小麥籽粒揮發物研究進展

張夢祺 胡澤林 曾令楠 程穎 周暢 崔文禮 鄭文寅

摘要： 面制品的食味品質（麥香味）是重要的感覺評價指標，主要受籽粒揮發物的種類和含量的影響。本文對小麥籽粒揮發物組成、檢測技術、影響小麥籽粒揮發物的因素等方面進行了綜述，并對其在食味品質、植物保護、小麥籽粒貯藏品質、香麥種質資源的篩選等方面的應用進行總結和展望，以期為小麥籽粒揮發物相關的遺傳和分子標記研究以及小麥食味品質（麥香味）改良提供參考依據。

關鍵詞： 小麥;揮發物;檢測技術;影響因素

中圖分類號： S512.101?? 文獻標識碼： A?? 文章編號： 1000-4440（2021）04-1071-06

Research progress of volatile matter in wheat grain

ZHANG Meng-qi， HU Ze-lin， ZENG Ling-nan， CHENG Ying， ZHOU Chang， CUI Wen-li， ZHENG Wen-yin

（School of Agronomy， Anhui Agricultural University， Hefei 230036， China）

Abstract： The taste quality （wheat flavor） of flour products is an important sensory evaluation index， which is mainly affected by the types and contents of grain volatiles. In this paper， the composition of wheat grain volatiles， the detection techniques and the factors affecting wheat grain volatiles were reviewed， and their applications in taste quality， plant protection， wheat grain storage quality and selection of wheat germplasm resources were summarized and prospected to provide reference for genetic and molecular markers research related to volatile matter of wheat grain and improvement of wheat taste quality.

Key words： wheat;volatiles;detection techniques;influencing factors

小麥是世界上重要的糧食作物，全世界有2/5的人口將小麥粉作為主要食物。小麥粉可以制作出眾多蒸煮、烘培種類的食品，為人體提供營養。隨著人民生活水平和飲食質量持續提高，人們對小麥粉的品質要求也越來越高。除了對小麥粉營養和加工品質的要求外，對面制品的口感與氣味也提出了更高的要求。在中國的面制品評價中，食味品質（麥香味）越來越受到重視。目前對小麥籽粒氣味的評價，一般直接進行感官評價，但由于個體嗅覺敏感度的不同，對氣味的評價結果也會造成較大差異[1]。對小麥籽粒香味揮發物的研究多集中在食品行業以及個別品種和樣品的麩皮、胚芽、面粉、全麥粉與少數面制品的差異上，尚未見針對小麥粉食味品質（麥香味）的改良和育種的報道。因此，本文綜述當前國內外對小麥籽粒揮發物組成、檢測技術以及影響小麥籽粒揮發物的因素等方面的研究進展，以期為深入研究和改良小麥粉食味品質（麥香味）提供依據。

1 小麥籽粒揮發物的構成

小麥籽粒香味可能主要來自2個方面，分別是小麥的胚芽和糊粉層，對面粉芳香味作用較大。對小麥粉、麩皮、胚芽粉等揮發物差異的研究結果表明，面粉中的揮發性物質主要有醛、醇、烴類，麩皮中醇、羧酸類較多，胚芽中揮發性物質以酚類、醇類、烴類為主[2-3]。烘培胚芽香氣檢測結果表明含氮的雜環化合物和醛類是烘培風味的主體[4]。孫浩然認為小麥麩皮氣味主要由正己酸乙酯為代表的水果香、以檸檬烯為代表的柑橘香、以正己醛為代表的青草味和以苯酚為代表的特殊臭味構成[5]。通過對小麥粉、麩皮、胚芽、全麥粉中揮發性氣味物質分析發現，其中麩皮和胚芽對面粉氣味貢獻較大[6-7]，受小麥出粉率影響，面粉氣味可能與引入麩皮和胚芽相關。任國寶等[8]對面粉、全麥粉與全麥粉擠壓膨化后的揮發物進行了測定，分析結果表明，與小麥粉相比，全麥粉中由于含有更多的麩皮和胚芽，因此揮發物中醛類、醇類與呋喃類含量明顯增多;全麥粉擠壓膨化后醛、吡嗪、酮類增多，可能與膨化過程中發生美拉德反應有關。小麥粉中醇類、醛類的香氣閾值很低，是構成小麥粉香味的主要物質，但酮的種類少閾值較高，對風味影響較小，而烷烴類物質雖然種類較多但閾值較高，同樣對饅頭和餅干整體上風味特征影響相對較小[9-10]。加工處理后也會使揮發物組成發生很大變化，麩皮經過熱處理后烷烴和烯烴大幅減少，酮類和醛類物質大量增加[11]。

