固相微萃取法提取蒸麥芽中風味物質

呼 德，陳存社，張甜甜，盧志興

（北京工商大學，北京市高等學校食品添加劑與配料工程中心，北京市食品風味化學重點實驗室，北京 100048）

固相微萃取法提取蒸麥芽中風味物質

呼 德，陳存社*，張甜甜，盧志興

（北京工商大學，北京市高等學校食品添加劑與配料工程中心，北京市食品風味化學重點實驗室，北京 100048）

小麥胚芽具有很高的營養價值，但加工工藝復雜，不同的工藝會產生不同的風味，采用高壓蒸汽的方式對小麥胚芽進行處理，通過SPME法萃取蒸麥香的風味物質，經GC-MS與GC-O分析，確定蒸麥芽的揮發性香味成分。SPME-GC-MS共從蒸麥風味物質中鑒定出56種化合物，占總峰面積的97.76%，包括醛類9種（11.79%）、醇類6種（14.87%）、酮類8種（9.7%）、烴類4種（2.8%）、酯類7種（27.91%）、酚類3種（2.19%）、酸類9種（15.58%）、含氮雜環化合物10種（14.16%）；通過GC-O檢測共發現31個氣味活性區，其中FD=6的化合物為：乙酸乙酯（葡萄酒香）、異戊醛（巧克力香可可香）、2-甲基吡嗪（焙烤香）、糠醛（焦糖香）、2-乙酰基呋喃（烤面包香）、己酸（霉香）、丙位壬內酯（土豆香）、（E）-2-癸烯醛（甘草香），是蒸麥風味的主要貢獻化合物。

氣質聯用，蒸麥芽，香味成分，固相微萃取

小麥胚芽是小麥面粉加工的副產品，具有很高的營養價值，被譽為“人類天然的營養寶庫”[1-2]。我國小麥胚芽資源豐富，是小麥生產和消費的大國[3]，其中通過熱加工處理后的小麥胚芽，一直是我國小麥類食品的重要組成部分，這是因為小麥胚芽除了能夠作為多種營養物質的來源，其獨特的麥香風味也是深受消費者青睞的重要原因。隨著技術的進步和時代的發展，模擬不同類麥香的香精產品也不斷問世，目前我國對麥香風味的研究主要集中在焙烤麥香味，麥香香精的開發多為烤麥的焦糖香型香精[4]，但是伴隨著麥香類食品的迅猛發展，對麥香特殊風味的要求也越來越多樣化，通過蒸汽處理后小麥胚芽雖然烤香與焦糖香較弱，但會散發出獨特的麥米香與青草香，提高了人們對小麥產品的食欲，由于蒸汽處理比焙烤處理的溫度低很多，不僅使得小麥胚芽中很多營養物質在高溫下不會受熱降解，還會減少麥胚在熱加工中產生的丙烯酰胺含量[5-6]，提高了小麥胚芽的保健功效與安全性。目前國內外對小麥胚芽中活性成分研究較多，而對熱加工后小麥胚芽中揮發性香味成分的分析及鑒定研究的較少，其中對蒸麥風味的分析基本沒有。由于固相微萃取法（SPME）無需溶劑，對易揮發的風味物質的濃縮濃度高，具有較高的檢測靈敏度，并且收集的氣味揮發性物質能更好地代表食品的整體風味，不會遺失一些高揮發性的重要風味化合物[7-9]，固本實驗采用SPME法提取蒸麥芽中的揮發性風味成分，利用氣質聯機（GC-MS）行分離鑒定，通過頻率檢測法對GC-O的結果進行分析，最后對比氣質聯機結果與化合物RI值定性，確定蒸麥中主要的風味貢獻化合物，

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

正構烷烴（C7～C22） Alfa Aesar公司；2-甲基-3-庚酮 Sigma-A ldrich公司；無水乙醚、正戊烷、氯化鈉、無水乙醇、無水硫酸鈉 均為分析純；小麥胚芽德州巨嘴鳥工貿有限公司。

6890N-5975i氣質聯機 美國Agilent公司；SPME（DVB/PDMS） 美國Supelco公司；R502B太康旋轉蒸發儀 西安太康生物科技公司；嗅聞裝置ODP 德國Gerstal公司；瑞爾數顯恒溫水浴鍋 江蘇杰瑞爾公司；HSC-12A水浴加熱氮吹儀 上海楚定分析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 SPME法提取蒸麥風味中的揮發性成分[10-11]將一定質量的新鮮小麥胚芽放入高溫蒸鍋中，添加濃度為3.36μg/μL的2-甲基-3-庚酮1μL作內標，同時向樣品中加入20%NaCl促進揮發性成分揮發，120℃蒸汽處理20min，加熱完畢后立即取出樣品40.0g放入燒杯中，將燒杯用封口膜封口后在60℃水浴下平衡1h，用活化后的SPME針在樣品頂空吸附40m in，然后立即將SPME針頭插入氣相色譜進樣口進行熱解析5m in。

