芋头挥发性风味物质的研究现状

2020-05-06苏可珍罗杨合李官丽梁宁聂辉黎小椿

食品工业 2020年4期

苏可珍，罗杨合，李官丽，梁宁，聂辉，黎小椿*

1. 大连工业大学食品学院（大连 116034）；2. 贺州学院食品科学与工程技术研究院（贺州 542899）

芋头（学名：Colocasia esculenta（L.）Schott）又称芋、芋艿、青芋、土芝、毛芋等[1]，为多年生草本植物。亚洲和非洲是世界上芋头产量最多的地区，总产量前五的国家之中，中国排名第二。中国有2 000余年的芋头栽培历史[2]，以珠江流域及台湾省种植最多，长江流域次之，其他省市也有种植，北方地区种植较少。全世界的芋头品种在700个左右，主要品种有红芋[3]（又称红芽芋）、白芋（又称白芽芋）、九头芋（狗爪芋）、槟榔芋等。芋头中含有丰富的淀粉、蛋白质、维生素、多糖、矿物质、膳食纤维等[4-5]，是一种良好的食品资源，具有补脾宽肠胃、调补中气、消疡散结、降压降脂、延缓衰老、增强人体免疫力等作用，既可做菜肴，又可作零食，是药食两用、老幼皆宜的佳品。

芋头是一种很好的食品资源，在日常生活及健康方面扮演重要角色，国内外对芋头的研究主要集中在在栽培技术、贮藏保鲜[6-12]、营养成分分析[13-15]及加工[16-18]方面，而对芋头及其制品的挥发性风味物质研究鲜有报道。芋头挥发性风味物质作为芋头的一个主要组成部分，研究其化学组成，可为客观评价芋头的风味品质和合理加工提供科学依据，为芋头加工过程中风味品质形成的分子基础与调控机制研究提供理论基础，并对推动芋头深加工产业化的合理开发具有指导意义。

1 芋头挥发性风味物质的研究现状

芋头挥发性风味物质因不同品种不同产地而有所差异。通过蒸、煮、烤、炸、煎等不同熟制方式烹调的芋头散发出一种令人愉悦的坚果般的气味，其独特的风味深受消费者的欢迎。

Zhu等[19]发现芋头香气物质含量丰富，对煮熟芋头风味的制备和仿真进行研究，结果表明芋头挥发性风味可分为焦糖味、烘烤味、牛奶味、豆香味、绿叶味、醛糖味、甜味、坚果味、植物味和水果味。MacLeod等[20]在20世纪90年代采用同时蒸馏萃取法及气相色谱质谱联用技术（GC-MS）首次研究西印度群岛煮熟芋头的挥发性成分，共鉴定出62种风味化合物，这些化合物为脂肪族碳氢化合物、醇类和酸类，含有少量酚类和杂环类化合物，其中辛烷含量最高（21.10%），其次是吡啶含量（18.60%）。气味特征被描述为黄油味、泥土味、带有煮熟/烤土豆、熟米饭和烤谷物味。Maga等[21]将芋头球茎在一定条件下剥皮、切片、干燥、粉碎、挤压膨化，采用同时蒸馏萃取结合GC-MS法对芋头挤压膨化产物进行提取和鉴定，共鉴定出41种化合物，包括10种杂环类化合物、9种醛类化合物、8种醇类化合物、5种酮类化合物、3种碳氢化合物、3种酸类化合物、2种内脂和1种酚类化合物，其中辛烷、二十烷酸、2-甲基丁醛和吡啶含量最高。台湾学者对芋头的香气成分进行研究，生鲜芋头所含的主要香气成分是2C、6C、8C及11C的醇类化合物，水煮及烘焙芋头香气成分接近，两者都含有多量不饱和脂肪酸，生鲜、水煮、烘焙及油炸四种芋头样品的香气成分差异较大[22]。Wong等[23]采用水蒸气蒸馏法分离芋头球茎的挥发性成分，再使用毛细管色谱法和GC-MS对其进行分析，共发现60种挥发性风味化合物，其中包括9种脂肪酸（50.3%）、13种杂环化合物（16.6%）、3种酚类化合物（9.3%）、16种醇类化合物（7.8%）、5种酯类化合物（3.6%）、11种羰基化合物（2.4%）、2种碳氢化合物（0.2%）和1种内脂（0.1%）。Ajarayasiri等[24]对泰国芋头的挥发性成分进行分析，并对其香气活性成分进行鉴定，采用乙醚萃取煮熟芋头的挥发性成分，经高真空蒸馏提纯，使用GC-MS和气相色谱-嗅闻法（GC-O）对挥发性化合物进行定量鉴定，共检测出11种挥发性化合物，分别是1，2-丙二醇、2, 3-丁二醇、2-丁醇、1-戊醇、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯、5-十八烯、丙烷、乙酸和苯酚，主要挥发性化合物为2, 3-丁二醇（11 581.0 ng/kg）和1, 2-丙二醇（6 696.3 ng/kg）。香味提取物稀释分析发现熟芋头含有9种香气活性成分，只有3种化合物被鉴定出来，即FD因子为3的1，2-丙二醇，FD因子为1的2, 3-丁二醇和1-戊醇。所有化合物的香气特征为芋头味和甜味，芋头和甜香活性化合物具有很低的阈值。杨金初等[25]通过高温烤制芋头制备烤甜香原料，其烤制芋头嗅香特征为烘烤香、焦香，采用GC-MS从烤制芋头鉴定出25种致香成分，其中有7种烤甜香成分，只占挥发物总量的26.74%。

