不同品种莲藕水煮风味物质比较

韩丽娟，黄楚雄，李 洁，严守雷，刘义满

（1.华中农业大学园艺林学学院，湖北 武汉 430070；2.华中农业大学食品科学技术学院，湖北省水生蔬菜保鲜加工工程技术研究中心，湖北 武汉 430070；3.武汉市农业科学院林业果树研究所，湖北 武汉 430070）

莲藕（Nelumbo nuciferaGaertn.）是一种多年生宿根水生草本植物[1]，原产于中国和印度，俗称藕、莲菜等。莲藕肥嫩根状茎可供食用，是我国重要水生蔬菜，在中国已栽培3 000多年，分布广泛，以长江流域为主[2]。莲藕不仅富含淀粉、蛋白质、碳水化合物、脂肪等，而且含有矿物质、生物碱、酚类等活性物质[3]。莲藕的加工品种类繁多，其中有东南亚地区的莲藕发酵糖浆、国内的莲藕复合饮料、即食藕片、盐渍藕、脱水藕、莲藕罐头、速冻藕等[4-6]。当前有关莲藕产品风味的研究主要集中在卤藕[7]、油炸藕夹[8]、莲藕泡菜[9]、牛骨藕汤和排骨藕汤[10]等加工食品上，但是关注莲藕本身风味的报道较少。尤其是排骨莲藕汤，以独特而鲜美的味道深受湖北、广东等南方消费者的喜爱。莲藕作为主要食材，风味是其重要品质指标，因此选择一种香气浓郁、符合大众口味的莲藕尤其重要。

随着风味分析技术的发展，当前测定挥发性风味物质提取常用的方法包括蒸馏萃取法[11]、溶剂萃取法[12]、顶空扫集法[13]、顶空固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）等[14]。SPME作为一种新的萃取技术，能够减少风味物质的散失，集采样、萃取、浓缩、进样一体，保证了食品风味的完整性，现在已经广泛应用于食品风味物质的定性定量分析中。电子鼻能够给出样品风味成分整体信息。将电子鼻和气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）共同检测，对所得数据进行融合分析，对检测风味物质更具有可靠性和合理性。采用SPME技术检测样品中风味物质的种类和含量，使用电子鼻技术代表样品的整体性，已用于虾膏、大米、鱼等食品风味分析中[15-16]。

虽然仪器分析具有客观性和准确性等诸多优点，但是不能全面评价食材的品质。因此需要借助感官评价。感官评价是一种借助人的感官器官检测分析产品相关性的科学，通过视觉、嗅觉等反映测定分析解释产品的一种科学方法[17]。如基于顶空SPME结合感官评价能够有效综合评价食材，如菜籽油的风味[18]。

本研究以4 个莲藕品种为材料，水煮30 min，通过SPME提取GC-MS定性定量分析，电子鼻技术进行主成分分析，对莲藕整体风味进行比较，结合感官评价，为建立水煮莲藕风味分析及其筛选风味莲藕提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

湖北省洪湖藕（‘Honghu Lotus Root’，野生莲藕，购于洪湖农贸市场）、沔城藕（‘Miancheng Lotus Root’，传统地方品种，购于仙桃市南桥村农户）、毛节藕（‘Maojie Lotus Root’，传统地方品种，购于武汉市华中农业大学菜市场）、鄂莲五号（‘Hubei Lotus Root No. 5’，选育品种，来自武汉市农业科学院）共4 个品种，采收日期2019年4月，选取大小均一莲藕的中间部位。

无水乙醇、氯化钠、环乙酮（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TSQ8000Evo型GC-MS联用仪 美国Thermo公司；手动SPME进样装置、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；FOX4000型电子鼻 法国Alpha M.O.S公司；BSA124S分析天平 德国赛多利斯集团；DZ-500K倾斜式真空包装机 上海申越包装机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 SPME-GC-MS测定

