鮮姜、姜粉和姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

王強(qiáng)偉，史先振，王洪新，蘇義海

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇無錫，214122) 2(國家功能食品工程技術(shù)研究中心，江蘇無錫，214122)

3(徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州，221006)4(安徽銅陵白姜發(fā)展有限公司，安徽銅陵，244021)

姜(Zingiber officinale Roscoe)是姜科姜屬多年生植物的根莖，鮮姜和干姜被用作香辛料和中藥材已經(jīng)有多個世紀(jì)歷史［1］。由于姜具有獨(dú)特的芳香風(fēng)味和辛辣口感，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在食品中，如姜汁飲料、腌姜、姜汁酸奶、姜膏、姜味餅干等［2-3］。在國外，姜汁飲料因其獨(dú)特的口感和保健功效非常流行，但國內(nèi)市場上并不多見。傳統(tǒng)的姜汁飲料多使用鮮姜加工［4］，然而鮮姜的收獲時間短、水分含量高、易腐不易保藏，實(shí)際生產(chǎn)中通常將鮮姜通過干燥加工成干姜片或干姜粉，便于保藏運(yùn)輸［5］。

姜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)對姜制品的風(fēng)味和品質(zhì)具有很大影響［6］。目前國內(nèi)外學(xué)者對姜精油中風(fēng)味物質(zhì)已經(jīng)進(jìn)行了大量研究［7-11］，但是對姜汁飲料加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化鮮有報道。本研究采用頂空固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(HS-SPME-GCMS)對鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行鑒定分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

銅陵白姜(水分含量為90.5%)，采收于安徽省銅陵縣;正構(gòu)烷烴混標(biāo)(C7～C30)，購于Sigma-Aldrich(上海);復(fù)合植物水解酶 Viscozyme L、α-淀粉酶BAN 480L、糖化酶 AMG 300 L，購于 Novozymes(天津)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

氣相色譜(CP3800)-質(zhì)譜(1200L)聯(lián)用儀，美國VARIAN 公司;75 μm CAR/PDMS萃取頭，Supelco公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 姜粉的制備

將鮮姜清洗去皮后切成2～4 mm厚的薄片，置于50℃烘箱中約8 h，水分含量降低至5%時，將干姜片放在粉碎機(jī)中粉碎，過60目篩后置于密封袋中真空避光保存，測得含水量為5.2%。

1.3.2 鮮姜制姜汁飲料的制備

將鮮姜清洗去皮后切成2～4 mm厚的薄片，按照1∶1.1(g∶mL)的比例加水，置于打漿機(jī)中勻漿。然后升溫至85℃使生姜淀粉糊化，將糊化后的漿液冷卻到50℃，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH值至5.5，加入復(fù)合植物水解酶 Viscozyme L(0.05%，w/w)，α-淀粉酶BAN 480L(0.06%，w/w)和糖化酶 AMG 300L(0.08%，w/w)在50℃振蕩水浴2h，酶解后95℃加熱5 min使酶滅活。漿液先過200目砂布粗濾，然后4 000 r/min離心5 min，取上清液作為調(diào)配初汁。按照初汁 20%，糖5%，檸檬酸 0.02%，β-環(huán)狀糊精0.07%的比例調(diào)配后，置于均質(zhì)機(jī)中10 MPa均質(zhì)2次，95℃加熱10 min滅菌后灌裝密封保存。

1.3.3 姜粉制姜汁飲料的制備

將姜粉按照1∶20(g∶mL)的比例加水，然后升溫至85℃使生姜淀粉糊化，之后的處理與鮮姜制姜汁飲料的制備方法一致。

1.3.4 頂空固相微萃取

分別稱取1.0 g的鮮姜碎末和姜粉，10.0 g的鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料置于20 mL萃取瓶中，將75 μm CAR/PDMS萃取頭插入，50℃水浴加熱吸附30 min，然后在GC-MS進(jìn)樣口250℃解吸5 min。

1.3.5 GC-MS分析條件

氣相色譜條件:色譜柱為BR-5 ms(30 m×0.25 mm×1 μm);升溫程序:40℃保持3 min，然后5℃/min升至280℃，保持10 min;載氣:氦氣，流速1.0 mL/min。

