油條風味物質的頂空固相微萃取條件優化及成分分析

王永倩，劉衛光，高杰，鐘昔陽

油條風味物質的頂空固相微萃取條件優化及成分分析

王永倩，劉衛光，高杰，*鐘昔陽

（合肥工業大學食品科學與工程學院，安徽合肥230009）

以油條為研究對象，采用單因素試驗和正交試驗優化了頂空固相微萃取油條風味物質的操作條件，并結合氣相色譜-質譜對油條的揮發性風味物質組成進行了分析。結果表明，最佳的萃取條件為CAR/PDMS萃取頭，70℃水浴萃取40min，解析時間5min。油條皮中共檢測出82種風味物質，其中醛類23種、酮類5種、醇類7種、酸類2種、酯類3種、碳氫類化合物16種、雜環類12種、烷基吡嗪類12種、含氮和硫類化合物2種；醛類為油條的主要風味成分。

油條；風味化合物；頂空固相微萃取；氣相色譜-質譜；條件優化

風味是評價食品品質的一個重要指標，對幫助理解食品的品質特性及提高食品品質起到關鍵作用[1-2]。近年來，圍繞食品風味國內外開展了廣泛而深入的研究，蒸餾萃取、超臨界流體萃取、頂空固相微萃取、氣相色譜-質譜等多項技術和手段已成功應用于食品風味物質的提取和組成分析[3-5]。其中，頂空固相微萃取技術因其靈敏度高、簡單快速、高效便攜、無溶劑、無污染且易于與其他儀器聯用等優點，在實際食品風味分析中應用更為廣泛[6-8]。

油條是一種傳統油炸面制食品，因其具有良好的風味口感特征而深受消費者喜愛。當前，國內外關于油條品質的研究大多集中于油條專用粉、油條中丙烯酰胺含量等方面[9-10]，針對油條風味物質的研究報道則相對較少[11]，尤其是關于油條揮發性風味物質提取條件的優化研究尚未見報道。

因此，首先采用固相微萃取法對油條的揮發性風味物質進行提取，分析研究萃取頭種類和萃取條件對提取油條風味成分效果的影響，優化獲取油條揮發性風味物質的提取條件，并在此基礎上，結合氣相色譜-質譜技術進一步分析油條的風味物質組成，為深入了解油條產品品質特征提供一定的理論知識基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金龍魚一級營養大豆油，益海嘉里（安徽）糧油工業有限公司提供；中裕小麥粉（水分12.54%，蛋白質12.09%，淀粉73.28%，灰分0.48%，脂肪1.04%），濱州中裕食品有限公司提供；食鹽，安徽省鹽業總公司提供；無鋁膨松劑，安琪酵母股份有限公司提供。

1.2 儀器與設備

SM-986S型和面攪拌機，頂廚電器科技有限公司產品；LHS-150HC-II恒溫恒濕培養箱，上海一恒科技有限公司產品；YF-25型電熱功能油炸鍋，瑞安市一方機械制造有限公司產品；57330U型固相微萃取手柄、25mLEPA/VOA螺口樣品瓶及DVB/CAR/ PDMS，PDMS/DVB，CAR/PDMS固相微萃取頭，美國Supelco公司產品；HH-2型恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產品；SCIONTQ型氣質聯用儀，布魯克公司產品；DB-WAX型毛細管色譜柱，Agilent公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 油條的制備

將原料按以下配比：小麥粉400g，無鋁膨松劑10g，食鹽6g，稱質量后依次放入和面機中低轉速混勻1min，取240mL蒸餾水分次加入，且以中高轉速攪拌4min，揉成表面均勻光滑的面團，于恒溫恒濕箱（32℃，相對濕度60%±3%）中醒發4h，切條制坯，于190±2℃條件下炸制2min后撈出，冷卻瀝油備用[12]。

