1、分析与检测 年第 卷第 期（总第 期）：引用格式：韩艳秋，叶春苗，王琛，等 基于气相色谱离子迁移谱技术的隔年东北酸菜风味鉴别研究 食品与发酵工业，（）：，（）：基于气相色谱离子迁移谱技术的隔年东北酸菜风味鉴别研究韩艳秋，叶春苗，王琛，张晓黎，李潇，高雅（辽宁省农业科学院，辽宁 沈阳，）（辽阳职业技术学院，辽宁 辽阳，）摘 要 为探索一种隔年东北酸菜的快速鉴别方法，该研究采用气相色谱离子迁移谱（，）技术分析比较了隔年酸菜和当年酸菜的挥发性特异气味成分。结果表明，组酸菜中共鉴定出 种挥发性风味化合物，包括酯类、酮类、醇类、酸类等。指纹图谱显示 组样品风味物质的种类和含量均存在明显差异，主要表现为在
2、当年酸菜中挥发性风味物质的种类更为丰富，包括二甲基二硫化物、乙酸乙酯、丁酸乙酯、甲基丁酸乙酯、丁酸甲酯、，丁二酮、丙酮、丁酸、乙醇等；而在隔年酸菜中上述风味物大量减少或消失，仅乙酸乙酯和乙醇的信号强度有所增加，并生成了大量的乙酸丙酯、正丙醇、丙酸乙酯、丁酮等特征风味化合物。通过风味物质的主成分分析，当年与隔年酸菜样品分别占据了 个相对独立的空间，并得到了准确区分。因此，应用 结合主成分分析的方法可实现隔年酸菜的快速鉴别。关键词 东北酸菜；挥发性风味化合物；气相色谱离子迁移谱；指纹图谱第一作者：硕士，助理研究员（通信作者，：）基金项目：辽宁省自然科学基金项目（）；辽宁省农业科学院学科建设项目（）
3、收稿日期：，改回日期：东北酸菜是我国东北地区的特色美食，是北方劳动人民智慧的结晶，它是由新鲜大白菜在低浓度盐溶液中腌渍制成的一种以乳酸菌为主导菌群的发酵制品。发酵过程既实现了大白菜原料的越冬保存，又赋予了发酵制品独特的风味，深受人们的喜爱。按传统的生产和食用习惯，东北酸菜是在当年秋季腌渍并在半年内（个月）食用完毕。然而，随着人们生活方式的改变，酸菜生产已由家庭生产转变为工业化生产，受北方低温、工艺不当以及市场价格等多种因素的影响，部分酸菜没有及时出厂而是在发酵池中继续发酵，在隔年（个月）才在市场中流通。由于酸菜的发酵过程主要依赖于大白菜原料表面附着微生物的发酵作用，在发酵后期如果不及时结束发酵
4、，会导致酸菜酸度过高，脆度降低，并伴有褐变现象的发生，特别是经过夏季高温的隔年酸菜极易污染一些腐败菌，发生软化、霉变等安全问题。风味是评价发酵食品质量的重要指标，挥发性风味物质直接决定了发酵食品整体独特的感官特性，影响着产品的商业价值和消费者的可接受程度。目前，东北酸菜研究多集中在发酵菌株的筛选与复配、不同乳酸菌发酵对酸菜风味物质形成和品质指标的影响以及发酵过程中的细菌动态及多样性等方面，尚无隔年酸菜风味差异以及鉴别的相关研究。气相色谱离子迁移谱（，）是一种将离子迁移谱仪和气相色谱仪相结合的新型检测技术。该方法利用了色谱突出的分离特性，对待测样品的挥发性组分进行预分离，使其成为单一组分，再通过
5、离子迁移进行二次分离，获得漂移时间、保留时间和信号强度的三维谱图，从而大大提高了检测的精度。与常规色谱相比，该方法灵敏度高、响应快，无需真空条件，即使痕量的挥发性风味化合物无需经过复杂的样品前处理就可以在很短的时间内完成检测，对同分异构体和极性相近的物质具有理想的鉴别能力，特别适用于醛、醇、酮、酯类和芳香族化合物等高质子亲和力和高电负性的食品风味组分的现场快速分析。近年来，它已广泛应用于食品安全和生产过程中质量控制，例如橄榄油分级、伊比利亚猪肉火腿掺假检测、咖啡品种和地理识别等。本研究中，为突出隔年酸菜样品的代表性，样品的制备采用了自然发酵、单一菌种接种发酵及复合菌种接种发酵 种发酵方式。本研
6、究以隔年酸菜和当年酸菜为研究对象，利用 技术，研究两类酸菜的挥发性成分及其差异，并通过主成分分析对它们进行可视化区分，旨在为隔年东北酸菜的快速鉴别提供理论依据和数据支持。食品与发酵工业 （）材料与方法 材料与试剂酸菜样品制备使用的新鲜大白菜原料均采购于沈阳市当地农贸市场，品种“核桃纹”，要求大小适中，无腐烂及病虫害。丁酮、戊酮、己酮、庚酮、辛酮、壬酮（均为分析纯），国药集团化学试剂有限公司。仪器与设备气相离子迁移谱联用仪，德国 公司。实验方法 酸菜样品的制备将新鲜的大白菜在阴凉处放置，去掉根部及外帮，清洗后沿着长轴方向将大白菜切成两半并均匀码放于塑料发酵罐中，白菜净重约 ，并在每一层上撒盐，加
