HP-SPME-GC-MS結合ROAV分析新疆不同小麥品種面粉主要揮發性成分

毛紅艷,于 明,祖力皮牙·買買提,岳 麗

(新疆農業科學院糧食作物研究所,新疆烏魯木齊 830091)

小麥是僅次于玉米的第二大糧食作物,全球年總產約7 490×108kg。2020 年我國小麥種植面積2 338×104hm2,產量1 340×108kg,我國已成為世界最大的小麥生產國[1-2]。新疆是我國西北重要的小麥優勢產區,小麥是新疆第一大糧食作物,2020年種植面積為106.9 ×104hm2,產量58.21×108kg,新疆小麥生產在新疆糧食生產和糧食安全中占有重要地位[3-4]。

頂空固相微萃取-氣質聯用技術主要用于樣品中揮發性組分的檢測,方便快捷且十分靈敏,并能對含量較低、揮發性低的物質進行富集,因此在揮發性物質的檢測研究中運用最多[5]。目前,國內外關于利用頂空固相微萃取氣質聯用技術分析小麥[6]、玉米[7]、大米[8-9]、水果[10]等揮發性成分的研究較多,且已把揮發物作為谷物儲藏品質檢測的重要指標之一。

在小麥揮發性風味物質檢測方面,早在1972年,Lorenz[11]和Youngs[12]研究發現,小麥粉中主要含有低分子醛類,而烴類化合物在小麥粉中含量很少。近年來,國內學者也對小麥中揮發性成分進行了研究,袁 建等[4]分析了不同儲藏條件下小麥粉揮發性成分變化;燕 雯等[13]利用固相微萃取-氣質聯用技術定性定量分析了黃淮地區3種不同筋力小麥品種面粉和麩皮中的香氣成分;任國寶等[14]分析了小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉及其饅頭制品的揮發性物質;王才才等[15]研究了不同出粉率小麥粉揮發性物質。

本研究選取新疆12個小麥品種,以固相微萃取法提取小麥面粉揮發性成分,利用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)對小麥面粉中揮發性成分與相對含量進行分析,以探討新疆不同小麥品種面粉揮發性成分和含量差異,以期為提高和改善小麥制品的風味提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

以新春26(XC26)、新春37(XC37)、新春43(XC43)、新春48(XC48)、糧春1201(LC1201)、糧春1354(LC1354)、新冬18號(XD18)、新冬20(XD20)、新冬22(種植在兩個不同環境,XD22A,XD22B)、新冬53(XD53)、新冬57(XD57)、新冬60(XD60)為研究材料,于2021年收獲成熟籽粒備用。

1.2 方 法

1.2.1 制粉

用德國布拉本德公司小型實驗磨粉機按AACC26-21A方法制得小麥面粉。

1.2.2 揮發性成分檢測

采用固相微萃取方式對樣品中的揮發性成分進行提取。稱取5 g 小麥面粉,置于20 mL帶有硅膠墊帽的萃取瓶中,密封,于65 ℃水浴靜置10 min;50/30 μm DVB/CAR/PDMS纖維頭萃取50 min后插入GC進樣口,在進樣口解吸附 5 min,采用GC-MS-TQ8040 NX三重四極桿型氣質聯用儀檢測分析。

GC條件:HP-5色譜柱 (30 m×0.25 mm, 0.25 um);起始溫度 30 ℃,保持 5 min,以5 ℃·min-1升至230 ℃,保持5 min;進樣口溫度230 ℃;載氣為高純氮氣,流速為1.0 mL·min-1。

MS條件:EI源,電離能量70 eV,離子源溫度230 ℃,四級桿溫度150 ℃,掃描范圍20～600 amu,全掃描;無溶劑延遲;標準調諧。

1.2.3 相對氣味活度值測定

根據ROAV定義,對樣品風味貢獻最大的揮發性風味物質的氣味活度值(ROAVmax)為100,其他揮發性成分的ROAV按下式計算[16]:

公式中,TA為各組分感覺閾值 (μg·kg-1),Tstan為貢獻最大組分感覺閾值 (μg·kg-1);CA為各組分相對含量(%),Cstan為貢獻最大組分相對含量(%)。感覺閾值通過查閱相關書籍[17-18]獲得,相對含量為GC-MS檢測分析獲得。