2 小麥籽粒氣味揮發物的檢測技術

2.1 電子鼻技術

電子鼻技術是研究揮發物成分的常用技術[12]。電子鼻通過電化學傳感器模擬“嗅覺”來快速識別氣味物質，傳感器陣列中每個傳感器對不同類型氣體響應不同，將化學信號轉化成電信號[13-14]。電子鼻能區分某一類物質濃度的高低，無法對具體化學成分進行測定分析，但檢測方法簡單迅速，而且能夠較為客觀地反映樣品原有氣味特征，廣泛應用在食品氣味檢測分析中[15]。電子鼻能夠識別調味品中非法添加的罌粟成分[16]，測定茶葉及南果梨儲存期間氣味變化[17-18]，以及劃分花椒品種[19]等。在小麥籽粒檢測方面，電子鼻技術也已有效應用于對小麥籽粒霉變程度的監測以及種子活力的檢測等。趙天霞等[20]對不同儲藏階段下籽粒氣味信息進行測定，通過氣味的變化能較好地區分出不同霉變程度的樣品。張婷婷等[21]利用電子鼻實現了對不同老化程度的小麥種子的快速無損鑒別和區分。

2.2 氣質聯用法

對揮發性氣味成分的測定首先要提取風味化合物，提取方法有同時蒸餾萃取（SDE）、動態頂空（DHS）、固相微萃取（SPME）、溶劑輔助風味萃取（SAFE）[22]。其中SPME具有快速、簡單、無需溶劑的特點，被廣泛應用，在小麥籽粒揮發物研究方面也較為常用，原理是利用在石英纖維上具有固相涂層萃取頭的吸附作用，對樣品進行萃取，萃取物在汽化室內進行高溫解吸后，以氦氣或者氫氣作為流動相將其導入色譜柱進行分析。固相微萃取方式主要有直接萃取（DI- SPME）、膜保護萃取（MP- SPME）與頂空萃取（HS-SPME）3種[23]。而氣相色譜（GC）是利用氣體作為流動相的色譜法，利用不同相對分子質量的物質在色譜柱中移動速度不同，實現對樣品揮發性成分的快速分離分析，根據不同物質和檢測領域的不同，檢測器有氫火焰離子化檢測器（FID）、火焰光度檢測器（FPD）與質譜檢測器（MS）等。目前，頂空固相微萃取與氣質聯用法（HS-SPME/GC-MS）可以實現對揮發性物質由收集到分離再到鑒別分析的過程[24-25]，并成功運用在茶葉、煙草、水稻、水果等眾多作物的氣味成分檢測中[26-29]。

在小麥籽粒揮發物研究方面，袁佐云等[6]通過HS-SPME/GC-MS檢測全麥粉和小麥粉，分別檢測出39種和23種揮發性物質。徐鑫等[3]從小麥粉和全麥粉中分別檢測出24種和29 種揮發性成分，全麥粉的揮發物成分數量高于小麥粉，其中十二烷、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇、1-戊醇這些揮發物是全麥粉區別于小麥粉的成分。胡喜貴等[30]利用GC-MS研究小麥籽粒揮發性成分，發現小麥籽粒香氣主要以烴類和醇類為主，且不同來源小麥籽粒的香氣成分具有一定差異。Mattiolo等[31]對4種硬質小麥品種進行揮發性成分測定，分析出11種化學成分類別，認為其中醇類和醛類是小麥籽粒揮發物的主要成分。從已有研究結果看，HS-SPME/GC-MS方法可以有效測定和區分小麥籽粒中揮發性成分。

