泡菜自然發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)及揮發(fā)性成分分析

徐丹萍,蒲 彪,*,羅松明,張金鳳,卓志航,馮亞超,賈春燕

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安 625014)

泡菜自然發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)及揮發(fā)性成分分析

徐丹萍1,蒲 彪1,*,羅松明1,張金鳳1,卓志航2,馮亞超1,賈春燕1

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,四川雅安 625014)

為得到泡菜在自然發(fā)酵過(guò)程中的品質(zhì)變化規(guī)律及對(duì)風(fēng)味影響較大的揮發(fā)性成分種類,對(duì)泡菜的乳酸菌總數(shù)、基本理化指標(biāo)和感官進(jìn)行測(cè)定,同時(shí)采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析檢測(cè)。結(jié)果表明,發(fā)酵第6d泡菜品質(zhì)最優(yōu),為最佳食用期;不同發(fā)酵時(shí)間的泡菜揮發(fā)性成分種類和含量差異較大,發(fā)酵過(guò)程共檢出化合物45種,酯類在發(fā)酵過(guò)程相對(duì)含量最高,是結(jié)球甘藍(lán)泡菜的特征揮發(fā)性物質(zhì)。對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行主成分分析,得到硫氰酸甲酯、(E)-丁酸-4-己烯酯、乙酸己酯、葉醇、正己醇、β-蒎烯、二甲基二硫和二甲基三硫?qū)ε莶孙L(fēng)味形成影響較大。

泡菜,品質(zhì),揮發(fā)性成分,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用,主成分分析

泡菜發(fā)酵過(guò)程中受到微生物、酶等因素的影響,發(fā)生一系列生理生化、品質(zhì)、感官、風(fēng)味等的變化[1]。不同的發(fā)酵階段,泡菜品質(zhì)、風(fēng)味存在較大差異。研究泡菜品質(zhì)的變化規(guī)律,能夠?yàn)楣I(yè)化生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良、安全性高的泡菜提供一定基礎(chǔ),同時(shí)可以為泡菜品質(zhì)變化機(jī)理的深入研究提供一定數(shù)據(jù)支持。國(guó)外學(xué)者對(duì)泡菜主體風(fēng)味物質(zhì)種類[2]、泡菜獨(dú)特風(fēng)味形成與微生物關(guān)系[3-4]等方面研究相對(duì)較為深入;國(guó)內(nèi)對(duì)泡菜揮發(fā)性成分的研究主要集中在成熟泡菜揮發(fā)性物質(zhì)的種類、含量、不同發(fā)酵方式揮發(fā)性成分的不同等方面[5-7],對(duì)泡菜在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)的研究相對(duì)較少。

表1 結(jié)球甘藍(lán)泡菜感官評(píng)分表Table 1 Sensory evaluation standards of pickles

本實(shí)驗(yàn)對(duì)泡菜發(fā)酵過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律進(jìn)行研究,確定泡菜品質(zhì)最優(yōu)時(shí)的發(fā)酵時(shí)間。同時(shí)采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè),得到泡菜在發(fā)酵不同時(shí)間揮發(fā)性成分的差異,并通過(guò)主成分分析確定對(duì)泡菜風(fēng)味影響較大的揮發(fā)性物質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

結(jié)球甘藍(lán)(Brassicaoleraceavar. capitata) 購(gòu)于本地農(nóng)貿(mào)市場(chǎng),選擇色澤正、無(wú)破損、無(wú)蟲(chóng)害、無(wú)霉變的新鮮結(jié)球甘藍(lán)作為實(shí)驗(yàn)原材料;蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、檸檬酸二胺、葡萄糖、吐溫-80等;氫氧化鈉、鹽酸、硫酸銅、亞甲藍(lán)、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、葡萄糖、亞硝酸鈉、對(duì)氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺等 均為分析純。

Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 配有HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm,0.25μm),美國(guó)安捷倫公司;Supleco固相微萃取裝置 65μm DVB/PDMS,美國(guó)Supelco公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 結(jié)球甘藍(lán)原料經(jīng)整理、清洗、瀝干、切分、紫外殺菌之后裝入5L陶土壇,按蔬菜與食鹽水質(zhì)量比1∶2的比例加入4%食鹽水,15℃密封發(fā)酵。

