基于SPME-GC-MS分析和比較蕎麥籽粒不同部位揮發性成分

劉東旭，田忠華，趙悅琳，劉暢，于雷*

1. 吉林農業大學食品科學與工程學院（長春 130118）；2. 長春高新技術產業開發區預防保健中心（長春 130012）

蕎麥又名三角麥、烏麥，在全世界廣泛種植[1]。中國是蕎麥的主要生產國之一，種植面積和產量均為世界第一[2]。蕎麥富含蛋白質、淀粉、脂肪、膳食纖維等營養成分，氨基酸組成豐富，營養價值高于其他大宗糧食作物[3]。蕎麥具有藥用價值，含有豐富的黃酮類化合物和多酚等生物活性成分，具有抗氧化、降血糖和預防糖尿病等作用[4]。蕎麥可分為韃靼蕎麥（Fagopyrum tataricumGaertn）和普通蕎麥（Fagopyrumesculentum Moench）2種[5]。普通蕎麥籽粒經研磨制成蕎麥面粉，可制作多種中國傳統美食，如蕎麥面條、蕎麥饸饹及蕎麥饅頭等。蕎麥殼和麩皮是蕎麥籽粒的加工副產物，含有大量膳食纖維、多糖及黃酮等成分，具有很高的開發價值，卻經常被廢棄。

關于蕎麥殼和麩皮的研究主要集中于生物活性物質或膳食纖維等成分的提取。路靜靜等[6]從蕎麥籽粒不同部位提取黃酮類化合物，并且比較其抗氧化能力。結果發現，蕎麥殼抗氧化能力最好，其次是蕎麥麩皮，蕎麥面粉抗氧化能力較弱。楊芙蓮等[7]利用蕎麥殼提取膳食纖維研制咀嚼片。蕎麥具有特殊的芳香氣味，特別是蕎麥殼和麩皮，然而關于蕎麥揮發性成分的研究卻較少。李鳳等[8]通過蒸餾法提取出金蕎麥揮發油，利用氣質聯用儀對揮發性成分進行分析鑒定。分析結果表明，金蕎麥揮發油主要由單萜和倍半萜烯類化合物及其含氧衍生物構成，己醛、2-羥基-對茴香醛及α-萜品醇等成分含量較高。Janes等[9]通過蒸餾的方法提取蕎麥揮發性成分，發現水楊酸是蕎麥香氣的重要成分。

試驗以普通蕎麥殼、粉和麩皮為原料，通過固相微萃取的方式提取揮發性成分，通過氣質聯用儀分離鑒定蕎麥不同部位的揮發性物質。采用峰值面歸一法計算揮發性成分相對含量，并且計算相對氣味活度值，確定對主體風味影響較大的關鍵風味成分，以期明確蕎麥不同部位特征風味，為其應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通蕎麥面粉、蕎麥殼、蕎麥麩皮（內蒙古赤峰食品加工廠）；C7-C30飽和烷烴標準品（美國Sigma- Aldrich公司）。

1.2 主要儀器與設備

Agilent 5975型氣相色譜-質譜儀（美國安捷倫公司）；固相微萃取裝置，65 μm CAR/PDMS/DVB萃取頭（美國Supelco公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品預處理

蕎麥殼和蕎麥麩皮經粉碎研磨，過孔徑0.180 mm篩。

1.3.2 固相微萃取條件

稱取2 g樣品至15 mL頂空萃取瓶中，用隔墊迅速封口。頂空瓶于60 ℃水浴條件下預熱平衡10 min。將SPME萃取針頭插入頂空瓶，60 ℃水浴條件下，頂空萃取 60 min。迅速將萃取針插入氣相色譜儀進樣口，260 ℃條件下解吸30 s后，拔出萃取針頭，進行GC-MS檢測。

1.3.3 GC-MS條件

氣相色譜條件：毛細管柱為HP-1701（30 m× 0.25 mm，0.25 μm）；前進樣口溫度260 ℃；載氣（He）；流速1.0 mL/min；不分流模式進樣；程序升溫：柱溫初始50 ℃，保持4 min，以3 ℃/min升至100 ℃，以10 ℃/min升至260 ℃，保持10 min。

質譜條件：離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃；電子能量70 eV；質量掃描范圍m/z 50～550。

1.3.4 蕎麥揮發性成分的定性和定量

1.3.4.1 定性分析

揮發性成分采用NIST 05質譜數據庫，結合標準化合物保留指數（RI）進行對比鑒定。RI[10]為根據目標揮發性化合物出峰時間與相同條件下烷烴的出峰時間，通過式（1）計算。

式中：n和n+1分別為目標化合物x出峰前后的正構烷烴所含碳原子數目；Tx為未知化合物的保留時間，min；Tn為較目標化合物所含碳原子數少1個的烷烴的保留時間，min；Tn+1為較目標化合物所含碳原子數多1個的烷烴的保留時間，min。