2.3 氣相色譜-嗅覺測定法

氣相色譜-嗅覺測定法（GC-O）是通過氣相色譜與人嗅覺感官的結合來檢測氣流中的香味特征。樣品經過毛細管柱分離后，通過分流進入檢測器和探嗅口，在人的嗅覺聞嗅后記錄持續時間和強度，生成譜圖[32]。GC-O能夠檢測出GC-MS無法檢測的隱藏在雜質峰及大峰中的微量成分，對化合物的氣味進行描述并且很容易區分出影響氣味關鍵性的物質，嗅聞儀與氣質聯用相互結合（GC-MS-O）對揮發物的測定可以發揮出更好的作用。高歌等[33]利用 GC-O-MS 確定了5個品種柚子的香氣差異貢獻組分，區分了不同品種柚子的主要特征風味類型。陳光靜等[34]應用氣味活度值（ OAV） 結合氣味強度值測定薏米中的異味成分，測定出 12 種具有異味的成分。說明GC-O-MS可以從復雜多樣的化合物中有效鑒別出香氣物質。

3 影響小麥籽粒揮發物產生的因素

3.1 遺傳特性

已有研究結果表明，植物香味的產生可能受到個別特殊化合物影響，如2-乙酰基-1吡咯啉（2AP）是稻米香味中最重要的香氣成分[35]。遺傳基因相關定位分析結果表明，稻米香味由位于第8染色體上 1對隱性基因控制，甜菜堿醛脫氫酶（BADH2）功能的缺失導致合成更多的2AP，促進了香味的形成[36]。而在小麥方面，目前研究者大多認為，小麥品種之間品質的差異最終導致氣味特征出現差別。Starr等[37]在溫室條件下對栽培的81個小麥品種的籽粒揮發物進行分析，共鑒定出72種揮發物，不同樣品的揮發物成分有很大差異，地方品種和現代品種揮發性物質含量與種類不同，其中地方品種中酯類、醇類和呋喃的含量較高，現代品種中萜類、吡嗪和醛類的含量較高。Romina等[38]通過對4個硬粒小麥品種面粉制作的面和意大利面揮發性化合物的聯合分析，發現半熟和熟面食的揮發性成分之間存在顯著差異，面食的揮發性成分可能取決于硬粒小麥品種，己醛在面食樣品揮發物中最為豐富。

3.2 栽培環境

作物的氣味揮發特征也易受生長環境的影響。煙草由于生長地域的不同，受降水量和降雨時間對作物有機物轉化和積累的影響，不同產地煙草揮發物組分有所差異，主要影響因子是海拔和緯度[39]。課凈璇等[40]在花椒籽粒揮發油的研究中也發現不同產地的花椒揮發油成分差異較大。在稻米研究中證實了土壤中稀有元素對植物氣味品質的影響很大，土壤中農家肥用量、有機質含量、酸堿性和礦質營養元素對作物的生長具有重要作用[41]。而目前有關栽培環境因素影響小麥籽粒揮發物的研究結果并不一致。Seitz[42]對堪薩斯州6個試驗地塊收獲的小麥籽粒進行了揮發物分析，認為醇類含量最豐富，其次是醛類、烷烴類、烷基苯、酮類、甲酯、萘、萜烯等雜環類化合物，一些揮發物的數量在不同地點和品種之間存在差異，但這些差異似乎與品種本身的內在特性無關。燕雯[2]對14個小麥品種進行了分析，認為不同產地之間氣味存在差異。Riccardo等[43]對不同地區收獲的6個小麥品種進行測定，共識別出158種揮發性有機化合物，經過分析認為，與小麥品種間差異相比，種植區域對揮發物變化的影響較大。