参考唐翠娥等[19]的方法，略作修改。将40 g莲藕切成碎丁，装入100 mL顶空瓶中，蒸馏水定容100 mL加盖封口，放入电磁炉上沸水煮制30 min，冷却。均质，放入5 g氯化钠，再放入50 μL环己酮内标物（质量浓度0.01 mol/L），在50 ℃水浴锅中平衡20 min，将SPME萃取头插入顶空瓶，伸出萃取头中的纤维萃取40 min，缩回纤维、拔针，最后将萃取头插入GC进样口，伸出纤维，解吸5 min。

GC条件：HP-5石英毛细管柱（30 m×320 μm，0.25 μm）；程序升温：起始温度40 ℃，以5 ℃/min升至230 ℃，保持3 min；进样口温度250 ℃；氦气（He），流速1 mL/min；进样方式：不分流。

MS条件：离子源温度280 ℃，电子能量70 eV，质量扫描范围m/z45～550。

定性：由Xcalibur软件系统完成，用MS Library of Wiley 7.0和NIST Chemistry WebBook谱库相匹配，取正反匹配度均大于800的化合物[20]。

定量：采用内标法计算各挥发性物质的绝对含量。

1.3.2 电子鼻样品的检测

将莲藕水煮30 min后，打浆，取1 g置于10 mL的顶空进样瓶中，参考李黎[7]的方法，使用FOX4000型电子鼻对莲藕中风味物质进行测定。电子鼻系统共有18 个传感器分别为LY2/LG、LY2/G、LY0/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/Gct、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2。

具体测定条件如下：顶空注射参数：注射体积2 500 μL，注射速率2 500 μL/s；获取参数：获取时间120 s，获取周期1 s，延滞时间300 s；载气参数：以干燥空气为载气，流速150 mL/min；样品不加热。每个样品重复测定4 次。

电子鼻的数据分析采用FOX4000型电子鼻配套的软件Alpha SOFT 12.4进行统计学分析。

1.3.3 莲藕的感官评价

参考葛孟甜等[21]的方法，略作修改。莲藕感官评价由专业6 人组成小组，品尝前不能吃气味较大食物。切换样品时需要漱口。评分采取100 分，对不同品种莲藕进行感官评价，进行总体打分，评价标准见表1。

表1 不同品种莲藕感官评价得分Table 1 Sensory evaluation scores of lotus roots from different varieties

1.4 数据处理

使用SPSS 23软件进行数据方差分析；使用Origin 8.0、Microsoft Office Excel 2016进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 基于SPME-GC-MS技术对不同品种莲藕挥发性成分分析

2.1.1 不同品种莲藕挥发性风味物质测定

通过SPME-GC-MS技术进行检测，根据GC-MS分析与谱图检索，4 个莲藕品种挥发性风味物质及相对含量见表2。

4 种莲藕共鉴定出38 种挥发性风味物质，其中醛类、醇类、酸类、呋喃类对莲藕风味具有突出贡献，其中醛类物质突出，除此之外，还有烷烃类、酮类、芳香烃类、硫类、醚类、烯烃类、酯类、其他都是莲藕挥发性风味物质的重要组成。其中洪湖藕23 种，沔城藕17 种，鄂莲五号17 种，毛节藕20 种。4 种样品中有8 种物质共同检出，分别为二甲基硫、正己醛、正辛醛、壬醛、十一醛、3,5-二甲基辛烷、癸醛、2,6-二叔丁基对甲酚。看出不同品种挥发性物质的种类和含量不同可能造成风味差异，不同类型的挥发性成分呈现不同味觉体验。

根据表2可知，洪湖藕所含的风味物质种类最多、含量最高，共鉴定出23 种风味物质，得到风味物质含量为7.47 μg/kg，其中醛类6 种相对含量为34.40%，烷烃类4 种相对含量为6.02%，醇类1 种相对含量为15.66%，酮类2 种相对含量为2.81%，芳香烃1 种相对含量为0.54%，硫类1 种相对含量为1.74%，醚类1 种相对含量为0.40%，呋喃类1 种相对含量为5.89%，酸类2 种相对含量为16.87%，烯烃类1 种相对含量为0.40%，酯类1 种相对含量为5.09%，其他2 种相对含量为10.17%。

