不同產(chǎn)地紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物組成分析

李其曄

（西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048）

洋蔥（Allium cepa L.）是百合科蔥屬二年生蔬菜作物，為我國(guó)主要栽種蔬菜品種之一，在我國(guó)廣泛種植，主要分布于山東、甘肅、內(nèi)蒙古、云南、四川、河南等地[1]。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）2017 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)洋蔥種植總面積為102.5萬(wàn)hm2，產(chǎn)量2 230萬(wàn)t，面積、產(chǎn)量均居世界第一[2-3]。

洋蔥氣味辛辣[4]，營(yíng)養(yǎng)豐富，藥用價(jià)值高，富含黃酮類、甾體皂苷類、苯丙素酚類、前列腺素類、含硫類以及含氮類化合物[5-6]，可抑制病原微生物并具有降血壓、降血脂[7]、降膽固醇、抗氧化[8-9]、抗癌[10-13]等功效。洋蔥的多種藥用特性主要與其揮發(fā)性化合物有關(guān)，因此揮發(fā)性成分的種類和含量是判定洋蔥商品價(jià)值的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)洋蔥的研究主要集中在洋蔥的提取物、營(yíng)養(yǎng)成分、生物活性等方面。對(duì)洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物雖有研究，但大多針對(duì)不同品種的洋蔥，對(duì)不同產(chǎn)地同類洋蔥間的揮發(fā)性風(fēng)味化合物成分及含量差異卻鮮少研究。不同產(chǎn)地的洋蔥因生長(zhǎng)環(huán)境和氣候的不同，不僅性狀、色澤會(huì)存在差異，風(fēng)味也呈現(xiàn)一定的差異性。

根據(jù)洋蔥的鱗莖顏色，可將其分為紫皮洋蔥、白皮洋蔥和黃皮洋蔥，其中紫皮洋蔥富含花青素，占我國(guó)洋蔥種植總面積的55%。為全面了解不同產(chǎn)地紫皮洋蔥中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的差異，以4個(gè)主要產(chǎn)地（河北、山東、云南和甘肅）的紫皮洋蔥為研究對(duì)象，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行分離鑒定，分析樣品中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的組成[14-15]，并結(jié)合主成分分析（Principal omponent analysis,PCA）等方法，分析不同產(chǎn)地紫皮洋蔥中的特征風(fēng)味物質(zhì)，探討不同產(chǎn)地洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物的差異，為科學(xué)利用與開發(fā)紫皮洋蔥產(chǎn)品提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

受試紫皮洋蔥樣品：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)代購(gòu)的方式分別在河北肥鄉(xiāng)、山東濰坊、云南昆明、甘肅武威當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)購(gòu)買。選擇新鮮、無(wú)腐爛損傷的洋蔥，剝?nèi)ネ馄ず笄逑?、切成粒狀，每組樣品取50 g 放入研缽中加入液氮研磨成粉末，于-4 ℃條件下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

NaCl、4-甲基-2-戊醇等試劑，均為分析純，上海國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備PKl57330-U型手動(dòng)SPME進(jìn)樣器、50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，美國(guó)默克公司；7890A-5957C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），美國(guó)安捷倫公司；MScl-T型磁力攪拌器，杭州齊感儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物檢測(cè)方法

參照Fernandes等[16]、趙迎麗等[17]和黃俊僮等[18]的方法進(jìn)行萃取。每組樣品取10 g 粉末加入適量飽和NaCl 溶液和蒸餾水中溶解為洋蔥液；稱取5 g 洋蔥液，加入20μL質(zhì)量濃度為0.5μg/mL的4-甲基-2-戊醇（內(nèi)標(biāo)）于頂空瓶中，加蓋密封后搖勻并編號(hào)；將頂空瓶置于磁力攪拌儀上，萃取條件為：萃取纖維頭為50/30μm DVB/CAR/PDMS，60 ℃老化1 h，萃取時(shí)間60 min，解吸時(shí)間5 min，轉(zhuǎn)速1 600 r/min，恒溫20 min。根據(jù)儀器采集的數(shù)據(jù)對(duì)4 組不同產(chǎn)地洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行分析鑒定[19-23]。

