吕瑜峰，吴子健，*，胡志和，蔡跃华，张斌

（1.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134；2.天津市食品研究所有限公司，天津301609）

紫薯酸奶中挥发性物质分析

吕瑜峰1，吴子健1，*，胡志和1，蔡跃华2，张斌2

（1.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134；2.天津市食品研究所有限公司，天津301609）

利用电子鼻技术和固相微萃取结合气相色谱-质谱检测技术法检测对比分析紫薯酸奶与普通酸奶的挥发性物质。研究表明：利用电子鼻检测并进行主成分分析可以有效地区分紫薯酸奶和普通酸奶；经气相色谱-质谱检测，紫薯酸奶和普通酸奶各有17种和15种物质，酸类物质均为两种酸奶的主要挥发性香气物质，区别不大，而醛类、酮类、醇类和酚类物质具有较为显著的差异。

紫薯酸奶；电子鼻技术；固相微萃取；气相色谱-质谱

紫薯（Solanum tuberdsm）又叫黑薯，薯肉呈紫或深紫色，除具有普通干薯的营养成分外，还富含硒元素和花青素、糖蛋白、脂多糖、脱氢表雄酮以及矿物质、维生素、膳食纤维等多种营养成分，具有软化血管、降低血脂、抗氧化、抗肿瘤、预防心血管疾病、糖尿病、提高机体免疫力等保健功能［1］。

随着人们的生活质量和健康意识不断提高，现有的产品形式已不能满足消费者的需求，酸奶作为一种新兴健康饮品，自身有多种保健功能；在酸奶发酵添加紫薯能促进肠道蠕动，提高机体免疫力，其特有的花青素也起到美容养颜延缓衰老的效果［2］。紫薯酸奶不但是集减肥瘦身，营养保健，促进排泄于一体的保健酸奶，而且口感绵长细滑，并有薯类的特有香气。更深入的探讨特有的香气物质是开发研究此类酸奶产品的关键之一。

1材料与方法

1.1 材料与试剂

市售“黑美人”紫薯：天津韩家墅海吉星农产品批发市场；直投式发酵剂：汉森YFL-822；脱脂乳粉：新西兰恒天然公司。

紫薯护色液：每升纯净水中含有1.600 g柠檬酸、0.3 gVC。

其它试剂均为国产分析纯

1.2 仪器与设备

FDU-810型EYELA冷冻干燥机：日本东京理化公司；3-18K低温高速离心机：德国Sigma公司；AUW120D型电子天平：日本SHIMADZU公司；FiveEasy PlusTMpH计：瑞士METTLER TOLEDO公司；78-1型磁力加热搅拌器：杭州仪表电机厂；XW-80A微型漩涡混合仪：上海沪西分析仪器厂有限公司；PEN-3型电子鼻：德国AIRSENSE公司；Varian 4000气相色谱-质谱联用仪：美国Varian公司；固相微萃取装置包括手柄和50/30μm DVB/Carboxen/PDMS型萃取头：美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯浸提物的制备工艺

紫薯浸提物的提取工艺按照胡志和、刘军伟等的方法［3-4］，具体过程如下：

市售黑美人紫薯洗净，切成约1.0 cm3小块→置于护色液（比例为250 g鲜紫薯块/1 L护色液内浸泡10 min→打浆40 s→室温下4层纱布过滤→取滤液室温下静置4 h→弃沉淀取上清液→上清液冷冻干燥→紫薯水浸提物

1.3.2 紫薯酸奶制备工艺

紫薯酸奶制备工艺按照胡志和等方法［5-6］，具体过程如下：

配料（奶粉120.0 g/L、白砂糖60.0 g/L、紫薯浸提物40.0 g/L）→混匀→均质→巴氏灭菌（60℃～65℃，30 min）→冷却至42℃→接种（0.4 g直投式发酵剂/L）→42℃下发酵6 h→4℃下后熟16 h。

