張欣昕，張福金，康博洋，郭志剛，黃 潔

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

內(nèi)蒙古作為我國馬鈴薯重要的生產(chǎn)基地，常年種植面積達(dá)30萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)150萬t，均排在全國前三位，內(nèi)蒙古馬鈴薯的品質(zhì)極具地域特色和風(fēng)味，深受全國消費(fèi)者喜愛。隨著馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)鏈條的延伸，對馬鈴薯的加工品質(zhì)要求越來越高。風(fēng)味品質(zhì)，作為馬鈴薯加工品質(zhì)的重要評價指標(biāo)之一，是直接決定馬鈴薯品質(zhì)好壞和產(chǎn)品價值的首要條件，也是影響消費(fèi)者購買行為的重要評判指標(biāo)[1]。

馬鈴薯熟化加工過程中，主要發(fā)生脂質(zhì)氧化和熱降解反應(yīng)，例如美拉德反應(yīng)和斯特雷克降解反應(yīng)等[2-3]。這些化學(xué)反應(yīng)主要是催化氨基酸、脂肪酸和糖類的降解，生成許多含氧和含氮的雜環(huán)化合物，如醛、醇、酮、呋喃、吡嗪等，正是這些復(fù)雜的化合物共同構(gòu)成了馬鈴薯加工后的獨(dú)特和濃郁的風(fēng)味，如甜味、麥芽香、焦糖香、炒堅果味、烤香、咖啡香等[4]。馬鈴薯風(fēng)味物質(zhì)的提取方法主要有同時蒸餾萃?。╯imultaneous distillation extraction，SDE）、溶劑直接萃?。╯olvent extraction，SE）、溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)（solvent-assisted flavor evaporation，SAFE）、超臨界二氧化碳萃取（supercritical CO2fluid extraction）和頂空固相微萃?。╤eadspacesolids-phase microextraction，HS-SPME）等[5]。其中，SDE 法是通過同時加熱樣品和有機(jī)溶劑至沸騰，從而提取揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，溶劑用量少，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)充分濃縮，對微量成分萃取效率較高，但對一些熱敏性揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響較大[6-7]。HS-SPME具有操作簡單、無溶劑使用，具有快速完成揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)采樣、萃取、富集和進(jìn)樣等特點(diǎn)，但獲得的化合物類別相對單一[8-9]。目前，對于馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究相對較少，SDE和HS-SPME兩種方法的比較研究鮮見報道，鑒于各種提取方法的原理不同，可能提取到的化合物有所不同，本研究以內(nèi)蒙古地區(qū)特有的馬鈴薯品種后旗紅為試驗(yàn)對象，采用SDE和HS-SPME兩種前處理方法，并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀開展馬鈴薯中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究，并初步探索馬鈴薯的香氣組分，為今后馬鈴薯香氣成分的研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)材料為內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右后旗格爾圖鎮(zhèn)馬鈴薯品種后旗紅，采收后于4℃貯藏并在20 d內(nèi)完成測定；試劑為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的二氯甲烷（分析純）、正己烷（分析純）和無水硫酸鈉（分析純）。

1.2 儀器與設(shè)備

6890A-5973N氣質(zhì)聯(lián)用儀（NIST08譜庫）：美國Agilent公司；手動SPME裝置（配有50/30 CAR-DVBPDMS萃取頭）：美國Supelco公司；SDE裝置（定制）：天長市金橋分析儀器廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：東京理化公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

稱取2～3個新鮮樣品，約500 g，清洗、去皮，切成3 cm3大小的立方體狀，混勻，立即測定。

1.3.2 SDE前處理方法

稱取20 g制備好的樣品于1 L圓底燒瓶中，加入沸石、400 mL蒸餾水，連接SDE裝置，電熱套加熱至微沸；另將裝有30 mL二氯甲烷的圓底燒瓶，連接水浴，45℃加熱，SDE裝置接入冷凝水，待兩側(cè)溶液出現(xiàn)回流現(xiàn)象時，開始計時，回流萃取1.5 h。萃取結(jié)束后，等待裝置完全冷卻，將二氯甲烷萃取液放入裝有10 g無水硫酸鈉的具塞試管中脫水干燥，然后轉(zhuǎn)移至KD濃縮管，置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上40℃濃縮至1 mL后，移入上機(jī)小瓶中密封，進(jìn)行GC-MS分析。在相同條件下重復(fù)3次。