質(zhì)譜條件:EI離子源;溫度250℃;電子能量70 eV;掃描范圍35～550 amu。

GC-MS測定后，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)根據(jù)NIST和WILEY圖譜庫進(jìn)行檢索，并根據(jù)保留時間計(jì)算各物質(zhì)的保留指數(shù)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行確定。為了得到各種物質(zhì)的保留指數(shù)，樣品檢測前先在相同GC-MS條件下進(jìn)樣C7～C30正構(gòu)烷烴混標(biāo)。各組分的相對含量根據(jù)峰面積歸一化法來計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

采用HS-SPME-GC-MS對鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，得到的總離子流色譜圖見圖1。

圖1 鮮姜(A)、姜粉(B)、鮮姜制姜汁飲料(C)和姜粉制姜汁飲料(D)中揮發(fā)性成分GC-MS圖譜Fig.1 GC-MS chromatogram of volatile compounds of fresh ginger，ginger powder，fresh ginger beverage and ginger powder beverage

通過對總離子流色譜圖中各峰進(jìn)行分析并計(jì)算保留指數(shù)，結(jié)合文獻(xiàn)最終確定各揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。采用面積歸一化法計(jì)算各物質(zhì)的相對含量見表1。

表1 鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)Table 1 The volatile compounds of fresh ginger，ginger powder，fresh ginger beverage and ginger powder beverage

2.1 鮮姜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

鮮姜中檢測到51種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中烯烴類28種(66.793%)、醇類16種(14.584%)、醛類3種(9.718%)、酮類 1種(0.236%)和酯類 3種(4.413%)。主要揮發(fā)性成分為姜烯(22.901%)、桉葉油醇(11.771%)、β-倍半水芹烯(9.691%)、β-紅沒藥烯(7.695%)、ar-姜黃烯(7.371%)、香葉醛(7.037%)和 α-金合歡烯(5.858%)。

史先振等［12］使用頂空固相微萃取結(jié)合 GC-MS測得銅陵白姜嫩姜含有47種揮發(fā)性物質(zhì);汪莉莎等［13］測得四川白口姜仔姜含有63種、老姜68種揮發(fā)性物質(zhì);宋國新等［14］測得上海生姜含有36種揮發(fā)性物質(zhì);Huang等［15］測得上海生姜含有45種揮發(fā)性物質(zhì);Ding等［2］測得萊蕪生姜含有55種揮發(fā)性物質(zhì);Shao等［16］測得澳大利亞生姜含有36種揮發(fā)性物質(zhì)。這說明不同產(chǎn)地以及不同成熟度的生姜揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類有所差異。

2.2 姜粉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

姜粉中檢測到56種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中烯烴類30種(65.114%)、醇類16種(12.708%)、醛類4種(8.164%)、酮類 3種(0.733%)和酯類 3種(7.544%)。主要揮發(fā)性成分為姜烯(25.519%)、β-倍半水芹烯(10.765%)、桉葉油醇(9.694%)、ar-姜黃烯(7.162%)、β-紅沒藥烯(6.286%)、乙酸香葉酯(6.193%)、香葉醛(5.971%)和α-金合歡烯(5.109%)。

續(xù)表1

Huang等［15］測得上海生姜干姜粉中含有46種揮發(fā)性物質(zhì);Ding等［2］測得萊蕪生姜干姜粉中含有59種揮發(fā)性物質(zhì)。

對比鮮姜和姜粉中主要揮發(fā)性成分(見表2)發(fā)現(xiàn)，在干燥過程中姜烯和β-倍半水芹烯的相對含量增加，而桉葉油醇、β-紅沒藥烯、ar-姜黃烯、香葉醛和α-金合歡烯的相對含量減少。Bartley等［11］和 Ding等［2］認(rèn)為，加熱干燥過程中細(xì)胞的破裂會增加揮發(fā)性物質(zhì)的釋放，但同時也會使部分物質(zhì)產(chǎn)生異構(gòu)化反應(yīng)、降解反應(yīng)和重排反應(yīng)。另外，乙酸香葉酯在鮮姜中的相對含量為3.901%，但在姜粉中的相對含量增加為6.193%，而香葉醛的相對含量降低，這可能是因?yàn)樵诟稍锛訜徇^程中香葉醛發(fā)生還原反應(yīng)，生成的香葉醇與熱處理過程中產(chǎn)生的乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)。同時表1中可以看到乙酸香茅酯、乙酸龍腦酯的相對含量也有所增加，而香茅醛、香茅醇和龍腦的相對含量降低。