1.2.2 GC-MS分析條件 色譜條件：DB-WAX毛細管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；進樣口溫度250℃，載氣為氦氣，恒流模式，流速為1.6m L/m in，不分流進樣，進樣量0.1μL。升溫程序：起始溫度35℃，保留5min，以10℃/min升溫至85℃保留1min，然后以4℃/m in升溫至200℃，保留3m in，以10℃/m in升溫至230℃，保留1min。質譜條件：EI電離源，電子轟擊能量70eV；離子源溫度250℃，傳輸線溫度280℃；質譜采用全掃描監測模式，質量掃描范圍為15～450u；溶劑延遲2m in。保留指數用C6～C22正構烷烴測定。

1.2.3 GC-O分析條件 GC-O系統由配有FID檢測器的Agilent 6890N GC裝置及Gerstal ODP（olfactory detection port）嗅聞裝置組成。毛細管柱為DB-WAX柱（30m×0.32mm×0.25μm；Agilent），以N2為載氣，恒定流速為1.5m L/m in，進樣口溫度為250℃，柱箱升溫程序同1.2.2中GC-MS。采用不分流進樣，流出物在毛細管末端以1∶1的分流比分別流入FID和ODP。

1.2.4 數據處理 定性分析：對檢測結果分析以計算機NIST08譜庫檢索為主，結合保留指數和有關文獻進行人工譜圖的解析，確定蒸麥香的揮發性成分，保留指數計算的方法參考文獻[12]進行，計算后的RI值通過數據庫（www.odour.org.uk）和文獻[13]報道的極性色譜柱的RI值比較來確定化合物，正構烷烴溶液C6～C22用于計算RI值。GC-O對化合物的定性分析主要采用頻率檢測法[10]。定量分析：采用峰面積歸一化法與內標法進行香味分子的定量分析，求得各揮發性化合物的相對含量。

2 結果與分析

2.1 蒸麥香的SPME-GC-MS分析結果

經NIST08譜庫檢索和人工圖譜解析后，對SPME法提取蒸麥風味中的揮發性化合物進行定性定量分析結果如表1所示。

通過SPME-GC-MS共從蒸麥風味物質中鑒定出56種化合物，占總峰面積的97.76%，這些成分包括醛類9種（11.79%）、醇類6種（14.87%）、酮類8種（9.7%）、烴類4種（2.8%）、酯類7種（27.91%）、酚類3種（2.19%）、酸類9種（15.58%）、含氮雜環化合物10種（14.16%）。按照含量與相對峰面積由大到小排列，主要成分與含量依次為：相對含量較高的化合物依次為：丙位癸內酯1634.94ng/g（16.01%）、糠醇690.33ng/g（6.76%）、乙酸乙酯545.32ng/g（5.34%）、乙醇488.13ng/g（4.87%）、己酸376.82ng/g（3.69%）、2，5-二甲基吡嗪361.50ng/g（3.54%）、糠醛321.67ng/g（3.15%）、2，6-二甲基吡嗪294.10ng/g（2.88%）。從化合物的種類看，鑒定出的成分涉及到醛、酮、醇、酸、雜環化合物（吡啶、吡嗪、吡咯、噻唑、呋喃）、脂肪族和芳香族烴類、含氧的苯衍生物，其中含量最高的為酯類化合物。

表1 蒸麥胚中揮發性化合物的GC-MS分析結果Table 1 The results of volatiles in steamed wheatanalyzed by GC-MS

續表

從蒸麥中風味物質的相對含量來看，酯類、酸類、醛類、醇類占據了總量的71%，為蒸麥帶來了水果甜味、香草味和米香等感官特征，是蒸麥的主要風味貢獻體。蒸麥中的酯類化合物會散發出水果香味以及甜味，其中乙酯類化合物呈現菠蘿果香，有報道稱酯類尤其是乙酸酯類是酒中最重要的風味物質[14]，主要是由乙醇和小麥胚芽中的脂肪酸反應生成，故蒸麥中的水果味可以認為是由于乙醇或它的前體物過量產生的。內酯是由醇酸通過失水進行分子間的酯酸化形成一種環狀結構，γ內酯和δ內酯較穩定，不容易發生分解[15]，故丙位癸內酯（16.01%）有較好的檢出，且相對含量高。丙位癸內酯具有較強的的芳香氣味，雖然這些芳香物質并不是真正的蒸麥風味，但它對蒸麥風味的形成有很大關系[16]。Mason[17]通過實驗證明了長鏈脂肪酸與短鏈脂肪酸在形成酯的過程中，會產生香味特征不同的風味物質。除了酯類物質外，順-3-己烯醛和己醛具有青草香，糠醛和糠醇具有焦香味，2-甲基丁醛和異戊醛居于太妃糖風味，其中2-甲基丁醛是巧克力中的主要香味貢獻者。

