《食品科学》：江苏省农业科学院李大婧研究员：不同预处理对荠菜中二甲基硫醚类物质形成的影响

荠菜（

Capsella bursa-pastoris

(L.) Medik）分布广泛，是一年两生的十字花科植物，也被称为护生草、清明草、血压草等。荠菜气味甘醇、味道鲜美，其茎、叶常作为可食用部分供人们食用。荠菜富含各种营养物质，具有很高的营养价值，其中类胡萝卜素和VC含量远远高于其他同类蔬菜。此外，荠菜的独特风味也是其重要的感官特性。

二甲基硫醚类物质是一类小分子含硫化合物的统称，通常具有很强的挥发性和较低的风味阈值，即使在非常低的浓度下，也可能对食品的整体风味做出贡献。明晰二甲基硫醚类气味的形成对提升蔬菜风味及营养品质十分重要。

因此，南京师范大学食品与制药工程学院的张磊，江苏省农业科学院农产品加工研究所的张钟元，李大婧*等实验研究在不同破碎程度（整株和切割）、不同放置温度（4 ℃和25 ℃）以及热处理条件下，荠菜中二甲基硫醚类风味物质与

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-甲基-

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-半胱氨酸亚砜含量随时间变化的规律，并推测荠菜中二甲基硫醚类物质可能形成途径，以期为荠菜风味及营养品质提升提供理论依据。

1 各类型挥发性风味物质随时间变化规律分析

首先通过固相微萃取结合GC-MS技术进行挥发性风味物质分析并归类，初步探究整株荠菜、切割荠菜和热处理后的荠菜于不同温度条件下放置后各类型挥发性风味物质的变化情况，各类型挥发性风味物质堆积柱状图如图1所示。整株荠菜中主要检出醛类、醇类、其他类、烃类、杂环类、含硫化合物等挥发性风味物质，在4 ℃条件下，所有挥发性风味物质中相对含量较高的为醛类和醇类，含硫化合物以及其他各类挥发性风味物质的相对含量较低。在25 ℃条件下放置的整株荠菜中，含硫化合物相对含量随时间的延长呈现明显上升趋势，从放置初期到放置72 h，含硫化合物相对含量增加上升了约91.04%；醇类和醛类等挥发性风味物质的相对含量则随着时间的延长而减少，其中醇类下降了约61.52%，醛类下降了约30.06%，其他类型的挥发性风味物质的相对含量则保持在较低水平，无明显上升或下降趋势。切割荠菜中主要检出醛类、醇类、其他类、烃类、杂环类、酮类和含硫化合物等挥发性风味物质，在4 ℃条件下放置的切割荠菜中的含硫化合物相对含量呈现上升趋势，在放置的24 h期间上升了约60.96%，而醇类和醛类等挥发性风味物质的相对含量随着时间的延长而减少，其中，醇类下降了约22.91%，醛类下降了约39.27%，其余各类型挥发性风味物质相对含量较低。在25 ℃条件下放置的切割荠菜中的含硫化合物相对含量同样呈现上升趋势，且上升速度更快，在同样放置的24 h期间，上升了约97.29%，而醇类和醛类等挥发性风味物质则随着时间的延长而减少，其中，醇类下降了约58.14%，醛类下降了约37.35%。此外，在同样的温度下，切割荠菜中含硫化合物的产生速率及产生量大于整株荠菜中含硫化合物的产生速率及产生量。经热处理后的荠菜共检出醛类、醇类、酮类、其他类、酸类和含硫化合物等挥发性风味物质。在4 ℃条件放置时，整体以醛类、醇类挥发性风味物质为主，含硫化合物的相对含量均较小且无明显增加趋势。在25 ℃条件放置时，最初的挥发性风味物质以醛类、醇类物质为主，随着时间的延长，在放置12 h后，含硫化合物含量较之前增加明显，在24 h时，其相对含量为86.31%，成为相对含量最高的挥发性风味物质类型。

2 二甲基硫醚类风味物质的相对含量变化规律分析

经GC-MS检测并定性出荠菜中的含硫化合物以二甲基硫醚类为主。二甲基硫醚类物质作为一种质量较小的硫醚，其形成途径多变，极不稳定。本研究进一步分析不同荠菜样品中二甲基硫醚类物质，图2列出了不同温度条件下二甲基二硫醚和二甲基三硫醚的相对含量。整株荠菜在4 ℃放置条件下，随着时间的延长，二甲基二硫醚的相对含量始终较低（＜10%），无明显增加趋势；在25 ℃条件下，随着时间的延长，二甲基二硫醚的相对含量呈明显增加趋势，但在放置的72 h二甲基二硫醚的相对含量尚未超过95%。切割荠菜的二甲基二硫醚相对含量增加速度更快，仅在25 ℃放置24 h后二甲基二硫醚相对含量就已超过95%；在4 ℃条件下，二甲基二硫醚相对含量同样处于明显增加趋势。除此之外，二甲基三硫醚在整株荠菜与切割荠菜中相对含量均较低，但在25 ℃条件下的相对含量基本均大于4 ℃条件下的相对含量。经热处理的荠菜在25 ℃条件下，二甲基二硫醚含量在前12 h较低且变化不大，后12 h含量增加明显；二甲基三硫醚含量始终较低，且无明显增加趋势。在4 ℃条件下，二甲基二硫醚与二甲基三硫醚含量均较低且无明显增加趋势。

