香椿芽苗中含硫化合物對(duì)其風(fēng)味物質(zhì)的影響

李楠，王浩宇，趙芳，劉常金

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

香椿芽苗中含硫化合物對(duì)其風(fēng)味物質(zhì)的影響

李楠，王浩宇，趙芳，劉常金*

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

通過采用頂空固相微萃取的方法（HS-SPME）對(duì)香椿中的香氣成分進(jìn)行富集，并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GCMS）法、氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜GC-O-MS對(duì)其特征性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定，從而進(jìn)一步探究香椿中的香氣組成成分。結(jié)果表明：在香椿芽苗的生長(zhǎng)過程中，第一次得到反式-1-丙烯基雙二硫化物，該化合物在一定基礎(chǔ)上可以轉(zhuǎn)化為香椿中所含有的1-丙烯基硫醇和3，4-二甲基噻吩。通過對(duì)比含硫化合物的結(jié)構(gòu)式發(fā)現(xiàn)，香椿與大蒜在很大基礎(chǔ)上存在一致性，而導(dǎo)致兩者擁有特征性風(fēng)味的物質(zhì)在一定基礎(chǔ)上也有所相似。

香椿；風(fēng)味物質(zhì)；氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜；反式-1-丙烯基雙二硫化物

香椿 Toona sinensis（A．Juss．）Roem。又名春芽樹、椿、椿樹，在《植物名實(shí)圖考》中稱為紅椿，屬楝科（Meliaceae）香椿屬（Toona）落葉喬木。香椿材菜兼用，在我國(guó)具有悠久的栽培歷史，不但是我國(guó)特有速生用材樹種，而且被國(guó)外稱為“綠色保健菜”[1]。每年的三、四月份，是香椿上市的季節(jié)，也是香椿市場(chǎng)尤為興盛的時(shí)期，且價(jià)格居高不下，但仍受大眾所喜愛。究其原因，主要是香椿極其濃郁的香氣和特殊的風(fēng)味深受人們的青睞，并因此得名。因而近幾年來，香椿越發(fā)成為廣泛栽培的對(duì)象。隨著對(duì)其需求的不斷增加，人們?cè)陉P(guān)注香椿產(chǎn)品的同時(shí)，對(duì)香椿風(fēng)味的組成、形成機(jī)理、影響因素以及保藏方式亦或代替產(chǎn)品更加關(guān)注，也因此成為了大眾想要探究的熱點(diǎn)問題。

對(duì)于香椿香氣成分的確定，目前國(guó)內(nèi)外研究相對(duì)較少。李聚英等[2]研究發(fā)現(xiàn)：溫度越高，香椿特征香氣降低越迅速[3]。并得到兩種明顯呈現(xiàn)香椿特征香氣的化合物，但由于質(zhì)譜譜庫檢索尚不能與已知物質(zhì)譜圖吻合，初步推斷為這兩種化合物為噻吩衍生物或?yàn)檫蜓苌锏耐之悩?gòu)體。在此之前，Mu等[4]采用MAEHS-SPME（微波輔助頂空固相微萃?。┓ㄌ崛∠愦粨]發(fā)性成分，經(jīng)GC-MS分析得到與本試驗(yàn)相似的離子流圖，給出的明顯呈香椿特征性風(fēng)味的兩種物質(zhì)分別是2-乙基噻唑和5-乙基噻唑。但這與李聚英等購買的相應(yīng)的噻吩和噻唑衍生物標(biāo)準(zhǔn)品通過質(zhì)譜對(duì)比所得到的保留時(shí)間以及質(zhì)譜圖均不符。張杰等[5]第一次確定了2-巰基-3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩的正反同分異構(gòu)體是香椿揮發(fā)性化合物的關(guān)鍵物質(zhì)，與Eric.Bliock等[6]所提出的二巰基-克萊森重排中的中間物相呼應(yīng)。

香椿特征性風(fēng)味目前被認(rèn)定為一種易揮發(fā)性不穩(wěn)定物質(zhì)，而且香氣成分復(fù)雜，究竟是哪種化學(xué)成分給予了香椿的特征性風(fēng)味，且在采摘貯存、加工過程中香氣的成分又是如何變化，對(duì)于香椿品質(zhì)都有具大的影響。本研究采用HS-SPME對(duì)香椿香氣進(jìn)行富集并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）法、氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜GC-O-MS對(duì)其特征性風(fēng)味物質(zhì)的檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化，從而進(jìn)一步探究香椿中的香氣組成成分，為香椿替代物的研制生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