3.3 貯存條件

關于貯存條件對小麥籽粒揮發物影響的研究相對較多。小麥籽粒儲藏不當，易導致發霉變質并失去原有的小麥香味，而農藥殺蟲劑的使用、真菌和昆蟲分泌物也會造成氣味品質變差[44]。隨著小麥籽粒儲存時間的延長，烴類和酯類的含量先增多后減少，醇類、醛類、酮類、酸類的含量逐漸增加[45-46]。Ji等[47]對9個軟質冬小麥的分析結果顯示，小麥籽粒中醇類含量最高，其次是酮類和烷烴，揮發性有機物含量隨著籽粒成熟而降低，經過真菌侵染的小麥籽粒揮發性有機化合物含量與正常小麥籽粒有明顯差異，可以通過1-辛-3醇和2-乙基-1己醇的濃度進行區分。小麥籽粒在儲藏期間辛醇、己醇、十六醇等醇類揮發物含量在不斷降低，在不同水分儲藏條件下小麥 E-15-十七烯醛、苯乙醛、2-壬烯醛等醛類和酮類揮發物含量逐漸增加，烷烴類如十五烷、十六烷、十八烷等成分不斷增加[48]。另一方面，隨著小麥籽粒貯存時間的延長和貯存條件的變化，小麥籽粒中一些酶類和色素會逐漸發生作用，促進新的揮發物生成。

與種子儲藏特性相關的脂肪氧化酶（LOX）可能是影響揮發性物質產生的重要因素，不同小麥品種籽粒揮發性化合物特征是由于LOX活性的差異造成的[49]。LOX作為脂質降解的關鍵酶，可將不飽和脂肪酸氧化并產生相應的脂肪酸過氧化氫物，再經酶催化或自動分解成為各種揮發物，其中有多種化合物具有特殊氣味，主要包括乙醛、庚醛和非2-烯醛等[50-52]。一些研究者利用微波鈍化LOX，發現隨著微波處理時間增加，除酮類含量增加外，2-戊基呋喃、酸類、醛類和酯類含量均降低，對全麥粉風味的影響較大[53]。越來越多的研究結果表明在貯藏期間小麥籽粒中脂質的降解是導致氣味品質變差的因素，但具體揮發性化合物的種類和含量及其與LOX的關系還沒有進行深入的研究。除了LOX對揮發物的影響外，類胡蘿卜素在面粉加工和貯藏過程中經過氧化降解會生成較多的酮類，如紫羅蘭酮、假紫羅蘭酮、氧化異佛爾酮以及二氫彌猴桃內酯，這些物質具有特殊的香味特征，與面粉的香味形成有一定關系[54]。

3.4 其他因素

小麥籽粒揮發物會影響到終端面制品味道的好壞[55]。面制品的香味物質包括原有籽粒中的揮發物成分，也包括烘培與蒸煮加工過程中和加工后產生的新揮發性化合物。已證實發酵溫度、酵母濃度會影響面包的風味，在精麥面包和全麥面包中，發酵溫度會影響美拉德反應，酵母用量較低會使面包皮中己醇含量提高[56]。而在不同階段下生成的揮發物類型也不同。可通過改變糖類和氨基酸等氨基化合物的種類和烘烤工藝，達到改善風味目的，特別是促進中間產物吡嗪的產生，加強烘烤類面制品的香味[57]。

此外，制粉溫度對揮發物的形成和含量也有重要影響。在100 ℃內面粉揮發物主要由C6-C10揮發性醛和醇組成，短鏈醛類和醇類也被認為是基本風味成分，在大于100 ℃尤其120 ℃時化合物的形成速率增加，會生成較多長碳鏈醛和醇、呋喃、酸、酯以及含氮含硫的揮發性化合物[58]。因此在制粉過程中應該注意對溫度的控制以保證原始味道，也可以通過對面粉進行不同程度加熱烘烤實現對面制品風味的調解。而在較高的擠壓溫度下，蒸煮類面制品中吡咯、噻吩、噻唑啉的含量增加，呋喃和醛的含量降低[59]。因此，在面粉加工和面團加工過程中，進行溫度的控制有利于保持特定的麥香味。