3 二甲基硫醚类风味物质对整体的贡献度情况分析

为了探究荠菜产生的二甲基硫醚类风味物质对整体风味的贡献程度随时间的变化情况，本研究通过计算ROAV来进行评估。表2～4分别列出了整株荠菜、切割荠菜和热处理后的荠菜放置期间鉴定出的ROAV＞1的风味物质。在4 ℃条件下，整株荠菜中(

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)-3-己烯醇的ROAV始终最高；二甲基二硫醚的ROAV上升幅度不大，仅在放置48 h和72 h时ROAV＞1，分别为2.63和1.24；二甲基三硫醚仅在放置6 h和48 h时ROAV＞1，分别为1.37和2.78；这表明在4 ℃条件下，整株荠菜中整体风味贡献度最大的为(

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)-3-己烯醇。在25 ℃条件下，整株荠菜中(

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)-3-己烯醇的ROAV在放置24 h内最高，二甲基二硫醚的ROAV在48 h时达到最高并一直保持，二甲基三硫醚从6 h开始ROAV＞1。这表明在25 ℃条件下，随着时间的延长，整株荠菜中含硫化合物（二甲基二硫醚、二甲基三硫醚）取代(

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)-3-己烯醇成为对整体风味贡献最大的风味物质类型。在4 ℃条件下，切割荠菜中(

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)-3-己烯醛的ROAV在前2 h最高，(

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)-3-己烯醇的ROAV在4 h往后一直保持最高。而二甲基二硫醚、二甲基三硫醚分别从4 h以及8 h开始ROAV＞1，且它们的ROAV整体呈上升趋势。这表明在4 ℃条件下，对切割荠菜整体风味贡献度最大的先后分别为(

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)-3-己烯醛和(

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)-3-己烯醇，但如果放置时间进一步延长，含硫化合物（二甲基二硫醚、二甲基三硫醚）极有可能替代(

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)-3-己烯醇成为对体系贡献度最大的风味物质类型。在25 ℃条件下，切割荠菜中(

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)-3-己烯醛的ROAV在前2 h时最高，(

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)-3-己烯醇的ROAV在4～6 h时最高，从8 h开始二甲基二硫醚ROAV最高并一直保持，二甲基三硫醚在4 h时ROAV＞1并一直保持。这表明在25 ℃条件下的切割荠菜中，含硫化合物（二甲基二硫醚、二甲基三硫醚）随时间延长逐步取代醇、醛类物质成为对整体风味贡献最大的风味物质类型。在4 ℃条件下，经热处理的荠菜中ROAV最大的风味物质始终为戊醛，二甲基二硫醚在6、8、12 h时ROAV＞1，分别为14.89、5.55、16.79，二甲基三硫醚仅在0 h时ROAV＞1，为1.80。在25 ℃条件下，经热处理的荠菜在放置的前8 h时ROAV最大的风味物质为戊醛，而在放置12 h开始，ROAV最大的风味物质为二甲基二硫醚。这表明25 ℃条件下经热处理的荠菜，随着放置时间的延长，含硫化合物（二甲基二硫醚、二甲基三硫醚）逐步替代戊醛成为体系中贡献度最大的风味物质类型。

4

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-半胱氨酸亚砜含量变化及与二甲基硫醚类物质的相关性分析

十字花科类植物中二甲基二硫醚、二甲基三硫醚主要通过

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-半胱氨酸亚砜降解得到。为探究荠菜样品中二甲基二硫醚、二甲基三硫醚形成机制，进一步通过液相色谱-质谱联用技术分析

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-半胱氨酸亚砜含量变化规律，并将

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-半胱氨酸亚砜含量与二甲基硫醚类风味物质相对含量进行Pearson相关性分析。Pearson相关性分析是基于协方差的概念，通过计算两个变量的协方差除以它们各自标准差的乘积，根据相关性系数推测两个变量之间的线性关系。相关系数为正值表明二者呈正相关，负值表明二者呈负相关，且绝对值越接近1，表示两个变量之间的线性关系越强；绝对值越接近0，表示两个变量之间的线性关系越弱。