1.3.2 樣品的制備

將油炸后的油條樣品取其皮剪碎并混勻[11]，稱取相應質量的油條樣品于25mL樣品瓶中，聚四氟乙烯墊密封，備用。

1.3.3 SPME-GC-MS檢測方法

（1）檢測方法。將裝置好的固相微萃取裝置插入到樣品瓶中，按相應條件進行頂空萃取，于250℃條件下解析，各萃取頭首次使用時需在250℃氣相色譜進樣口老化1h。

（2）色譜條件。色譜柱：DB-WAX型毛細管色譜柱（30m×0.25mm，0.25μm）；升溫程序：起始柱溫30℃，保持4min；然后以5℃/min升至170℃，保持2min；再以10℃/min升至230℃，保持5min；進樣口溫度250℃，載氣為He，流速0.8mL/min；恒壓40kPa，不分流進樣。

（3）質譜條件。電子轟擊（EI）離子源；電子能量為70eV；離子源溫度和接口溫度分別為200，250℃；質量掃描范圍為45～450m/z。

（4）化合物定性與定量。試驗結果采用布魯克GC-MSsolution工作站和NIST11library數據庫自動匹配檢索與人工匹配相結合的方式，確定各風味物質成分；化合物相對百分含量采用峰面積歸一化法計算，每組試驗最少重復3次，所得結果以平均值±標準差形式表示，試驗數據利用MicrosoftExcel軟件進行處理分析，并運用Origin8.5繪制相應圖表。

1.4 試驗設計

1.4.1 單因素試驗

在樣品質量5g，萃取溫度70℃，萃取時間40min，解析時間5min條件下，分別研究DVB/CAR/PDMS，PDMS/DVB，CAR/PDMS3種萃取頭對油條風味物質萃取效果的影響[5]。

采用上述最佳萃取頭，在萃取時間40min，萃取溫度70℃，解析時間5min條件下，研究樣品質量3，4，5，6，7g對油條風味物質萃取效果的影響。

采用上述最佳萃取頭和樣品質量，在萃取溫度70℃，解析時間5min條件下，研究萃取時間20，30，40，50，60min對油條風味物質萃取效果的影響。

采用上述最佳萃取頭、樣品質量及萃取時間，在解析時間5min條件下，研究萃取溫度50，60，70，80，90℃對油條風味物質萃取效果的影響。

綜合單因素試驗結果，選擇不同種類萃取頭、樣品質量、萃取時間及萃取溫度作為4個影響因素，采用L9（34）進行正交試驗，確定油條風味萃取的最佳條件。

萃取條件優化正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 萃取條件優化正交試驗因素與水平設計

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 萃取頭種類對油條風味物質萃取效果的影響萃取頭種類對萃取效果的影響見圖1。

圖1 萃取頭種類對萃取效果的影響

由圖1可知，3種萃取頭對油條風味物質組成成分的萃取效果有著明顯差異性。CAR/PDMS萃取頭的萃取效果明顯高于DVB/CAR/PDMS和PDMS/DVB萃取頭的萃取效果，不僅總峰個數相對最多，分離得到的化合物最為全面，且其總峰面積也最大，油條各風味物質成分的風味豐度也最強；PDMS/DVB萃取頭則萃取效果最差，可能是因為PDMS/DVB萃取頭纖維涂層主要針對于痕量揮發性化合物的吸附和解析，更適合于極性揮發性物質、胺類、胺基芳香類化合物等的萃取；而DVB/CAR/PDMS則主要針對C3-C20化合物的分離，對油條風味的萃取效果則相對較差，可能與它們對于一些特征風味化合物的靈敏度和選擇性差異有關[6，8，13]。因此，宜選擇CAR/ PDMS萃取頭。

2.1.2 樣品質量對油條風味物質萃取效果的影響

樣品質量對油條風味物質萃取效果的影響見圖2。

圖4 萃取溫度對油條風味物質萃取效果的影響

圖2 樣品質量對油條風味物質萃取效果的影響

由圖2可知，隨著樣品質量的增加，萃取效果明顯呈現上升趨勢，但可能受樣品瓶容積等因素影響，樣品質量達到5～6g時，其萃取效果最佳，且相對變化不大；樣品質量大于6g，萃取效果明顯下降。樣品質量過低，會使得部分低質量濃度和較難揮發性風味化合物不易被萃取頭吸附萃取，并進一步影響樣品總體風味結果的分析。因此，樣品質量宜選擇5～6g。