1.3.4.2 半定量分析

計算揮發性化合物總峰值面積，采用峰值面積歸一法計算各化合物相對含量。

1.3.5 計算相對氣味活度值

參考劉登勇等[11]的方法，通過式（2）計算揮發性成分的相對氣味活度值，確定其對蕎麥殼、粉、麩皮主體風味的影響能力。

式中：ROVA為氣體相對氣味活度值；CA、TA為物質A的相對百分含量及其感覺閾值；Cstan、Tstan為對樣品主體風味貢獻最大的成分的相對百分含量（以壬醛為標準物質）及其對應的感覺閾值。ROVA值越大，則該成分對樣品主體風味貢獻越大。

1.3.6 數據處理

表格采用Microsoft Excel 2010軟件制作，柱狀圖采用Origin 2018軟件制作。

2 結果與分析

2.1 蕎麥不同部位揮發性成分分析

經GC-MS分析后，通過與NIST 05質譜數據庫對比分析，對揮發性成分進行鑒別定性。結果如表1所示，共檢測出67種成分；普通蕎麥殼、粉、麩皮中分別有26，28和34種揮發性物質。圖4和圖5為蕎麥不同部位揮發性成分的種類及相對含量，可知蕎麥殼中醛類化合物含量較多，蕎麥麩皮和蕎麥面粉中烷烴類物質含量較多。

蕎麥殼中含4種醛類（24.38%）、蕎麥面粉中含2種（1.03%）、麩皮中含4種（4.19%）。醛類物質閾值較低，對風味影響較大[12]，故蕎麥殼和麩皮氣味較濃郁。其中，壬醛和正己醛在殼、粉、麩皮中皆有檢出，在殼中含量最高，壬醛占11.74%，正己醛占6.47%。壬醛具有油脂味道和甜橙氣息[13]，正己醛在濃度較低時具有青草味道和水果香氣[14]，二者對蕎麥整體風味影響較大。苯甲醛（0.89%）和癸醛（5.28%）僅在蕎麥殼中被檢測出，癸醛賦予蕎麥殼水果香，苯甲醛具有杏仁味甜香[15]。Janes等[16]從新鮮蕎麥籽粒中提取揮發性成分，發現己醛、癸醛和水楊醛對蕎麥風味有關鍵作用。王娟等[17]提取苦蕎中的揮發性成分，發現對苦蕎提取物的風味影響較大的成分包括苯甲醛、苯甲醇、苯乙醛等，苯甲醛是苦蕎提取物的關鍵風味成分之一。由此可知，醛類化合物對蕎麥主體風味影響較大，蕎麥殼和麩皮中醛類物質相對含量較蕎麥面粉中含量高，氣味較濃郁，主要呈甜橙氣息和青草香氣。

酮是羰基化合物的主要基團之一，揮發性的酮類很可能是脂質或氨基酸降解的產物[18]。蕎麥中酮類化合物種類相對較少，蕎麥面粉中未檢測出酮類成分，蕎麥殼和麩皮中含有酮類數量分別為4種和1種，相對含量分別為7.61%和0.86%。香葉基丙酮在蕎麥殼中含量較高，占3.54%。酮類閾值較醛類物質高，不易被感知，對風味特征影響不大。

醇類化合物檢測出4種，其中正辛醇和DL-薄荷醇含量較高，僅在蕎麥殼中檢出，相對含量分別為1.15%和5.22%。正辛醇帶有柑橘和玫瑰香氣[19]，蕎麥殼的風味有一定貢獻。

圖4結果表明，蕎麥中種類最多的揮發性成分是烴類物質，共檢測出39種烴類化合物，其中蕎麥殼、粉、麩皮中分別含有7，22和23種烴類，相對含量為11.29%，51.48%和44.06%。麩皮中檢測到的烴類物質多為烯萜類成分，主要是（-）-β-蓽澄茄油烯、（+）-檸檬烯及月桂烯等，相對含量分別為6.15%，4.7%和1.18%。Prosen等[20]提取蕎麥全籽粒中的揮發性成分，發現檸檬烯具有較高的氣味活度值。β-環檸檬醛和σ-杜松烯在蕎麥中也被檢測到，麩皮含有0.62%的β-環檸檬醛，蕎麥面粉中含有0.88%的σ-杜松烯。馬寧等[21]發現谷物的風味除了與某些特殊香氣官能團有關，還與揮發性物質的碳鏈結構有關，隨著碳鏈的不飽和程度提高，谷物的香氣也隨之馥郁。烯萜類物質屬于不飽和化合物，通常具有芳香氣味，并且容易在氧化等條件下，轉化為閾值較低的醛類化合物，從而對風味產生影響。（-）-β-蓽澄茄油烯主要存在于中藥蓽澄茄中，具有令人愉悅的樟木香，（+）-檸檬烯和月桂烯呈現新鮮橙子的氣息。因此，蕎麥麩皮和蕎麥面粉含有豐富的烴類成分，呈甜橙香、樟木香。

