卢江长美，张 超，马 越，赵晓燕,*
（1.河北工程大学农学院，河北 邯郸 056001；2.北京市农林科学院蔬菜研究中心，果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室，农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 100097）
干燥温度对紫苏挥发性物质组成的影响
卢江长美1,2，张 超2，马 越2，赵晓燕2,*
（1.河北工程大学农学院，河北 邯郸 056001；2.北京市农林科学院蔬菜研究中心，果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室，农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，农业部都市农业（北方）重点实验室，北京 100097）
采用气相色谱-质谱和电子鼻相结合的方法，评价干燥温度对紫苏中挥发性物质组成和风味的影响。电子鼻分析显示：55 ℃干燥获得产品的风味与新鲜紫苏冻干后的风味非常相似，与其他温度干燥获得产品风味有一定区别。气相色谱-质谱分析显示：新鲜紫苏冻干后总共检出25 种挥发性物质，其中紫苏酮含量最高为173 μg/g，根据生理代谢途径特征可以判定该紫苏为PK（perillaketone）型。干燥温度对紫苏中挥发性物质组成有不同影响，其中55 ℃干燥样品保留的挥发性物质种类最多，典型的挥发性物质如紫苏酮、芳樟醇、香芹酮等均有检出，较好保留了紫苏的风味。因此，55 ℃是紫苏较适宜的干燥温度。
紫苏；挥发性物质；电子鼻；气相色谱-质谱法；紫苏酮
紫苏（Perilla frutescens L.）为唇形科一年生草本植物，是国家卫生部首批颁布的食药两用的60 种资源之一[1]。传统医学认为紫苏具有解表散寒、宣肺化痰、行气和中和解鱼蟹毒等功效[2]。我国紫苏品种繁多，栽培区域广，
主要作为医药、精油、香料和食品添加剂的原料[3]。目前，国内对紫苏挥发油的提取技术[4]，提取物的抗氧化[5]、抑菌[6]、保护肝脏[7]及抗炎、抗敏[8]作用等开展一些研究工作。研究[9]发现紫苏叶中不仅富含β-胡萝卜素，而且Zn2+、Fe2+和Ca2+含量也较高。因而，紫苏相关产品层出不穷，如：紫苏茶、紫苏饮料、紫苏酒[10]、紫苏泡腾片[11]、紫苏咀嚼片[12]等。干燥处理是延长紫苏贮藏期、保持紫苏品质简单易行的方法，然而关于紫苏干燥加工及干燥对挥发性物质组成影响的研究还鲜见报道。
气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法是一种分析物质中挥发性物质组成的方法，可对各种挥发性物质进行分离、定性、定量分析；电子鼻是分析 样品间风味是否有差异的无损检测技术，可以准确、快捷地评价和区分样品的风味。2 种技术结合可以从多角度，多层次反映研究对象风味的客观变化。目前，GC-MS和电子鼻结合的方法已经成功的应用于苹果贮藏期的风味变化[13]；蒸煮时间对卤制鸡肉风味的影响[14]；区分和判定蜂胶的原产地[15]等研究中。本研究采用GC-MS和电子鼻结合分析的方法，评价干燥温度对紫苏挥发性物质组成和风味的影响，以期为工业化生产提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫苏采收于北京市农林科学院通州农场。2-甲基-3-庚酮、正构烷烃（C7～C22）（均为色谱纯） 北京化学试剂公司。
1.2 仪器与设备
GDS-225高低温湿热试验箱 北京雅士林环境仪器有限公司；DS-300离心脱水机 北京元享蔬菜食品机械厂；7890A-7000B GC-MS联用仪（配有电子电离源及NIST 08数据库） 美国Agilent公司；吹扫捕集自动进样装置 美国Teledyne Tekmar公司；HP-5毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）、DB-Wax色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美国J&W公司；PEN3电子鼻 德国Airsense公司；AL204电子天平 瑞士Mettler Toledo公司。
1.3 方法
1.3.1 紫苏干燥工艺
将紫苏嫩叶和嫩茎（湿质量含水量为80.9%）清洗后，用沸水漂烫1 min进行灭酶，保持紫苏风味和品质，然后立即取出，浸于冷水中，以680 r/min速率离心1 min，去除残留在样品表面水分，最后将300 g样品平铺于高低温湿热实验箱托盘上，分别于55、65、75、85 ℃和95 ℃条件下，干燥至含水量小于6%（湿质量），然后将样品粉碎，密封于铝箔袋中，4 ℃贮藏。“新鲜”样品为紫苏直接进行冷冻干燥后粉碎获得的粉末。
1.3.2 电子鼻的测定
将1.0 g样品置于30 mL样品瓶中，旋紧瓶盖，放置30 min后，通过顶空进样的方法检测。将PEN3电子鼻与电脑连接后，运行WinMuster软件，设置样品进气流量为300 mL/min，采样时间60 s，传感器洗脱时间180 s。取48～52 s数据进行主成分分析，每个处理3 次重复。
1.3.3 挥发性物质组成和结构的鉴定
