◎ 宋國慶，徐瑞蘭，辛世華,3

（1.寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.銀川職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；3.寧夏大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）在我國種植面積廣泛、產(chǎn)量高[1]，人均年消費(fèi)量不足50 kg。青薯9 號由青海省農(nóng)科院2006 年選育，品種來源為（387521.3×Aphrodite），中晚熟品種，紅皮黃肉，商品化率高，全國種植面積超2 萬hm2[1]。青薯9 號中干物質(zhì)含量約占1/4，淀粉含量約占1/5，維生素C 含量較高（100 g 鮮薯含23.3 mg 維生素C），易糊化，還原糖含量低[2]。

刺激味覺或嗅覺受體或特定的神經(jīng)產(chǎn)生綜合的生理響應(yīng)被稱為風(fēng)味[3]。1974 年研究人員通過氣相色譜-質(zhì)譜-氣味評估的方法確定2-甲基-3-乙基吡嗪是煮馬鈴薯加工后的特征香氣物質(zhì)[4]；2001 年有研究人員分別用GC-MS 方法對不同品種馬鈴薯進(jìn)行差異性分析（11 種烤制和8 種微波加熱），指出脂質(zhì)降解、美拉德反應(yīng)和糖降解是揮發(fā)性物質(zhì)的主要來源，并通過香氣閾值分析得出吡嗪、癸醛和硫化物等是烤馬鈴薯中的主要香氣物質(zhì)[5]，指出不同品種馬鈴薯化學(xué)成分和脂酶活性影響香氣的釋放；DUCKHAM 等[6]利用GC-MS 方法指出同一種馬鈴薯不同的烹飪方法是香氣差異的來源。

本文選擇氣相離子遷移譜技術(shù)（Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry，GC-IMS），在 常溫下檢測揮發(fā)物質(zhì)的成分。該方法是一種新的食品揮發(fā)化合物分析工具，能夠提高復(fù)雜組分揮發(fā)物鑒定的靈敏度[7]，已廣泛用于復(fù)雜食品樣品的研究，如橄欖油、蜂蜜、雞蛋和干糧。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青薯9 號馬鈴薯，寧夏農(nóng)科院馬鈴薯研究所提供；色拉油，市售，昊裕公司。

1.2 儀器與設(shè)備

氣相色譜離子遷移譜儀（FlavourSpec?），德國G.A.S.公司；MXT-5 型色譜柱（15 m×0.53 mm，1 μm）；蒸烤箱（Convotherm?）、康福登組合一體灶具，德國P.T.E.公司；松下超低溫冰箱；炸爐；電磁灶；格蘭仕微波爐。

1.3 青薯9 號加工條件

將青薯9 號清洗去皮后，使用模具將原料統(tǒng)一裁切為3 cm×3 cm×1 cm，浸泡在水中防止氧化，隨機(jī)分為6 組（每組不少于9 個(gè)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，烹飪后將樣品冷卻至室溫，將煮、蒸、烤、炸、微波熟制后的馬鈴薯和生鮮樣品分為兩組，其中一組直接速凍（表1），空白樣為空瓶，每組樣品前加一個(gè)空氣頂空瓶。

表1 青薯9 號加工條件表

1.4 GC-IMS 測定方法

1.4.1 氣相離子遷移色譜的頂空條件

稱量1 g 樣品添加到20 mL 頂空采樣瓶中。自動(dòng)取樣器的孵育溫度為70 ℃，孵育時(shí)間為10 min。振蕩加熱，振蕩速率為500 r·min-1，注射針溫度75 ℃，進(jìn)樣400 μL；清洗時(shí)間5 s。對18 組數(shù)據(jù)（3 個(gè)平行×6 種樣品）進(jìn)行定性分析。

1.4.2 氣相色譜條件

MXT-5 型色譜柱（15 m×0.53 mm，1 μm）；色譜柱溫度：70 ℃；載氣：N2（純度≥99.999%）；載氣流速：初始流速為2.0 mL·min-1，保持2 min，在第20 min 時(shí)將流速增至100.0 mL·min-1；總運(yùn)行時(shí)間：20 min。

1.5 定性分析

使用FlavourSpec? 配套的Vocal 軟件，調(diào)用Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA 3 個(gè)插件分析數(shù)據(jù)，通過對照數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)物的遷移時(shí)間進(jìn)行內(nèi)容物定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烹飪方式下青薯9 號香氣成分分析

根據(jù)軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫，去除空氣中的干擾揮發(fā)物，可以明確定性的揮發(fā)性成分共有41 種（單體及部分物質(zhì)的二聚體），主要包括酯類19 種、醛類8 種、醇類5 種、酮4 種、酸類1 種、雜環(huán)芳香類4 種（吡嗪類2 種、噻唑類1 種、苯乙烯1 種）。

根據(jù)指紋圖譜比對平行樣重復(fù)度基本重合，所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可信度符合要求。本研究針對青薯9 號馬鈴薯在不同烹飪方式加工中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物，建立了其特征風(fēng)味指紋圖譜。每個(gè)化合物的信號越亮，信號強(qiáng)度越強(qiáng)，而信號越暗，信號強(qiáng)度越弱。圖1 指紋圖譜中，鮮切的生馬鈴薯揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量極少，僅有酯類；馬鈴薯經(jīng)過煮、蒸、炸加工后，揮發(fā)性物質(zhì)豐富，主要有2-乙基吡嗪、苯甲醛甘油縮醛、(E)-2-庚烯醛、異戊醛、2,4,5-三甲基噻唑、糠(基)硫醇、丁酸異丁酯、5-甲基-3-庚酮、四氫噻吩酮和2,4-庚二烯醛等化合物；經(jīng)過烤、微波加工后，揮發(fā)性物質(zhì)種類與其他加熱方式不同，主要是2-乙基吡嗪、(E)-2-己烯-1-醇、丙硫醇、(E,E)-2,4-己二烯醛和部分酯類化合物。