對照組應用疝環充填式疝修術：去下腹斜切口，逐層切開腹外斜肌腱膜，分離上下兩片腹外斜肌腱膜，顯露聯合腱，并切開提睪肌以及精索內筋膜，分開疝囊周圍組織，高位結扎疝囊，并進行完整封閉疝囊重建，最后縫合切口。

2.1.3 萃取時間對油條風味物質萃取結果的影響

萃取時間對油條風味物質萃取效果的影響見圖3。

圖3 萃取時間對油條風味物質萃取效果的影響

由圖3可知，隨萃取時間的延長，油條樣品的總峰面積和總峰個數明顯增加，樣品揮發性風味物質逐漸被萃取頭纖維涂層所吸附。但受樣品基質、待測物揮發性、分子的擴散速率及其分配系數等動力學因素的影響[4，14]，當萃取時間為40min時，各物質競爭吸附達到吸附平衡，其萃取效果較佳；超過40min時，其萃取效果呈下降趨勢。因此，40min為最佳萃取時間。

2.1.4 萃取溫度對油條風味物質萃取效果的影響

萃取溫度對油條風味物質萃取效果的影響見圖4。

萃取溫度的選擇對樣品風味物質的萃取具有雙重效果。由圖4可知，隨萃取溫度的升高，總峰面積明顯增大，分子熱運動加快，樣品中的揮發性小分子更易被萃取吸附，大大縮短了樣品風味物質萃取的平衡時間；但隨萃取溫度的持續升高，風味物質在萃取頭纖維涂層與基質中的分配系數開始降低[4]，萃取頭纖維涂層的吸附速度低于易揮發小分子的分散速度，纖維涂層對分析物的總體吸附量減少，總峰面積開始減小；此外，過高的萃取溫度也可能會使樣品中的油脂再次受熱氧化，增加其氧化產物的比例或產生新的氧化產物。這可能是在萃取溫度達到80℃之后，樣品風味的總峰個數有增加趨勢的原因之一。而在70～80℃時其總峰面積出現了降低趨勢，可能是由于在加熱過程中一些化合物進一步分解成了小分子物質所致，故萃取溫度選70℃左右較佳。

2.2 正交試驗結果與分析

油條風味物質萃取正交試驗結果見表2，正交試驗對總峰面積和總峰個數影響的極差分析見表3，正交試驗方差分析（以總峰面積和總峰個數為指標）見表4。

表2 油條風味物質萃取正交試驗結果

由表2和表3可知，分別以總峰面積和總峰個數作為油條風味萃取效果的參考指標時，各因素對油條風味萃取效果的影響強度大小分別依次為A＞D＞C＞B和A＞D＞B＞C，即萃取頭種類＞萃取溫度＞萃取時間＞樣品質量、萃取頭種類＞萃取溫度＞樣品質量＞萃取時間，且二者最優結果均為A3B2C2D2，而正交試驗的最優結果為A3B1C3D2。由表4方差分析結果可知，萃取頭種類對油條樣品風味物質的總峰面積和總峰個數均影響顯著，其余3個因素指標則不顯著，綜合極差分析結果可知，樣品質量和萃取時間對油條風味物質的萃取效果影響相對較小。另經進一步試驗驗證，組合A3B2C2D2（12.05×109，92個）優于A3B1C3D2（11.09×109，90個），且結合單因素試驗結果的最佳水平，試驗確定最佳組合為A3B2C2D2。即5g樣品以CAR/PDMS萃取頭于70℃水浴萃取40min，可以達到較好的油條風味萃取效果。

表3 正交試驗對總峰面積和總峰個數影響的極差分析

表4 正交試驗方差分析（以總峰面積和總峰個數為指標）

2.3 揮發性風味物質分析

油條風味物質成分見表5，油條樣品的揮發性風味物質總離子色譜見圖5。

采用已選定萃取油條風味物質組成的最佳條件對油條樣品的風味物質進行提取，并結合氣相色譜-質譜（GC-MS）對其進行分析，油條風味化合物的總離子色譜圖和成分組成分別如圖5和表5所示，共檢測出82種揮發性風味物質，其中醛類物質的種類（23種）和相對百分含量（63.38%）均最高，其次是雜環類化合物（12種，21.09%）、碳氫類化合物（16種，6.34%）及烷基吡嗪類化合物（12種，5.38%）。