GC條件：HP-5ms毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），進(jìn)樣口溫度250 ℃；程序升溫為起始溫度40 ℃保持5 min，以2.5 ℃/min升溫至65 ℃保持1 min，以8 ℃/min升溫至200 ℃保持2 min，以10 ℃/min升溫至250 ℃保持2 min；載氣為氦氣；流速1.0 mL/min，不分流。

MS條件：接口溫度為250 ℃，電離方式為電子電離（EI），電子能量為70 eV，燈絲發(fā)射電流為200μA，離子源溫度為230 ℃，掃描質(zhì)量范圍33～450 amu。

揮發(fā)性風(fēng)味化合物的鑒定采用NIST17譜庫(kù)檢索結(jié)果（相似度大于80%）和人工圖譜解析共同確定。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

采用XLSTAT 7.5.2 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、主成分分析及偏最小二乘判別分析（Partial least squares discriminant analysis,PLS-DA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物的種類和含量分析

從4 組不同產(chǎn)地紫皮洋蔥中共檢測(cè)出45 種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，其中含硫化合物27 種，醛類化合物3種，酮類化合物1 種，其他化合物14 種（見表1 和表2）；河北、山東、云南和甘肅的紫皮洋蔥中的揮發(fā)性化合物分別為28、29、31、33種，總含量分別為28.99、54.52、94.49、76.36μg/g。

表1 河北、山東、云南、甘肅4省紫皮洋蔥樣品中揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量Table 1 Contents of volatile flavor components in purple onion samples from Hebei,Shandong,Yunnan and Gansu provinces

表2 不同產(chǎn)地紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類及含量Table 2 Types and contents of volatile flavor compounds in purple onion from different origin

2.1.1 含硫化合物

4 組樣品中共檢測(cè)出27 種含硫化合物，其中河北、山東、云南和甘肅的紫皮洋蔥中含硫化合物分別為21、22、21、22 種，含量分別為14.46、44.99、81.16、50.92μg/g，這與王蓉等[24]關(guān)于洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味成分的研究結(jié)果相似。含硫化合物既是洋蔥的主要活性物質(zhì)，占洋蔥干質(zhì)量的0.2%～0.5%[25]，又是洋蔥特殊風(fēng)味的重要來(lái)源，約占洋蔥揮發(fā)性成分的40%[26]。洋蔥中含硫化合物包括硫醚、硫醇、硫代磺酸酯、雜環(huán)硫化物等，它們是構(gòu)成洋蔥中具有特殊辛辣和刺鼻揮發(fā)性風(fēng)味的重要貢獻(xiàn)物質(zhì)[27]，其中二丙基二硫醚和二丙基三硫醚是新鮮洋蔥中的主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物，也是新鮮洋蔥濃郁香氣形成的主要原因[28]。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，二丙基三硫醚含量在不同產(chǎn)地紫皮洋蔥樣品間差異顯著（P＜0.05），兩種揮發(fā)性風(fēng)味化合物在云南產(chǎn)地紫皮洋蔥中的含量顯著高于其他3組樣品（表3），表明云南紫皮洋蔥具有強(qiáng)烈的新鮮洋蔥特征香氣。導(dǎo)致這種差異的原因可能與云南當(dāng)?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件相關(guān)[29]。

表3 不同產(chǎn)地紫皮洋蔥中共有揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量Table 3 Contents of common volatile flavor compounds in purple onions from different origins 單位：μg/g

噻吩類物質(zhì)是由硫代亞磺酸鹽降解產(chǎn)生，同時(shí)也是二丙基二硫醚等化合物的前體物質(zhì)，具有尖刺的氣息和洋蔥濃郁的特征氣味[30]，噻吩類物質(zhì)在河北、山東、云南和甘肅產(chǎn)地的紫皮洋蔥中含量分別為1.88、13.27、10.00、3.19 μg/g。山東產(chǎn)地的紫皮洋蔥中噻吩類物質(zhì)含量最高，故其辛辣、刺鼻氣味比其他3個(gè)產(chǎn)地紫皮洋蔥更濃郁，云南紫皮洋蔥次之。

