甜面醬保溫發酵過程中揮發性成分的動態變化

左 勇,葉碧霞,楊小龍,傅 彬,張 晶

(四川理工學院生物工程學院，四川自貢 643000)

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甜面醬保溫發酵過程中揮發性成分的動態變化

左 勇,葉碧霞,楊小龍,傅 彬,張 晶

(四川理工學院生物工程學院，四川自貢 643000)

本文采用頂空固相微萃取與氣相色譜質譜聯用技術(HS-SPME/GC-MS)研究甜面醬在保溫發酵過程中不同階段的風味物質組成情況,并對風味成分的相對含量進行主成分分析。結果表明,在甜面醬保溫發酵過程中,主要揮發性風味成分包括醇類9種,酯類20種,醛類10種,酚類2種,酮類1種,呋喃2種,烷烴類2種,其他化合物類3種,共49種,經主成分分析綜合評價,發酵7周(49 d)的甜面醬風味最佳。

甜面醬,風味成分,頂空固相微萃取,氣相色譜-質譜聯用,主成分分析

甜面醬作為發酵調味品[1],含有多種還原糖、小分子多肽和氨基酸的同時還富含多種有機酸以及易揮發性的呈香物質[2],因其口感獨特、色澤鮮美,深受消費者青睞。目前,同時蒸餾萃取法(SDE)、溶劑萃取法[3]和固相微萃取法(SPME)等方法較多的應用于揮發性物質的提取。頂空固相微萃取技術(HS-SPME)[4]因其操作簡便且香氣物質損失少以及檢出的易揮發性化合物不發生變化等優點,被廣泛地應用于食品中揮發性風味物質的分析研究[5-7]。甜面醬風味物質提取與分析的工藝優化方面相關研究較多報道[8-12],而對其在不同發酵時間段的風味物質組成變化的研究相對較少,左勇[13]等人利用同時蒸餾萃取技術分析了甜面醬不同發酵階段的揮發性成分組成,總共檢測出41種風味物質,并確定酯類物質為主要的風味物質,風味物質為保溫發酵過程中積累,由于發酵不同階段成分組成差別較大,僅通過化合物的種類和含量的直觀分析不能有效的說明各化合物對面醬風味的影響。

主成分分析法[14]作為多元分析法中的一種,通過對原始數據進行降維處理,以較少的綜合指標概括存在于大量數據中的信息,在食品風味成分分析[15-17]領域有廣泛應用。本研究利用頂空固相微萃取與氣相色譜質譜聯用技術(HS-SPME/GC-MS)對甜面醬在保溫發酵過程中不同發酵時間段的風味物質進行提取與分析,結合SPSS軟件對風味成分的原始數據進行主成分分析,以期獲得甜面醬在整個保溫發酵階段的主要風味物質。同時,經綜合評價,確定風味最佳的發酵時期。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甜面醬樣品 四川省自貢市某食品廠,從拌鹽水入池起開始取樣,計作0 d。保溫發酵周期通常60 d,因保溫發酵過程中一周進行一次倒醅,經過預實驗發現設置一周的取樣間隔時間與前期設置密集一些的取樣測定結果相差不大,故設置樣品采集時間為:0、7、14、21、35、49、56、60 d,分別編號為1～8。

50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、手動SPME進樣器、15 mL頂空瓶以及電熱磁力攪拌器 美國Supelco公司;6890N-5979B氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 測定方法 樣品處理[10-12]:稱取4 g甜面醬樣品和1 g氯化鈉于盛有6 mL蒸餾水的15 mL頂空瓶中,60 ℃水浴平衡5 min,待萃取頭吸附60 min后將其移至氣相色譜的高溫汽化室中解析5 min,進行GC-MS分析。萃取頭老化:萃取頭在GC進樣口于270 ℃老化5～10 min,插入裝有平衡5 min的樣品頂空瓶中,于60 ℃水浴保溫60 min后,進行GC-MS分析。

1.2.2 GC-MS條件 色譜條件[18]:柱型采用Agilent DB-Wax毛細管色譜柱60 m×250 μm×0.25 μm;手動無分流進樣,進樣口溫度為250 ℃;程序升溫:初始溫度40 ℃,保留3 min,以2 ℃/min的速率升至60 ℃,再以6 ℃/min的速率升至250 ℃,保留5 min;檢測器溫度250 ℃;載氣為He,流速1 mL/min。質譜條件:EI離子源,電子能量70 eV,掃描范圍10～450 u,離子源溫度230 ℃,接口溫度250 ℃。