1.3.3 HS-SPME前處理方法

稱取5 g制備好的樣品于100 mL頂空瓶，再加入20 mL蒸餾水，于100℃水浴中加熱30 min，冷卻待測。萃取纖維頭于氣相色譜的進(jìn)樣口老化，老化溫度為250℃，時間5 min，老化后插入裝有樣品的頂空瓶中吸附40 min，萃取后的纖維頭在GC-MS上解吸附5 min，進(jìn)行GC-MS分析。在相同條件下重復(fù)3次。

1.3.4 GC-MS儀器條件

SDE方法色譜條件：色譜柱為HP-5 ms（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm）毛細(xì)管柱，進(jìn)樣量為 1 μL，分流流量為10 mL/min，分流比為20∶1，溶劑延遲 3 min。進(jìn)樣口溫度為280℃。初始溫度60℃保持2 min，隨后以 5℃/min升溫至 300℃，保持6 min。

HS-SPME方法色譜條件：色譜柱同SDE方法，不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度為250℃，初始溫度60℃保持2 min，隨后以5℃/min升溫至280℃，保持8 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI），電子能量70 eV。傳輸線溫度：250℃，離子源溫度 230℃，四極桿溫度150℃。掃描范圍50～600 m/z。

1.4 數(shù)據(jù)處理

定性分析：通過原始數(shù)據(jù)與NIST譜庫匹配進(jìn)行定性，每個峰使用軟件自動進(jìn)行背景校正，選擇匹配度大于80%作為物質(zhì)鑒定依據(jù)。

定量分析：采用峰面積歸一化法定量，計算各揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)峰面積與總面積之比，確定各物質(zhì)的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 SDE法鑒定的馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

用SDE法對馬鈴薯樣品進(jìn)行前處理，利用GC-MS進(jìn)行分析，定性和定量結(jié)果見表1。通過GC-MS定性，SDE法檢測出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有24種，主要是醛類、醇類、酮類、烷烴類、酯類、酸類和雜環(huán)化合物。其中，醛類、醇類和雜環(huán)化合物鑒定物質(zhì)較多，相對含量分別占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的44.27%、23.79%和18.35%；其次是酮類、烷烴類和酯類物質(zhì)，相對含量分別占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的1.00%以上；酸類物質(zhì)相對含量最低，為0.83%。相對含量最高的物質(zhì)是苯乙醛，相對含量為11.40%；其次是3-己醇、3-甲硫基丙醛 、5-甲基呋喃醛、2-乙基-3-甲基吡嗪、2-乙基-3，6-二甲基吡嗪、壬醛、L-薄荷醇、2，4-癸二烯醛，相對含量超過5.00%。由此可見，SDE法中醛類、醇類和雜環(huán)化合物是構(gòu)成熟化馬鈴薯中揮發(fā)性氣味的主要物質(zhì)。

表1 SDE法提取馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析結(jié)果Table 1 Analysis results of potato volatile flavor compounds extracted by SDE

2.2 HS-SPME法鑒定的馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

HS-SPME法檢測出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有29種（表2），主要是醛類、醇類、酮類、雜環(huán)化合物和其他物質(zhì)。其中醛類物質(zhì)鑒定種類最多，占鑒定物質(zhì)種類總數(shù)的41.40%，相對含量占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的73.57%；醇類物質(zhì)和雜環(huán)化合物相對含量接近，占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的12.05%和11.40%。相對含量最高的物質(zhì)是3-甲硫基丙醛，達(dá)18.20%；其次是庚醛、苯乙醛、5-甲基呋喃醛、壬醛和戊醛，相對含量分別為12.20%、9.96%、8.60%、6.60%和5.90%。由此可見，HS-SPME法中醛類物質(zhì)是構(gòu)成熟化后馬鈴薯中揮發(fā)性氣味的主要成分。

表2 HS-SPME法提取馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析結(jié)果Table 2 Analysis results of potato volatile flavor compounds extracted by HS-SPME