從發(fā)酵第0d開(kāi)始每隔24h取樣測(cè)定,共測(cè)定8d。

1.2.2 乳酸菌總數(shù)計(jì)數(shù) 參照GB 4789.35-2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)》對(duì)泡菜發(fā)酵過(guò)程的乳酸菌總數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.2.3 理化指標(biāo)測(cè)定

1.2.3.1 總酸含量測(cè)定 參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測(cè)定》對(duì)泡菜發(fā)酵過(guò)程中的總酸進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果以乳酸計(jì)。

1.2.3.2 還原糖含量測(cè)定 參照GB/T 5009.7-2008《食品中還原糖的測(cè)定》中直接滴定法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3.3 亞硝酸鹽含量測(cè)定 參照GB 5009.33-2010《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定》中分光光度法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 感官評(píng)價(jià) 經(jīng)過(guò)感官品評(píng)培訓(xùn)和訓(xùn)練的數(shù)名感官評(píng)價(jià)人員(n≥10)從視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、口感方面對(duì)泡菜進(jìn)行感官評(píng)分,結(jié)果取其平均值。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1。

1.2.5 揮發(fā)性物質(zhì)檢測(cè) 揮發(fā)性物質(zhì)的提取和檢測(cè)條件參照Nie[8]等的方法并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。取切碎后的樣品5g置于15mL頂空進(jìn)樣瓶中密封。43℃條件下平衡30min后,將SPME手柄頂端的萃取頭插入進(jìn)樣瓶,吸附30min后取出萃取頭插入到GC-MS儀的氣相色譜進(jìn)樣口,推出纖維頭,250℃解析5min。

1.2.6 GC-MS分析條件 色譜柱:HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm,0.25μm)彈性石英毛細(xì)管柱。升溫程序:柱溫35℃(保留5min),以5℃/min升到75℃,保持1min,以1℃/min升到90℃,保持1min,以10℃/min升到150℃,保持1min,以25℃/min升到200℃,保持5min。

離子源為電子轟擊電離源(electron impact,EI);離子源溫度230℃;電子能量70eV;接口溫度280℃;質(zhì)量掃描范圍50～550amu。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 揮發(fā)性成分的定性:檢測(cè)的未知化合物與NIST.11 library相匹配,匹配度大于800(最大值為1000)的鑒定結(jié)果予以確認(rèn)。同時(shí)采用C7～C30計(jì)算化合物的保留指數(shù)(RI),結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行定性;定量:以峰面積歸一化法確定各化合物的相對(duì)含量。

采用SPSS軟件對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的揮發(fā)性成分進(jìn)行主成分分析,確定對(duì)結(jié)球甘藍(lán)泡菜風(fēng)味影響較大的揮發(fā)性物質(zhì)種類及不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)泡菜風(fēng)味的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌總數(shù)、理化指標(biāo)測(cè)定及感官評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)結(jié)球甘藍(lán)泡菜連續(xù)8d的發(fā)酵過(guò)程中的乳酸菌總數(shù)和基本理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如圖1～圖4,其中乳酸菌總數(shù)隨時(shí)間的變化曲線的縱坐標(biāo)以菌落數(shù)的對(duì)數(shù)進(jìn)行表示。泡菜0～8d的發(fā)酵過(guò)程中感官評(píng)分結(jié)果如表2,不同發(fā)酵天數(shù)感官評(píng)分的高低順序是:6d>5d>4d>7d>3d>8d>2d>1d>0d。

從圖1～圖3中可以看出,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),乳酸菌總數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。發(fā)酵第6d,乳酸菌總數(shù)最多,達(dá)到6.0×106CFU/mL。發(fā)酵的8d時(shí)間內(nèi),總酸含量呈現(xiàn)一直上升的趨勢(shì),第8d總酸含量達(dá)到5.76g/kg。還原糖含量呈現(xiàn)一直下降的趨勢(shì),從最初的3.72g/100g降至第8d的0.51g/100g。總酸的升高及還原糖的降低主要受到泡菜中微生物(尤其是乳酸菌)活動(dòng)的影響。乳酸菌通過(guò)同型和異型乳酸發(fā)酵,利用葡萄糖代謝產(chǎn)生以乳酸為主的代謝產(chǎn)物[9]。