香椿嫩葉采自天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)十一大街農(nóng)產(chǎn)品種植園，香椿在園中自然健康的生長(zhǎng)，具有濃厚的香椿特征性香氣；香椿芽苗為天津科技大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與物流保鮮實(shí)驗(yàn)室恒溫培養(yǎng)。

1.2 試劑與儀器

SPME手動(dòng)進(jìn)樣手柄（65 μm DVB/PDMS萃取頭）：美國(guó)Supelco公司；40 mL帶有PTPE/硅橡膠平墊的透明萃取瓶：上海安譜公司；400 gHK-08粉碎機(jī)：廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；85-2恒溫磁力加熱攪拌器：金壇市榮華儀器制造有限公司；Varian 4000GC/MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)瓦里安公司；Agilent 7890氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（配有FID檢測(cè)器）：美國(guó)安捷倫公司；Sniffer 9000嗅聞儀：瑞士Brechbühler公司；SG 350A勻漿機(jī)：上海天航電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 GC-MS分析條件

Varian 4000GC/MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，使用毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度 150℃，分流比5∶1，載氣為氦氣，色譜柱載氣流速為1 mL/min；FID檢測(cè)器溫度為250℃、全出線溫度280℃、電離方式EI、掃描方式為全掃描、掃描范圍為43 aum～500 aum、離子阱溫度220℃；程序升溫：初溫40℃，保持3 min，以4℃/min升至150℃，保持8 min，以8℃/min升至250℃，保持2 min；檢索圖庫為NIST05庫。

1.3.2 GC-O-MS分析條件

1.3.2.1 GC-O條件

Agilent 7890氣相色譜儀，流出物在毛細(xì)管末端以1∶1的分流模式分別進(jìn)入質(zhì)譜儀和嗅辯儀；使用19091S-433（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。分流比 5 ∶1；載氣為 He（99.99%），柱前壓 74.4 kPa，流速為 1 mL/min。

1.3.2.2 MS條件

檢測(cè)器溫度260℃，穿梭線溫度280℃，電離方式EI，掃描方式為全掃描，掃描范圍為33 aum～350 aum；離子阱溫度220℃；檢索圖庫為NIST08庫。

1.3.3 嗅聞分析方法

選擇5人對(duì)色譜峰進(jìn)行嗅聞分析，其中3名女性，2名男性，每個(gè)成員都熟悉樣品香氣，每位成員對(duì)同一試驗(yàn)樣品嗅聞兩次，共10份數(shù)據(jù)用于統(tǒng)計(jì)分析。同一色譜峰有6次以上記錄時(shí)，才被用來分析[7]。

1.3.4 香椿特征性香氣的富集

稱取香椿原料15.00 g于組織攪碎機(jī)中，按照1∶3（g/mL）的比例加入去離子水45 mL，打漿1 min至固液均勻。稱取11.00 g左右的勻漿置于40 mL的萃取瓶中。將待用的樣品放于60℃恒溫磁力加熱攪拌器中，水浴平衡30 min后，頂空萃取40 min，進(jìn)樣時(shí)熱解析15 min，同時(shí)采集數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品平行3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 香椿芽苗的GC-O-MS、GC-MS分析

香椿為熱敏性物質(zhì)，在加熱的過程中其風(fēng)味物質(zhì)可能會(huì)發(fā)生分解、交聯(lián)等其他反應(yīng)，因而，溫度是探究香椿氣相質(zhì)譜分析結(jié)果中的一大因素。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，香椿與大蒜的呈味物質(zhì)在一定基礎(chǔ)上可能存在相似之處，故研究將含硫化合物作為探究是香椿特征性風(fēng)味的目標(biāo)物質(zhì)。