2.3 SDE和HS-SPME兩種方法提取的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的比較

采用兩種前處理方法從蒸馬鈴薯中提取并鑒定出53種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，兩種方法共同鑒定出的物質(zhì)有10種，分別為3-甲硫基丙醛、3-己醇、糠醇、甲基環(huán)戊烯醇酮、5-甲基呋喃醛、苯乙醛、庚醛、壬醛、2，4-癸二烯醛、1-［4-（2-羥基丙-2-基）苯基］乙醇，主要以醛類為主；從相對含量上看，3-甲硫基丙醛、5-甲基呋喃醛、苯乙醛、壬醛的相對含量都在5.00%以上。研究表明，3-甲硫基丙醛主要來源于Strecker降解反應(yīng)[10]；苯乙醛、壬醛等主要來源于脂質(zhì)的降解反應(yīng)，例如壬醛是油酸的降解產(chǎn)物。這些化合物均具有特殊香味，如3-甲硫基丙醛有醬香、紅燒肉香味，苯乙醛有杏仁香，壬醛有玫瑰、柑橘香味等[11]，這些物質(zhì)共同作用產(chǎn)生特有的馬鈴薯香氣。

兩種前處理方法鑒定的物質(zhì)見表3，SDE法鑒定的化合物類別為7類，鑒定化合物類別較豐富醛類、醇類和雜環(huán)化合物鑒定物質(zhì)占比較多，相對含量分別占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的44.27%、23.79%和18.34%。其次是酮類、烷烴類和酯類物質(zhì)，相對含量為1.00%以上，酸類物質(zhì)相對含量最低，為0.83%，而HS-SPME法鑒定的化合物類別為5類，烷烴類、酯類和酸類均未檢出，且有其他類別物質(zhì)被鑒定到。相同類別的物質(zhì)在數(shù)量和相對含量上也有所不同，HS-SPME法中醛類物質(zhì)相對含量占總揮發(fā)物的73.57%，遠(yuǎn)大于SDE法；HS-SPME法中雜環(huán)化合物數(shù)量比SDE法多，但相對含量低于SDE法；而HS-SPME法中醇類比SDE法豐富，但相對含量不及SDE法。

表3 SDE法和HS-SPME法提取馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的比較Table 3 Comparison of potato volatile compounds extracted by SDE and HS-SPME

從兩種前處理方法鑒定的差異物質(zhì)的含量上看，SDE法中鑒定到相對含量較高的化合物，在HS-SPME法中未檢出，如在SDE法鑒定到的2-乙基-3-甲基吡嗪和2-乙基-3，6-二甲基吡嗪的相對含量分別為7.22%和6.91%，而在HS-SPME法中未檢出。這可能由于吡嗪類物質(zhì)的產(chǎn)生與溫度變化關(guān)系較大，隨著處理溫度升高，相關(guān)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行更徹底，香氣組分含量也會發(fā)生較大變化，但溫度過高，樣品可能產(chǎn)生焦糊味[12]。而在HS-SPME法鑒定到的戊醛、己醛、2-乙基呋喃等物質(zhì)，在SDE法中未檢出，其原因可能與這些物質(zhì)沸點(diǎn)較低有關(guān)[13]。

3 討論

SDE法和HS-SPME法萃取的揮發(fā)性成分在數(shù)量上較接近，但獲得的揮發(fā)性化合物不盡相同。本研究發(fā)現(xiàn)，SDE法鑒定的化合物類別為7類，而HS-SPME法鑒定的化合物類別為5類，烴類、酯類和酸類在HS-SPME中均未鑒定到。這說明SDE法適合提取中、高沸點(diǎn)的揮發(fā)性化合物，而HS-SPME法適用于提取低沸點(diǎn)的揮發(fā)性化合物。朱曉鳳等[14]利用SDE和HS-SPME結(jié)合GC-MS分析了霍山黃大茶香氣成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SDE法得到的醇類相對含量高于HS-SPME法，而HS-SPME法鑒定的多為中、低沸點(diǎn)且分子質(zhì)量較小的呋喃雜環(huán)類、脂肪醛等，如2-乙基呋喃、戊醛、己醛等，與本研究結(jié)果一致。付欽寶等[15]研究發(fā)現(xiàn)，由于SDE法樣品前處理中經(jīng)過長時間高溫，熱不穩(wěn)定化合物相對含量較少，但對于在高溫下產(chǎn)生的2-乙基-3-甲基吡嗪等吡嗪類物質(zhì)提取效率較高，這與本研究結(jié)果一致。曾著莉等[16]利用HS-SPME-GC-MS分析了蒸熟的馬鈴薯泥，鑒定獲得31種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要以醛類物質(zhì)為主，也與本研究結(jié)果相近。SDE法和HS-SPME法在相同物質(zhì)上的提取效率也有所差異，魏育坤等[17]比較了SDE法和HS-SPME法對大黃魚揮發(fā)性化合物的提取，研究發(fā)現(xiàn)，HS-SPME法提取到的低沸點(diǎn)的揮發(fā)性化合物壬醛，含量達(dá)1 376.84 ng/g，但經(jīng)SDE法提取到的壬醛含量較低（89.74 ng/g）。本研究中，SDE法鑒定到的3-甲硫基丙醛相對含量為8.46%，而HS-SPME法相對含量為18.20%，與魏育坤等研究結(jié)論相似。余麗等[18]利用SDE法和SPME法分析了苦蕎的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，SDE法鑒定出的酯類、酸類化合物種類和相對含量高于SPME法，如SDE法鑒定出鄰苯二甲酸二異丁酯相對含量為45.80%，而HS-SPME法鑒定出的該物質(zhì)含量只有2.42%，也與本研究結(jié)果相似。