1.3 分析方法

化合物定性方法[19]:由GC-MS得到的譜圖,經計算機在(NIST05)標準譜庫的檢索及參照已發表的文獻資料,確定出揮發性風味成分。僅當匹配度純度>800的鑒定結果才予以報道。

化合物定量方法:采用峰面積歸一化法對甜面醬中的各揮發性組分進行定量分析,求得各組分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 總離子流圖

不同發酵時間段的甜面醬樣品通過頂空固相微萃取技術處理后經氣相色譜-質譜聯用儀檢測,所獲得的總離子流色譜圖結果見圖1。

圖1 不同時期甜面醬樣品中揮發性成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile components in sweet flour paste during fermentation

從圖1可以看出,隨著發酵時間的進行,甜面醬中揮發性的風味成分逐漸增多。在保溫發酵2～7周左右,甜面醬中的風味組分的種類相對較豐富,檢出的揮發性成分達26種,其中從種類和含量上來看,酯類物質作為此階段的主要風味組成,醇類以及醛類物質在這一時期也得到大量積累,呋喃類化合物開始形成。推測該階段是大分子物質分解為小分子物質的主要時期,源自于制曲階段接種的米曲霉分泌的多種酶類[20]在該時期起主要作用。淀粉酶在此階段將原料中的淀粉水解為葡萄糖、麥芽糖以及極限糊精等小分子,參與到各類合成反應中。原料中的蛋白質在中性和堿性蛋白酶的作用下被分解為可溶性的不同大小的肽類,酸性蛋白酶作為一類肽酶則進一步將小分子肽類分解為游離氨基酸[21],經脫氨基作用可以生成各類高級醇類化合物進而參與酯化反應合成酯類化合物,故使得該時間段的揮發性風味成分增加。發酵后期,高鹽、偏酸性發酵條件使得酶活力下降,揮發性風味成分種類有所下降,從而達到配伍和諧。

2.2 圖譜解析結果

通過氣-質聯用分析,甜面醬整個保溫發酵過程的8個不同階段,檢測出的揮發性風味物質有:0 d有5種、7 d有5種、14 d有13種、21 d有13種、35 d有19種、49 d有27種、56 d有24種、60 d有23種,共有化合物49種,其中醇類9種,酯類20種,醛類10種,酚類2種,酮類1種,呋喃2種,烷烴類2種,其他化合物類3種。在相同的分析條件下,發酵時間的不同,樣品的風味組成種類和含量差異均較大。苯乙醇作為醇類檢測出的較高含量的物質具有玫瑰香氣,該氣味物質在甜面醬保溫發酵14 d左右出現,隨著發酵時間的進行含量逐漸增加,在甜面醬成熟后期趨于消失,故推測該香氣物質通常作為合成其他類香味化合物的前體物質,這與孟鴛等[1]人的研究結果一致。棕櫚酸乙酯是此實驗檢測出的唯一一種在整個發酵過程中一直存在的揮發性化合物,其在甜面醬制曲階段結束,保溫發酵的開始階段就已經出現,隨著發酵時間的進行,其含量也逐漸增加,在發酵49 d左右,其相對含量達到最大約為36.03%。在發酵后階段,隨著面醬發酵成熟,其含量又逐漸降低,達到配伍協調。可卡醛在甜面醬保溫發酵2周左右出現,此時相對含量較低約0.05%,隨著發酵進行其相對含量一直增加,在發酵成熟時達到20.63%,約為其初始含量的400倍?？啡┚哂泄?、酯香以及焦糖香氣,張玉玉[22]等人在對其他面醬類的揮發性香氣成分的研究中也檢測出,說明糠醛對面醬的香氣有一定貢獻。但過量醛類物質的存在會引起食品的酸敗以及苦澀味等[23-24]。酯類物質作為甜面醬的主體風味成分,這與左勇[13]等人通過同時蒸餾萃取方式所檢測出的酯類物質是主要風味組成的結果一致,同時也與金華勇[25]等人確定的酯類在揮發性風味物質中相對含量最高,其中又以棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯為主的研究結果一致。本文采取的頂空固相微萃取提取甜面醬中的揮發性成分,所得結果中酯類物質提取種類最多。這與孟鴛[7]等人提出的頂空固相微萃取法有利于提取酯類及烴類等易揮發性化合物的實驗結果一致。通過面積歸一化法求得各類化合物的相對百分含量,結果如表1所示。

表1 甜面醬發酵過程中主要揮發性物質的相對含量

Table 1 Relative contents of volatile components in sweet flour paste during fermentation