將香椿樣品按照1.3.4的方法進(jìn)行香氣的富集，并于氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜聯(lián)用儀中進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過多次試驗(yàn)結(jié)果表明：有15個(gè)色譜峰具有明顯的氣味，其中從21 min左右開始出現(xiàn)香椿特征性香氣，到23 min左右香椿香氣逐漸減弱至消失。在此期間，7號(hào)色譜峰（保留時(shí)間為21.946 min）呈現(xiàn)明顯的蒸煮香椿風(fēng)味，且強(qiáng)度較大，最為明顯。將嗅辨結(jié)果統(tǒng)計(jì)整理，如表1所示。

表1 香椿樣品香氣成分GC-O-MS結(jié)果Table 1 The GC-O-MS results of aroma compounds from Toona sinensis

續(xù)表1 香椿樣品香氣成分GC-O-MS結(jié)果Continue table 1 The GC-O-MS results of aroma compounds from Toona sinensis

由氣相色譜-嗅聞的結(jié)果可以看出，7號(hào)色譜峰是香椿特征性香氣的關(guān)鍵成分，因而針對(duì)這一結(jié)果進(jìn)行質(zhì)譜分析。為了更為準(zhǔn)確地對(duì)這15個(gè)色譜峰進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)的定性，將香椿樣品進(jìn)一步作GC-MS檢測(cè)分析，并將GC-O-MS的譜圖與GC-MS的譜圖進(jìn)行對(duì)比分析，如圖1所示。

由于方法1.3.1和1.3.2略有區(qū)別，因此所得色譜峰的保留時(shí)間以及峰面積也存在一定的差異，但兩種方法所得到的圖譜基本相同。通過譜庫檢索及定性分析發(fā)現(xiàn)，這15個(gè)色譜峰中有11個(gè)為含硫化合物。將這11個(gè)色譜峰的結(jié)果整理，如表2所示。

圖1 香椿芽苗香氣成分的GC-O-MS、GC-MS譜圖Fig.1 GC-O-MS and GC-MS chromatograms of aroma compounds from Toona sinensis

這11個(gè)化合物與之前報(bào)道的研究結(jié)果大致相同[8]，由表2可以看出含硫化合物在香椿揮發(fā)性化合物中所占百分比較低，但卻是在嗅聞過程中主要表現(xiàn)香椿特有風(fēng)味的物質(zhì)。尤以7號(hào)色譜峰為主，在嗅聞過程中味道較為強(qiáng)烈，經(jīng)譜庫檢索發(fā)現(xiàn)，該物質(zhì)為3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩，這與之前張杰等[5]的研究相符。但7號(hào)色譜峰呈現(xiàn)的為蒸煮香椿風(fēng)味，而不是剛采摘過后的香椿原有風(fēng)味，參考以往文獻(xiàn)推斷，3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩并不是香椿中本身所含有的物質(zhì)，而是受熱發(fā)生了轉(zhuǎn)化所引起[9]。

表2 主要呈味物質(zhì)的質(zhì)譜分析結(jié)果Table 2 The results of main flavor substance

6號(hào)色譜峰經(jīng)譜庫檢索，分析鑒定為反式-1-丙烯基雙二硫化物（trans-bis-（1-propenyl）disulfide），這是在香椿芽苗生長(zhǎng)過程所鑒定出來的含硫化合物，也是第一次在香椿中檢測(cè)出來的揮發(fā)性物質(zhì)。反式-1-丙烯基雙二硫化物分子質(zhì)量為146.273 6，密度為1.024 g/cm3，折射率為1.557，閃點(diǎn)為71.3℃，在101.3 kPa下沸點(diǎn)為186.1℃，因而是一種不穩(wěn)定的含硫化合物。此外，該化合物還存在3種同分異構(gòu)體如圖2。

圖2 反式-1-丙烯基雙二硫化物及其同分異構(gòu)體Fig.2 Trans-bis-（1-proenyl）disulfide and its isomers

2號(hào)色譜峰為1-丙烯基硫醇，分子量為74.144 7，密度為0.864 g/cm3，在101.3 kPa下沸點(diǎn)為68.3℃。

2.2 香椿與大蒜的特征性風(fēng)味物質(zhì)在一定程度上存在一致性

將這11中含硫化合物與Daniela A.Locatelli等[10]所做的關(guān)于大蒜樣品中含硫機(jī)化合物的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以看出，香椿與大蒜十分相似，含硫化合物皆為兩者特征性風(fēng)味形成的關(guān)鍵因素。此外，結(jié)果顯示，香椿揮發(fā)性物質(zhì)中還含有2-巰基-3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩及3，4-二甲基噻吩，這與E.Block等[6]提出的二巰基-克萊森重排在一定程度上極為相近，其具體反應(yīng)式如圖3。