沔城藕共鉴定出17 种风味物质，得到风味物质2.47 μg/kg，其中醛类6 种相对含量为63.56%，烷烃类6 种相对含量为14.22%，醇类1 种相对含量为8.00%，酮类1 种相对含量为0.89%，硫类1 种相对含量为7.56%，其他2 种相对含量为5.78%。

鄂莲五号共鉴定出17 种风味物质，得到风味物质4.42 μg/kg，其中醛类6 种相对含量为69.30%，烷烃类2 种相对含量为11.06%，醇类1 种相对含量为0.90%，芳香烃类3 种相对含量为1.81%，硫类1 种相对含量为0.45%，醚类1 种相对含量为0.68%，呋喃类1 种相对含量为10.16%，烯烃类1 种相对含量为1.58%，其他1 种相对含量为4.06%。

表2 不同品种莲藕挥发性物质种类及相对含量Table 2 Composition of volatile substances of lotus roots from different varieties

毛节藕共鉴定出20 种风味物质，得到风味物质5.02 μg/kg，其中醛类6 种相对含量为41.07%，烷烃类4 种相对含量为3.77%，醇类1 种相对含量为0.20%，酮类1 种相对含量为1.39%，芳香烃类2 种相对含量为1.19%，硫类1 种相对含量为3.37%，醚类2 种相对含量为1.19%，呋喃类1 种相对含量为5.95%，其他2 种相对含量为41.87%。

2.1.2 不同品种莲藕挥发性风味物质比较

表3 不同品种莲藕挥发性物质SPM-GC-MS分析Table 3 SPM-GC-MS analysis results of volatile components of lotus roots from different varieties

表3 不同品种莲藕挥发性物质SPM-GC-MS分析Table 3 SPM-GC-MS analysis results of volatile components of lotus roots from different varieties

注：ND.未检出。

时间/min 挥发性物质 绝对含量/（μg/kg）洪湖藕 沔城藕 鄂莲五号 毛节藕保留1.72 2-硝基乙醇 2-nitro-ethanol ND ND ND 0.01 1.94 二甲基硫 dimethyl sulfide 0.13 0.17 0.02 0.17 3.03 正丁醇 1-butanol ND ND 0.04 ND 5.85 正己醛 hexanal 0.11 0.10 0.18 0.12 7.84 对二甲苯 p-xylene 0.04 ND 0.05 0.02 8.26 正丁醚 n-butyl ether 0.03 ND ND ND 11.71 2-正戊基呋喃 2-pentyl-furan 0.44 ND 0.45 0.30 12.13 正辛醛 octanal 0.34 0.20 0.51 0.36 12.63 对甲苯甲醚 1-methoxy-4-methyl-benzene ND ND 0.03 0.05 12.79 邻-异丙基苯 o-cymene ND ND 0.01 0.04 12.89 甲氧基辛烷 1-methoxy-octane ND ND 0.48 0.16 12.93 2-乙基己醇 2-ethyl-1-hexanol 1.17 0.18 ND ND 13.29 2-乙基-甲酯己酸 2-ethyl-methyl hexanoic acid 0.11 ND ND ND 13.79 2,4,6-三甲基癸烷 2,4,6-trimethyl-hecane ND 0.06 ND ND 14.73 1-(1-环己烯-1-基)-1-丙酮 1-(1-cyclohexen-1-yl)-1-propanone 0.11 ND ND ND 14.74 3,3,5-三甲基环己烯 3,3,5-trimethyl-cyclohexene ND ND 0.07 ND 15.30 壬醛 nonanal 1.17 0.80 1.64 1.08 15.39 2,3-二氢-2,2,6-三甲基苯甲醛 0.14 ND ND ND 1,3-cyclohexadiene-1-carboxaldehyde, 2,6,6-trimethyl 16.79 2,3-二甲基癸烷 2,3-dimethyldecane 0.37 ND ND ND 16.96 反式-2-壬醛 (E)-2-nonenal ND 0.01 ND 0.01 17.27 十一醛 dodecanal 0.31 0.07 0.19 0.12 17.35 2-甲基-2-丙基甲酯己酸 1.15 ND ND ND 2-methyl-2-propyl-methyl esterhexanoic acid 17.55 2,2-二甲基-3-氧代丁酸甲酯 0.38 ND ND ND 2,2-dimethyl-3-oxo-methyl ester butanoic acid 17.69 1-亚甲基-1H-茚 1-methylene-1h-indene ND 0.01 ND 0.02 17.68 萘 naphthalene ND ND 0.02 ND 18.18 3,5-二甲基辛烷 3,5-dimethyl-octane 0.01 0.10 0.01 0.01 18.32 癸醛 decanal 0.50 0.25 0.54 0.38 20.29 3,3-二甲基庚烷 3,3-dimethyl-hexane ND 0.04 ND ND 20.30 2,6,11-三甲基十二烷 2,6,11-trimethyl-dodecane ND ND ND 0.01 20.57 草蒿脑 estragole ND ND ND 0.01 21.00 正十三烷 tridecane 0.06 0.04 ND ND 21.57 2,6,10-三甲基十二烷 2,6,10-trimethyl-dodecane 0.01 0.02 ND ND 23.46 (Z)-3-十二碳烯 (Z)-3-dodecene 0.03 ND ND ND 23.63 1-甲基-3-丙基-1-茚 1-methyl-3-propyl-1h-indene 0.06 ND ND ND 23.67 正十四烷 tetradecane ND 0.06 ND 0.01 23.88 十二醛 dodecanal ND ND 0.01 ND 24.83 香叶基丙酮 (E)-5,9-undecadien-2-one, 6,10-dimethyl 0.10 0.02 ND 0.07 26.23 2,6-二叔丁基对甲酚 butylated hydroxytoluene 0.70 0.12 0.18 2.09

