其进行测定及表征。重复取样测量3 次，对其L*、a*、b*、H°进行分析。其中，L*代表明亮度，a*代表红（＋）-绿（-）轴的色度，b*代表黄（＋）-蓝（-）轴的色度，H°为色调角。

1.3.3 电子鼻

称取待测样品3 g于50 mL顶空瓶中，室温下平衡10 min，待样品的风味成分挥发至平衡状态后，使用电子鼻进行测定。电子鼻条件：以洁净干燥空气为载气，采样时间120 s，气体流量300 mL/min，采样后清洗时间120 s。每种样品平行检测3 次。取稳定后数据信息进行PCA和雷达指纹图谱。电子鼻传感器性能描述见表1。

在医院感染控制工作当中,还要建立医院感染检测系统。要定期对检测系统进行巡查以及考评,将检测数据作为护理管理工作当中的考核点,并且对护理工作当中消毒、灭菌以及隔离等工作的落实情况进行监督,不定期的对护理人员以及临床医疗用品进行抽查检查。对危重患者进行监控,对发热患者以及有着侵入性病患的患者进行及时的监控,收集各种有关资料,从而采取有效的预防措施。

表1 电子鼻传感器性能描述Table 1 Performance description of PEN3 electronic nose sensors

1.3.4 气相色谱-质谱分析

将1 g蒜泥样品置于2 0 m L顶空瓶内，采用65 μm PDMS/DVB萃取头，将样品置于60 ℃条件下平衡20 min后，将萃取头插入顶空瓶中萃取30 min，最后将萃取头拔出并置于200 ℃的进样口中解吸2 min。

气相色谱条件：D B-W A X毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱温箱初始温度40 ℃；进样口温度200 ℃；不分流进样；载气（He）流速1 mL/min；升温程序：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至120 ℃，以10 ℃/min升至200 ℃，保持5 min。

质谱条件：离子源温度200 ℃；传输线温度250 ℃；采用全扫描（Scan）模式采集信号；质量扫描范围m/z35～500。

1.4 数据处理

采用Origin 8.0、IBM SPSS Statistics 21和DPS统计软件对数据进行作图和统计分析。电子鼻所测数据使用其自带的Winmuster软件进行PCA。气相色谱-质谱数据使用NIST 11数据库对未知挥发性化合物谱图进行比对，并采用面积归一化法进行定量。

2 结果与分析

2.1 蒜泥色泽指标的测定

表2 4 种颜色蒜泥的颜色指标Table 2 Color parameters of four crushed garlic cloves

如表2所示，其中a*和b*分别表示了各个处理中绿色和蓝色的色彩指数，各个处理组之间颜色差异显著，具有典型的白色、蓝色、绿色和黄色特征。

2.2 电子鼻检测结果

图2 传感器对4 种颜色蒜泥的响应雷达图Fig. 2 Radar chart of electronic nose sensor responses to four crushed garlic cloves

如图2所示，不同颜色蒜泥样品的风味轮廓相似，其响应值存在显著差异。雷达图中主要涉及2 个传感器W5S（对氮氧化合物敏感）和W1W（对硫化物敏感）响应值的变化，其中黄色蒜泥＞绿色蒜泥＞蓝色蒜泥＞白色蒜泥，说明蒜泥中的氮氧化合物（W5S）和无机硫化物（W1W）的变化与颜色相关，且黄色蒜泥对W5S和W1W传感器的响应值最高。原因可能是大蒜在变色过程中随反应的不断进行，氮氧化合物和无机硫化物的种类和数量不断增加。

图3 4 种颜色蒜泥风味物质的PCAFig. 3 Principal component analysis of flavor profiles of four crushed garlic cloves

为进一步分析白、蓝、绿、黄4 种颜色蒜泥的区别，利用Winmuster软件对电子鼻响应值的数据集进行PCA，结果如图3所示。PC1可以很好地反映各样品的特性，其贡献率达到97.99%，PC2的贡献率为1.89%，总贡献率为99.88%。白色蒜泥和蓝色蒜泥的样品区域有部分重叠，说明2 种颜色蒜泥挥发性成分类似。其他颜色蒜泥的数据区域间没有重叠，说明可以通过PCA很好地区分。

2.3 固相微萃取-气相色谱-质谱分析

为明确不同颜色蒜泥挥发性成分的组成，采用气相色谱-质谱联用技术对4 种颜色的蒜泥挥发性物质进行分析和比较，共检测到83 种挥发性成分。蒜泥挥发性成分中含硫化合物是检测到种类最丰富和含量最高的物质，不同颜色蒜泥的挥发物组成存在一定差异。蒜泥中挥发性成分包括硫醚类12 种、醛类6 种、醇类13 种、酸类3 种、酯类8 种、其他含硫化合物31 种、其他10 种，如表3所示。