表2 泡菜感官評(píng)分結(jié)果Table 2 Sensory evaluation of pickles

圖1 發(fā)酵過(guò)程中乳酸菌總數(shù)的變化Fig.1 Dynamic change of the number of lactic acid bacteria during fermentation

圖2 發(fā)酵過(guò)程中總酸含量的變化Fig.2 Dynamic change of the content of acids during fermentation

圖3 發(fā)酵過(guò)程還原糖含量的變化Fig.3 Dynamic change of the content of reducing sugar during fermentation

從圖4亞硝酸鹽含量的變化趨勢(shì)圖可以看出,發(fā)酵第4d出現(xiàn)一個(gè)明顯的“亞硝峰”,含量達(dá)到25.85mg/kg,高于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)20mg/kg。對(duì)于泡菜中亞硝酸鹽的形成,一種觀點(diǎn)認(rèn)為主要是受到具有硝酸鹽還原能力的微生物污染引起[10],另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為是受到蔬菜中硝酸鹽還原酶的作用[11]。發(fā)酵第5d含量急速下降至6.26mg/kg,達(dá)到安全食用水平。以后3d的發(fā)酵過(guò)程,亞硝酸鹽含量一直處于5mg/kg左右的水平。一些乳酸菌能夠在發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生亞硝酸鹽還原酶,對(duì)亞硝酸鹽進(jìn)行降解[12]。因此,本實(shí)驗(yàn)中亞硝酸鹽含量在第5d急劇下降的原因可能是受到乳酸菌活動(dòng)的影響。

圖4 發(fā)酵過(guò)程亞硝酸鹽含量的變化Fig.4 Dynamic change of the content of nitrite during fermentation

從泡菜品質(zhì)、食用安全性、感官評(píng)價(jià)進(jìn)行考慮,15℃條件下自然發(fā)酵的結(jié)球甘藍(lán)泡菜最佳食用時(shí)間是發(fā)酵的第6d。

2.3 泡菜發(fā)酵過(guò)程揮發(fā)性成分檢測(cè)結(jié)果

對(duì)結(jié)球甘藍(lán)泡菜在不同的發(fā)酵時(shí)間的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如表3。

表3 結(jié)球甘藍(lán)泡菜發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)種類及相對(duì)含量(%)Table 3 Volatile components and their relative contents in pickles during fermentation(%)

注:“-”代表未檢出。

表3中,泡菜發(fā)酵過(guò)程中共檢出45種化合物,其中酯類、烴類(芳香烴和萜烯類除外)各10種、,醛類7種,醇類4種,芳香烴、萜烯類各3種,酮類、含硫化合物、含氮化合物及雜環(huán)化合物各2種。除發(fā)酵第0d和第8d外,酯類化合物相對(duì)在所有化合物中含量最高,均在50%以上,其中發(fā)酵第6d酯類化合物含量達(dá)到93.104%,并以硫氰酸酯類為主。據(jù)報(bào)道,硫氰酸酯類是十字花科植物的特征風(fēng)味成分,對(duì)泡菜風(fēng)味影響大[13]。蔣麗[6]等研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵成熟的自然發(fā)酵和接種發(fā)酵泡菜的香氣成分都以酯類和硫化物為主,與本研究結(jié)果相似。

發(fā)酵第0～8d分別檢出化合物11、15、12、13、17、14、15、13、13種。發(fā)酵第0d檢出的酯類化合物種類最多、醇類化合物含量最高,發(fā)酵第1～5d檢出的酯類化合物種類及相對(duì)含量均最多,發(fā)酵第6d和第7d檢出的醛類化合物種類最多,發(fā)酵第8d檢出的烴類化合物種類及相對(duì)含量均最多。發(fā)酵第7、8d僅檢出13種化合物,可能是由于隨著風(fēng)味品質(zhì)的下降,微生物的種類和數(shù)量減少,揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較少[14]。