根据表3可知，4 种莲藕，醛类物质含量最为丰富，张静妍[10]研究检测出排骨藕汤中，醛类物质含量最丰富的，莲藕增添排骨藕汤的风味。不同品种莲藕都含有6 种醛类，类别上有所差别，其次是含量上，分别检测出洪湖藕、沔城藕、鄂莲五号、毛节藕的含量为2.57、1.43、3.07 μg/kg和2.07 μg/kg。壬醛具有玫瑰香味、柑橘味、脂肪味，癸醛具有脂肪香甜瓜香，正辛醛具有清香橙香，十一醛具有蜡香、柠檬香。正己醛具有清草味、蔬菜芳香[22]。在4 种莲藕中，洪湖藕的十一醛含量最高。洪湖藕与鄂莲五号含量高于其他2 个品种。醛类化合物一般是莲藕在煮制的过程中脂肪氧合酶催化下不饱和脂肪酸氧化形成过氧化物的过程中产生的[23-24]。说明脂质氧化是生成莲藕风味的重要途径，形成莲藕的蒸煮风味。

醇类化合物主要来自热处理过程中，源于脂质氧化，洪湖藕和沔城藕检测到2-乙基己醇，且含量相对较高为1.17 μg/kg和0.18 μg/kg，2-乙基己醇的感觉阈值为270 000 μg/kg[25]，基本对莲藕风味没有贡献。鄂莲五号含有正丁醇，毛节藕含有2-硝基乙醇，含量相对较少。烃类物质化合物主要来源于烷氧自由基的分解，其中洪湖藕、鄂莲五号的含量（0.45 μg/kg和0.49 μg/kg）明显高于其他2 个品种的。虽然阈值较高，对莲藕风味直接贡献不大，但起着一定作用，有助于提高莲藕整体风味。

酮类是脂肪氧化的产物，性质较稳定、香气持久，一般具有花香气味，对食品风味贡献较大[26-27]。实验检测出香叶基丙酮，生产上常用作香料。洪湖藕、沔城藕、毛节藕的含量依次为0.10、0.02 μg/kg和0.07 μg/kg。其中洪湖藕含量最高，对莲藕总体风味也起着关键作用。同时，洪湖藕还检测出1-(1-环己烯-1-基)-1-丙酮，其他莲藕中均没有检测到，可能是洪湖藕独特的风味。