2 芋头挥发性风味物质的形成

与其他许多水果和蔬菜相比，芋头的香气成分相对较少，这可能是由于芋头的化学成分主要由水（约70%）和淀粉（约25%）组成。在芋头的熟制过程中，芋头产生一系列复杂的挥发性风味物质，包括美拉德反应产物、脂质氧化降解产物、Strecker降解产物、糖降解产物。芋头挥发性风味化合物中的呋喃类化合物、噻吩类化合物、噻唑类化合物和吡咯类化合物是美拉德反应产物，含量较高的吡啶是通过美拉德反应产生的香气成分。脂质是产生食品香气的重要风味前体物质，通过脂质的自动氧化降解和热氧化裂解两个反应途径形成香气[26]。芋头的脂质含量虽少，仅0.1%～0.4%，但它是芋头重要的香气前体[20]，芋头脂质自动氧化降解为油酸和亚油酸等产物形成挥发性成分，对芋头的香气贡献较大。Strecker降解，即氨基酸与α-二羰基化合物反应，失去一分子CO2进而降解成为少一个C的醛类及氨基酮，各种不同的Strecker醛类形成食品不同的香气。一些特殊醛类是Strecker降解反应产物。缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸的Strecker降解分别形成甲丙醛、3-甲基丁烷、2-甲基丁烷和苯乙醛[27]。芋头葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖的降解生成酮和某些呋喃类化合物。

3 芋头挥发性风味物质的分析方法

挥发性风味物质一般特点有：复杂多样，大多数是非营养物质；大多数以低浓度存在；味感性能与分子结构有特异性关系；易挥发、易热解、易与其他物质发生作用；具有不稳定性及与食品其他组分间存在动态平衡。研究食品的风味首先要了解挥发性风味物质的成分和组成即要对挥发性风味物质进行提取并对其进行成分分析。因此挥发性风味物质的提取是进行挥发性风味物质研究的前提[28]。

3.1 芋头挥发性风味物质的分离提取方法

国内外研究芋头挥发性风味物质的较少，其提取的方法主要以蒸馏法[21,23-24]和水提法[25]为主。挥发性风味物质提取的方法主要有吸附萃取技术（固相微萃取法和搅拌棒吸附萃取法）[29]、顶空分析法（静态顶空萃取法和动态顶空萃取法）[30]、蒸馏法（水蒸气蒸馏法、真空减压蒸馏法、同时蒸馏萃取法和分子蒸馏法）[31]、溶剂萃取法（超临界CO2萃取法和浸提法）[32]、溶剂辅助风味蒸发法[33]。

各挥发性风味物质之间的优缺点比较见表1。

从提取优点看，采用固相微萃取法提取芋头挥发性风味物质将成为研究芋头风味物质最简便又快速的研究方法，此方法将成为提取生鲜及蒸煮芋头挥发性风味物质的最佳选择。

3.2 芋头挥发性风味物质的鉴定方法

芋头挥发性风味物质检测技术有气相色谱（GC）法[21]、气质联用测定（GC-MS）法[23]、气相色谱—吸闻技术（GC-O）[24]等。而用于检测挥发性风味物质的技术有气相色谱（GC）法[34]、液相色谱（LC）法[35]、气质联用测定（GC-MS）法[36]、液质联用测定（LCMS）法[37]、气相色谱-吸闻技术（GC-O）[24]、电子鼻技术（EN）[39-40]。GC是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离；LC是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离；GC-MS是一种测量离子质荷比的分析仪器，多组分的混合样品进入色谱柱后，经过具有高度分离能力的色谱柱进入检测器，再经过质谱利用电场和磁场使发生相反的速度色散将离子束分别聚焦得到质谱图，以此作为定性、定量分析的依据；LC-MS是一种分离分析复杂有机混合物的有效方法，LC能够有效地对待测样品中的有机物成分进行分离，MS能够对分开的有机物逐个地分析，获得有机物分子量、结构（在某些情况下）和浓度（定量分析）的信息；GC-O是将气相色谱的分离能力和人类鼻子敏感的嗅觉相结合，从复杂的混合物中选择和评价气味活性物质的一种有效分析技术；EN又称气味扫描仪，以特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整体信息，识别物质的类别和成分。这些检测技术优缺点比较见表2。