異硫氰酸烯丙酯在發(fā)酵的0～8d中均被檢出,其相對(duì)含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),發(fā)酵第5d含量最高,達(dá)到77.883%,可能是結(jié)球甘藍(lán)泡菜的特征性揮發(fā)性成分。發(fā)酵第0d,未檢出4-(甲硫基)丁腈,而在隨后的發(fā)酵過(guò)程中,這種物質(zhì)一直被檢出,且相對(duì)含量呈現(xiàn)波動(dòng)的趨勢(shì)。硫氰酸甲酯、丁酸(Z)-4-己烯酯、乙酸己酯、正己醇幾種物質(zhì)僅存在于發(fā)酵的第0d,可能是結(jié)球甘藍(lán)原料中的成分,經(jīng)過(guò)微生物代謝被分解所致[15]。

2.3 泡菜發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析

酯類、醛類、酮類、醇類、芳香烴、萜烯類、含硫化合物、含氮化合物和雜環(huán)化合物具有各自獨(dú)特的香氣,因閾值較低,對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大[16-18]。烴類(芳香烴、萜烯類除外)因閾值較高,對(duì)風(fēng)味影響不大[19]。因此選擇除烴類外的其余35種化合物作為主成分變量,以相對(duì)含量多少為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行主成分分析,找出對(duì)風(fēng)味影響較大的揮發(fā)性成分及不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)泡菜風(fēng)味的影響。

將每種化合物按照表3給出的序號(hào),分別命名為v1、v2、v3……v45,利用SPSS軟件對(duì)35種揮發(fā)性成分進(jìn)行主成分分析,得到主成分個(gè)數(shù)及累積方差貢獻(xiàn)率如表4。第一主成分的方差貢獻(xiàn)率最大(26.672%),其次分別是第二主成分(20.672%)、第三主成分(14.93%)和第四主成分(12.224%)。前4個(gè)主成分的特征值均大于1,且累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到74.498%,說(shuō)明這4個(gè)主成分能夠代表原來(lái)35個(gè)指標(biāo)的絕大部分信息。

表4 主成分累積方差貢獻(xiàn)率Table 4 Accumulated variance contribution rate of principal component

35種揮發(fā)性成分主成分分析的散點(diǎn)圖如圖5。由圖可知,第一主成分上的主要物質(zhì)是硫氰酸甲酯、丁酸(Z)-4-己烯酯、乙酸己酯、葉醇、正己醇、β-蒎烯、二甲基二硫和二甲基三硫;第二主成分上的主要物質(zhì)是雙戊烯、苯丙醛、Carbonic acid,isobutyl undec-10-enyl ester、月桂醛和壬醛;第三主成分上的主要物質(zhì)是癸醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、3-甲基異硫氰酸丁酯和3-丁烯基異硫氰酸酯;第四主成分上的主要物質(zhì)是3-甲基-2-吡咯烷酮、1-壬醇和甲氧基苯基肟。第一主成分方差貢獻(xiàn)率最大,所以第一主成分上的物質(zhì)對(duì)泡菜風(fēng)味影響較大。

圖5 泡菜揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析Fig.5 Principal component analysis of volatile compounds in pickles

根據(jù)原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣、主成分特征值和因子載荷矩陣,計(jì)算出泡菜不同發(fā)酵天數(shù)的主成分得分,得到不同發(fā)酵天數(shù)的泡菜在主成分分析圖上的分布如圖6。第0d泡菜的揮發(fā)性物質(zhì)主要存在于第一主成分,說(shuō)明泡菜原料種類對(duì)泡菜風(fēng)味產(chǎn)生重要影響,由此可以推斷,不同原料的泡菜其發(fā)酵風(fēng)味可能有較大差異。

圖6 不同發(fā)酵天數(shù)的泡菜在主成分分析圖上的分布Fig.6 PCA score plot according to volatile compounds in pickles of different fermentation time