通過對比陳之貴等[18]對焙烤小麥胚芽的風味分析結果可以發現，蒸麥中的醛、酮類化合物的種類與含量都要遠遠低于焙烤小麥胚芽，這主要是由于熱加方式不同而造成的。醛、酮類化合物的閾值一般很低，具有脂肪香和焦甜味，來源于小麥胚芽中亞油酸和亞麻酸經脂肪氧化酶和氫過氧化物異構酶的作用及化學反應生成的，也有很多來自于酯類的氧化降解[19]，這些熱反應一般都會隨著溫度的升高而變得更為劇烈，蒸麥的加工溫度相對較低，熱反應往往都處于初級階段，所以醛酮類化合物的種類與含量較少，其中己醛具有青香味，丁醛具有巧克力和紅酸棗味，它們都是麥芽中亞油酸的氧化產物[20]，糠醛和5-甲基糠醛都具有焦糖香、咖啡香和辛香。

相對于焙烤小麥，蒸麥中含N、S的雜環化合物較少，它們的相對含量較低，具有較低的域值，他們主要是來源于還原糖與氨基酸之間的美拉德反應、氨基酸（如脯氨酸）和硫胺素的熱解，還可以由美拉德反應中間產物中的一些二羰基化合物進一步與脂質的降解產物反應[21]而生成類黑色素，并形成呋喃、吡啶、吡嗪、吡咯、呋喃、吡唑以及它們的衍生物，這些復雜的成分給麥芽帶來了焦香與烤香，是麥香中的主要貢獻化合物，這些雜環化合物都由同樣的母體產生，包括主要的還原糖、游離氨基酸或二肽及甘油三酸酯與它們的衍生物[22-23]。在小麥胚芽的熱加工中，發芽時間和加工溫度直接影響成品麥芽中的呋喃酮類化合物含量，麥芽含水量越充分、熱處理溫度越高，形成的呋喃酮類的香味物質越多，焦香味越濃[24]。

蒸麥與烤麥雖然原料都為小麥胚芽，但是不同的熱加工方式使得兩者感官上有明顯的差異，蒸麥較烤麥的顏色較淺，為淡黃色，而大多數的烤麥為棕黃色，220℃以上加工的深色烤麥為黃褐色，蒸麥甜味更大，而焦味、苦味、糊口性及收斂感方面值較低，焦糖香、炒堅果味、烤香、咖啡香都是烤麥的風味特征，而蒸麥除了具有較淡焦香味還具有獨特的水果甜味、太妃糖味、香草香和米香。小麥胚芽中含有豐富的還原糖及氨基酸在熱處理時通過美拉德反應生成各種呈甜味的風味物質和少量的焦香風味物質，而伴隨著熱處理的溫度不斷升高，麥胚中的糖類在沒有氨基化合物存在的情況下，當加熱溫度超過它的熔點（高于135℃）時，即發生脫水或降解，然后進一步縮合生成粘稠狀的黑褐色產物，這類反應稱為焦糖化反應[25]。焦糖化反應會生成兩類物質：一類是糖脫水聚合產物，俗稱焦糖或醬色，這也是高溫下麥胚色澤變化的主要根源；一類是降解產物，主要是一些揮發性的醛、酮等。它們給麥胚帶來悅人的色澤和風味，但若控制不當，也會帶來不良的影響。焦味和苦味是在焙烤時麥芽通過氨基-羧基反應會形成較多的呈色物質，而蒸麥因為是在溫度較低的蒸汽加熱下制成的，焦糖化反應不會發生，因此形成的呈色物質少一些。

2.2 蒸麥香的SPME-GC-O分析結果

表2為SPME-GC-O對蒸麥風味的的頻率檢測分析結果；圖1為SPME-GC-O的FD-RI檢測頻率圖，得到了不同風味區間經過嗅聞發現的次數。

圖1 SPME-GC-O分析蒸麥香的FD譜圖Fig.1 FD of volatile compounds extracted by SPME-GC-O from steamed wheat

通過GC-O檢測共發現31個氣味活性區，主要由可可香、甜香、烤香、霉香、糯米香和果香構成。其中FD=6的化合物有12種，是蒸麥風味的主要貢獻化合物，依次為：乙酸乙酯（葡萄酒香）、異戊醛（巧克力香可可香）、2-甲基吡嗪（焙烤香）、2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪（焙烤香）、糠醛（焦糖香）、2-乙酰基呋喃（烤面包香）、己酸（霉香）、丙位壬內酯（椰子香）、（E）-2-癸烯醛（甘草香）和兩未鑒定出的化合物（出汗氣味，RI=1377；糯米香，RI=1946）。

