文章鉴读|宁夏大学食品科学与工程学院方海田教授：HS-SPME-GC-MS技术分析马铃薯浓汁发酵过程中挥发性物质的变化

食品工业科技编辑部

2025-09-19

导读：欢迎投稿EI期刊《食品工业科技》www.spgykj.com

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宁夏大学食品科学与工程学院，内蒙古农业大学职业技术学院的焦昱玮，窦兆婷，田硕，刘敏，方海田等人重点介绍了1. 马铃薯的营养价值：富含维C、氨基酸（如赖氨酸）、膳食纤维及活性物质，具有抗氧化、抗炎等作用，是我国重点研究的粮食作物。 2. 发酵马铃薯浓汁的制备：以新鲜马铃薯为原料，通过低温提取和益生菌发酵滤渣制成，发酵后营养与风味均得到改善。 3. 挥发性物质分析技术：采用SPME-GC-MS技术（固相微萃取-气相色谱-质谱联用）检测发酵前后风味物质变化，具有高灵敏度和抗干扰优势。 4. 研究目的：鉴定关键风味化合物，通过主成分与聚类分析为工业化生产提供理论依据。

摘要：为研究复合益生菌发酵马铃薯浓汁饮品在发酵前后的风味变化情况，本实验采用SPME-GC-MS检查技术对未发酵（WF）、发酵（FJ）、后熟（HS）的马铃薯浓汁挥发性化合物种类进行鉴定。结果表明，3组样品共检测出57种挥发性物质，其中醇类22种、醛类6种、酸类4种、酯类8种、酮类9种、其他类8种。将测得的挥发性化合物含量及种类通过PCA评分图、载荷图以及聚类热图发现，HS样品主要挥发性物质为醇类，FJ样品中酮类为主要挥发性物质，WF样品中醛类与酯类相对含量较高，且含有丰富的酸类物质。通过ROAV对浓汁发酵前后关键风味物质进行比较分析，发现HS组与FJ组样品中关键风味物质种类大致相同，均为2-壬酮和2-十一酮，而WF样品中主要以1-辛烯-3-醇和苯乙醛为主。本研究结果为发酵马铃薯浓汁饮品的开发与风味提升提供了科学依据。

PART.01

结果

本章节重点内容如下：

1. 挥发性物质种类与含量

三组样品（FJ发酵组、HS后熟组、WF未发酵组）共检测出57种挥发性化合物，包括醇类（22种）、醛类（6种）、酸类（4种）、酯类（8种）、酮类（9种）及其他类（8种）。 - 发酵后（FJ、HS）挥发性物质种类及含量显著增加，风味改善明显。

2. 各类物质特征与作用

醇类：主要来源于氨基酸代谢及不饱和脂肪酸降解，芳樟醇为共有且含量最高的物质（FJ 12%、HS 13.95%、WF 10.73%），具有花果香气及抑菌等生理活性。

醛类：WF组含量最高（21.09%），苯甲醛和苯乙醛贡献坚果、樱桃香气。

酸类：浓度较低时赋予愉悦风味，WF组含量显著高于其他两组（1.53%）。

酯类：WF组占比最高（57.39%），主要提供花果香气，短链酯类香气更突出。

酮类：FJ和HS组主要风味物质（60.24%、21.72%），2-壬酮贡献花香与果香。

3. PCA与聚类分析

PCA显示发酵前后化合物差异显著（累计贡献率96.2%），HS组风味物质最丰富。热图分析表明HS组醇类（如芳樟醇）突出，FJ组酮类（如2-壬酮）主导，WF组以醛类和酸类为主。

4. 关键风味物质（ROAV分析）

HS和FJ组关键风味物质较多（14种和13种），2-壬酮和2-十一酮为最重要成分（青草香、花果香）。 WF组仅7种关键物质，芳樟醇和苯乙醛为主要风味来源（樱桃香、风信子香）。

5. 结论

发酵显著提升马铃薯浓汁的风味物质多样性和关键香气成分，为其作为发酵饮料的开发提供良好基础。

图 1 浓汁发酵前后各类挥发性化合物占比

Figure 1. Percentage of each type of volatile compounds before and after fermentation of concentrated juice

图 2 发酵前后挥发性化合物PCA评分图与载荷图

Figure 2. PCA score plot and loading plot of volatile compounds before and after fermentation

图 3 挥发性物质环状热图

Figure 3. Volatile substance cyclic thermogram

图 4 挥发性物质动态Circos图

Figure 4. Circos diagram of volatile substance dynamics

表 1 发酵前后浓汁中挥发性风味物质含量

Table 1 Volatile flavor substances in concentrated juice before and after fermentation

注：−表示该物质在样品中未检出；不同上标字母表示不同成熟时间样品之间挥发性物质相对含量差异显著（P<0.05）。

表 2 马铃薯浓汁发酵前后关键风味物质

Table 2 Key flavor substances of before and after fermentation of potato thick juice

注：表中未出现物质均为未查到阈值物质；阈值通过网站

https://www.vcf-online.nl/查询，以水中阈值为参考；−表示未检出该物质。

PART.02

思维导图

PART.03

结论

本章节重点：1. 实验共检测出57种挥发性化合物，包括醇类(22种)、醛类(6种)、酸类(4种)、酯类(8种)、酮类(9种)等。2. PCA与聚类分析显示：HS组主要含芳樟醇、2-壬醇等 - FJ组以2-壬酮、2-十一酮为主， WF组酸类和醛类物质占主导。3. ROAV分析表明： HS和FJ组关键风味物质相似(14种和13种)；WF组仅7种，发酵显著改善风味物质。4. 结论：发酵显著提升马铃薯浓汁挥发性化合物和关键风味物质，为产业化发展提供理论依据，市场前景广阔。

引用本文：焦昱玮，窦兆婷，田硕，等. HS-SPME-GC-MS技术分析马铃薯浓汁发酵过程中挥发性物质的变化[J]. 食品工业科技，2025，46（17）：318−324. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024040019.

Citation：JIAO Yuwei, DOU Zhaoting, TIAN Shuo, et al. HS-SPME-GC-MS-Based Profiling of Volatile Metabolite Variations during Potato Thick Juice Fermentation[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(17): 318−324. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024040019.

基金项目：自治区青年拔尖人才培养工程项目（2020）内蒙古农业大学创新创业训练项目（202310129056）；内蒙古农业大学职业技术学院“一生一品”工程项目（NDZYYSYP202216）。

通信作者简介

方海田，男，教授，工学博士，博士生导师，现任宁夏大学科学与工程学院副院长。宁夏回族自治区青年拔尖人才培养工程-国家级学术技术带头人后备人员，宁夏大学贺兰山学者-特聘学者，公派留学新西兰林肯大学访问学者，兼任宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室常务副主任、全国食品工业职业教育教学指导委员会委员、中国食品科学技术学会分会理事、《食品科学技术学报》青年编委、《食品工业科技》青年编委主任委员、宁夏食品科学技术学会副理事长、宁夏食品工业协会首席专家、宁夏“双导师制”产业教授、自治区饲料生产许可审核专家委员会委员等多项社会职务。技术与产业化成果获宁夏科技进步二等奖与宁夏科技进步奖三等奖各1项（均排名1），形成显著的经济和社会效益。并获得“宝钢优秀教师奖”、“优秀研究生指导教师”、“宁夏大学第二届教学优秀奖”等奖项。