蕎麥中酯類成分相對較少，檢測出4種酯類——2, 2, 4-三甲基戊二醇異丁酯和二氫獼猴桃內酯存在于蕎麥麩皮中，相對含量分別為0.88%和0.22%；丙酸異戊酯和丁酸丁酯存在于蕎麥殼中，相對含量分別為2.62%和0.64%。酯類化合物具有水果香，使整體風味清甜[22]。

此外，在蕎麥殼和麩皮中還檢測出2-正戊基呋喃，含量分別為3.14%和2.32%。呋喃類化合物主要來源于植物細胞中的還原糖降解，有些是形成雜環化合物的重要中間體，對香氣形成起到重要作用。

圖1 蕎麥殼揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖

圖2 蕎麥麩皮揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖

圖3 蕎麥面粉揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖

表1 蕎麥殼、粉和麩皮中的揮發性成分及含量

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接表1

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接表1

序號 保留指數 保留時間/min 化合物名稱 揮發性成分相對峰值面積/%蕎麥殼 蕎麥麩皮 蕎麥面粉61 1 141 9.771 鄰-異丙基苯 - 1.45 0.46 62 1 327 12.036 1-甲基-1-(2-丙烯基) 苯 - - 1.58 63 1 423 13.377 1-亞甲基-1H-茚 0.97 - -64 1 555 15.075 1-(1, 5-二甲基乙基)-4-甲基苯 - - 1.60 65 1 762 17.592 (1, 1, 4, 6, 6-五甲基庚基) 苯 2.07 - -66 1 947 19.412 3, 4-二甲基-1, 1-聯苯 0.26 - -67 2 021 20.144 2-(對甲基甲苯) -對二甲苯 0.27 - -注: -表示未檢出

圖4 蕎麥殼、麩皮和蕎麥面粉中揮發性化合物的種類

圖5 蕎麥殼、麩皮和蕎麥面粉中揮發性化合物的相對含量

2.2 蕎麥不同部位關鍵風味成分

物質含量一定時，閾值越小越容易被人體察覺[23]。采用相對氣味活度值（ROAV）法，可以有效地評價各揮發性化合物對于主體風味的貢獻能力。選取壬醛作為標準，將其ROAV值定義為100，ROAV值越大，則該揮發性成分對主體風味貢獻越大，ROAV值大于1的成分稱作關鍵風味成分。

表2是蕎麥各部分主要揮發性成分及其閾值和氣味特征。對蕎麥主體風味貢獻較大的揮發性成分大多數是醛類和烴類化合物。特別是醛類化合物，閾值較低，容易被人體感知，對蕎麥風味影響較大。這些揮發性成分主要賦予蕎麥柑橘味、青草味、水果味及堅果味，蕎麥殼及麩皮所包含的關鍵風味成分較多。

在蕎麥殼中，關鍵風味成分按ROAV值從高到低排列依次為壬醛、癸醛、正己醛和2-正戊基呋喃。蕎麥麩皮中則為壬醛、正己醛、2-正戊基呋喃、β-環檸檬醛和月桂烯。蕎麥面粉中為壬醛和正己醛。ROAV值小于1且大于0.1的揮發性化合物有苯甲醛、苯乙酮、香葉基丙酮、辛醇、松油烯、正十二烷、正十四烷和丁酸丁酯。以上揮發性化合物對蕎麥不同部位的主體風味起到較大貢獻。因此，蕎麥的特殊風味主要由壬醛、癸醛、正己醛、2-正戊基呋喃和β-環檸檬醛構成。陳霞等[28]也得到類似結論，得出蕎麥中主要風味成分為醛類、烷烴類和醇類，含量較高的風味化合物有己醛、壬醛、癸醛和2, 2, 4, 6, 6-五甲基庚烷。余麗等[29]發現苦蕎中壬醛（8.66%）和癸醛（5.26%）含量較多。

表2 蕎麥揮發性成分的閾值及ROAV值[24-27]

3 結論

通過固相微萃取結合氣質聯用的方法，分別對普通蕎麥殼、粉、麩皮中的揮發性成分進行分析。通過計算揮發性成分的相對氣味活度值，得到對主體風味影響較大的關鍵風味物質。鑒定出揮發性成分67種，其中蕎麥殼中26種、蕎麥面粉中28種、蕎麥麩皮中34種。壬醛、癸醛和正己醛是蕎麥殼的主要風味成分；壬醛和正己醛是蕎麥面粉的主要風味成分；壬醛、正己醛、2-正戊基呋喃和β-環檸檬醛是蕎麥麩皮的主要風味成分。結果表明，蕎麥不同部位的揮發性成分種類和風味存在差異，蕎麥特殊風味的濃郁程度明顯不同。蕎麥麩皮中揮發性成分含量較高且閾值低，氣味最濃郁，其次是蕎麥殼，蕎麥面粉的風味相對較淡薄。試驗結果為蕎麥殼、麩皮等加工副產物的開發和應用提供理論依據。