7、盐量为白菜总质量的。腌渍 后，向发酵桶内加水，确保白菜完全浸渍在盐水，并用装满水的塑料袋压实排除空气后进行密封，将发酵桶放置在 的环境中进行发酵。待酸菜样品的发酵液 且酸度不再继续下降时视为发酵结束并进行取样，即得当年酸菜样品（，）；对比组继续发酵，在 个月后进行取样，即得隔年酸菜样品（，）。为突出样本代表性，样品制备采用了 种发酵模式：自然发酵（不添加任何菌种）、接种单一菌种发酵植物乳杆菌）、接种复合菌种发酵（植物乳杆菌）（肠膜明串球菌），菌种添加量 （菌液浓度 ），具体的样品编号信息见表。表 酸菜样品的编号信息表 序号样品编号样品名称发酵方式当年酸菜自然发酵 当年酸菜单一菌种发酵当年酸菜复
8、合菌种发酵隔年酸菜自然发酵 隔年酸菜单一菌种发酵隔年酸菜复合菌种发酵 取样每次取样均从发酵罐上、中、下 层分别取酸菜组织，混合后装入透明聚乙烯袋中，净重约 。将包装后的当年酸菜与隔年酸菜样品分别冷冻保存于 的超低温冰箱中，待同时检测分析。分析前，用组织搅拌机破碎酸菜样品，称取 装入 顶空玻璃瓶中，标记后插入自动进样器的取样槽中进行孵育，每个样品平行测定 次。顶空气相色谱离子迁移谱（，）分析方法 自动进样器条件孵育温度；孵育时间；孵育转速 。顶空采样设置为注射方法，使用 密闭加热的注射器，注射针温度 ，进样体积 ；清洗时间 。条件色谱柱：石英毛细柱（）；色谱柱温度 ；载气：（纯度 ）；载气流速程
9、序：，；，；，总运行时间 。条件漂移管长度，漂移管温度 ；漂移气体（纯度）；漂移气流速 ；工作电压；电离源：氚（）；电离模式：正离子。统计分析采用仪器配套的分析软件 （）以及定性软件 （内置 和 数据库）对特征风味化合物进行定性分析。运用 中 插件生成光谱图，运用 插件生成指纹图谱，运用 插件进行主成分分析。结果与分析 当年酸菜与隔年酸菜中挥发性风味化合物的 图谱分析样品中的挥发性组分经由顶空进入仪器后，先经色谱的毛细管柱进行预分离后以单体组分的形式进入 电离区并通过电离反应生成离子基团。在环境气压下，这些组分离子依次进入线性漂移电场与逆流中性漂流气体分子发生不同程度的碰撞，由于它们在质量、碰
10、撞截面、电荷等方面存在差异，形成了不同的离子迁移速率而得到了有效分离。图 为通过 分析软件中的 插件获得的三维谱图，其中 轴、轴和 轴分别代表离子迁移时间、保留时间和离子峰强度。由图 可知，当年酸菜和隔年酸菜样品中挥发性风味化合物的组成存在明显的差异，主要体现在离子峰的位置、数量和峰的强度上。为了更直观地观察两者间的差异，对三维图谱进行归一化处理得到二维俯视图（图），其中，纵坐分析与检测 年第 卷第 期（总第 期）标代表气相色谱的保留时间，横坐标代表离子迁移时间。蓝色背景中，横坐标 处红色垂直线为反应离子峰（，）。峰两侧的每一点代表一种挥发性化合物。白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深
11、表示浓度越大。由图 可知，当年酸菜与隔年酸菜样品中大部分信号出现在保留时间 ，漂移时间 。在当年酸菜中，个别挥发性有机物的信号出现在保留时间 ，这是由于这些组分的低极性属性使得它们在非极柱上停留时间较长。在隔年酸菜样品中，低极性组分的信号强度大量减少甚至消失，而在保留时间 有个别挥发性组分的浓度大幅增加，形成了隔年酸菜的风味特征。马艺荧等研究发现，随着发酵周期的延长，东北酸菜中的乙酸和丙酸均呈增加趋势，因此，上述大幅增加的挥发性组分可能为乙酸、丙酸或相应的酯类物质。挥发性风味化合物的 三维谱图；挥发性风味化合物的 二维俯视图图 当年酸菜与隔年酸菜样品中挥发性风味化合物的 图谱 当年酸菜与隔年酸
