39个中国韭菜品种挥发性成分的比较分析及风味指纹图的建立

《Journal of Chromatography A》：Comparative Analysis of Volatile Profiles in 39 Cultivars of Chinese Chives and establishment of flavor fingerprints

　　

李uju|赵超生|谢博杰|李健|马培方|Khuram Shehzad Khan|肖雪梅|余冀华

甘肃农业大学园艺学院，兰州730070，中国

摘要

韭葱是一种营养价值丰富的蔬菜，因其丰富的生物活性化合物、独特的风味和潜在的健康益处而受到重视。尽管它在烹饪和医药中有广泛的应用，但不同韭葱品种的挥发性成分仍尚未得到充分研究。本研究采用顶空固相微萃取气相色谱-质谱（HS-SPME/GC-MS）和电子鼻（E-nose）技术，对39个韭葱品种中的挥发性化合物进行了鉴定和比较。结果发现，39个韭葱品种在挥发性成分的组成和含量上存在差异。GC-MS检测到总共97种挥发性化合物，包括硫化合物、醛类、酮类、酯类、醇类、氮氧化物等物质。其中，硫化合物的含量最高（4022.45–62754.55 μg/kg），种类最多（14-24种）。鉴定了25种特征性挥发性化合物，其橄榄油气味值（OAV）≥1，其中二甲基三硫化物、二甲基二硫化物和反-β-紫罗兰酮的OAV值最高，赋予韭葱大蒜、洋葱和花香的气息。多元分析和相关性分析综合准确地揭示了样品之间的差异。这些发现不仅建立了一种可靠的风味品质评估方法，还突显了韭葱中具有健康促进作用的挥发性硫化合物。本研究为未来韭葱品种的风味优化和功能效益研究奠定了基础。

引言

韭葱（Allium tuberosum Rottler ex Spreng.）是百合科的多年生植物，因其独特的气味、多样的烹饪用途和药用价值而受到全球重视。在中国的种植历史可追溯至3000多年前，最早见于《诗经》。这种耐寒耐旱的植物富含生物活性化合物，包括含硫化合物、黄酮类、多糖和必需的微量营养素[1,2]。韭葱中的硫衍生物，如二甲基二硫化物和三硫化物，是其辛辣风味和生物活性的关键因素，这支持了它们在抗炎、抗氧化和抗菌治疗中的传统应用[[3], [4], [5]]。尽管它们具有重要的营养和功能价值，但不同韭葱品种的香气特性仍不清楚，限制了对其风味品质和健康益处的优化研究。

韭葱的质量受到其可口性和消费者接受度的影响[6]。人们对韭葱的整体感官体验主要取决于其风味。先前的研究已鉴定出韭葱中的多种挥发性化合物，其中二甲基二硫化物、二烯丙基硫化物和二烯丙基二硫化物是风味的主要贡献者[3,7,8]。韭葱的产地、品种、栽培条件和气候差异对其营养价值和风味形成都有重要影响。先前的研究显示，野生韭葱与栽培韭葱在挥发性化合物含量上存在显著差异[9]。然而，不同韭葱品种的挥发性化合物组成和香气特征仍不清楚，需要进一步研究。

食品香气通常是由多种挥发性化合物的协同作用产生的[10]。检测挥发性化合物的组成和浓度需要先进的仪器和方法。与传统的萃取方法相比，顶空固相微萃取（HS-SPME）具有简单性、高灵敏度和强重复性的优点，已成为提取挥发性化合物的有效方法[11]。气相色谱-质谱（GC-MS）可以定性和定量分离和分析食品样品中的挥发性混合物[12,13]。HS-SPME和GC-MS技术的结合已被广泛用于鉴定和分析不同品种、地区和食品中的香气成分[14], [15], [16]。HS-SPME-GC-MS可以准确量化食品样品中的挥发性化合物，但无法直接将它们转化为感官体验[17]。电子鼻作为一种仿生嗅觉系统，可以通过模拟人类嗅觉功能快速分类气味，构建样品的整体香气特征，但无法提供挥发性化合物的定性和定量结果[18]。该方法也被应用于鉴定洋葱[18]、辣椒[19]、苹果[20]和油菜籽[21]等样品中的气味特征。