發(fā)酵第0d與其他發(fā)酵時(shí)間的泡菜在主成分分析圖上距離較遠(yuǎn),說(shuō)明泡菜原料經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵之后,其風(fēng)味成分種類和含量產(chǎn)生了較大變化[14]。發(fā)酵7、8d的泡菜與發(fā)酵1～6d的泡菜距離較遠(yuǎn),說(shuō)明經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)酵之后,泡菜風(fēng)味產(chǎn)生變化。發(fā)酵3、4、5、6d的泡菜在主成分分析圖上距離較近,與這些發(fā)酵時(shí)間內(nèi)的風(fēng)味關(guān)聯(lián)較大的揮發(fā)性物質(zhì)是異硫氰酸烯丙酯、1-硫代異氰酸戊酯、壬醛、右旋萜二烯和4-(甲硫基)丁腈。

3 結(jié)論

通過(guò)乳酸菌計(jì)數(shù)、理化指標(biāo)分析、感官評(píng)價(jià),從泡菜品質(zhì)、食用安全性、感官評(píng)分進(jìn)行考慮,得到發(fā)酵第6d是結(jié)球甘藍(lán)泡菜自然發(fā)酵條件下(15℃)的最佳食用期,此時(shí)泡菜中乳酸菌總數(shù)最多、酸度適宜、亞硝酸鹽含量低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)且感官評(píng)分最高。

利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)泡菜發(fā)酵過(guò)程的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè),共得到酯類、醛類、酮類、醇類、烴類、芳香烴、萜烯類、含硫化合物、含氮化合物及雜環(huán)化合物共45種。發(fā)酵第1～7d,酯類化合物在所有化合物中相對(duì)含量最高,其中發(fā)酵第6d達(dá)到最高(93.104%),說(shuō)明酯類是結(jié)球甘藍(lán)泡菜的特征揮發(fā)性成分。對(duì)除烴類外的其余35種化合物進(jìn)行主成分分析,結(jié)果表明硫氰酸甲酯、丁酸(Z)-4-己烯酯、乙酸己酯、葉醇、正己醇、β-蒎烯、二甲基二硫和二甲基三硫?qū)ε莶孙L(fēng)味形成影響較大。發(fā)酵第3、4、5、6d的泡菜風(fēng)味與其他發(fā)酵時(shí)間的泡菜風(fēng)味明顯不同,跟發(fā)酵中期(3～6d)泡菜風(fēng)味關(guān)聯(lián)較大的化合物是異硫氰酸烯丙酯、1-硫代異氰酸戊酯、壬醛、右旋萜二烯和4-(甲硫基)丁腈。

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Analysis of quality and volatile componentsin pickles during natural fermentation

XU Dan-ping1,PU Biao1,*,LUO Song-ming1,ZHANG Jin-feng1,ZHUO Zhi-hang2,FENG Ya-chao1,JIA Chun-yan1

(1.College of Food Science,Sichuan Agricultural University,Ya’an 625014,China;2.College of Forestry,Sichuan Agricultural University,Ya’an 625014,China)

Several quality indexes of pickles including total number of lactic acid bacteria,physicochemical properties and sensory evaluation were detected in order to learn the discipline of quality variation during fermentation. Methods of headspace solid phase micro-extraction(HS-SPME)and gas chromatograph-mass spectrometry(GC-MS)were used to detect the volatile components. The results showed that the quality of pickles was the best in the sixth day of fermentation. Type and relative content of volatile components were distinct at different fermentation time. A total of 45 types of volatile components were identified. Relative content of esters was the highest during fermentation which made it a characteristic component in pickles of cabbage. The volatile components were analyzed by method of principal component analysis(PCA). It showed that thiocyanic acid methyl ester,(E)-Hex-4-en-1-yl butyrate,acetic acid hexyl ester,(Z)-3-Hexen-1-ol,1-Hexanol,.beta.-Pinene,disulfide dimethyl,dimethyl trisulfide were the main components contributed to the flavor of pickles.

pickles;quality;volatile components;GC-MS;PCA

2014-09-16

徐丹萍(1988-)，女，碩士研究生，研究方向：果蔬加工理論與技術(shù)。

*通訊作者:蒲彪(1956-)，男，博士，教授，研究方向：果蔬加工理論與技術(shù)。

四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012NZ0002)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD31B04)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31171726)。

TS255.54

A

1002-0306(2015)13-0288-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.052