2.3 鮮姜制姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

鮮姜制姜汁飲料中檢測到58種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中烯烴類 30種(32.529%)、醇類 17種(23.426%)、醛類 5種(34.519%)、酮類 3種(2.115%)和酯類3種(3.396%)。主要揮發(fā)性成分為香葉醛(18.519%)、橙花醛(14.215%)、姜烯(11.468%)、ar-姜黃烯(8.418%)、龍腦(6.955%)和桉葉油醇(6.061%)。

2.4 姜粉制姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

姜粉制姜汁飲料中檢測到59種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中烯烴類 32種(33.064%)、醇類 16種(27.389%)、醛類 5種 (27.737%)、酮類 3種(2.1575%)和酯類3種(4.997%)。主要揮發(fā)性成分為香葉醛(15.427%)、姜烯(12.106%)、橙花醛(11.162%)、α-松油醇(9.626)、龍腦(7.482%)、ar-姜黃烯(7.263%)、龍腦(6.955%)和 β-紅沒藥烯(4.266%)。

對比鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中的主要揮發(fā)性成分(見表2)發(fā)現(xiàn)，姜粉制姜汁飲料中姜烯、α-松油醇、龍腦和β-紅沒藥烯的相對含量高于鮮姜制姜汁飲料，而香葉醛、橙花醛、ar-姜黃烯、桉葉油醇的相對含量低于鮮姜制姜汁飲料。

表2 鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中主要揮發(fā)性成分Table 2 The main volatile compounds of fresh ginger，ginger powder，fresh ginger beverage and ginger powder beverage

2.5 鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料與鮮姜和姜粉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)比較

鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中烯烴類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(32.529%和33.064%)顯著低于鮮姜和姜粉中烯烴類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(66.793%和65.114%);醇類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(23.426%和27.389%)、醛類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(34.519%和27.737%)和酮類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(2.115%和2.157%)則顯著高于鮮姜和姜粉中醇類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(14.584%和12.708%%)、醛類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(9.718%和8.164%)和酮類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量(0.236%和0.733%)。Liu等［17］認(rèn)為醇類和醛類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在姜汁飲料中呈現(xiàn)主要的芳香氣味。

鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類比鮮姜和姜粉多，相對含量與鮮姜和姜粉相比也有差異。一方面因?yàn)榻嬃现谱鬟^程中的熱處理使揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生變化;另一方面由于酶的使用，復(fù)合植物水解酶破壞了細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，α-淀粉酶和糖化酶水解了淀粉，這些酶的作用促進(jìn)了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的釋放［18］。

3 結(jié)論

通過HS-SPME-GC-MS分別對鮮姜、姜粉、鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，共鑒定出61種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。其中鮮姜中51種，主要揮發(fā)性成分為姜烯、桉葉油醇、β-倍半水芹烯、β-紅沒藥烯、ar-姜黃烯、香葉醛和 α-金合歡烯;姜粉中56種，主要揮發(fā)性成分為姜烯、β-倍半水芹烯、桉葉油醇、ar-姜黃烯、β-紅沒藥烯、乙酸香葉酯、香葉醛和α-金合歡烯;鮮姜制姜汁飲料中58種，主要揮發(fā)性成分為香葉醛、橙花醛、姜烯、ar-姜黃烯、龍腦和桉葉油醇;姜粉制姜汁飲料中59種，主要揮發(fā)性成分為香葉醛、姜烯、橙花醛、α-松油醇、龍腦、ar-姜黃烯、龍腦和β-紅沒藥烯。

鮮姜制姜汁飲料和姜粉制姜汁飲料中烯烴類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量顯著低于鮮姜和姜粉中烯烴類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量;而醇類、醛類和酮類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量顯著高于鮮姜和姜粉中醇類、醛類和酮類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量。

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