（續表5）

圖5 油條樣品的揮發性風味物質總離子色譜

通過計算各風味化合物的相對氣味活度值（ROAV），可進一步確定食品樣品的主要風味物質成分[15]；ROAV值越大，該風味物質對油條的總體風味貢獻越大。一般認為，ROAV≥1的風味化合物為樣品關鍵風味成分，而0.1≤ROAV＜1的風味化合物則對油條的總體香氣具有主要輔助修飾作用，0.01≤ROAV＜0.1的風味化合物對樣品的總體香氣起間接修飾作用，ROAV＜0.01則對整體風味貢獻度較小。由表5各風味物質的ROAV值可知，油條主要關鍵風味物質（ROAV≥1）有5種，分別為（E）-2-壬烯醛、（E, Z）-2,6-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4 -壬二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛。其中，2,4-癸二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛為同分異構體，不再重復計算，二者均具有較強的風味強度[1]，是油條的主要關鍵風味成分，這與李超文等人[11]研究結果一致。主要輔助風味化合物（0.1≤ROAV＜1）共6種，分別為3-甲基丁醛、壬醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E）-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪。2-乙基-3,5-二甲基吡嗪是其主要輔助修飾風味；此外，對油條總體風味起重要輔助修飾作用的風味化合物（0.01≤ROAV＜0.1）主要有2-甲基丁醛、己醛、庚醛、苯乙醛、辛醛、（E）-2-庚烯醛、2,3-辛二酮、2-甲基吡嗪、2-正戊基呋喃、（+）-檸檬烯、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚等。

由以上分析結果可知，采用優化后的萃取條件和方法，檢出的風味物質種類較李超文等人[11]的研究相對更為豐富和全面，尤其是（E,Z）-2,6-壬二烯醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2-甲基丁醛、2,3-辛二酮、（+）-檸檬烯、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚等油條主要風味物質首次被檢出。一方面，在新的理論依據基礎上重新確定了油條的主要特征風味物質，與李超文等人[11]的研究結果存在一定的差異性。即研究肯定了（E,E）-2,4-癸二烯醛、1-辛烯-3-醇、3-甲基丁醛對油條風味的貢獻作用，但并不認為糠醛、糠醇亦是油條的主要風味物質，反而認為（E,E）-2,4-壬二烯醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪等新增物質對油條揮發性風味物質的形成有著重要作用，是油條的主要特征風味物質。

另一方面，由油條各揮發性風味物質的ROAV值分析結果可知，醛類化合物是油條總體風味的主要成分。其風味物質成分主要以不飽和醛為主，（E,E）-2,4-癸二烯醛、（E,Z）-2,6-壬二烯醛和（E,E）-2,4-庚二烯醛等不飽和雙烯醛分別為13-亞油酸、9-亞麻酸和12-亞麻酸氫過氧化物的裂解產物；（E）-2-癸烯醛和（E）-2-壬烯醛等不飽和單烯醛分別為9-油酸和9-亞油酸氫過氧化物的裂解產物；（E）-2-庚烯醛和（E）-2-辛烯醛則分別為12-亞油酸和11-亞油酸氫過氧化物的裂解產物；己醛、庚醛等飽和直鏈醛大多為13-亞油酸和11-亞油酸的氫過氧化物的裂解產物，可分別賦予食品一定的清香味、果香味和面包香味；它們大多來自于油脂的氧化降解[16-17]，因其較低的風味感覺閾值而賦予油條以特殊的油炸香味。不同的脂肪酸組成可氧化產生不同的風味香氣，而大豆油的脂肪酸組成主要以亞油酸為主[18]，這可能是（E,E）-2,4-癸二烯醛成為油條關鍵主體風味化合物的主要原因之一。