圖1 不同烹飪方式青薯9 號的揮發(fā)性成分指紋圖譜

吡嗪類化合物是烹飪過程中的風(fēng)味物質(zhì)，吡嗪類的產(chǎn)生主要來自美拉德反應(yīng)和Strecker 降解反應(yīng)，馬鈴薯加熱過程產(chǎn)生的吡嗪類物質(zhì)主要為2-乙基吡嗪。從加熱介質(zhì)的角度看，煮、蒸和炸在受熱時(shí)都與空氣隔絕，烤和微波都是暴露在空氣中的。在空氣隔絕的情況下，氨基酸受熱分解產(chǎn)生了2,4,5-三甲基噻唑，這是煮、蒸和炸過程出現(xiàn)的特有的香氣物質(zhì)，而在空氣中暴露的馬鈴薯烹飪時(shí)所產(chǎn)生的(E)-2-己烯-1-醇、丙硫醇和(E,E)-2,4-己二烯醛則是烤、微波加熱過程中出現(xiàn)的香氣物質(zhì)。

馬鈴薯中的脂類易發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為醛類，不同品種的馬鈴薯由于脂類和脂氧合酶的含量和數(shù)量有差異，從而使脂類和氨基酸形成特有的醛類化合物，為馬鈴薯帶來特有的香氣。α-氨基酸與α-二羰基化合物反應(yīng)失去一分子CO2而成為少一個(gè)碳原子的醛類及氨基酮，該反應(yīng)所生成的醛類和酮類物質(zhì)如2-甲基丁醛、苯甲醛甘油縮醛等是產(chǎn)生香氣的重要因素。JENSEN 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯在蒸煮過后出現(xiàn)的異味（Potato Off-Flavor，POF）與烯醛化合物和醛類化合物高度相關(guān)。

從GC-IMS 指紋圖譜上可以看出，不同加工方式產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量存在差異，將揮發(fā)性成分進(jìn)行分類得到圖1。從不同加工方式對青薯9 號馬鈴薯形成揮發(fā)性物質(zhì)的種類數(shù)量看，煮、蒸和炸為貢獻(xiàn)揮發(fā)性物質(zhì)最多的加工方法，這與生活中食用青薯9 號的烹飪方式高度一致。其中炸馬鈴薯使用的色拉油在加熱時(shí)也會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，因此揮發(fā)性物質(zhì)的種類較多。進(jìn)一步分析蒸、煮特有的風(fēng)味物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)3-羥基丁酸乙酯是蒸馬鈴薯特有。

2.2 青薯9 號揮發(fā)性成分分析

主成分分析是一種基于多元統(tǒng)計(jì)的檢測方法，基于風(fēng)味物質(zhì)的信號強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，突出樣品之間的差異。本研究將青薯9 號所有揮發(fā)性化合物的信號峰進(jìn)行PCA 分析，以檢測樣品間揮發(fā)性物質(zhì)是否有顯著性差異。其中，主成分前兩項(xiàng)貢獻(xiàn)65%，說明通過主成分分析能夠獲取表征樣品揮發(fā)性成分中的大部分信息，詳見圖2。不同加工方式有明顯界限，加工完成的青薯9 號平行樣品間有一定距離，主要與進(jìn)樣等待時(shí)間相關(guān)。從加工方式上看，蒸、煮和炸制的樣品活性度高，樣品間的重現(xiàn)性不好；烤制和微波處理的風(fēng)味變化不顯著，說明加工方式對風(fēng)味形成有影響，馬鈴薯在加工后自身的風(fēng)味隨時(shí)間的推移仍在發(fā)生變化。

圖2 不同烹飪方式的主成分分析正交圖

3 結(jié)論與討論

采用GC-IMS 技術(shù)對青薯9 號的揮發(fā)性氣味物質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)青薯9 號加工產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)主要?dú)w功于吡嗪、噻唑和醛類化合物。青薯9 號脂類和維生素C 含量相對較高，營養(yǎng)成分的差異也決定了其獨(dú)特的風(fēng)味。通過實(shí)驗(yàn)可知破壞馬鈴薯塊莖結(jié)構(gòu)后，風(fēng)味持續(xù)發(fā)生變化，熱加工并不能使馬鈴薯塊莖保持相對穩(wěn)定的物性條件。

烹飪加工對馬鈴薯的風(fēng)味變化起到關(guān)鍵作用，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[9]以及本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出GC-IMS 在測定馬鈴薯風(fēng)味上更接近食物自身的香氣，分析用時(shí)短，能夠更好地還原香氣組分，且頂空進(jìn)樣能夠避免萃取濃縮二次加熱所帶來的干擾組分。但是GC-IMS對于大分子量的揮發(fā)物質(zhì)檢出效果與GC-MS 存在差異，后續(xù)還需要進(jìn)一步驗(yàn)證大分子醛、酮是否存在于馬鈴薯加工過程。