板栗及其膨化制品的揮發性香氣成分分析

王文艷，劉凌，吳娜，張曉磊，2

1(中國食品發酵工業研究院，北京，100027)

2(國家食品質量監督檢驗中心，北京，100027)

板栗及其膨化制品的揮發性香氣成分分析

王文艷1，劉凌1，吳娜1，張曉磊1，2

1(中國食品發酵工業研究院，北京，100027)

2(國家食品質量監督檢驗中心，北京，100027)

采用頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術對生板栗粉、煮板栗和3種膨化板栗制品的揮發性香氣成分進行分離鑒定。共鑒定出68種揮發性物質，初步認定吡嗪類物質中的甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪;呋喃類物質中的 2-戊基呋喃、γ-丁內酯、2-糠醇、2，5-二氫-3，5-二甲基-2-呋喃酮和γ-辛內酯及芳香族類物質中的苯甲醛是板栗的特征風味物質。煮制可提升板栗的香氣。膨化板栗片的膨化加工方式對其香氣成分影響顯著，擠壓膨化板栗片的香氣物質組成和煮板栗比較相似，微波膨化板栗片中易產生具有枯焦氣息的2，4-二叔丁基苯酚，油炸膨化板栗片的揮發性成分最復雜，醛類物質較多。

板栗，膨化板栗制品，揮發性香氣成分，頂空固相微萃取(HS-SPME)，氣相色譜-質譜(GC/MS)

板栗口感為甜、糯，并帶有柔和的特殊香氣，前人對板栗的香氣成分研究很少，國內外相關文獻屈指可數且涉及的范圍很有限。Morini和Maga[1］采用GCMS聯用法檢測烤板栗和煮板栗的二氯甲烷提取物的揮發性成分，分別初步定性出了33個和30個揮發性成分。Sabine Krist等[2］采用頂空SPME和GC-MS聯用法分析測定意大利烤板栗的揮發性風味物質，認為丁烷，戊烷，己烷，庚烷的單萜烯類和衍生物是起重要作用的香氣化合物;γ-丁內酯(12.8%)，γ-松油烯(9.2%)，糠醛(6.3%)，甲醛(7.2%)，4-甲基-2-戊酮(5.3%)的相對百分含量較高，可能對烤板栗的風味也起一定的作用。葉興乾等[3］采用GC/MS色譜法分析了糖炒栗子醇提取物中芳香成分，鑒定出27種芳香成分，主要成分有5-羥基糠醛、糠醛、羥基二氫麥芽酚、糠醇、十六酸及一些呋喃類化合物，多是板栗炒制過程中由美拉德反應形成的風味物質。弓志青等[4］研究了超高壓處理對即食板栗仁風味成分的影響。由于前人在這方面的研究相對單一，不同學者的研究結果也存在較大差異，目前板栗的特征風味成分尚不明確，有待進一步探討。膨化板栗制品是一種新開發的產品，檢測其揮發性香氣成分有利于對其進行風味評價。

本課題采用頂空固相微萃取(HS-SPME)結合氣相色譜-質譜聯用技術(GC/MS)檢測生、熟2種板栗原料和3種膨化板栗制品的揮發性香氣成分，研究板栗及其膨化制品的揮發性香氣組成，探索其特征香氣成分，對開發風味濃郁的板栗新產品有一定的指導意義。

1 材料和方法

1.1 材料

原料:板栗;板栗生粉;木薯淀粉;食用大豆油。

儀器:氣相色譜-質譜聯用儀，島津 GC/MSQP2010 Plus;電子天平;固相微萃取裝置，美國SUPELCO公司，備有85 μmPA萃取頭;DSE-25型同向嚙合雙螺桿擠壓機，德國布拉本德公司;QZF-6050型真空干燥箱，上海一恒科技有限公司;G80F23N1PM8型微波爐，格蘭仕公司。

1.2 方法

1.2.1 真空凍干板栗生粉的制備

將板栗去殼去衣后，切成薄片，在-18℃冰箱中預凍12 h，取出后放入真空凍干機中，待完全干燥后取出粉碎即為真空凍干板栗粉。

1.2.2 煮板栗粉的制備

板栗帶殼煮制30 min后撈出，剝殼去衣得到板栗仁，用小刀將板栗仁削成薄薄的碎片，在真空干燥箱中70℃下干燥3 h，粉碎機粉碎后即為煮板栗粉。

1.2.3 微波和油炸膨化板栗片的制備

以板栗粉和木薯淀粉為主要原料，混勻后加水揉搓成圓柱狀，靜置1 h使天冬酰胺酶充分作用于底物，蒸煮40 min后將坯料在4℃老化18 h，然后取出坯料切成薄片，75℃下預干燥2 h后在密閉容器內均濕20 h，最后采用微波膨化或油炸至板栗片膨松顏色金黃。