1.3 數據分析

揮發性成分根據標準譜圖NIST17檢索結果并結合相對保留時間進行鑒定,采用峰值面積歸一法統計分析各化合物相對含量。用Excel 2007 和SPSS Statistics 23.0 進行數據整理、分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同小麥品種面粉中揮發性成分種類分析

由表1可見,12個小麥品種面粉中,共鑒定出143種揮發性化合物,其中包括烷烴類50種,烯烴類8種,醛類13種,醇類28種,酮類16種,酯類7種,酸類4種,苯類9種,其他化合物8種。由圖1可以看出,XD18鑒定出57種揮發性化合物,XD22A鑒定出66種,XD53鑒定出67種,XD22B鑒定出60種,XD20鑒定出65種,XD57鑒定出75種,XD60鑒定出66種,XC26鑒定出43種,XC37鑒定出50種,XC43鑒定出61種,XC48鑒定出56種,LC1201鑒定出45種,LC1354鑒定出58種。12個品種中,含烷烴類成分最多的是XD57,含醛類和醇類成分最多的是XD18,XD57和XD20則酮類成分含量較多。

表1 不同小麥品種面粉中揮發性成分及其相對含量Table 1 Volatile components from different wheat flours and their relative content %

(續表1 Continued table 1)

(續表1 Continued table 1)

圖1 不同小麥品種面粉中揮發性成分種類堆積圖Fig.1 Accumulation diagram of volatile components in different wheat flours

2.2 不同小麥品種關鍵揮發性成分分析

揮發性物質對樣品整體風味的貢獻程度與其相對含量和感覺閾值有關,當其相對含量一定時,感覺閾值越低的化合物越容易被嗅覺器官感知。12個小麥品種面粉中發現已報道感覺閾值的揮發性物質34種[17-18],本研究只對這些物質進行分析。ROAV值越大,揮發性物質對樣品風味的貢獻越大,ROAV≥1的揮發性物質是樣品的主體風味化合物,0.1≤ROAV

由表2可見,ROAV大于0.1的揮發性物質有12種。其中,己醛、壬醛、反-2-辛烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-正戊基呋喃共7種化合物的ROAV≥1,為關鍵性揮發性化合物;正己醇、1-壬醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-辛烯-2-酮、γ-壬內脂5種化合物對小麥面粉揮發性氣味有重要的修飾作用(0.1

2.3 不同小麥品種關鍵揮發性成分主成分分析

采用主成分分析法對不同小麥品種面粉中揮發性物質的ROAV進行分析,發現PC1方差貢獻率為57.6%,PC2方差貢獻率為29.5%,二者合計達87.1%(>85%),可以較好地反映原始數據的絕大部分信息。由圖2可以看出,春小麥品種距離較近,說明春小麥品種的揮發性具有相似性;冬小麥品種則較分散,其中XD60、XD53、XD20、XD18、XD22A距離較近,說明這5個品種揮發性成分具有相似性,XD22B、XD57距離較近,說明這兩個品種揮發性成分具有相似性。

圖2 不同小麥面粉主要揮發性成分PCA分析Fig.2 PCA analysis of the volatile components in different wheat flours

12個品種風味物質的ROAV相關性分析結果(表3)表明,春小麥品種之間具有極顯著相關性,冬麥品種XD60、XD53、XD20之間具有極顯著相關性,XD22B與XD57具有極顯著相關性。冬小麥、春小麥之間相關性系數較低。XD22A與XD22B間相關性不顯著,說明栽培環境對風味物質影響較大。相關性分析與PCA分析高度一致。

表3 品種間揮發性風味組分的相關性分析Table 3 Correlation analysis of volatile flavor components of different varieties

2.4 不同小麥品種關鍵揮發性成分聚類分析

通過聚類結果(圖3)可知,在歐氏距離10.0處將不同小麥品種聚為4類,第一類為XC37、XC43、XC48、LC1201、LC1354,第二類為XD22A、XD20、XD18、XD60,第三類為XD53、XD57,第四類為XD22B。總體趨勢為春小麥聚為一類,冬麥聚為一類,表明冬小麥、春小麥之間揮發性物質存在一定差異。與主成分分析和相關性分析結果基本一致。

圖3 不同小麥面粉主要揮發性成分聚類分析Fig.3 Dendrogram of the volatile compounds for different wheat flour samples

