不同種類山東煎餅特征風味成分差異分析

樊 月，劉 偉，徐 芬，黃艷杰，張娜娜，李 康，張 泓,2,3，胡宏海,*

（1.中國農業科學院農產品加工研究所，農村農業部農產品加工重點實驗室，北京 100193；2.合肥中農科泓智營養健康有限公司，中國農業科學院合肥食品營養與健康創新研究院，安徽 合肥 238000；3.中國農業科學院農產品加工研究所主食加工技術研究院，黑龍江 哈爾濱 151900）

山東煎餅是一種具有地域特色的傳統谷物食品，通常以小麥、玉米、小米、高粱等谷物為原料磨成面糊，攤制而成，一定程度上保留了籽粒的糊粉層、胚以及胚乳等營養成分豐富部分，屬于全谷物制品，富含碳水化合物、膳食纖維、蛋白質、脂肪、維生素等多種人體必需的重要營養物質[1-2]，對調節居民膳食營養結構、豐富谷物深加工產品種類等起重要作用。山東煎餅以薄而香聞名，種類多樣，風味獨特。風味作為食品感官特性指標之一，是重要的消費限制因素，與揮發性和非揮發性化合物的組成密切相關[3-5]。原料組成、加工工藝等差異均會影響產品的最終風味，每種谷物均含有其獨特的風味活性化合物和風味前體物質。在加工過程中，糖和氨基酸是生成揮發性風味化合物最重要的風味前體物質，均會引起風味變化。有相關研究表明，風味形成過程中，僅有限數量的芳香活性成分對其整體香氣有貢獻作用[6-8]。

感官分析可從香氣、滋味和喜好等方面對食品品質進行綜合評價，是目前綜合評價食品品質的最佳方法之一。人工電子鼻和電子舌是基于哺乳動物嗅覺和味覺機理的現代感官分析儀器，可快速精確表征食品樣品整體品質和屬性[9-12]。隨著傳感器陣列技術的發展，電子感測能力不斷增強，從而使食品樣品的感官評價更快速、更可靠。氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用技術是食品工業中用于氣味分析的傳統方法，固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）法是將非極性纖維萃取頭暴露于分析樣品頂空部分或浸入其內部以對化合物進行富集提取的技術，可以得到富含低分子質量揮發性化合物的提取物，更高效地萃取揮發性風味化合物，提高分析檢測的效率和準確性，具有靈敏度高、選擇性與重現性好、便捷等優點，已廣泛應用于食品風味的分析研究[13-14]。

山東煎餅作為一種特色主食，對其風味研究報道較少。本實驗應用現代感官分析技術（電子鼻、電子舌、SPME-GC-MS、離子色譜儀、氨基酸分析儀等）對5 種不同種類山東煎餅的揮發性和非揮發性風味物質進行分析檢測，對比不同煎餅的風味差異性，建立不同種類山東煎餅的風味指紋圖譜，以期為山東煎餅的風味檢測、產品分類以及產品質量調控提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

用于分析檢測的煎餅樣品分別為小米煎餅、板栗煎餅、芝麻煎餅、核桃煎餅、雜糧煎餅，均購自山東濟南。葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、果糖標準品及其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

PEN3便攜式電子鼻 德國Airsense公司；ASTREE電子舌 法國Alpha M.O.S公司；G1701 BA型GC-MS聯用儀日本島津公司；L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立集團；ICS-1600離子色譜儀 美國戴安公司。

1.3 方法

1.3.1 電子鼻檢測

采用PEN3電子鼻對山東煎餅樣品中的氣味進行檢測。PEN3電子鼻傳感器陣列包括10 個金屬氧化物傳感器，分別為W1C（對芳香性化合物敏感）、W5S（對氮氧化合物敏感）、W3C（對氨類和芳香化合物敏感）、W6S（對氫氣敏感）、W5C（對烯烴和芳香性化合物敏感）、W1S（對烴類物質敏感）、W1W（對硫化氫敏感）、W2S（對醇類物質敏感）、W2W（對芳香化合物和有機硫化物敏感）、W3S（對碳氫化合物敏感）。稱取樣品1 g于GC-MS小瓶中，密封后60 ℃平衡20 min。樣品檢測前，將經活性炭處理的清潔空氣通入電子鼻傳感器室內，排除殘留氣體，通氣時間為30 min，保證傳感器信號正常。樣品在密封狀態下通過頂空抽樣方式檢測，載氣為空氣，流速為300 mL/min，清洗時間為180 s，采樣時間為60 s，選擇第48秒時的響應值作為特征值進行分析，此時各個傳感器的信號比較穩定，能夠較好地代表氣味的特征，每個樣品重復3 次測定。