圖3 二巰基-克萊森重排Fig.3 Dithio-Claisen rearrangement

2號(hào)色譜峰為1-丙烯基硫醇（prop-1-ene-1-thiol），它與反式-1-丙烯基雙二硫化物（a）在一定條件下可以發(fā)生轉(zhuǎn)化，并可產(chǎn)生附屬產(chǎn)物2-甲基噻吩、噻吩等其他物質(zhì)，具體反應(yīng)式如圖4。

圖4 反式-1-丙烯基雙二硫化物轉(zhuǎn)化生成1-丙烯基硫醇Fig.4 The transformation from trans-bis-（1-proenyl）disulfide to prop-1-ene-1-thiol

而2-甲基噻吩和噻吩在一定條件下又可以合成3，4-二甲基噻吩（b），產(chǎn)生附屬產(chǎn)物 2，3-二甲基噻吩，具體反應(yīng)式如圖5。

圖5 2-甲基噻吩與噻吩合成3，4-二甲基噻吩Fig.5 Synthesis of 3，4-dimethythiophene from 2-methylthiophene and thiophene

關(guān)于 2-巰基-3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩（c）的記錄較少，沒有發(fā)現(xiàn)其可以合成的路徑，因而無法證明反式-1-丙烯基雙二硫化物在加熱的條件下可以直接轉(zhuǎn)化為2-巰基-3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩，但GCMS分析結(jié)果中卻同時(shí)含有a、b、c這3種化合物，在一定程度上契合了E.Block提到的二巰基-克萊森重排。

根據(jù)表1可以看出，在對(duì)香椿嫩葉、芽苗的GCO-MS分析中，多次出現(xiàn)大蒜，洋蔥的風(fēng)味，且對(duì)其進(jìn)行質(zhì)譜分析過程中得到了二烯丙基二硫醚，這是大蒜中的主要物質(zhì)之一，它可以與大蒜素進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。因而，又在另一方面證明了香椿與大蒜的一致性。

3 結(jié)論

通過對(duì)香椿生長(zhǎng)過程中的芽苗進(jìn)行GC-O-MS、GC-MS嗅聞分析，第一次發(fā)現(xiàn)香椿中含有反式-1-丙烯基雙二硫化物，并在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為3，4-二甲基噻吩。此外，香椿中還含有2-巰基-3，4-二甲基-2，3-二氫噻吩，這3種物質(zhì)在香椿中同時(shí)存在，這與E.Block所提到的二巰基-克萊森重排相契合。

對(duì)香椿進(jìn)行嗅聞試驗(yàn)過程中，多次出現(xiàn)大蒜風(fēng)味，且譜庫檢索得到的含硫化合物也存在于大蒜樣品中，在一定程度上更加證明了香椿與大蒜的一致性。

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Effects of Sulfur Compounds of Toona sinensis Seedlings on the Aroma Compounds

LI Nan，WANG Hao-yu，ZHAO Fang，LIU Chang-jin*
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

Characteristic flavor substance were condensed and analyzed by using Headspace Solid-phase Microextraction （HS-SPME）followed by Gas Chromatography-Mass Spectrometry （GC-MS）and Gas Chromatography-Olfactometry-Mass Spectomety（GC-O-MS）.This research studied the chemical composition of the volatile compounds of Toona sinensis.The study got trans-bis-（1-proenyl）disulfide firstly which could transform into prop-1-ene-1-thiol and 3，4-dimethylthiophene from Toona sinensis at the growth stage.The sulfur compounds structure of Toona sinensis was similar to the Allium plants in the aspect of chemical composition，which lead to have same characteristic flavor substances between Toona sinensis and Allium plants.

Toona sinensis；characteristic flavor substance；GC-O-MS；trans-bis-（1-proenyl）disulfide

2016-09-02

李楠（1993—），女（漢），碩士研究生，食品工程專業(yè)。

*通信作者：劉常金（1969—），男（漢），副教授，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.13.008