1.2.4 擠壓膨化板栗片的制備

采用DSE-25型同向嚙合雙螺桿擠壓機:螺桿外徑(D)為25 mm;螺桿長徑比為20∶1;擠壓機加工各區域長度:喂料區4D，Ⅰ區6D，Ⅱ區6D，Ⅲ區4D，Ⅳ區2D，Ⅴ區5D，模孔為矩形(2 mm×20 mm)，Ⅰ區到Ⅴ區的加工溫度分別為70℃、90℃、110℃、130℃和150℃。物料喂入速度為40 g/min，螺桿轉速160 r/min，物料含水率提前24h預調整為17%。擠壓過程的扭矩為(85.04±0.69)N·m;壓力為(29.44±0.99)bar。擠壓樣品在高火條件下微波20 s后即為擠壓膨化板栗片。

1.2.5 頂空-固相微萃取(HS-SPME)條件

準確稱取2.0 g粉碎后的樣品于20 mL頂空瓶中，旋緊瓶蓋，將固相微萃取裝置插入頂空瓶，在40℃水浴中保溫萃取60 min，隨后將萃取頭取出，直接供GC/MS分析。

1.2.6 GC/MS分析條件

色譜條件:所用色譜柱為CP-WAX57CB毛細管柱(50 m×0.25 mm i.d.×0.2 μm)，載氣為氦氣，流速1.0 mL/min，柱溫采用程序升溫，初溫35℃，保持3 min后以3℃/min升至80℃，再以9℃/min升至200℃，保持20min。進樣口溫度為230℃，不分流進樣1 min。

質譜條件:MS電離方式為EI，電子能量70eV，離子源溫度230℃，質譜掃描范圍35～500 amu，質譜分析用數據庫為NIST08庫。

2 結果與分析

2.1 板栗原料及膨化板栗片揮發性香氣成分的檢測結果

利用NIST08譜庫對各組分峰的MS圖譜作檢索，將可能的結果與MS標準圖譜作比較，并結合組分峰的色譜保留規律加以確認，采用面積歸一化法定量，這5種樣品的定性、定量結果見表1和表2。

表1 生熟板栗原料中揮發性組分HS-SPME-GC/MS分析結果及呈味分析

續表1

續表1

表2 3種膨化板栗片中揮發性組分HS-SPME-GC/MS分析結果及呈味分析

續表2

續表2

由表1和表2可知，在5種樣品中，共鑒定出68種物質，包括醇類(17種)、醛類(15種)、酮類(10種)、呋喃類(7種)、酸類(6種)、酯類(5種)、芳香族(3種)和吡嗪類(5種)等8類化合物;這68種物質中有29種在板栗原料及相關制品揮發性性成分檢測的各種文獻中出現過，為表1和表2序號后帶*標注的物質。

由表1可知，真空凍干板栗粉和煮板栗這生、熟兩種原料中分別鑒定出40種和33種風味物質，共55種物質包括醇類15種，醛類12種，酸類6種，酯類5種，酮類8種，芳香族類2種，呋喃類6種和吡嗪類1種;共同的香氣成分共有18種包括醇類6種，醛類5種，酸類1種，酮類2種，及呋喃類4種。

表2可知，3種不同膨化方式制備的膨化板栗片中共鑒定出50種物質，醇類13種，醛類13種，酸類4種，酯類1種，酮類8種，芳香族類2種，呋喃類4種和吡嗪類5種。其中油炸膨化、微波膨化和擠壓膨化板栗片中分別鑒定出38種、25種和33種風味物質，3者共同的香氣成分有12種包括醇類6種，酸類1種，醛類1種，酮類3種及呋喃類1種。

5種樣品均檢出的揮發性組分有8種，包括3種醇類(正戊醇、雪松醇、2，2＇-氧代二乙醇)，1 種醛類(壬醛)，1種酸類(乙酸)，2 種酮類(羥基丙酮、3-壬烯-2-酮)和1種呋喃類(二氫-2(3H)-呋喃酮)。