分類物質名稱保留時間(min)相對百分含量(%)0d7d14d21d35d49d56d60d酯類棕櫚酸乙酯423964142864944411774360323731709亞油酸乙酯2388300639458484255674311216亞麻酸乙酯3721200243191155000481-亞油酸單甘油酯38940001800000鄰苯二甲酸二丁酯42130003500000反油酸乙酯464500062000028021油酸乙酯46299000082210714403291正己酸乙酯2038500000381250410辛酸乙酯267650000039000山梨酸乙酯287530000479464184086苯乙酸乙酯34620000037127081049肉豆蔻酸乙酯391150000079285178109α-戊基-γ-丁內酯392780000040000十五酸乙酯40740000048113068048庚酸乙酯2407100000021002，8-十一烯酸甲酯3559900000061009-十六碳烯酸乙酯426800000130042063硬脂酸乙酯45822000000390240月桂酸乙酯35544000000007019棕櫚酸異丁酯44154000000028018醇類1-辛醇3018509800000004-甲基-1-戊醇249100430000001-辛烯-3-醇272850102300016100異戊醇2016800059011124300反式-2-辛烯-1-醇31261000961390000苯乙醇36928001061042635982500乙醇7044000019840200DL-β-乙基苯乙基乙醇3820300000015002-十四醇385770000000012醛類可卡醛397680000503821745318532063(E)-2-庚烯醛239440000190000反-2-辛烯醛2685000112196000苯乙醛31913000131241148284255苯甲醛29224000000480520532-苯基巴豆醛373630000111126179123糠醛27672000000627986165-羥甲基糠醛4683100000005005-甲基呋喃醛3033000000064076可可醛249350000000254酚類4-乙基愈創木酚391511740000000對乙烯基愈瘡木酚416712084709512001686170000酮類3-辛酮2135202160880390000呋喃類2-正戊基呋喃19962000140210046002-苯基苯并呋喃359310000003900烴類(-)-g-杜松烯3443300500000006-氫萘-4，7-二甲基3430000000017其他類3-甲硫基丙醇332850000003302602-乙?；量?797300000023043041糠酸甲硫醇酯2990100000056023023

由表1可得知,甜面醬在不同發酵階段,揮發性成分的組成差異較大,因而不能簡單地依據化合物的種類和含量來說明其對面醬風味的影響,故選取該49種化合物作為主成分分析的變量,借助SPSS軟件進行統計分析。

主成分個數的確定有不同的標準:通過因子的累計方差貢獻率,通常選擇累計貢獻率應達到80%以上;再者,由特征值確定,一般選取大于1的特征值。表2反映的是各成分的特征值以及貢獻率。

表2 主成分的特征值以及貢獻率

Table 2 Eigenvalues and contribution rates of principal components

主成分特征值貢獻率(%)累計貢獻率(%)11933239454394542103772117960633357911181772450445829351818025365974698927162994611095381722634619100

表3 主成分載荷矩陣

Table 3 Loading matrix of principal components

實驗號揮發性化合物各主成分在各變量的載荷主成分1主成分2主成分3主成分41棕櫚酸乙酯0987-00420105-00742亞油酸乙酯-0397-0260082102943亞麻酸乙酯-0457-02110811029041-亞油酸單甘油酯-0332-0148034806915鄰苯二甲酸二丁酯-0332-0148034806916反油酸乙酯-01240303034906997油酸乙酯0995-0055003500098正己酸乙酯0888-0452-0011-00369辛酸乙酯-0014-02020567-070610山梨酸乙酯0731-03380326-042711苯乙酸乙酯0996-0021-0003-000212肉豆蔻酸乙酯0997-0026-0010000613α-戊基-γ-丁內酯-0014-02020567-070614十五酸乙酯0989-00380069-008715庚酸乙酯0778-0540-01770176162，8-十一烯酸甲酯0778-0540-01770176179-十六碳烯酸乙酯0936-0032-0155020418硬脂酸乙酯0897-0232-0168015919月桂酸乙酯027908890038007120棕櫚酸異丁酯0395084100140040211-辛醇-0301-0054-0458-0345224-甲基-1-戊醇-0339-0106-06070003231-辛烯-3-醇-0218-0193-0642003124異戊醇0679-065601640019

續表

表4 標準化后主成分得分

Table 4 Standardized principal component scores

發酵天數(d)主成分1得分主成分2得分主成分3得分主成分4得分綜合得分Y49d8469-4303-10510932292556d36323682-0071-0008269460d1768585602530384245035d-0156-16083379-3739-043014d-3612-117620713662-132821d-3141-118017640576-14990d-3274-0427-2728-1825-22937d-3686-0842-36170017-2517