普通酸奶的制备过程中未添加40.0 g/L紫薯浸提物。

1.3.3 紫薯酸奶和普通酸奶的电子鼻检测［5］

取3.5 g酸乳样本放入PEN3型电子鼻样品瓶中，于40℃下水浴10 min，测量时间为80 s，清洗时间为200s。用电子鼻将样本气味录入，每个样本作5个平行。

电子鼻试验的数据处理方法为主成分分析法（principal component analysis，PCA），即提取的传感器多指标信息进行数据转换及降维，并对降维后的特征向量进行线性归类，最后在PCA分析散点图上显示主要的两维散点图。

1.3.4 气-质法检测酸奶的挥发性物质［6］

固相微萃取条件：先将固相微萃取头置于气相色谱进样口处250℃下老化30 min。同时取5.00 g酸奶放入15 mL顶空瓶，将装有酸奶的顶空瓶于40℃下水浴30 min，然后将老化好的萃取头伸入顶空瓶中吸附酸奶挥发出的风味物质30min，再将吸附好的萃取头置于气相色谱仪的进样口出，并于250℃下解析15min。

气相色谱条件：色谱柱型号：VF-5 ms（30 m× 0.25 mm×0.25 μm），载气为He，流速为1 mL/min，进样口温度和柱箱升温程序为：进样口温度250℃，分流比为5∶1，初始温度为40℃，保持3 min，然后以4℃/min升至150℃，保持1 min，然后以8℃/min升至250℃，保持6 min。

质谱条件：离子阱和传输线温度分别为220℃和280℃，全扫描方式扫描，扫描范围为43 m/z～500 m/z。每个峰的质谱图通过NIST05谱库进行自动检索，相似度大于75%，认为是可识别物质。

2结果与分析

2.1 紫薯酸奶与普通酸奶电子鼻检测对比结果电子鼻检测的PCA分析如图1所示。

图1 紫薯酸奶与普通酸奶的主成分分析结果Fig.1Principal component analysis results of purple potato yogurt and regular yogurt

PCA分析结果表明无论是经6 h发酵，还是后熟16 h、4℃下贮藏3、5、7 d，紫薯酸奶和普通酸奶都能被电子鼻很好地区分，2种酸奶样品分析数据点分布于各自区域，没有重叠，说明利用电子鼻检测并进行PCA分析数据模型能够有效地应用于紫薯酸奶和普通酸奶的区分，表明当添加紫薯浸提物添加到酸奶发酵原料中，制备得到的紫薯酸奶可能具有与普通酸奶不同的香气成分，需要进一步利用GC-MS分析。

2.2 GC-MS总离子流色谱图

通过SPME收集并富集普通酸奶和添加了紫薯浸提物酸奶的风味物质，然后利用GC-MS进行分离鉴定。试验中普通酸奶和添加了紫薯浸提物酸奶均分别重复3次平行取样，所得平行样间的总离子流色谱图基本相同，其中1个普通酸奶和1个添加了紫薯浸提物酸奶的总离子流色谱图分别如图2a和图2b所示。

2.3 GC-MS检测酸奶样品挥发性成分

GC-MS检测酸奶样品挥发性成分及其含量的结果见表1。

图2 酸奶样品挥发性物质的GC-MS总离子流图Fig.2GC-MS total ion chromatogram of yogurt sample volatile substances