2.2 板栗的煮制對其風味物質的影響

由圖1和圖2可知，真空凍干板栗生粉和煮板栗的揮發性香氣成分各類物質的含量和種類的差異比較顯著。與板栗生粉相比，板栗煮熟后其揮發性香氣成分中新檢出了具有堅果香氣的2種芳香族物質和1種吡嗪類物質，呋喃類物質的相對含量也有所增加，這應該是蒸煮過程中發生美拉德反應形成的;同時還新檢出了5種酯類物質，相對含量為6.81%，分析原因可能是板栗中所含的脂肪酸發生酯化作用產生的;而板栗生粉中的6種酸類物質除了乙酸外，其余5種在煮板栗中均未檢出，可能是因為這些中鏈脂肪酸在蒸煮過程中發生了氧化作用。板栗煮制后醇類物質的種類變化不大，含量顯著增加，主要是雪松醇、2，2’氧代二乙醇和2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇的比例增加明顯(參見表1)，可能是由脂肪酸的氫過氧化物的分解或醛類物質的降解產生[5］。醛類物質種類和含量急劇減少，是由于在熱作用下發生了降解;但酮類風味物質的種類數和百分含量基本沒有變化。總體來看板栗煮制對提高板栗的香氣十分有利，主要體現在芳香族類、吡嗪類和呋喃類這些對板栗風味貢獻極大的物質上。

圖1 煮制對板栗原料各類風味物質含量的影響

圖2 煮制對板栗原料各類風味物質種類的影響

2.3 加工方式對膨化板栗制品風味物質的影響

3種膨化板栗片制備的原料配方完全相同，僅添加了木薯淀粉1種輔料，圖3和圖4的檢測結果顯示，它們的揮發性風味物質因膨化方式不同而呈現顯著的差異。

圖3 膨化方式對板栗片各類風味物質含量的影響

圖4 膨化方式對板栗片各類風味物質種數的影響

這3種膨化板栗片制品中微波膨化板栗片的揮發性香氣成分的數量最少為25種，這是由于它的受熱方式比較特殊，不同于油炸和擠壓板栗片。微波膨化板栗片的受熱是由內向外進行的，產生的香氣成分從內部向外部揮發時遭遇表面相對較低的溫度，會隨著水蒸汽的析出而有所損失[6］。此外微波膨化板栗片中檢出了相對含量高達80%的芳香族類物質2，4-二叔丁基苯酚，它具有枯焦氣息，是食品中常用的抗氧化劑。除去2，4-二叔丁基苯酚外其它各類物質的相對含量和其它兩種膨化板栗片樣品相差不大。微波膨化板栗片由于受熱時間短，物料的中心溫度高，美拉德反應產生的吡嗪類物質種類較多，也產生了較多的2，4-二叔丁基苯酚這一芳香族化合物。

油炸膨化板栗片的揮發性香氣成分種類較豐富，為38種，其中醛類物質種類和含量均遠高于另外兩種膨化方式制備的板栗片，未檢出酯類和芳香族類物質，吡嗪類物質只檢出1種，含量也明顯低于另外2種板栗片樣品。油炸膨化板栗片的風味物質和油炸用油的種類、脂肪酸組成、油炸溫度、油炸時間以及油炸后板栗片的保藏方式、保藏時間均有關。由于使用了含豐富風味物質的食用油做加熱介質，一方面，油炸過程中多種物質會發生氧化作用等復雜的化學反應，從而生成了較多的醛類物質，包括油炸食品的特征香氣物質2，4-癸二烯醛;另一方面食用油可能也會引入一些香氣物質到油炸膨化板栗片中;所以油炸板栗片的風味物質豐富、油炸香氣濃郁，和微波和擠壓膨化板栗片及煮板栗的風味相差較大。

在這3種膨化板栗片制品中擠壓膨化板栗片各類風味物質的種類及相對含量總體上和煮板栗比較相似(參見表1和表2)，尤其是醇類物質、酸類物質和吡嗪類物質。擠壓板栗片的醇類物質中以雪松醇、2，2’氧代二乙醇和2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇的比例較高和煮板栗粉相當;二者的主要酸類物質均是乙酸，所占比例都比較大。二者吡嗪類物質中都主要是四甲基吡嗪，所占比例基本一樣。