样品挥发性物质采用吹扫铺集的方法收集。取2.0 g样品，与2 μg/μL 2-甲基-3-庚酮（0.816 μg/μL溶于正戊烷）混合后，放置于25 mL顶空瓶中。由一台自动吹扫捕集浓缩仪进行动态顶空分析，50 ℃条件下平衡40 min，在50 mL/min的氮气流量条件下分别吹扫25、5、1 min和0.2 min来作为动态顶空稀释分析。吹扫出的挥发性物质经捕集阱富集。经5 min干燥氮气除水，250 ℃热解吸2 min。样品热解吸后进入GC-MS系统进行分析。
GC条件：采用DB-WAX色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）（极性柱）和HP-5毛细管柱（30 m× 0.25 mm，0.25 μm）（非极性柱）；载气为He；流速1.2 mL/min。升温程序：初温40 ℃，保持3 min，然后以5 ℃/min升温到200 ℃，再以10 ℃/min快速升温到230 ℃，保持3 min。
MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；传输线温度280 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z 55～500。
根据内标（2-甲基-3-庚酮）对化合物做定量分析。运用计算机检索与NIST图谱库的标准质谱图比较，选择匹配度大于80%的物质，结合标准化合物保留指数对比鉴定。若无标准化合物，则查阅以往文献报道的化合物保留指数值进行对比鉴定。
1.3.4 香气活力值（odor activity value，OAV）的计算
OAV是香气化合物的浓度与该香气化合物的香气阈值浓度（在水中的浓度）之比[16-17]。采用OAV评价各化合物对样品总体风味的贡献，当OAV小于1，表明该物质对总体风味没有实际作用；OAV大于1，说明该物质有可能对总体风味有直接影响；并且在一定范围内，OAV越大，说明该物质对总体风味的贡献越大。
2 结果与分析
2.1 紫苏挥发性物质组成
新鲜紫苏挥发性物质的总离子流图见图1。
图1 新鲜紫苏总离子图谱Fig. 1 Total ion chromatogram of fresh Perilla
表1 新鲜紫苏中挥发性物质组成Table 1 Volatile compounds of fresh Perriillllaa
由表1可知，共检出25 种主要的挥发性物质，主要成分为紫苏酮，其含量占总挥发性成分的66.8%。由于紫苏酮的大量存在，根据生物合成路径，可以判定该紫苏为PK（perillaketone）型[18]，又称白苏。除紫苏酮外，叶醇（17.4%）、香芹酮（5.10%）、石竹烯（2.00%）等在紫苏中含量也较高。这与Huang Baokang等[19]从白苏中检测出大量紫苏酮和石竹烯的结论一致。同时，紫苏中还包含一些痕量的挥发性物质，它们虽然含量相对低，却是形成紫苏特征风味不可缺少的组分，如：1-辛烯-3-酮的含量仅为0.330 μg/g，但其OAV为66 000，要远大于石竹烯等。还有1-辛烯-3-醇（OAV=4 240）、异戊醛（OAV=1 200）、芳樟醇（OAV=271）等，这类物质对紫苏特征风味的贡献是不可忽视的。
2.2 干燥温度对紫苏风味的影响
图2 干燥温度对紫苏风味的影响Fig. 2 Effect of drying temperature on fl avor of Perilla
由图2可知，2 个主成分的累计方差贡献率为99.97%，主成分1的方差为99.88%，主成分2的方差为0.09%。在主成分1方向，样品坐标位置随干燥温度的升高右移，距离新鲜样品距离越来越远。在主成分2方向，样品之间差异较小。从图2中明显观察到，55 ℃干燥的样品的风味与真空冷冻干燥样品最接近，说明二者风味最相似。55 ℃干燥样品与其他样品有较好的区分度，与新鲜样品相对较近。而75、85 ℃和95 ℃干燥的样品有不同程度的重合，且远离新鲜样品，说明其风味与新鲜样品有一定差异。
2.3 干燥温度对挥发性物质组成的影响
表2 干燥温度对紫苏挥发性物质组成的影响Table 2 Effect of drying temperature on the volatile components ooff Perriillllaa
续表2
表2显示干燥温度对紫苏中挥发性物质组成的影响。不同处理样品共检出57 种化合物，其中有4 种化合物是各处理的共有组分，分别为（+）-柠檬烯、桉叶油醇、β-石竹烯和紫苏酮。与新鲜样品相比，经高温漂烫后的紫苏挥发性物质含量明显降低。部分挥发性物质在漂烫之后就已挥发、溶出或转化为其他物质，因此在漂烫样品中未检出，如：二甲基苄基原醇、1-辛烯-3-酮、叶醇、1-辛烯-3-醇、2,3,5,6-四甲基吡嗪等。而当1-辛烯-3-酮（OAV=66 000）、1-辛烯-3-醇（OAV=4 240）这类OAV较大的挥发性物质损失时，就导致了样品中大量蘑菇香和青香等香气的损失（表1）。部分挥发性物质在经漂烫后含量有所减少，如：α-蒎烯（新鲜样品含量0.190 μg/g，漂烫样品含量0.098 μg/g）、（+）-柠檬烯（新鲜样品1.95 μg/g，漂烫样品1.50 μg/g）等，因而损失了部分松萜特有气味和似柠檬香气。也有部分挥发性物质在经过漂烫后才出现，如：邻异丙基苯、D-樟脑、α-葎草烯、（+）-喇叭烯、2-次醇、百里酚、香芹酚等。伴随部分挥发性物质的损失、减少和新成分的生成，漂烫后的紫苏挥发性物质组成发生变化。