结合使用HS-SPME/GC-MS和电子鼻的分析方法可以根据挥发性化合物的组成和香气分类提供直观的风味特征洞察。电子鼻可以快速表征韭葱叶片的整体感官香气，但无法识别特定化合物；而GC-MS可以准确量化关键的含硫风味化合物，但不能反映综合的嗅觉表现。二者结合使用将传统的相关性分析转向了化学解释的香气变化，提高了数据的可解释性，并支持高效的大规模品质筛选。先前的研究表明，电子鼻和GC-MS都能很好地区分冷藏过程中新鲜西兰花的风味特征，两种方法的分析结果一致[22]。同样，Wang等人[23]利用GC-MS和电子鼻技术区分了四种甘蔗品种的果汁，鉴定出导致香气差异的关键挥发性化合物。此外，电子鼻传感器与松茸主要挥发性成分之间的相关性分析进一步区分了不同地区松茸的香气特征，有助于识别和追踪松茸的来源。这些研究表明，结合HS-SPME/GC-MS和电子鼻技术可以增强样品中挥发性化合物和风味成分的分析，应用于食品区分、品质评估和食品鉴定等多个领域。

作为一种具有独特风味的药用和可食用蔬菜，探索韭葱中的香气形成化合物对于创新利用、品质提升和品种改良至关重要。迄今为止，大多数研究集中在大蒜和洋葱的挥发性化合物上，而对韭葱特征性挥发物的系统性研究仍然有限。本研究通过明确韭葱中挥发性物质的组成，为在风味层面区分韭葱与大蒜和洋葱提供了坚实的化学依据。因此，本研究的目标是：（I）使用电子鼻技术快速建立39个不同韭葱品种的风味指纹；（II）通过HS-SPME/GC-MS分析韭葱中挥发性成分的组成和浓度；（III）利用气味活性值（OAV）识别韭葱中的关键特征性挥发性化合物；（IV）通过多元统计方法区分和系统分析韭葱品种，并识别影响香气形成的主要因素。研究结果将明确韭葱中风味化合物的化学特性和含量，为进一步研究韭葱风味代谢提供理论基础。

章节摘录

样品制备和化学品

从中国西北部的遗传资源收集实验田获取了39个韭葱品种的样本，样本信息见表S1，形态特征见图1。每个品种的样本在商业成熟期采收。所有样本都通过冷链运输到实验室。去除枯萎和变黄的叶片，清洗并沥干样品。每个样本的不同叶片被切碎后用于后续分析。

电子鼻分析

电子鼻（E-nose）被广泛用于识别和区分各种食品中的香气特性，通过传感器响应数据反映挥发性物质的差异[28]。我们使用电子鼻检测了韭葱的气味。结果显示，电子鼻通过10个传感器区分了不同韭葱品种的风味化合物。每个传感器的响应信号变化曲线见图2A。所有传感器在100秒后达到稳定状态。

结论

电子鼻和GC-MS分析结果表明，39种韭葱的挥发性化合物存在显著差异。通过分析挥发性化合物含量和气味活性阈值，我们识别出几种对不同韭葱品种独特香气有贡献的关键物质，包括烯丙基甲基硫化物、二甲基二硫化物、二甲基三硫化物、二烯丙基二硫化物、二烯丙基硫化物、壬醛、(E)-2-己烯醛和反-β-紫罗兰酮。

作者贡献声明

李uju：概念化、数据整理、初稿撰写、可视化、审稿与编辑。赵超生：正式分析、方法学设计。谢博杰：数据整理、实验设计。李健：数据整理。马培方：资源协调、实验实施。Khuram Shehzad Khan：撰写、审稿与编辑。肖雪梅：资金获取、监督、审稿与编辑。余冀华：概念化、资金获取、监督。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

CRediT作者贡献声明

李uju：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件开发、方法学设计、数据整理、概念化。赵超生：方法学设计、数据整理。谢博杰：方法学设计、数据整理。李健：软件开发、数据整理。马培方：资源协调、实验实施。Khuram Shehzad Khan：撰写 – 审稿与编辑。肖雪梅：监督、资源协调、实验实施、资金获取。余冀华：监督、实验实施、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢甘肃省高等教育机构科研项目（2026QB-044）、兰州青年科技创新项目（2024-QN-163）、甘肃省重点研发计划（23YFNA0021）和甘肃省重大科技专项（23ZDNA008）的资助支持。