2.1.2 醛類化合物

河北、山東、云南和甘肅所產(chǎn)紫皮洋蔥樣品中檢測(cè)出醛類化合物種類均為3 種，含量分別為12.21、6.66、2.86、0.66μg/g，4組樣品間差異較明顯。醛類化合物在紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物中所占比例雖然較低，但是因其閾值不同，對(duì)洋蔥風(fēng)味同樣起到重要作用。河北紫皮洋蔥的揮發(fā)性醛類化合物含量遠(yuǎn)高于其他3組樣品。由于不飽和化合物比飽和化合物的香氣強(qiáng)，甚至產(chǎn)生刺激性氣味，因此洋蔥的風(fēng)味與其檢出的揮發(fā)性成分的碳鏈結(jié)構(gòu)存在一定關(guān)系。2-甲基-2-戊烯醛是洋蔥催淚因子（硫代丙醛-S-氧化物）的主要代謝產(chǎn)物[31]，河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥中的2-甲基2-戊烯醛含量分別為4.07、2.22、1.15、0.10μg/g，河北紫皮洋蔥樣品中2-甲基-2-戊烯醛的含量較高，而甘肅紫皮洋蔥中含量則非常低，云南紫皮洋蔥次低，故河北產(chǎn)地的紫皮洋蔥比其他產(chǎn)地更易催淚。

2.1.3 酮類化合物

4 組樣品中只有云南產(chǎn)地紫皮洋蔥中含有酮類化合物，含量為5.48μg/g，酮類化合物具有果香和青草樣的香氣，對(duì)洋蔥特征香氣的貢獻(xiàn)不大[32-33]。在云南產(chǎn)地紫皮洋蔥中檢測(cè)出其特有的高含量呋喃類化合物，呋喃類物質(zhì)是美拉德反應(yīng)中最豐富的揮發(fā)性產(chǎn)物，是各種高檔肉類味精中必不可少的關(guān)鍵性香料[34]，其在紅蔥、白蔥中均有發(fā)現(xiàn)，但是目前很少?gòu)男迈r的洋蔥中發(fā)現(xiàn)[35]。

2.1.4 其他化合物

其他類中主要檢測(cè)出的揮發(fā)性風(fēng)味化合物有正己烷、十六烷、2-乙基環(huán)氧丙烷、三十一烷、十九烷等一些烷烴類化合物。這類物質(zhì)風(fēng)味閾值較高，故雖然其對(duì)食品的整體風(fēng)味貢獻(xiàn)不大，但在協(xié)調(diào)和維持食品整體風(fēng)味中有著重要的作用[36-38]。

山東和云南紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物中均含有萘，含量分別為0.39 μg/g 和1.21 μg/g，這與孫小媛[39]的研究成果相似。

2.2 不同產(chǎn)地紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物主成分分析

2.2.1 不同產(chǎn)地紫皮洋蔥中共同含有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物

由表3 和圖1A 可知，河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥中共同含有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為20 種，總含量分別為23.19、41.71、82.63、46.03μg/g，云南紫皮洋蔥中總含量最高，甘肅次之。

圖1 洋蔥風(fēng)味化合物主成分分析Fig.1 Principal component analysis diagram of onion flavor compounds