干燥后的样品与漂烫的样品相比，部分挥发性物质含量大大减少，如：紫苏酮、香芹酮（OAV=262.4）、（+）-喇叭烯、邻异丙基苯等；部分成分全部损失，如叶醇、3-辛酮（OAV=102.9）、月桂烯、紫苏烯等，这可能是由于加工过程温度较高，不饱和键断裂导致其转化为其他物质。在这些含量较大且OAV较大的挥发性物质减少的同时，紫苏粉末的综合风味也在减弱。当然，也有部分挥发性物质是在长时间的干燥过程中出现的，如：莰烯、（+）-A-侧柏酮、左旋乙酸冰片酯、β-葎草烯等。这些挥发性物质多为原有挥发性物质异构、氧化或分解转化而来。例如：新鲜紫苏中并没有莰烯，但是处理后的样品中均含有不同含量的莰烯。这可能是由于，α-蒎烯可以异构化为莰烯[24]；漂烫紫苏中未检出香芹酮，而干燥后的样品中均含有香芹酮，这是由于α-蒎烯在氧和水的作用下可生成水合蒎脑，进一步氧化可得香芹酮[24]，并且柠檬烯在光照和空气接触条件下，可自动氧化成香芹酮[25]，因此柠檬烯在干燥后都有所减少，可能因干燥温度不同而部分转化为香芹酮。5 个干燥温度样品相比较，部分挥发性物质含量呈一定变化趋势，如：紫苏酮、α-葎草烯、β-杜松烯、百里酚等，呈先减少后增加的趋势，这是由于，挥发性物质含量受干燥温度和干燥时间2 个因素影响，干燥温度低时挥发性物质分解、转化较少，含量高；当温度升高时，分解、转化增加，含量下降；当温度进一步升高时，干燥时间大幅减少（55 ℃干燥时间是95 ℃时的4 倍），减少挥发性物质变化的时间，因此含量有所上升。香芹酮、β-石竹烯等，在55 ℃干燥时，含量明显高于其他温度，可能是由于这些挥发性物质对温度因素较为敏感，低温减少了损失；2-甲基丁醛、异戊醛等，在95 ℃干燥时，含量明显高于其他温度，可能是由于其对时间因素较为敏感，干燥时间短保留了更多的该成分。
漂烫的紫苏中挥发性物质总量为74.1 μg/g（干质量），而干燥后的样品挥发性物质总量大幅减少，55～95 ℃分别为：27.2、11.8、16.4、10.5 μg/g和9.61 μg/g（干质量）。与漂烫的紫苏相比，55 ℃干燥样品的挥发性物质总量保留较好，保留率为36.7%；95 ℃干燥样品的挥发性物质总量损失最大，损失率为87.0%。55 ℃干燥的紫苏粉末中，紫苏酮、芳樟醇、B-榄香烯、香芹酮等含量相对较大。紫苏酮是该紫苏中含量最大的挥发性物质，芳樟醇（OAV=272）具有类似佛手香味、香柠檬味，香芹酮（OAV=262）具有葛缕子和莳罗油香气，这些新鲜紫苏特征风味物质的存在，证明55 ℃干燥样品保存了新鲜紫苏较多的风味。65、75 ℃干燥样品中含有相对较多的桉叶油醇、D-樟脑、莰烯、2-茨醇等，这些成分多数为加工过程中新生成的挥发性物质。85、95 ℃干燥样品中含有相对较多的2-丁酮、2-甲基、丁醛（OAV=190）和异戊醛（OAV=1 200）等。比较5 个温度干燥紫苏挥发性物质可知，55 ℃干燥样品保留了更多的新鲜紫苏特征挥发性物质物质，与新鲜紫苏挥发性物质最为相近，与电子鼻分析结果一致。可见，加工条件（氧、水、温度）对挥发性物质的影响较大，低温干燥更有利于紫苏挥发性物质的保留。
按照酮类、醛类、萜类、醇类、酯类和其他类对紫苏挥发性物质进行统计，酮类和萜类占总挥发性物质含量的比例较大，酮类中包含有紫苏的特征挥发性物质紫苏酮，其含量较大，因此酮类具有较大的比例；而萜类中包含了多种挥发性物质，如柠檬烯、β-石竹烯、芳樟醇等物质含量均较大，因此萜类总含量较大。5 种干燥温度的紫苏芳香组分比较，55 ℃干燥的样品中保留了最多的酮类和萜类，较多的醇类，含量分别为10.36、14.969 μg/g和0.739 μg/g；75 ℃干燥样品的酮类、萜类含量次之，分别为7.37 μg/g和5.921 μg/g；65 ℃干燥样品中的酮类、醛类较少，醇类和其他类成分含量最多，分别为0.781 μg/g和1.999 μg/g；95 ℃干燥样品中的萜、醇、酯类最少，分别为3.775、0.177 μg/g和0.14 μg/g，以及较少的酮类和其他类成分。
3 结 论
新鲜紫苏中共检出25 种特征风味物质，其中含量最大的为紫苏酮，达到173 μg/g，根据紫苏的生理代谢途径判断该紫苏为PK型；在挥发性物质组成中，酮类和萜类占总成分含量的比例较大，酯类和醛类含量较低。不同干燥温度对紫苏中挥发性物质组成和含量均产生一定影响，其总含量随温度升高呈下降趋势，其中55 ℃样品中挥发性物质总量保留最多，与新鲜紫苏风味最相近。GC-MS分析解释了电子鼻的结果，而电子鼻结果更直观地验证了GC-MS的结果：随干燥温度的升高，5 个温度的干燥样品与新鲜样品的区分逐渐增大，突出了55 ℃样品与其他样品的区分度，以及其风味最接近新鲜样品的特点。
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Effect of Drying Temperature on Volatile Compounds of Perilla
LU Jiangchangmei1,2, ZHANG Chao2, MA Yue2, ZHAO Xiaoyan2,*