12、菜中挥发性风味化合物的定性分析为了进一步分析不同发酵周期酸菜中挥发性风味物质的变化，采用 软件内置的 数据库和 数据库对检测到的挥发性化合物进行定性分析，即依据每种挥发性物质在气相色谱中保留时间和离子迁移时间，以及以正酮类 作为外标物计算的保留指数，通过与数据库匹配实现对挥发性物质的定性。图 中每个数字标记的点表示一个已鉴定的挥发性风味化合物。如表 所示，在当年与隔年酸菜样品中共鉴定出 种典型的挥发性风味化合物，包括 种酯类、种酮类、种醛类、种醇类、种酸类和 种硫化物等。一些化合物由于浓度较高在 漂移管中形成了相应的二聚体（个分子共用 个电子或质子）产生了多个点或信号。所鉴定出的挥发性物质的碳
13、链长度主要集中在，其中酯类物质的种类最多，其次是酮类物质，结果见图 及表。当年酸菜与隔年酸菜中挥发性风味化合物的指纹图谱分析选取 个重复样品的 光谱中识别出的所有信息峰，通过 插件将对应的视觉图并列组合在一起生成了当年酸菜与隔年酸菜的特征风味指纹图谱。图谱中每一行表示从一个酸菜样本中选取的全部信号峰，每一列表示不同酸菜样品中同一挥发性有机物的信号峰，较亮信号表示较强的信号强度，而较暗信号表示较弱的信号强度。由图 可观察到每种酸菜样品完整的挥发性有机化合物的信息，隔年酸菜和当年酸菜各自具有不同的特征风味区域（框定区域），数字 为未定性成分。如图 和表 可知，当年酸菜与隔年酸菜样品中特征性风味存在
14、明显差异。当年酸菜的特征风味区域包括己酸乙食品与发酵工业 （）酯、丁酸乙酯、甲基丁酸乙酯、丁酸、二甲基二硫、丁酸甲酯、，丁二酮、丙酮和二甲基三硫、乙醇和乙酸乙酯；在隔年酸菜特征风味区域中，以上大部分挥发性风味物信号强度大幅下降甚至消失，仅乙醇和乙酸乙酯信号强度有所增加，除此，生成并积累了大量的丁酮、正丙醇、丙酸乙酯和乙酸丙酯。图 当年酸菜与隔年酸菜样品中挥发性风味化合物的定性分析 表 当年酸菜与隔年酸菜样品中挥发性风味化合物列表 序号化合物 编号分子式分子质量保留指数迁移时间保留时间识别方法已酸乙酯 ，已酸乙酯 ，正壬醛 ，己酸 ，庚烯醛 ，丁酸丙酯 ，丁酸丙酯 ，庚醛 ，丁酸乙酯 ，丁酸乙酯
15、 ，甲基丁酸乙酯 ，甲基丁酸乙酯 ，丁酸 ，丁酸 ，二甲基二硫 ，丁酸甲酯 ，丁酸甲酯 ，乙酸乙酯 ，丁酮 ，丁二酮 ，乙醇 ，丙酮 ，戊酮 ，甲基丁醇 ，甲基丁醇 ，二甲基三硫 ，乙酸丙酯 ，正丙醇 ，丙酸乙酯 ，注：表示 在漂管中形成的二聚体；、分别表示保留指数（）、迁移时间（）和标准偏差（）分析与检测 年第 卷第 期（总第 期）图 当年酸菜与隔年酸菜样品中挥发性有机物的 图 注：表示 在漂管中形成的二聚体 在上述挥发性风味中，酯类是发酵蔬菜中含量最高的挥发性物质，它们可以赋予发酵蔬菜宜人的果香风味。对比指纹图谱可知，在当年酸菜中含有更为多样的酯类，包括己酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸乙酯、甲基丁
16、酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯，而隔年酸菜的特征酯类仅包括乙酸丙酯、丙酸乙酯。其中，乙酸乙酯是发酵蔬菜“酸味”特征气味的最重要物质基础，对发酵蔬菜风味的形成具有重要作用。由图 可知，在所有酸菜样品中均有乙酸乙酯检出，信号强度在隔年酸菜样品中更强。此外，接种发酵有利于乙酸丙酯和丙酸乙酯在隔年酸菜中的积累，这是由于接种乳酸菌发酵能有效促进糖代谢及有机酸的产生，进而加速酯代谢和蛋白质降解，这些反应产生更多的酸和醇等代谢产物最终通过酯化结合生成酯类。酮类和醛类风味物质具有较低的气味阈值，具有较强的气味传递能力。，丁二酮、丙酮是和丁酮是酸菜中的重要酮类（图）。其中，丁二酮又称双乙酰，是一种具有良好香味的香气物质，在发酵食品中的，丁二酮主要是由乳酸菌和一些微生物如明串珠菌属、大肠杆菌和酵母通过柠檬酸途径和葡萄糖代谢途径产生。隔年酸菜中，丁二酮大量减少或消失。丁酮和丙酮具有相似的化学性质，在隔年酸菜中丁酮的信号强度更强。除此，乙醇和丁酸、正丙醇是酸菜样品中重要的风味物质，虽然他们本身阈值较高，但可以通过酯化反应形成多种酯类。乙醇信号强度随发酵周期延长而增加；丁酸与正丙醇分别是当年酸菜与隔年酸菜中的特征酸