2.2.2 紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味標(biāo)志性化合物

為進(jìn)一步識(shí)別出區(qū)分紫皮洋蔥樣品的揮發(fā)性風(fēng)味標(biāo)志性化合物，對(duì)所有檢測(cè)出的揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行主成分分析和偏最小二乘法判別分析[40-42]。PCA 分析結(jié)果表明，當(dāng)選擇兩個(gè)主成分因子時(shí)，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為51.91%，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為31.81%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為20.10%（圖1B）?；诒? 中45 種揮發(fā)性風(fēng)味化合物構(gòu)建的洋蔥樣品PLS-DA判別模型，采用交叉驗(yàn)證法對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，共篩選出了10個(gè)主成分；模型對(duì)自變量的擬合指數(shù)R2X為0.914，對(duì)因變量的擬合指數(shù)R2Y為0.915，模型預(yù)測(cè)指數(shù)Q2為0.859，說(shuō)明模型對(duì)洋蔥樣品的預(yù)測(cè)能力為85.9%，結(jié)果表明，該模型穩(wěn)定可靠[43-44]。為進(jìn)一步找出對(duì)結(jié)果分型起貢獻(xiàn)作用的變量，得到PLS-DA 模型的VIP 圖（圖1C）。VIP 值的大小代表了各風(fēng)味化合物對(duì)模型貢獻(xiàn)率的大小，值越大貢獻(xiàn)越大。從表4可見，以VIP值大于1為界限，共篩選出16 種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，其在河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥中的總含量分別為18.59、35.81、53.25、12.75μg/g。結(jié)合表1顯著性分析結(jié)果，確定二丙基三硫醚、反-(丙基-1-烯-2-基)-二硫代丙酯、順-(丙基-1-烯-2-基)-二硫代丙酯、2-乙基丁烯醛、2-乙基-反式-2-丁烯醛、2-甲基-2-戊烯醛和丙基硫醇7種化合物作為判別河北、山東、云南和甘肅紫皮洋蔥的風(fēng)味標(biāo)記物。

表4 不同產(chǎn)地紫皮洋蔥中揮發(fā)性風(fēng)味化合物主成分含量Table 4 Contents of the principal components of volatile flavor compounds in purple onions from different origins 單位：μg/g

3 結(jié)論

4個(gè)產(chǎn)地紫皮洋蔥共分離鑒定得到45種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，其中河北28種（總含量28.99μg/g）、山東29種（總含量54.52μg/g）、云南31種（總含量94.49μg/g）、甘肅33種（總含量76.36μg/g），初步推測(cè)除甘肅外其他3 個(gè)產(chǎn)地的紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量產(chǎn)生差異的原因來(lái)自于地域氣候的差異。

4個(gè)產(chǎn)地紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物中含硫化合物占27種，醛類3種、酮類1種、其他化合物14種，其中含硫化合物占比最大，對(duì)風(fēng)味形成的貢獻(xiàn)也最大。

4 個(gè)產(chǎn)地紫皮洋蔥中共同含有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為20 種；關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味化合物16 種，其中二丙基三硫醚、反-（丙基-1-烯-2-基）-二硫代丙酯、順-（丙基-1-烯-2-基）-二硫代丙酯、2-乙基丁烯醛、2-乙基-反式-2-丁烯醛、2-甲基-2-戊烯醛和丙基硫醇7 種揮發(fā)性風(fēng)味化合物可作為判別4 個(gè)產(chǎn)地紫皮洋蔥的風(fēng)味標(biāo)記物。

不同產(chǎn)地紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物差異明顯，其中，云南紫皮洋蔥辛辣味和擴(kuò)散性氣息最強(qiáng)，刺鼻風(fēng)味濃郁，具有含量極高的呋喃類化合物；甘肅紫皮洋蔥較不易催淚，香氣物質(zhì)種類豐富；從風(fēng)味品質(zhì)角度考慮，產(chǎn)自甘肅的紫皮洋蔥風(fēng)味品質(zhì)更佳。由上可知，產(chǎn)地的海拔高度、自然氣候等因素對(duì)紫皮洋蔥揮發(fā)性風(fēng)味化合物存在較大的影響，但本研究選取的紫皮洋蔥品種并不一致，也有可能是造成揮發(fā)性風(fēng)味化合物差異的因素，后期研究將針對(duì)同一品種進(jìn)行進(jìn)一步分析，以提供更可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。