Effect of reverse osmosis on the composition of volatile and non-volatile compounds in garlic (Allium sativum L.) concentrates

Abstract

The volatile and non-volatile compounds in garlic (Allium sativum L.) can be varied during processing and storage. In particular, heat treatments can lead to the significant change in volatile and non-volatile profiles of garlic. Reverse osmosis does not require high temperatures in operation, so it can reduce the loss of volatile and non-volatile compounds during processing. This study was conducted to investigate change in volatile and non-volatile compounds of garlic by reverse osmosis. The volatile compounds of garlic were extracted by solvent extraction (SE) and analyzed using GC-MS (quadropole). In addition, non-volatile compounds were analyzed by GC-TOF/MS after derivatization. To evaluate statistical differences in volatile and non-volatile compounds of garlic extracts according to process steps, multivariate data analyses such as principal component analysis (PCA) and partial least square-discriminant analysis (PLS-DA), and univariate analysis such as ANOVA were applied. Overall, reverse osmosis samples were clearly discriminated from extracts of different steps. The main compounds involved in this separation were dithiolane 1-oxide, 2-ethenyl-4H-1,3-dithiine, 1,1-diethoxy-2-butene and 3-hydroxybutanal in volatile compounds, while ribonic acid, malic acid, 2-butenedioic acid, threonine and phenylalanine were mainly responsible for this differentiation among non-volatile compounds. The main volatile compounds of garlic, sulfur-containing compounds, such as 3-ethenyl-3,6-dihydrodithiine, 3-prop-2-enyldisulfanylprop-1-ene, 3-ethenyl-3,4-dihydrodithiine, 3-methyldisulfanylprop-1-ene and 1,4,6-oxadiazocane-5-thione mainly increased during the grinding and primary filtration processes, then decreased through the secondary filtration and ultrafiltration processes, and increased during the reverse osmosis concentration process. On the other hand, the pattern of change in non-volatile compounds of garlic throughout the processing step showed different trends for each compound. Carbohydrates and amino acid significantly decreased in the ultrafiltration process, whereas organic acids reduced most considerably after the primary filtration process. These results can be applied to understand effects of each process on volatile and non-volatile compounds of garlic to improve the quality of garlic reverse osmosis concentrates.;마늘의 휘발성 및 비휘발성 화합물은 가공, 저장 중에 변화될 수 있다. 특히 열처리는 마늘의 휘발성 및 비휘발성 프로파일에 상당한 변화를 야기할 수 있다. 역삼투압법은 작동 시 고온이 필요하지 않으므로 공정 중에 휘발성 및 비휘발성 화합물의 손실을 줄일 수 있다. 본 연구는 마늘 역삼투압 농축액의 휘발성 및 비휘발성 화합물의 변화를 조사하기 위해 수행되었다. 마늘 추출물의 휘발성 향기 성분은 solvent extraction (SE) 방법을 통해 추출하였고, GC-MS를 이용하여 분석하였다. 또한 비휘발성 성분은 유도체화 하여 GC-TOF/MS를 이용하여 분석하였다. 공정 단계별 휘발성 및 비휘발성 화합물의 차이를 통계적으로 확인하기 위해 PCA와 PLS-DA 를 이용하여 다변량 분석하였고, ANOVA를 이용하여 단변량 분석하였다. 그 결과, reverse osmosis 농축액은 다른 단계의 추출물로부터 뚜렷하게 구분되었는데, 이 분리에 관련된 주요 화합물은 dithiolane 1-oxide, 2-ethenyl-4H-1,3-dithiine, 1,1-diethoxy-2-butene, 3-hydroxybutanal 같은 휘발성 화합물과 ribonic acid, malic acid, 2-butenedioic acid, threonine, phenylalanine 등의 비휘발성 화합물이었다. 3-ethenyl-3,6-dihydrodithiine, 3-prop-2-enyldisulfanylprop-1-ene, 3-ethenyl-3,4-dihydrodithiine, 3-methyldisulfanylprop-1-ene and 1,4,6-oxadiazocane-5-thione과 같은 마늘의 주요 향기 성분인 sulfur-containing compounds 는 주로 분쇄와 1차 여과 공정 중 증가한 후, 2차 여과와 한외여과 공정을 거치면서 감소하였고, 역삼투 농축 공정에서 증가하였다. 반면에, 공정단계별 마늘의 비휘발성 화합물의 변화 양상은 각 화합물마다 다른 경향을 보였는데, 당과 아미노산은 한외여과 공정에서 가장 큰 손실을 보였고, 유기산은 1차 여과 공정 후 가장 많은 양 감소하였다. 이러한 결과를 바탕으로 이 연구는 마늘 역삼투압 농축액의 품질을 향상시키기 위해, 마늘의 휘발성 및 비휘발성 화합물에 대한 각 공정의 영향을 이해하는데 이용 될 수 있다.