(1. College of Agriculture, Hebei University of Engineering, Handan 056011, China; 2. Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops (North China), Key Laboratory of Urban Agriculture (North), Ministry of Agriculture, Beijing Key Laboratory of Fruits and Vegetable Storage and Processing, Beijing Vegetable Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China)
The effect of drying temperature on volatile com pounds and fl avor of juvenile leaves and stems of Perilla was evaluated by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and electronic nose analysis. The electronic nose analysis showed that the fl avor of Perilla dried at 55 ℃ was similar to that of the frozen dried Perilla but was slightly different from that dried at other temperatures tested. The GC-MS analysis showed that a total of 25 volatile compounds were detected in the frozen dried Perilla with perillaketone (PK) being the most abundant component (173 μg/g). Consequently, the Perilla analyzed was perillaketone type based on the physiological characteristics of its metabolic pathways. The drying temperatures affected the composition of volatile compounds of Perilla. The Perilla dried at 55 ℃ retained the maximum volatile compounds, including the typical compounds perillaketone, linalool, and carvone, and its fl avor was well maintained. Hence, the temperature of 55 ℃ was the proper temperature for drying Perilla.
Perilla; volatile composition; electronic nose; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); perillaketone
10.7506/spkx1002-6630-201610023
TS201
A
1002-6630（2016）10-0134-05
卢江长美, 张超, 马越, 等. 干燥温度对紫苏挥发性物质组成的影响[J]. 食品科学, 2016, 37(10): 134-138. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201610023. http://www.spkx.net.cn
LU Jiangchangmei, ZHANG Chao, MA Yue, et al. Effect of drying temperature on volatile compounds of Perilla[J]. Food Science, 2016, 37(10): 134-138. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610023. http://www.spkx.net.cn
2015-08-10
国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-26-22 & CARS-25）；北京市农林科学院科技创新能力建设专项（KJCX20140204）；果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室专项（Z141105004414037）
卢江长美（1990—），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。E-mail：351014355@qq.com
*通信作者：赵晓燕（1969—），女，研究员，博士，研究方向为果蔬加工。E-mail：zhaoxiaoyan@nercv.org