为可视化4 种颜色蒜泥之间挥发性物质组成的异同，基于表3中的挥发性成分进行维恩图分析。图4显示4 种颜色蒜泥中挥发性化合物的构成存在显著差异，其中在4 种颜色蒜泥中检测到10 种相同的化合物，在白色、蓝色、绿色和黄色蒜泥中分别鉴定出7、10、9 种和19 种不同的挥发性化合物，黄色蒜泥中异于其他3 种蒜泥的化合物最多，这些化合物的分布差异可能与蒜泥的挥发性物质形成过程有关。

图4 4 种颜色蒜泥中83 种芳香化合物维恩图Fig. 4 Venn diagram showing 83 differential aroma compounds in four crushed garlic cloves

表3 4 种颜色蒜泥挥发性成分峰面积比较Table 3 Comparison of peak areas of volatile compounds in four crushed garlic cloves

续表3

蒜泥特征风味的形成途径是蒜瓣受到机械力破碎后，导致细胞膜破裂，细胞质中的含硫物质在液泡中蒜酶的作用下，生成2-烯丙基次磺酸和氨基丙酮酸[22]。由于2-烯丙基次磺酸很不稳定，易发生聚合反应生成具有挥发性的硫代亚磺酸酯类（主要是大蒜素）[23]，随后大蒜素分子中不稳定的二硫键断裂，大蒜素又会迅速降解为其他挥发性的含硫化合物，包括二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、二烯丙基三硫醚、二氧化硫等造成大蒜刺激性气味和辛辣味的化合物[24-26]。同时，大蒜中的烯丙基硫醚类含硫化合物的不稳定键断裂，形成噻吩、呋喃等新的含硫化合物[27]，且噻吩具有刺激味及甜香味。此外，Kubec[28]和黄雪松[29]等提出了形成含硫挥发性物质的其他途径，发现蒜氨酸受热分解后产生二烯丙基硫化物、烯丙醇以及含硫的环状化合物等，为研究蒜制品产生挥发性物质的机理提供理论依据。

实验结果表明，硫醚类为4 种颜色蒜泥的主要风味物质。硫醚类化合物香气阈值低，特征性强，具有强烈的生蒜味和辛辣味，对蒜泥风味的贡献至关重要。其中，二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚含量最高，具有浓郁的大蒜香气和刺激性气味，但不具备催泪作用。由表3可知，蒜泥由白色到黄色的过程中，大部分硫醚类化合物含量先升高后降低，且黄色蒜泥中烯丙基硫醚类低于其他颜色蒜泥。这可能是在蒜泥变色过程中由聚合反应产生的硫代亚磺酸酯类化合物不断降解为2-丙烯基（烯丙基）衍生物以及二氧化硫，引起硫醚类化合物含量的升高，然后通过进一步的聚合反应或不稳定C—S键的断裂生成3-乙烯基-5-烯-1,2-环己二硫醚和3-乙烯基-4-烯-1,2-环己二硫醚以及其他物质，导致硫醚类化合物含量的降低，这也使得蒜泥变黄后刺激性气味减少。

醛类主要提供脂肪香、柑橘香和杏仁油的香气，由表3可知，本实验从白、蓝、绿、黄色蒜泥中分别检测出2、4、1 种和4 种醛类化合物，尽管4 种样品中醛类化合物含量较少，但由于醛类化合物的阈值通常比其他化合物的阈值低，因此醛类化合物对蒜泥的挥发性气味做出了一定的贡献。此外，从黄色蒜泥中检测到2-噻吩甲醛和(E,E)-2,4-壬二烯醛，赋予黄色蒜泥一定的杏仁香和花香。

在化合物的种类方面，4 种颜色蒜泥的醇类、酸类、酯类存在较大差异，相比醚类和醛类，此3 类化合物具有较高的阈值，且含量较低。黄色蒜泥含有异丁酸和己酸，异丁酸具有酚类化合物的化学气味和酸败油脂味，由于酸类化合物的挥发性比较小，呈香性相对较差，对香气的贡献较低。醇类和酯类是一种广泛使用的香料，作为主香剂和辅助剂使用[30]。但由于蒜泥中2 类化合物的含量很低，阈值高且易挥发，所以这2 类物质可能不是影响蒜泥风味的主要挥发性成分[31]。从整体看，不同颜色蒜泥中挥发性物质的种类和含量变化差异较大，这些组分相互作用形成了蒜泥的独特香气。