1.3.2 電子舌檢測

采用ASTREE電子舌檢測系統對山東煎餅樣品中的滋味進行分析，該系統配有7 個傳感器、1 個Ag/AgCl參比電極和自動采樣器，傳感器陣列浸入到樣品溶液，在平衡態下收集響應信號進行統計分析。各傳感器對樣品中酸、甜、苦、咸、鮮等滋味物質敏感，但敏感程度各不相同。數據采集前，需進行電子舌檢測系統自檢、診斷和矯正等過程，以確保電子舌傳感器響應信號的可靠性和穩定性，電子舌檢測系統工作溫度控制在25 ℃左右。稱取不同部位樣品4 g，加入50 mL超純水浸提樣品，60 ℃平衡20 min，室溫12 000×g離心10 min，取30 mL濾液，加超純水定容至100 mL，作為待測液。將待測液倒入容量為100 mL的燒杯中，數據采集序列為超純水和待測液交替進行，為使傳感器響應值趨于平穩，每個樣品數據采集時間為120 s，選取第120秒時的響應值作為特征值進行分析。

1.3.3 SPME-GC-MS分析

采用G1701 BA GC-MS儀對山東煎餅樣品中的揮發性氣味成分進行定量分析。

SPME條件：在煎餅不同部位準確稱取2.000 g樣品切碎于頂空萃取瓶中，用已活化好的PDMS/DVB萃取頭頂空吸附60 min，將萃取頭插入GC進樣口解吸5 min。每個樣品重復實驗2 次。

GC條件：HP-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣口溫度250 ℃，不分流模式進樣；載氣He，流速1.0 mL/min；升溫程序：毛細管柱初溫35 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至50 ℃，保持5 min，再以5.5 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。

MS條件：GC-MS接口溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃；離子化方式：電子電離源；電子能量70 eV；質量掃描范圍m/z 30～550。

定性方法：通過與軟件標準譜庫進行數據對比，保留相似度大于80%的化合物。

1.3.4 關鍵風味化合物評價

對食品整體氣味有顯著貢獻的小部分揮發性風味化合物稱為關鍵風味化合物。氣味活度值（odor activity value，OAV）是指不同風味化合物在水中的濃度（C）與其感官閾值（T）的比值，可用于評價其對整體氣味的貢獻作用，在一定范圍內，OAV越大說明該物質對總體風味貢獻越大。將OAV最大的香氣組分作為標準，其他組分的OAV與之相比，進而定義了一個新參數-相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV），并采用ROAV對檢測到的揮發性風味化合物對整體氣味的相對貢獻進行量化，確定關鍵風味化合物。對總體氣味貢獻最大的化合物的ROAV以100計，其他風味化合物的ROAV按下式計算：

式中：Cri和Ti分別為各揮發性物質的相對含量/%和相對應的感覺閾值/（μg/L）；Crmax和Tmax分別為對樣品總體風味貢獻最大組分的相對含量/%和相對應的感覺閾值/（μg/L）。ROAV越大的組分對樣品總體氣味的貢獻作用越大：ROAV≥1，組分為樣品中的關鍵風味化合物；0.1≤ROAV＜1，組分對樣品的總體氣味具有重要的修飾作用；ROAV＜0.1，組分對總體氣味無貢獻作用[15]。

1.3.5 糖類物質檢測

采用ICS-1600離子色譜儀對山東煎餅樣品中的糖類物質進行檢測。稱取0.5 g樣品于離心管中，加入9 mL純凈水，60 ℃平衡30 min，12 000×g離心10 min，過濾后備用。取50 μL濾液稀釋1 000 倍后取5 mL進行測試。