2.4 板栗的特征香氣成分分析

對板栗原料及其膨化制品的揮發性風味物質分別按醇類、醛類、酸類、酯類、酮類、芳香族類、呋喃類和吡嗪類這八類物質分別進行討論。

揮發性化合物中的醇類主要來自脂肪氧化，飽和醇由于其風味閾值(500～20000μg/kg)較高，對板栗的風味影響不大，而不飽和醇的風味閾值較低，對風味的形成有一定作用[7］。在板栗原料及其膨化制品中均檢測出且相對含量較高的醇類物質主要為雪松醇和 2，2＇-氧代二乙醇，其中 2，2＇-氧代二乙醇 Sabine Krist等[2］在烤板栗中也有檢出，它們可能會對板栗的風味有一定的貢獻。

醛類物質一般認為是由油脂的自動氧化產生[8］，一般閾值較低，多具有果香、青香、脂肪香或油炸香，如2-癸烯醛，2，4-壬二烯醛是由不飽和脂肪酸的過氧化反應生成[9］。壬醛在5種樣品中均有檢出，己醛、2-丁基-2-辛烯醛在板栗生粉中的相對含量很高，它們可能板栗及其膨化制品的風味有一定的貢獻。

在板栗原料及其膨化制品中檢測的酸類物質主要有乙酸和己酸。乙酸幾乎存在于所有的植物種子中，不是板栗中特有的揮發性成分，己酸香味閾值很高為3mg/kg。一般酸類物質的香味閾值均較大，故可知酸類物質對板栗的風味貢獻不大。

在板栗原料及其膨化制品中檢測的酯類物質共有5種，主要是在煮板栗中檢出的，含量均不高，其中以棕櫚酸甲酯和油酸甲酯的2.18%和2.24%相對較高，且酯類物質的香味閾值較高，對風味的影響不大。

酮類化合物可能是醇的氧化產物，也可能是酯類分解的產物[10］。在5種樣品中酮類物質的種類共10種，相對較豐富，但相對百分含量均不高多數在3%以下。5個樣品中均檢出的風味物質有羥基丙酮和3-壬烯-2-酮，羥基丙酮是美拉德反應的中間產物，3-壬烯-2-酮具有愉快的果香香韻，它們可能是板栗及其膨化制品的風味物質。

在5種樣品中芳香族類化合物的種類很少，只有苯乙烯、2，4-二叔丁基苯酚和苯甲醛3種，其中苯乙烯在微波和擠壓膨化板栗片及煮板栗粉3個樣品中檢出，其中煮板栗中的相對含量較高為13.6%。微波和擠壓膨化板栗片樣品中檢測出了2，4-二叔丁基苯酚，它具有枯焦氣息，在微波膨化樣品中的相對百分含量很高，為79.16%。煮板栗中檢出了苯甲醛(5.44%)，它具有堅果香氣，香氣閾值為3mg/kg，且弓志青，朱丹宇和劉春泉[4］在板栗仁中也檢出了苯甲醛，它可能是其中一種使板栗具有特殊堅果香氣的物質。

板栗原料及其膨化制品樣品中共檢出7種呋喃類物質:2-戊基呋喃、γ-丁內酯、2-糠醇、二氫-5-乙基-2(3H)-呋喃酮、2，5-二氫-3，5-二甲基-2-呋喃酮、γ-辛內酯和γ-壬內酯;前3種物質具有甜香、焦糖香、面包香、咖啡香，葉興乾，金亦之和鄒建凱[3］在糖炒板栗中也有檢出，并認為它們是糖炒板栗中的特征風味化合物。呋喃類物質是板栗及其膨化制品在熱加工過程中美拉德反應的第一階段、Strecker降解及最后階段的主要產物，2，5-二氫-3，5-二甲基-2-呋喃酮在煮板栗粉中檢出，相對百分含量為9.77%，具有焦糖香，很可能是煮板栗中的重要風味物質。γ-辛內酯在真空凍干板栗生粉中檢出，含量為0.7%，口味甜，香味持久，常用于堅果、椰子、奶油等食用香精，故推測其可能對板栗的風味有一定的作用。因此可知，呋喃類物質中的 2-戊基呋喃、γ-丁內酯、2-糠醇、2，5-二氫-3，5-二甲基-2-呋喃酮和γ-辛內酯對板栗及其膨化制品的風味影響重大，可能是其特征風味物質。