呋喃类呈蔬菜香、豆香，2-正戊基呋喃是亚油酸氧化产生的，洪湖藕与鄂莲五号含量高于其他2 个品种。酸类物质在4 个莲藕品种中只有洪湖藕中检测到2 种，含量为1.26 μg/kg，相对含量较高，并且阈值较低，对香气有一定贡献。酯类一般具有令人愉快的水果香气、呈清香果香，4 个品种中只在洪湖藕中检测到一种酯类，2,2-二甲基-3-氧代丁酸甲酯（0.38 μg/kg），这可能是洪湖藕风味优于其他品种的原因。

芳香烃化合物含量较少甚至没有检测到，在鄂莲五号中检测出3 种，对二甲苯、邻-异丙基苯、萘含量最高。与韩小苗等[28]检测3 种鲜藕风味其中鄂莲五号含有对二甲苯结果相似，可能是由于莲藕生长在水下，受到水体污染产生的。硫类、醚类、烯烃类、其他含量较低，增加了莲藕的复杂性。

莲藕水煮后各个品种种类和含量上存在差异，可能是莲藕品种差异引起的。罗庆[29]采用有机溶剂萃取检测出大量烷烃类、芳香烃类等化合物，胡西洲等[30]采用水蒸气蒸馏与乙醇提取莲藕成分检测出羧酸类、胺类、烷烃类等化合物，与本研究有所不同，但是本研究通过SPME技术，更能体现莲藕原有的风味。存在差异的原因可能品种、风味检测方法不同引起的，需要再进行研究探讨。

综上所述，在洪湖藕、沔城藕、鄂莲五号、毛节藕4 个品种中挥发性物质种类及含量差异较大，与邓娇等[31]检测6 种莲花花瓣挥发性物质成分的差异与莲花品种密切相关的结果类似。洪湖藕的种类最多为23 种，含量最高。醛类、烷烃类、呋喃类、酸类、酯类含量均较高。香气表现为脂肪香、玫瑰香味、柑橘味、蒸煮香、蔬菜香。因此洪湖藕可作为最适煨汤的莲藕品种。

2.1.3 不同品种莲藕挥发性物质主成分分析比较

表4 主成分的特征值及其贡献率Table 4 Characteristic values of principal components and their contribution rates to total variance

对不同品种莲藕的挥发性物质的种类峰面积进行主成分分析，得到各主成分特征值、方差贡献率，累计方差贡献率。提取特征值大于1的主成分，结果如表4所示。第1主成分贡献率为43.589%，第2主成分贡献率为32.507%，第3主成分贡献率23.904%，3 个主成分贡献率达到100%，能够表达样品挥发性成分的组成，反映了原始变量信息，达到降维的目的。

图1 不同品种莲藕12 类挥发性物质的载荷分析图Fig. 1 Loading plots of 12 volatile compounds in lotus roots from different varieties

如图1所示，醛类、呋喃类作为莲藕主要挥发性风味物质与第1主成分高度正相关（载荷系数＞0.9），硫类与第1主成分呈负相关（载荷系数＜－0.7）；第2主成分中载荷最高是酮类、醇类（载荷系数＞0.8）；第3主成分中载荷最高的正相关挥发性物质是醚类（载荷系数＞0.8）。上述结果说明醛类、呋喃类、酮类、醇类、醚类是水煮莲藕中重要的挥发性物质，其他种类贡献较大。

图2 不同品种莲藕得分图Fig. 2 Score plots of lotus roots from different varieties

如图2所示，4 个品种莲藕均匀分布在坐标轴上，样品在分布图上距离越近代表香气组成相似度越高，第1主成分很好地将沔城藕、毛节藕与其他2 种莲藕分开，沔城藕与毛节藕距离相近，说明2 种莲藕香气相似。第2主成分将洪湖藕、毛节藕、沔城藕与鄂莲五号分开，鄂莲五号分布在第2主成分负半轴，影响物质主要为芳香烃、烯烃类、醛类化合物。第3主成分将毛节藕与沔城藕分布在正负半轴，影响物质主要为其他类。