離子色譜檢測條件：Carbo PacTMPA20色譜柱（3 mm×150 mm，6.5 μm）；淋洗液：250 mmol/L NaOH；流速：0.5 mL/min；進樣量：10 μL；色譜柱溫：35 ℃；檢測器：脈沖安培檢測器，金電極；梯度洗脫條件：A為水，B為250 mmol/L NaOH溶液；0～20 min，94% A，6% B；20～25 min，94%～45% A，6%～55% B；25～35 min，45% A，55% B；35～45 min，45%～94% A，55%～6% B。

1.3.6 氨基酸檢測

利用L-8900全自動氨基酸分析儀對山東煎餅樣品中氨基酸含量進行測定。通過酸水解法對樣品進行前處理，準確稱取100 mg樣品于水解管中，每個水解管中加入10 mL 6 mol/L HCl溶液，氮吹1 min排除管內空氣，于110 ℃烘箱內水解24 h。取出水解后的樣品冷卻至室溫，混勻后過濾，并使用純凈水定容至50 mL，每個待測溶液取1 mL，氮吹揮發溶劑，加入1 mL 0.02 mol/L稀鹽酸進行復溶。用一次性針管取復溶后的樣品1 mL過0.22 μm的濾膜并貯存于1.5 mL夾口小瓶中，封口備用。

2 結果與分析

2.1 電子鼻分析

電子鼻通過模仿哺乳動物嗅覺系統檢測和識別復雜氣味，已應用于新鮮度檢測、質量檢測和摻假檢測等食品評價領域[15-18]。圖1是不同山東煎餅樣品的經標準化處理后的電子鼻響應值雷達圖，結果表明不同煎餅樣品的W1W、W5S傳感器響應值差異顯著，說明各樣品中的氮氧化合物和硫化氫類化合物存在顯著差異，且板栗煎餅和芝麻煎餅的W1W、W5S傳感器響應值最大。同時，對5 種不同山東煎餅的電子鼻響應值進行了主成分分析（principal component analysis，PCA），如圖2所示。第1主成分貢獻率為99.47%，第2主成分貢獻率為0.44%，第1主成分和第2主成分的累計貢獻率達到99.91%，幾乎包含了樣品的全部信息，可很好地表征各樣品間的差異性。不同顏色區域代表不同煎餅樣品的整體氣味特性分布，不同區域間的距離表明樣品間的差異性。由圖2可以看出，利用電子鼻響應值主成分分析可很好地區分不同煎餅樣品，差異顯著，其中板栗煎餅和芝麻煎餅氣味較類似，與核桃煎餅、雜糧煎餅和小米煎餅氣味有較大差異。

圖1 不同山東煎餅的電子鼻響應值雷達圖Fig. 1 Radar chart of electronic nose responses to various kinds of Shandong pancakes

圖2 不同種類煎餅基于電子鼻建立的指紋圖譜Fig. 2 Principal component analysis plot of electronic nose responses to various kinds of Shandong pancakes