吡嗪類物質是通過美拉德反應的斯特勒克降解反應途徑形成的，美拉德反應的風味物質多產生于此途徑。板栗原料及其膨化制品樣品中共檢出5種吡嗪類物質:甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪和四甲基吡嗪，其中前2種物質 Morini G，Maga J[1］和 Sabine Krist等[2］在板栗中也有檢出，前3種物質均具有堅果香，焙烤香味，且其它堅果中(如榛子)也含有多種吡嗪類化合物，2，6-二甲基吡嗪常用于調配堅果香型的食用香精。可見吡嗪類物質是板栗原料及其膨化制品中的一類非常重要的風味物質，由于其多具有堅果香很可能是其特征風味物質。

綜上所述，吡嗪類物質中的甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪;呋喃類物質中的 2-戊基呋喃、γ-丁內酯、2-糠醇、2，5-二氫-3，5-二甲基-2-呋喃酮和γ-辛內酯和芳香族類物質中的苯甲醛可能是板栗原料及其膨化制品特征風味物質。醛類物質中的己醛、2-丁基-2-辛烯醛和壬醛;酮類物質中的羥基丙酮和3-壬烯-2-酮以及醇類物質中的雪松醇和2，2＇-氧代二乙醇可能對板栗及其膨化制品的風味貢獻較大。

3 結論

生熟2種板栗原料和3種膨化板栗制品中共鑒定出68種揮發性香氣物質，包括醇類(17種)、醛類(15種)、酮類(10種)、呋喃類(7種)、酸類(6種)、酯類(5種)、芳香族類(3種)和吡嗪類(5種)等八類化合物。

吡嗪類物質(甲基吡嗪等)、芳香族類物質(苯甲醛)、呋喃類物質(2-戊基呋喃、γ-丁內酯等)可能是板栗的特征風味成分。醛類物質中的己醛、2-丁基-2-辛烯醛、壬醛;酮類物質中的羥基丙酮、3-壬烯-2-酮以及醇類物質中的雪松醇、2，2＇-氧代二乙醇等可能對板栗及其膨化制品的風味貢獻較大。

板栗煮制后對提高板栗的香氣十分有利，不同的膨化加工方式對膨化板栗片的香氣成分影響顯著。擠壓膨化板栗片各類香氣物質的種類及含量總體上和煮板栗比較相似;油炸板栗片的香氣最復雜，油炸過程中可能引入了一些額外的香氣成分并產生了較多的醛類物質;微波膨化板栗片在微波過程中易產生具有枯焦氣息的芳香族化合物2，4-二叔丁基苯酚。

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ABSTRACTThe volatile flavor compounds of chestnut powder，boiled chestnut and three puffed chestnut products were determined by HS-SPME-GC/MS.Sixty eight kinds of volatile flavor compounds were identified.Four kinds of pyrazine(methylpyrazine，2，3-dimethyl pyrazine，2-ethyl-6-methyl pyrazine，2，6-dimethyl pyrazine)，five kinds of furans(2-pentyl furan，γ-Butyrolactone，2-furfuryl alcohol，2，5-dihydro-3，5-dimethyl-2-furanone，2(3H)-Furanone，5-butyldihydro-)as well as one kind of aromatic substances(Benzaldehyde)were initially identified as important aroma impact compounds.Chestnut aroma enhanced after cooking.Different puffing significantly influence aroma compositions of puffed chestnuts crisps.The aroma substance composition of extruded chestnut crisps and boiled chestnut are quite similar.A lot of 2，4-di-tert-butylphenol，which has paste flavor was generated in microwave puffing chestnut crisps.Volatile components of fried puffed chestnut crisps were the most complex which contained more aldehydes substances.

Key wordsChestnut，puffed chestnut foodstuff，volatile flavor compounds，headspace solid-phase microextraction，gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

Volatile Flavor Compounds of Chestnuts and Puffed Chestnut Products

Wang Wen-yan1，Liu Ling1，Wu Na1，Zhang Xiao-lei2
1(China National Research Institute of Food and Fermentation Industries，Beijing 100027，China)
2(China National Center for Food Quality Supervision and Testing，Beijing 100027，China)

碩士研究生(劉凌教授高級工程師為通訊作者)。

2012-03-27