2.4 不同颜色蒜泥挥发性物质的PCA

对4 种颜色蒜泥样品中硫醚类、醛类、醇类、酸类、酯类、其他含硫化合物和其他7 类挥发性物质的峰面积进行PCA，得到各主成分的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率。提取特征值大于1的主成分，结果如表4所示。

表4 主成分的方差贡献率Table 4 Variance contribution rates of top three principal components

图5 4 种颜色蒜泥中7 类挥发性物质的载荷分析图Fig. 5 Loading plots for seven classes of volatile components from four crushed garlic cloves

图6 4 种颜色蒜泥的得分图Fig. 6 Score plots for four crushed garlic cloves

如图5所示，硫醚类作为蒜泥的主要风味物质与PC1高度正相关（载荷系数＞0.8），酸类与PC1高度负相关（载荷系数＜-0.8）；PC2中载荷最高的正相关挥发性物质为其他含硫化合物（载荷系数＞0.8）；PC3中载荷最高的正相关挥发性物质为醛类（载荷系数＞0.8）。上述结果说明硫醚类、酸类、其他含硫化合物以及醛类是蒜泥中含量发生显著变化的挥发性物质。

由图6A可知，黄色蒜泥与其他3 种蒜泥差异性较大，蓝色和绿色蒜泥之间差异较小。PC1很好地将黄色蒜泥和其他3 种蒜泥区分开，黄色蒜泥位于PC1的负半轴，影响黄色蒜泥的主要挥发性成分有酸类和酯类，它们可能决定了黄色蒜泥的风味特征；白色蒜泥位于PC2的正半轴，PC2可以将白色蒜泥与其他3 种蒜泥完全区分开，因此醇类可能决定了白色蒜泥的风味特征。为了进一步区分蓝色和绿色蒜泥，通过PC3对二者进行区分，蓝色和绿色蒜泥分别位于PC3的正、负半轴，醛类可能是决定蓝色蒜泥风味特征的主要挥发性化合物，而硫醚类和其他含硫化合物则可能是决定绿色蒜泥风味特征的主要挥发性化合物。同时，从图6B可以看出，4 种颜色的蒜泥分别位于图中的4 个象限，表明4 种颜色的蒜泥可以完全分开，PCA可以对其进行有效区分。

结果表明，电子鼻和固相微萃取-气相色谱-质谱通过测定挥发性物质，结合PCA方法区分4 种颜色蒜泥的效果较好。电子鼻作为快速分析的工具，除白色和蓝色蒜泥外，其他颜色蒜泥间区分度较好，但不能表征影响蒜泥区别的具体风味物质。气相色谱-质谱结合PCA数据分析，能够反映4 种颜色蒜泥的基本特性，根据其挥发性物质分布特征可对4 种颜色蒜泥完全区分。由此可见，电子鼻技术和固相微萃取-气相色谱-质谱技术二者区分结果基本一致。

3 结 论

本实验制备了白、蓝、绿、黄4 种颜色的蒜泥，采用电子鼻和气相色谱-质谱联用技术对4 种颜色蒜泥的风味及挥发性物质进行分析鉴定。电子鼻结果显示不同颜色蒜泥对传感器的响应值存在明显差异，除白色蒜泥和蓝色蒜泥以外，各个样品间差异较为明显，电子鼻检测区分度较好。气相色谱-质谱联用技术分别在白色、蓝色、绿色和黄色蒜泥样品中检测出37、43、36 种和35 种挥发性物质。不同颜色蒜泥的挥发物组成存在一定差异，硫醚类是4 种颜色蒜泥的主要挥发性化合物兼风味物质，醛类对于蒜泥风味也有一定贡献，其他化合物不是影响蒜泥风味的主要挥发性物质。蒜泥挥发性物质的PCA结果表明，提取的3 个主成分可对4 种颜色蒜泥间风味差异进行有效区分，证明醇类是白色蒜泥风味差异的主要挥发性物质；醛类是蓝色蒜泥风味差异的主要挥发性物质；硫醚类和其他含硫化合物是绿色蒜泥风味差异的主要挥发性物质；酸类和酯类是黄色蒜泥风味差异的主要挥发性物质。本实验通过对不同颜色蒜泥的风味及挥发性物质分析，明确其风味差异的原因，从而为阐述不同颜色蒜泥间挥发性物质差异提供理论依据。