2.2 SPME-GC-MS分析

將提取的揮發性化合物與質譜數據庫進行比較，識別出相似度超過80%的組分保留。如表1所示，共鑒定出24 種風味化合物，主要包括醛類、醇類、烷烴類、酸類及芳香類等化合物，這些化合物共同構成了山東煎餅的獨特風味。不同山東煎餅樣品中鑒定出的風味化合物種類和含量（離子峰面積百分比）差異較大。其中，小米煎餅中鑒定出10 種揮發性化合物，板栗煎餅中鑒定出15 種揮發性化合物，芝麻煎餅中鑒定出10 種揮發性化合物，核桃煎餅中鑒定出9 種揮發性化合物，雜糧煎餅中鑒定出9 種揮發性化合物，板栗煎餅樣品中揮發性風味物質明顯多于其他煎餅樣品。不同山東煎餅中所鑒定出揮發性化合物的不同，是由于其原料組成不同所致。煎餅面糊的不同原料組分在攤制過程中會發生不同程度的脂質氧化反應和美拉德反應等。各煎餅樣品中均檢測出乙酸、癸酸、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚，說明其是煎餅中常見的風味化合物。壬醛、十三醛、2,6,11-三甲基十二烷和正十三烷在所有檢測樣品揮發性化合物中含量最高。除板栗煎餅外，其他樣品中均檢測出壬醛，壬醛可能是由于面糊發酵過程中微生物的發酵作用產生；烷烴類物質主要來源于脂肪酸氧化及氨基酸的降解代謝過程。十三醛、反式-2,4-癸二烯醛、2-丙基-1-庚醇、糖醇、正癸醇和花生酸只在板栗煎餅樣品中檢測出，其他樣品中均未檢出，可能是由于板栗經烤制后生成更多的醛類和醇類物質[19]。醇類都具有芳香、植物芳香等特殊香氣，與其他成分間存在相乘作用，對風味產生有較大影響[20]。2,4-癸二烯醛、鄰苯二甲酸二異丁酯只在芝麻煎餅中檢測出，反式-2-壬烯醛只在核桃煎餅樣品中檢測出，辛酸只在雜糧煎餅中檢測出。脂質氧化可產生醛類、酮類化合物，如辛醛、己醛、壬醛、反式-2-壬烯醛等[21]。氨基酸、肽和糖類作為前體物質參與美拉德反應，會產生吡嗪、吡啶、吡咯、呋喃類化合物，也會產生部分醛類和酮類等[22-24]。

表1 5 種山東煎餅樣品中揮發性風味物質SPME-GC-MS分析結果Table 1 Identification and peak area percentages of volatile flavor compounds in five kinds of Shandong pancakes

2.3 ROAV分析

揮發性化合物對食品整體風味的最終貢獻不僅取決于其濃度，而且取決于其氣味閾值。當化合物的感覺閾值較低時，更容易被感知。在對不同山東煎餅中各揮發性化合物進行定性分析的基礎上，結合表1中各揮發性風味化合物的離子峰面積比，以ROAV為參數，確定山東煎餅樣品中關鍵風味化合物。如表2所示，小米煎餅、芝麻煎餅、雜糧煎餅中關鍵風味物質為壬醛和4-乙基-2-甲氧基苯酚（ROAV≥1）。萘對芝麻煎餅、雜糧煎餅總體風味有修飾作用。板栗煎餅中關鍵風味化合物為反式-2,4-癸二烯醛和4-乙基-2-甲氧基苯酚，十三醛、正癸醇、壬酸、萘、1-甲基萘對板栗煎餅總體風味有修飾作用。對核桃煎餅風味影響較大的化合物為壬醛、反式-2-壬烯醛和4-乙基-2-甲氧基苯酚，萘對核桃煎餅總體風味有修飾作用。醛類可使食品香氣更加醇厚，呈現油脂味、堅果味和青草味，多數醛類對風味起積極貢獻作用[25-26]。壬醛有令人愉快的香味，微量醛可使食品香氣更加醇厚，反式-2-壬稀醛具有青香、脂香、西瓜樣品味，反式-2,4-癸二烯醛具有脂香、青香、土豆樣氣味[27]。4-乙基-2-甲氧基苯酚對所有煎餅樣品總體風味具有較大貢獻作用，酸類化合物閾值較高，對于總體風味貢獻相對較小。

表2 5 種山東煎餅樣品中揮發性風味物質及對應ROAVTable 2 Relative odor activity values of volatile flavor compounds detected in five kinds of Shandong pancakes

2.4 電子舌分析

在電子舌體系中味覺物質的信號由傳感器獲得，并以類似人味覺感受方式檢測出味覺物質，經數據分析處理獲得最終結果。電子舌檢測已應用于生物技術樣品、食品樣品、體液樣品、藥品樣品等的分析檢測[28-30]。判別因子分析是一種通過重新組合傳感器數據優化區分性的分類技術，其優點在于使組間距離最大的同時保證組內差異最小，使各個組間的重心距離最大。通過提取不同山東煎餅的電子舌傳感器響應數據，以各傳感器響應信號作為自變量進行判別因子分析，如圖3所示，代表單一樣品整體信息特征的四邊形的4 個點分別代表4 個重復樣品。第1主成分和第2主成分的累計貢獻率達到99.98%，不同種類山東煎餅所在區域互不重疊，各樣品差異性顯著，其中，小米煎餅樣品分布區域和其他樣品距離較遠，差異尤其明顯。