如图3所示，在4 ℃及25 ℃条件下，整株荠菜与切割荠菜中的

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-半胱氨酸亚砜含量均随时间延长呈现出下降的趋势，且25 ℃条件时

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-半胱氨酸亚砜含量降低速度比4 ℃条件明显提高，25 ℃放置的整株荠菜72 h内从最初的180.11 ng/g下降到118.86 ng/g，而4 ℃放置的整株荠菜仅下降到158.54 ng/g。25 ℃放置的切割荠菜24 h内从最初的175.8 ng/g下降到81.13 ng/g，而4 ℃放置的切割荠菜仅从最初的180.38 ng/g下降到136.34 ng/g。经热处理后的荠菜中

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-半胱氨酸亚砜含量在不同温度条件下变化均不明显，并且

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-半胱氨酸亚砜含量整体低于整株荠菜与切割荠菜。图4展示了荠菜样品中二甲基硫醚类风味物质与

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-半胱氨酸亚砜含量对比径向柱状图。结果显示，整株荠菜中二甲基硫醚类风味物质与

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-半胱氨酸亚砜含量之间相关系数为-0.92，切割荠菜中二甲基硫醚类风味物质与

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-半胱氨酸亚砜含量之间相关系数为-0.93，经热处理荠菜中二甲基硫醚类风味物质与

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-半胱氨酸亚砜含量之间的相关系数为-0.91，这表明在3 种荠菜样品中二甲基硫醚类风味物质与

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-半胱氨酸亚砜含量之间均存在显著的负相关性。

本研究发现切割处理和放置温度显著影响荠菜中的主要风味物质。对于整株荠菜，4 ℃条件下，醇类和醛类物质为荠菜主要风味物质；25 ℃条件下，随着放置时间的延长，含硫化合物成为荠菜主要风味物质。对于切割荠菜，4 ℃与25 ℃条件下，随着放置时间的延长含硫化合物均成为荠菜的主要风味物质，在同样的温度条件下，切割荠菜中含硫化合物的产生速率及产生量要大于整株荠菜中含硫化合物的产生速率及产生量。对比完整和切割样品不难发现，切割后荠菜更易产生含硫化合物，这可能是因为决定含硫化合物生成的酶通常存在于液泡中，而含硫化合物前体底物通常存在于细胞质中，随着切割处理，荠菜组织细胞破裂，酶与底物更容易接触。对于热处理后的荠菜，4 ℃条件下，醇类和醛类物质为荠菜主要风味物质；25 ℃条件下，随着放置时间的延长，含硫化合物含量显著增加。这可能是因为热处理后酶活性并未完全丧失导致产生含硫化合物的催化反应随着时间的延长仍然发生。

进一步对含硫化合物的主要组分二甲基硫醚类物质进行分析，发现在4 ℃条件下，整株荠菜中二甲基硫醚类物质的相对含量始终处于较低值。但在25 ℃条件下，随着时间的延长，二甲基二硫醚呈现出明显的增长趋势，这可能是由于温度影响了半胱氨酸裂解酶的酶活性。Krest等报道在葱属植物中半胱氨酸裂解酶的最适温度为36～40 ℃。本研究中，25 ℃的室温环境更接近半胱氨酸裂解酶的最适温度，导致半胱氨酸裂解酶催化前体物向二甲基二硫醚转化更快。此外，在25 ℃条件下放置的荠菜细胞呼吸作用更强，使反应的容器中氧气含量下降更快，所形成的低氧环境可能诱发细胞膜脂质的恶化和细胞内区隔的丧失，引起酶和底物接触，进而促进二甲基二硫醚的大量产生。经切割后的荠菜，二甲基硫醚类物质在4 ℃与25 ℃均呈现出增加趋势，其中25 ℃条件下二甲基二硫醚增加速度大于4 ℃。且相同温度条件下，经切割荠菜中二甲基二硫醚增加速度大于整株荠菜。这可能是因为切割使荠菜组织破碎，促进半胱氨酸裂解酶与底物

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-半胱氨酸亚砜间产生更大的接触面积，从而提高酶催化效率，使二甲基二硫醚转化量更多。对于热处理后的荠菜，在4 ℃条件下二甲基二硫醚含量始终较低，且无明显上升趋势，这可能是热处理使半胱氨酸裂解酶部分失活，加之低温对酶活性的抑制作用导致。而25 ℃条件下，随着放置时间的延长，二甲基二硫醚相对含量呈明显增加趋势，这可能是因为经热处理后未失活的半胱氨酸裂解酶仍发生了催化反应。此外，有研究表明