2.2 基于电子鼻技术对不同品种莲藕风味物质分析

对4 种水煮莲藕样品进行电子鼻分析，结果见图3A。鄂莲五号与洪湖藕、毛节藕、沔城藕轮廓不一，其中LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT为负值，其他均为正值。传感器变化较大的为T30/1、P30/2、P40/2、T70/2、P30/1、PA/2、P40/1、P10/1、LY2/gCTL、LY2/gCT对鄂莲五号与其他3 个品种感应值较大，说明洪湖藕、毛节藕、沔城藕距离相近，较为相似，与鄂莲五号风味区别较大，电子鼻主要依靠这些传感器进行区分。

如图3B所示，主成分1的方差贡献率为83.09%，主成分2方差贡献率为8.22%。前2 个主成分的方差贡献率达91.31%，能够充分保存样品的原始数据信息。洪湖藕、沔城藕、鄂连五号、毛节藕的挥发性香气物质的电子鼻检测值不同重复的坐标位置相对较为集中，重复性好，所有样品基本都能被区分开。洪湖藕、沔城藕、毛节藕距离较近，风味方面有相似，但是每个样品都各自成为一组，说明不同品种莲藕之间存在差异性，可能由于品种、地区位置环境以及不同栽培管理方式造成的。本研究通过电子鼻技术分析4 种莲藕品种整体风味上有明显差异（图3），SPME-GC-MS结果也显示4 个品种莲藕种类含量上呈现的差异。SPME-GC-MS技术对样品中挥发性物质具体种类的含量进行检测分析比较，电子鼻分析这些物质作为整体时对风味特征贡献，得到样品整体物质结果，因此两者配合有利于从宏观和微观上研究样品风味。

图3 不同品种莲藕挥发性物质雷达图（A）和主成分分析图（B）Fig. 3 Radar pattern (A) and principal component analysis (B) of volatiles from roots of different lotus varieties

2.3 不同品种莲藕的感官品质分析

由图4感官分析发现，洪湖藕的口感最粉糯，质地均匀，颜色偏白，风味浓郁，综合评分最高；沔城藕质地较均匀，色泽偏白，风味较淡，藕汤滋味较纯正；鄂莲五号口感质地偏硬，颜色粉红，莲藕风味略淡，汤汁滋味较纯正；毛节藕质地较均匀，颜色粉嫩，风味略淡，汤汁滋味纯正。相比之下，考虑莲藕口感与风味，较适合煨汤的莲藕是洪湖藕，藕香味浓郁，质地均匀，口感粉糯。

图4 不同品种莲藕质地、色泽、风味和汤汁风味感官评分（A）及综合感官评分（B）Fig. 4 Sensory scores for texture, color, flavor and soup flavor of different varieties of lotus roots (A) and comprehensive sensory scores (B)

3 结 论

本实验利用不同技术综合分析4 种莲藕（洪湖藕、沔城藕、鄂莲五号、毛节藕）的水煮风味物质成分及感官评价。采用SPME提取GC-MS分析检测出38 种挥发性风味物质，8 种共有物质，由不同品种莲藕种类载荷图得出醛类、呋喃类、酮类、醇类、醚类是水煮莲藕中重要的呈香物质，其他种类贡献较大。

通过主成分分析的总得分图可以将4 个品种莲藕进行有效区分。电子鼻分析发现各个品种莲藕挥发性成分都存在差异。在检测的莲藕中挥发性物质种类和含量洪湖藕最丰富，同时通过感官分析结果显示洪湖藕的质地粉糯，风味浓郁与顶空SPME的结果一致。洪湖藕较适合作为煨汤品种，本研究通过比较4 种莲藕品种的风味结合感官评价，为莲藕的深加工提供理论依据。