從RI-FD檢測頻率圖譜可以看出，FD因子大于5的風味活性區域都集中在RI值為881～1950之間，主要以醛醇類和酯類為主，除了上述討論過的丙位壬內酯外，（E）-2-癸烯醛會產生甘草香，甲酸乙酯與乙酸乙酯都具有令人愉悅的水果香，是草莓中的主要風味貢獻者[26]；己醛與苯乙醛本身具有香草味，但是在蒸麥中存在時，主要是作為吡嗪類化合物的輔香物質存在，及曉東等[27]認為苯乙醛來自苯丙氨酸的斯特雷克爾氨基酸反應，當其與吡嗪類化合物按一定比例混合時，會增強花生的炒香與堅果香，說明一些醛類物質可以作為有焙烤香物質的增香劑。通過GC-O雖然沒有檢測到苯乙醛，但是己醛的FD因子為5，在蒸汽加熱的后期可能會與麥芽中2-甲基吡嗪或2，5-二甲基吡嗪這些吡嗪類化合物發生化學反應，提高蒸麥的焦香風味。另外，通過GC-O還發現了一種未鑒定出的化合物（RI=1946），檢測頻率為6，說明對蒸麥的風味具有重要貢獻，本身含有糯米香，通過文獻報道的RI值和氣味特性鑒別后，可能為2-乙?；量┻?，但是RI值偏差較大，由于其閾值比較低，未能在質譜上檢測到，這種化合物是泰國香米里含有重要風味成分，是米香中的一種關鍵的香味化合物[28]。4-乙烯基-2-甲氧基苯酚（煙草香）經常在堅果類物質中被發現，因其不穩定很少在香精中被使用，但它們對蒸麥風味的貢獻不應該被忽視。

表2 蒸麥香的SPME-GC-O分析結果Table 2 The results of volatiles in steamed wheatanalyzed by SPME-GC-O

3 結論

通過SPME-GC-MS對蒸麥芽的風味分析，共從蒸麥香中鑒定出56種化合物，占總峰面積的97.76%，包括醛、酮、醇、酸、雜環化合物、脂肪族和芳香族烴類、含氧的苯衍生物，其中含量最高的為酯類化合物；GC-O頻率檢測共發現31個氣味活性區，主要由可可香、甜香、烤香、霉香、糯米香和果香構成，其中FD=6的化合物有10種，是蒸麥的最主要風味貢獻化合物，依次為：乙酸乙酯（葡萄酒香）、異戊醛（巧克力香可可香）、2-甲基吡嗪（焙烤香）、2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪（焙烤香）、糠醛（焦糖香）、2-乙?；秽久姘悖?、己酸（霉香）、丙位壬內酯（椰子香）、（E）-2-癸烯醛（甘草香）和兩未鑒定出的化合物（出汗氣味，RI=1377；糯米香，RI=1946）。

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Analysis of volatile aroma components in steamed wheat by SPME

HU De，CHEN Cun-she*，ZHANG Tian-tian，LU Zhi-xing
（Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients，
Beijing Key Laboratory of Food Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

Wheat germ is rich in nutriton and the flavor of its p roducts varies accord ing to the p rocessing technology.Peanut was p ressure steamed，extracted by SPME and then condensed for GC-MS and GC-O analysis of its volatile aroma components.Besides 56 kinds of aroma com pounds were identified from steamed wheat by SPME-GC-MS，accounting for 97.76%of the total peak areas of com ponents which were 9 aldehydes（11.79%），6 alcohols（14.87%），4 hyd rocarbons（2.8%），8 ketones（9.7%），7 ester（27.91%），3 phenols（2.19%），9 acids（15.58%），10 nitrogen-or sulfur-containing or heterocyc lic com pounds（14.16%），and 31 odor-active com pounds were identified by SPME-GC-O of which the com ponents that had the highest FD factors were ethyl acetate（w ine），isovaleraldehyde（chocolate），2-methylpyrazine（roasted），furfural（caramel），2-acetylfuran（toast），hexanoic acid（musty），gamma-nonanolactone（potato），（E）-2-decenal（licorice），and they account for the pivotalaroma components of steamed wheat.

Gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；steamed wheat；aroma com ponents；solid phase m icro-extraction

TS207.3

A

1002-0306（2012）22-0162-06

2012－06－01 *通訊聯系人

呼德（1985-），男，碩士研究生，研究方向：小麥胚芽深加工。

北京市自然科學基金項目；北京市教委科技發展計劃重點資助項目（KZ20110011013）。