2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等支鏈醛、苯甲醛、苯乙醛、糠醛等芳香醛大多均來源于美拉德反應中重要途徑氨基酸的Streker降解。2-甲基丁醛、3-甲基丁醛為異亮氨酸和亮氨酸經過Streker降解產生，具有堅果香、水果香風味；苯甲醛、苯乙醛則主要由芳香基氨基酸和二羰基化合物發生縮合反應形成席夫堿，席夫堿進行脫羧，加水分解反應，脫去1個分子的二氧化碳，從而形成比原來氨基酸少1個碳原子的醛[16]。因此，油條的主要風味物質大多為油脂的氧化降解產物[19]和美拉德反應產物。

雜環類化合物中2-正戊基呋喃因其較低的風味閾值而成為油條的主要風味物質，主要由亞油酸9-羥基自由基裂解產生的共軛二烯自由基和氧反應生成乙二烯氫過氧化物經烷氧自由基環化生成的產物。烷基吡嗪類亦在油條整體風味中占有較大比例，常賦予食品以焦香、烘烤香、堅果香及清香等香味。它們的風味閾值大都較高，僅2-乙基-3,5-二甲基吡嗪因其較低的風味閾值而對油條的整體風味有著重要貢獻。烷基吡嗪可能是通過α-二酮與氨基酸反應來形成α-氨基酮，這些α-氨基酮與其他α-氨基酮縮合形成雜環化合物[16]。

醇類化合物一般來源于脂肪的二級氫過氧化物的降解或由羰基化合物還原生成。辛醇和1-辛烯-3-醇分別由油酸和亞油酸氧化裂解生成，有著較低的風味閾值，可分別賦予樣品以堅果香和蘑菇香[16]。酮類、碳氫類、酸類以及酯類等風味化合物的感覺閾值大都較高，對油條的整體風味主要起修飾作用。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗優化得到了萃取油條揮發性風味化合物的最佳條件，并利用氣質聯用技術對其風味成分進行了分析。最終采用CAR/PDMS萃取頭將5g樣品于70℃水浴萃取40min，解析5min后經GC-MS共檢測出82種風味物質，包含醛類23種、酮類5種、醇類7種、酸類2種、酯類3種、碳氫類化合物16種、雜環類12種、烷基吡嗪類12種、含氮和硫類化合物2種，整體風味物質種類更為豐富和全面，其中醛類為油條的主要風味物質成分。

此外，經ROAV值法確定出油條的主要風味物質可能為（E）-2-壬烯醛、（E,Z）-2,6-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、3-甲基丁醛、壬醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E）-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪等，且它們大多來自于油脂的氧化降解以及氨基酸和糖類的美拉德反應。

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OptimizationofHS-SPMEtoStudytheOdorantExtractsand AnalysisofFlavorCompositionfromYoutiao

WANGYongqian，LIUWeiguang，GAOJie，*ZHONGXiyang
（SchoolofFoodScienceandEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei，Anhui230009，China）

Theoperatedparametersofheadspacesolid-phasemicroextraction（HS-SPME）onYoutiaoarestudiedbysingle factorandorthogonalexperiments，andthecharacteristicofodorantextractsfromYoutiaoisfurtheranalyzedusinggaschromatograph-massspectrometry（GC-MS）.TheresultsshowthattheoptimalHS-SPMEconditionisestablishedbytheuseofa CAR/PDMSfiber，extractionat70℃for40minutes，anddesorptionfor5minutes.Atotalof82majorvolatilecompounds arefoundinYoutiaocrust，including23aldehydecompounds，5ketonecompounds，7alcoholcompounds，2acidcompounds，3estercompounds，16hydrocarboncompounds，12heterocycliccompounds，12alkylpyrazinecompounds，2nitrogen-andsulfur-containingcompounds.Amongthesecompounds，aldehydesarethemajorodorantextractsofYoutiao.

Youtiao；odorantcompounds；HS-SPME；GC-MS；optimization

TS213.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.037

1671-9646（2017）04b-0030-07

2017-03-21

國家自然科學基金項目（31271931）。

王永倩（1991—），女，碩士，研究方向為糧油資源綜合利用。

*通訊作者：鐘昔陽（1973—），男，博士，副教授，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。