圖3 5 種不同種類煎餅基于電子舌建立的味覺指紋圖譜Fig. 3 Discriminant factor analysis plot of electronic tongue responses to five different kinds of Shandong pancakes

2.5 糖類物質檢測結果

圖4 5 種不同種類煎餅糖類物質質量分數Fig. 4 Contents of glucose, fructose, sucrose and maltose in five different kinds of Shandong pancakes

食品的整體風味物質由揮發性香氣化合物和非揮發性味覺化合物組成，均對其整體風味有貢獻作用。小分子糖類物質對甜味味覺起主要作用，同時其還會與食品體系中的氨基酸發生美拉德反應，還原糖和氨基酸之間的美拉德反應是食品熱加工過程中產生香味的最重要途徑之一，大部分香味化合物產生于這一反應，美拉德反應是一個復雜反應，包括許多交叉反應和分解反應，并生成一系列芳香化合物如酮、醛、醇、呋喃、吡咯、吡嗪、硫化物等[31]。制作煎餅的玉米、小米等原料含有淀粉和小分子糖類物質，煎餅制作過程中淀粉會發生部分水解生成小分子糖類物質。這些小分子糖類物質的組成對其甜味滋味有貢獻。如圖4所示，所有煎餅樣品中共檢測出葡萄糖、蔗糖、果糖和麥芽糖4 種小分子糖類物質，其質量濃度大小順序為麥芽糖＞葡萄糖＞蔗糖＞果糖。其中，板栗煎餅葡萄糖質量濃度最高，其他煎餅樣品中葡萄糖質量濃度差異不顯著；小米煎餅中麥芽糖質量濃度最高，顯著高于其他樣品；各煎餅樣品中蔗糖和果糖質量濃度無顯著差異。

2.6 氨基酸檢測結果

蛋白質水解與風味的形成密切有關，氨基酸和肽是美拉德反應的重要前體物質和增強劑。此外，氨基酸可直接影響味覺，尤其是甜、咸、酸、苦和鮮味的感官感知[32]。天冬氨酸和谷氨酸具有鮮味，而蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸則為食物增添了甜味，纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸使食物呈現苦味。各氨基酸共同作用賦予煎餅的獨特風味。如表3所示，5 種山東煎餅樣品中各氨基酸含量沒有顯著性差異，各煎餅樣品中，甜味氨基酸含量最高，其次為鮮味氨基酸，且所有樣品中谷氨酸含量均最高，鮮味化合物通常會增強其總體風味和口感。

表3 5 種山東煎餅樣品中氨基酸質量分數Table 3 Amino acid composition of five kinds of Shandong pancakes%

3 結 論

本研究對5 種不同山東煎餅的揮發性風味物質和非揮發性風味物質進行了全面的比較分析，電子鼻、電子舌指紋圖譜可以很好地區分5 種煎餅樣品，其風味化合物組成有很大差異，在此基礎上，GC-MS共鑒定出24 種風味化合物，主要包括醛類、醇類、烷烴類、酸類及芳香類等化合物，其中，小米煎餅中鑒定出10 種揮發性化合物，板栗煎餅中鑒定出15 種揮發性風味化合物，芝麻煎餅中鑒定出10 種風味化合物，核桃煎餅中鑒定出9 種化合物，雜糧煎餅中鑒定出9 種風味化合物。醛類和4-乙基-2-甲氧基苯酚對煎餅整體風味的貢獻作用較大，小米煎餅、芝麻煎餅、雜糧煎餅中關鍵風味化合物為壬醛和4-乙基-2-甲氧基苯酚，板栗煎餅中關鍵風味化合物為反式-2,4-癸二烯醛和4-乙基-2-甲氧基苯酚，核桃煎餅中關鍵風味化合物為壬醛、反式-2-壬烯醛和4-乙基-2-甲氧基苯酚。板栗煎餅中葡萄糖含量最高，小米煎餅中麥芽糖含量最高，蔗糖含量和果糖含量沒有顯著差異。各煎餅樣品中，甜味氨基酸含量最高，其次為鮮味氨基酸，且所有樣品中谷氨酸含量均最高。