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-半胱氨酸亚砜催化分解的一系列反应中，作为中间体的甲乙硫代亚硫酸甲酯会缓慢分解产生二甲基三硫醚、二甲基二硫醚和二甲基硫醚。本实验中二甲基三硫醚在所有荠菜样品中相对含量均很低（大多不超过0.5%），因此推测在荠菜中甲乙硫代亚硫酸甲酯更倾向于产生二甲基二硫醚。

为解析二甲基二硫醚类物质形成机制，本研究分析了荠菜样品中

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-半胱氨酸亚砜含量的变化情况，发现切割处理和温度也显著影响

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-半胱氨酸亚砜含量。对于整株荠菜而言，不同温度条件下，

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-半胱氨酸亚砜含量均出现下降趋势，其中25 ℃条件时

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-半胱氨酸亚砜含量下降幅度比4 ℃条件更大。在同一温度条件下，经切割后荠菜中

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-半胱氨酸亚砜含量下降速度比整株荠菜更快。并且

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-半胱氨酸亚砜含量下降趋势与二甲基二硫醚含量增加趋势基本保持一致。这可能是由于适宜的反应温度以及切割引起的较大接触面积提高了半胱氨酸裂解酶转换效率，与前文结果相呼应。热处理荠菜中的

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-半胱氨酸亚砜含量显著低于其他样品，可能是

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-半胱氨酸亚砜易溶于水的性质，在水煮过程中

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-半胱氨酸亚砜溶出导致。通过Pearson相关性分析发现，3 种荠菜样品中

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-半胱氨酸亚砜含量与二甲基硫醚类物质均呈现显著负相关，这进一步说明荠菜中二甲基硫醚类物质可能由

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-半胱氨酸亚砜经半胱氨酸裂解酶催化降解而来。因此通过对比其他十字花科植物中二甲基硫醚类物质形成途径，可以推测出荠菜中二甲基硫醚类物质的形成途径，即

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-乙酰基-

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-丝氨酸经过硫代烷基化或半胱氨酸经过甲基化获得

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-半胱氨酸，然后

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-半胱氨酸进一步氧化生成

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-半胱氨酸亚砜；

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-半胱氨酸亚砜在半胱氨酸裂解酶的催化下进一步生成甲磺酸；甲磺酸经过自身的脱水歧化形成甲乙硫代亚硫酸甲酯，甲乙硫代亚磺酸甲酯之间形成二甲基二硫醚和甲乙硫代磺酸甲酯。此外，研究检测出荠菜样品中少量的二甲基三硫醚，它可能是由甲乙硫代亚硫酸甲酯在中性条件下慢慢分解产生。具体反应途径如图5所示。

结论

在本研究发现当环境温度较高或者荠菜破碎程度较大时，荠菜中更倾向于产生二甲基硫醚类异味物质。结合

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-半胱氨酸亚砜含量的变化以及Pearson相关性系数，可以推测出荠菜中二甲基硫醚类异味物质产生的可能途径。研究明确了切割处理和放置温度是控制荠菜中二甲基硫醚类物质形成的关键因素，为荠菜风味提升提供理论依据。但本研究仍然存在一定的局限性。后续的研究可以进一步构建模拟体系，并在同样的环境条件下进行验证实验。另外，需要进一步聚焦环境条件对于半胱氨酸裂解酶活性的影响，从而更好地明确荠菜中二甲基硫醚类异味物质的产生途径。

作者简介

通信作者：

李大婧，博士、博导，二级研究员，江苏省农业科学院农产品加工研究所副所长，江苏省农业科学院农产品加工研究所果蔬加工创新团队首席科学家。入选江苏省“333”中青年领军人才、省有突出贡献中青年专家，中国食品科学技术学会杰出青年奖等。长期从事果蔬加工品质调控与机理、类胡萝卜素等营养健康食品精准制造研究。主持承担国家重点研发计划、国家自然科学面上基金等国家和部省级项目35 项；以第一完成人获江苏省科学技术二等奖2 项、中国食品工业协会科学技术特等奖1 项；授权国家发明专利63件；发表期刊论文309 篇，其中SCI收录90 篇；参编著作7 部；制定省标及企业标准37 项。兼任中国食品科学技术学会理事、休闲食品加工技术分会常务委员，国家食药同源产业科技创新联盟常务理事，《食品科学》编委。

第一作者：

张磊，南京师范大学食品与制药工程学院，2022级硕士研究生。参与江苏省农业科技自主创新资金项目（CX(23)1010）与江苏省科技计划专项（BN2023060）。主要研究方向为荠菜风味形成规律及机制探究。

本文《 不同预处理对荠菜中二甲基硫醚类物质形成的影响 》来源于《食品科学》2025年46卷第8期51-60页，作者： 张 磊，张钟元，刘天星，吴海虹，李建林，冯蕾，牛丽影，李大婧* 。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20241007-011 。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：刘芯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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