表1 酸奶中挥发性香气物质的GC-MS及其含量Table 1Relative content of volatile compounds in yogurt

由表1的结果可知两类酸奶挥发性风味成分主要包括酸类、酮类、醇类、醛类、酯类、酚类等，其中普通酸奶检测到的风味物质有15种，而紫薯酸奶有17种。其中有三种醇类物质（1-戊烯-3-醇、4-甲基-1-戊醇、2-苯基乙醇）、一种酮类物质（3-甲基-2-丁烯醛）以及一种酚类物质（对甲氧酚）是紫薯酸奶具有的，而普通酸奶未检出；也有两种酮类物质（2-甲基四氢噻吩-3-酮、2-壬酮）和一种醇类物质（3，7，11-三甲基-1，6，10-十二烷三烯-3-醇）在普通酸奶中检出，但是在紫薯酸奶中未检出；从表1中还可以看出在挥发性物质中酸类物质总量和酯类物质两者差异不大，其中庚酸变化稍大，减低了35.57%；其它类物质（包括醛类物质、酮类物质、醇类物质和酚类物质）变化较大，醛类物质中的2-甲基丁醛、苯甲醛、3-甲基-2-丁烯醛，酮类物质中的1-庚烯-3-酮、2-甲基四氢噻吩-3-酮和2-壬酮，醇类物质中的反-2-十三碳烯-1-醇、3-甲基-2-丁烯醇、1-戊烯-3-醇、4-甲基-1-戊醇、2-苯基乙醇和3，7，11-三甲基-1，6，10-十二烷三烯-3-醇，酚类物质中的4-甲基-2，6-二叔丁基苯酚和对甲氧酚，这些物质的变化率均超过了50%。研究结果可推测出，正是这些物质的变化，导致了按照电子鼻检测法可以比较有效地区别出紫薯酸奶和普通酸奶。

3结论

电子鼻检测并进行主成分分析可以有效地区分紫薯酸奶和普通酸奶，GC-MS检测酸奶样品挥发性风味物质结果表明紫薯酸奶和普通酸奶中酸类物质总量和酯类物质差异不大，但醛类物质、酮类物质、醇类物质和酚类物质具有较为显著的差异，是电子鼻检测后利用主成分分析法区分2种酸奶的主要因素。

［1］洪镭，刘亚鸥.紫薯研究综述［J］.吉林农业，2010，24（6）：140

［2］张明晶.紫心甘薯的研究进展与综合开发利用［J］.中国食物与营养，2006（4）：19-21

［3］胡志和，张然嬉，冯永强，等.提取紫薯淀粉的副产物对SHR血压的影响［J］.食品科学，2010，31（21）：361-364

［4］刘军伟，胡志和，张祎豪，等.紫薯水溶性提取物以及紫薯酸奶对SHR血压的影响［J］.食品工业科技，2013，34（8）：353-357

［5］郭奇慧，白雪，胡新宇，等.应用电子鼻区分不同货架期的酸奶［J］.食品研究与开发，2008，29（10）：109-110

［6］薛璐，张琦，胡志和.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定内蒙酥油风味物质［J］.食品工业科技，2013，34（8）：61-6

Evaluation of Volatile Compounds in Purple Potato Yogurt

LÜ Yu-feng1，WU Zi-jian1，*，HU Zhi-he1，CAI Yue-hua2，ZHANG Bin2
（1.College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Tianjin 300134，China；2.Tianjin Food Research Institute Co.，Ltd.，Tianjin 301609，China）

The electronic nose technology and solid phase micro-extraction combined with gas chromatography -mass spectrometry technique were used to analysis volatile compounds from purple potato yogurt and regular yogurt and compare the results.Results showed that：electronic nose and latter principal component analysis could be utilized to effectively distinguish purple potato yogurt from regular yogurt；gas chromatography-mass spectrometry were used，and there were 17 kinds and 15 kinds of volatile compound in purple potato yogurt and regular yogurt respectively，acids were main volatile aromatic substance in both of them，and there was little difference，however，there were significant difference in aldehydes，ketones，alcohols and Phenols.

purple potato yogurt；electronic nose；solid phase micro-extraction；gas chromatography-mass spectrometry

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.09.028

2015-04-17

天津市科技计划项目（14ZCZDTG00023）；天津市科技支撑计划项目（14ZCZDNC03100）

吕瑜峰（1980—），女（汉），中级实验师，硕士，研究方向：蛋白质的分离提取与纯化技术。

*通信作者：吴子健（1973—），男（汉），副教授，硕士，研究方向：食品生物技术。