從表2可以看出,第1主成分的貢獻率為39.454%,第2主成分的貢獻率為21.179%,第3主成分的貢獻率為11.817%,第4主成分的貢獻率為9.351%,前4個成分的累計貢獻率為81.802%,已經達到80%以上,能夠比較客觀地反映甜面醬發酵過程中揮發性物質的變化趨勢,因此選取前面4個主成分進行分析。所得的4個主成分載荷矩陣如表3所示。

每一主成分所包含的各因子的載荷系數反映了甜面醬中各揮發性成分對該主成分的影響。由表3可以得知,第1主成分與棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、正己酸乙酯、苯乙酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、十五酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、硬脂酸乙酯、苯乙醇、苯甲醛、2-苯基巴豆醛、3-甲硫基丙醇和糠酸甲硫醇酯高度正相關。第2主成分與月桂酸乙酯、棕櫚酸異丁酯、可卡醛、糠醛以及5-甲基呋喃醛高度正相關。第3主成分與亞油酸乙酯以及亞麻酸乙酯高度正相關。第4主成分與反油酸乙酯和辛酸乙酯高度正相關。故,可以認為棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、正己酸乙酯、苯乙酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、十五酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、硬脂酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸異丁酯、亞油酸乙酯、亞麻酸乙酯、反油酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙醇、3-甲硫基丙醇、苯甲醛、2-苯基巴豆醛、可卡醛、糠醛、5-甲基呋喃醛和糠酸甲硫醇酯是甜面醬整個發酵過程中主要的揮發性風味物質。

各主成分的得分是通過對各特征向量數據中心化和標準化后求得,以每個主成分所對應的特征值占所提取的主成分總的特征值之和的比例作為權重,計算主成分綜合得分,即Y值,再根據Y值大小對發酵不同時間的面醬進行排序,如表4所示。

綜合得分的高低反映了不同發酵時間段的面醬嗅聞強度,得分越高則說明此階段樣品所包含的氣味物質越接近甜面醬整個發酵過程中主要的香味物質,即表明此階段甜面醬的香氣最為濃郁。由表4可以獲知,發酵7周(49 d)左右的甜面醬經綜合分析評價,其綜合得分最高。因此,綜合評價整個發酵過程中,經發酵7周(49 d)的甜面醬風味最佳。

3 結論

采用固相微萃取結合氣-質聯用技術對保溫發酵生產甜面醬整個發酵過程中不同發酵時間段的揮發性成分進行分析,共檢測出49種主要風味成分。其中,酯類物質是主要的風味物質,共20種,其次醇類9種、醛類10種、酚類2種、酮類1種、呋喃2種、烷烴類2種和其他化合物類3種構成了甜面醬的風味主體。同時,經主成分分析綜合評價,發酵7周(49 d)的甜面醬風味最佳。采用SPSS主成分分析軟件對原始數據進行降維處理,揭示具體的風味成分對面醬主體風味的貢獻大小,獲得甜面醬在整個保溫發酵階段的關鍵性風味物質組成,為主成分分析法進一步應用到分析面醬的風味成分提供了一定的支撐。

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Dynamic changes in volatile components in sweet flour paste during the insulation fermentation

ZUO Yong,YE Bi-xia,YANG Xiao-long,FU Bin,ZHANG Jing

(College of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong 643000,China)

Volatilecompoundsinsamplescollectedatdifferentstagesduringtheinsulationfermentationofsweetflourpastewereanalyzedbytheheadspacesolid-phasemicroextraction(HS-SPME)combinedwithgaschromatography-massspectrometry(GC-MS).Themajorvolatileflavorcompoundsduringthewholeinsulationfermentationprocessincluded9alcohols,20esters,10aldehydes,2phenols,1ketone,2furans,2alkanesand3othercompoundsasdemonstratedbyprincipalcomponentanalysis(PCA)oftheirrelativecontents.Morevolatilecompoundsweredetectedastheinsulationfermentationproceeded.PCAanalysissuggestedthatthebestflavorofsweetflourpastewasachievedafter7weeks(about49d)ofinsulationfermentation.

sweetflourpaste;volatilecomponents;headspacesolid-phasemicroextraction(HS-SPME);gaschromatography-massspectrometry(GC-MS);principalcomponentanalysis(PCA)

2016-03-18

左勇(1972-)，男，碩士，教授，主要從事食品生物技術方面的研究，E-mail：sgzuoyong@tom.com。

四川省教育廳重大培育項目(15CZ0022)；2015大學生創新創業訓練計劃項目(y2015011)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)19-0314-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.053