4 小麥籽粒揮發物的應用和展望

4.1 食味品質方面的應用

對小麥品種造成的面制品香味差異研究較少，尤其在具體香味物質方面的差異研究并不多見。Romina等[38]對硬粒小麥面粉、粗面條、煮熟的意大利面揮發性化合物的組成和含量進行了比較，認為存在顯著差異，且在蒸煮過程中，出現了新形成的酮類化合物，而且大部分醛類含量增加，醇類降低，因此最終面制品因品種不同味道可能會有很大的差異。面制品加工過程中揮發物含量也會產生很大變化。燕雯[2]研究結果表明，在面團與饅頭制作和蒸煮過程中會生成特殊香味成分，在酵母的作用下面團產生大量醇類，酮類和醛類含量下降，在蒸煮后的饅頭中產生了較多的醛類、雜環類物質，并且醇類含量在蒸煮過程中逐漸降低，在面粉中添加不同含量胚芽對制作出的饅頭香味有很大影響。不同加工方式對饅頭香味也有影響，對比干酵母饅頭，傳統老酵頭饅頭中醇類和酯類含量較高，可能除了酵母菌外其他微生物通過自身代謝產生了豐富的香氣成分[60]。面制品香氣形成的化學反應機制還需要進一步研究，通過面制品揮發物與小麥籽粒揮發物建立相關聯系，對快速篩選具有麥香味的小麥品種具有重要作用。

4.2 植物保護

小麥籽粒氣味揮發性化合物的研究結果可以應用在植物保護中。曾姝靜[61]對5 種小麥粉揮發物成分進行探究，結果表明正己醇、檸檬烯、正壬醛、十二烷、十四烷5種揮發性化合物為小麥揮發物的共有成分，其中正壬醛和十四烷標準品對赤擬谷盜成蟲和幼蟲具有驅避作用，正己醇對赤擬谷盜有引誘效果。此外，小麥籽粒氣味揮發性化合物還可用于研究小麥化感作用對病蟲害的防御效果。化感物質屬于次生代謝物，其中次生代謝物中萜類和酚類化合物也大多具有香氣特征，目前研究的小麥化感物質主要有異羥肟酸類和酚酸類物質，如阿魏酸、丁香酸、香草酸等，研究結果表明這些化感物質的利用可減少化學藥劑的使用，達到保護環境的目的，同時還能增強小麥抗逆性和品質[62]。

4.3 小麥籽粒貯藏質量評價

小麥籽粒氣味特征還能夠用于小麥籽粒貯藏質量的評價。小麥籽粒在不同儲藏年限間其揮發性成分具有一定差異，這些差異可利用電子鼻進行檢測。龐林江等[63]對不同儲藏年限的小麥籽粒進行檢測，較好地區分開了不同年份的小麥籽粒。利用電子鼻采集陳化小麥籽粒氣味信息，可辨別出摻雜不同比例其他年份的陳化小麥籽粒[64]。小麥籽粒在貯藏過程中極易受到霉菌的感染。應用電子鼻技術[65-66]可有效區分不同霉菌感染的小麥籽粒，判斷不同程度的霉變，GC-MS方法檢測霉變小麥籽粒的結果表明隨著儲藏時間延長，烯烴類、醛類含量不斷減少，酸類與酯類含量呈下降的趨勢[67]。

4.4 香麥種質資源的篩選與創制

當前，香味種質資源的篩選和創制在水稻中研究較多，而在小麥中尚未見相關報道。在水稻中，對香稻香味物質種類及其合成途徑、香味遺傳和基因定位等的研究已取得很大進展，研究成果成功應用于香味性狀的分子標記輔助育種中。基于禾谷類作物基因線性同源性的認識，今后應對濃烈麥香味的小麥種質資源進行篩選，并以麥香味為育種目標進行相關親本材料的創制。

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（責任編輯：張震林）

收稿日期：2021-01-08

基金項目：國家重點研發項目（2016YFD0300405）;安徽農業大學大學生創新創業項目（XJDC2019115）

作者簡介：張夢祺（1995-），男，安徽宿州人，碩士研究生，研究方向為作物遺傳育種。（E-mail）1337207450@qq.com

通訊作者：鄭文寅，（E-mail）zhengwenyin_75@163.com