熟化馬鈴薯的香氣主要是加工過程中發(fā)生一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)而產(chǎn)生的，REDDIVARI等[19]研究認(rèn)為，熟化馬鈴薯的風(fēng)味變化取決于脂質(zhì)氧化物以及其化合物反應(yīng)，如氨基酸脫氨、脫羧生成相應(yīng)醛的斯特雷克降解反應(yīng)等。王榛等[20]和ORUNA-CONCHA等[21]的研究也發(fā)現(xiàn)，熟化馬鈴薯的揮發(fā)性化合物中，脂類降解產(chǎn)物約占22%～69%，糖降解和美拉德反應(yīng)產(chǎn)物約占28%～77%，但每種反應(yīng)對揮發(fā)性成分的具體貢獻(xiàn)因馬鈴薯品種而異。MORRIS等[22]研究還發(fā)現(xiàn)，熟化馬鈴薯時，塊莖組織被逐步加熱，促進(jìn)脂氧合酶的脂質(zhì)氧化反應(yīng)，故其脂質(zhì)衍生的風(fēng)味包含熱降解和酶氧化產(chǎn)物，例如2，4-癸二烯醛、庚醛、壬醛、苯乙醛等，對熟化馬鈴薯香氣成分有重要作用，本研究中也發(fā)現(xiàn)壬醛和苯乙醛在SDE法和HS-SPME法中提取的相對含量均比較高，可能是關(guān)鍵香氣成分。GUMBMANN等[23]研究認(rèn)為，熟化馬鈴薯的特征揮發(fā)性風(fēng)味是由甲硫醇和甲硫基丙醛通過甲硫氨酸降解形成的，在適度的稀釋濃度下有馬鈴薯的香氣，3-甲硫基丙醛通常被認(rèn)為是馬鈴薯的特征風(fēng)味物質(zhì)，本研究中HS-SPME法提取鑒定到的3-甲硫基丙醛相對含量最高，對樣品的香氣貢獻(xiàn)最大。楊妍等[24]研究認(rèn)為，芳香族和呋喃類化合物可能是由馬鈴薯細(xì)胞中還原糖降解產(chǎn)生的，芳香族化合物含量較少，但有些是形成雜環(huán)化合物的重要中間體，對馬鈴薯香氣形成起到了不可忽視的作用。3-呋喃甲醛是還原糖與胺之間的相互作用產(chǎn)生的，2-戊基呋喃是美拉德反應(yīng)的重要產(chǎn)物之一。李凱峰等[25]的研究得出3-呋喃甲醛和2-戊基呋喃在HS-SPME法提取下均檢出，與本研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

以SDE法和HS-SPME法兩種萃取方式結(jié)合GC－MS對熟化馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析，兩種方法共鑒定出53種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中，SDE法鑒定出24種，HS-SPME鑒定出29種，兩種方法在提取物質(zhì)和提取效率上具有差異，HS-SPME法鑒定到的化合物數(shù)量較多，特征香氣成分的提取效率更高。兩種方法共同鑒定物質(zhì)以醛類為主，被認(rèn)為是熟化馬鈴薯的主體風(fēng)味成分，其中，3-甲硫基丙醛、5-甲基呋喃醛、苯乙醛和壬醛相對含量較高，初步認(rèn)為是馬鈴薯的關(guān)鍵香氣成分。