3 討 論

食品的揮發性成分是其風味的主要來源,含量占比極低,但其是決定食品風味品質的重要因素之一[20]。小麥粉特有的風味是醛類、醇類、酯類、烯烴類、烷烴類和雜環類物質等相互作用產生的綜合氣味[21]。本研究表明,供試小麥品種面粉中揮發性化合物以烴類、醇類種類最多,這與胡貴喜等[22]研究結論一致。燕 雯等[13]發現黃淮地區3種不同筋力小麥面粉香氣成分主要以烴類、醇類、酯類和羧酸類為主。小麥粉揮發性成分中烴類、醛類、醇類主要是由脂類的氧化或分解而形成的;酮類主要是糖類或蛋白質的降解,也可能是微生物引起上述揮發性成分的變化[6]。通常烴類、醇類化合物具有較高的芳香閾值,對風味貢獻較小,但可以作為風味形成的底物[23-24]。酮類大部分具特殊香氣,低碳原子醛具有刺激性風味,中等分子質量醛則具有清香、脂肪香風味[25,14]。研究發現,小麥粉中羥基化合物含量較多且閾值較低,可能是小麥粉中主體呈香物質[26]。ROAV分析結果表明,己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇為新疆小麥面粉共有主體揮發性物質,己醛具有蘋果、青草香,壬醛具有玫瑰、柑橘香,1-辛烯-3醇具有谷物的泥土氣味。正己醇、1-壬醇、3-辛烯-2-酮為新疆小麥面粉重要輔助性風味物質,正己醇微帶酒香、果香和脂肪氣息,1-壬醇具有類似桔子、甜橙氣息,3-辛烯-2-酮具有泥土樣水果香氣。這6種化合物構成了新疆小麥面粉的整體風味。

不同小麥品種有其特征風味,不同的水土、氣候、栽培措施、儲藏時間等條件下,即使相同品種其風味也會不同[13]。從成分及含量差異可以區分出來不同的產地,這為作物的產地區分提供了一種較為簡便的方法[27]。Starr[28]研究表明,英國、澳大利亞、法國和丹麥等國家小麥粉揮發性物質存在顯著差異,地方品種中峰面積較高的是醇類、酯類和呋喃類。胡喜貴[22]研究發現,不同來源小麥之間的香氣成分存在一定差異,小麥儲存時間、自身遺傳特性、產區氣候生態因子以及是否存在控制香氣合成關鍵基因等可能造成揮發性成分差異。本研究發現,春小麥與冬小麥品種揮發性物質存在一定差異,部分揮發性物質只在冬麥樣品中檢測到,如2-丁基-2-辛烯醛、1-戊醇、6-甲基-3,5-戊二烯-2-酮等;部分揮發性物質只在春麥樣品中檢測到,主要有β-松油醇、2,4-二乙基庚烷-1-醇、1,3,5-苯三醇、四氫薰衣草醇、2-乙基-1-己醇、1-碘癸烷、2,6,10-三甲基十三烷、十八烷、8-甲基十七(碳)烷、碘代十六烷 、4-甲基十四烷、正三十烷、二十烷等;但由于這些物質感覺閾值較高,含量較低,因此對整體風味貢獻不大。

在供試小麥面粉中,檢測到十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、三氯甲烷、甲苯、鄰二甲苯、均三甲苯等有害物質。燕 雯等[13]研究表明,在小麥粉中存在對人體有一定的毒副作用的化學物質,如三氯甲烷、對苯二酚、甲苯、十二烷、十三烷、十四烷、辛酸和苯酚等物質;胡喜貴等[27]發現,小麥粉中存在少量十一烷、十二烷、十三烷、環己醇等物質。王才才等[15]研究發現,小麥粉中存在相對含量較多的苯環類物質,如二甲苯、三甲苯、萘等,這些物質均存在毒性且越接近皮層相對含量越高,這可能是在種植過程中使用殺蟲、除草劑以及施肥造 成的。

4 結 論

采用固相微萃取-氣相色譜-質譜質聯用分析新疆12個小麥品種面粉,共鑒定出143種揮發性化合物,其中烷烴類50種,烯烴類8種,醛類13種,醇類28種,酮類16種,酯類7種,酸類4種,苯類9種以及8種其他化合物;通過ROAV法確定小麥面粉中主要揮發性物質有12種:己醛、壬醛、反-2-辛烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-正戊基呋喃、正己醇、1-壬醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-辛烯-2-酮、γ-壬內脂;不同新疆小麥品種面粉樣品揮發性物質構成不同,冬小麥、春小麥面粉揮發性物質存在明顯差異。