固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用分析玉米煎餅的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

朱力杰,石　月，劉秀英,王　勃,唐明禮,劉　賀,何余堂,馬　濤

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

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固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用分析玉米煎餅的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

朱力杰,石月，劉秀英,王勃,唐明禮,劉賀,何余堂,馬濤*

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013)

本文以玉米煎餅為研究對(duì)象,采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜,以4-甲基-2-戊醇為內(nèi)標(biāo),分別對(duì)未發(fā)酵和自然發(fā)酵的玉米煎餅揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行定性和定量分析,比較未發(fā)酵和自然發(fā)酵煎餅在風(fēng)味上的差異。結(jié)果表明:未發(fā)酵玉米煎餅檢測(cè)出15種揮發(fā)性物質(zhì),自然發(fā)酵玉米煎餅檢測(cè)出22種揮發(fā)性物質(zhì),這些揮發(fā)性物質(zhì)主要包括酮類、醛類、酯類、烯烴類、烷烴類和芳香類物質(zhì)。經(jīng)過發(fā)酵后玉米煎餅揮發(fā)性物質(zhì)含量發(fā)生顯著變化,醛類、酮類、烷烴類和芳香類化合物分別增加了1、2、4、2種,醛類化合物在所檢出成分中占50%以上。

玉米煎餅,揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),頂空固相微萃取,氣相色譜-質(zhì)譜法

煎餅的香氣成分主要包括醇、醛、酯、醚、呋喃類、烴類、吡嗪、吡咯、硫化物等化合物。煎餅在加工過程中是否進(jìn)行面糊發(fā)酵對(duì)風(fēng)味組分的形成有明顯的影響,以黑米煎餅為例,發(fā)酵后揮發(fā)性物質(zhì)的種類增幅達(dá)50%以上,且既有物質(zhì)含量增幅明顯[3]。在面糊發(fā)酵過程中,酵母的發(fā)酵活性可以產(chǎn)生CO2、醇類、醛類、2,3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮以及酯類等芳香化合物[4]。這些揮發(fā)性物質(zhì)中醛或相應(yīng)的醇等主要是酵母利用埃利希降解面粉中氨基酸得到的代謝產(chǎn)物[5],而酯類主要由酵母細(xì)胞利用乙酰、乙酰輔酶A和醇發(fā)生的酶促反應(yīng)得到[6]。2,3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮?jiǎng)t由酵母細(xì)胞通過非酶化學(xué)反應(yīng)釋放的乙酰丁酸在酵母細(xì)胞外形成的[7]。另一方面,發(fā)酵面糊中的乳酸菌能夠在發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸、醋酸、乙醇、細(xì)菌素、胞外多糖等多種化合物,這些化合物能提高產(chǎn)品的貨架壽命、微生物安全和改善產(chǎn)品的感官品質(zhì)[8-9]。此外,小麥面粉的脂類氧化產(chǎn)物如醇、醛、酮等也有助于香氣成分的釋放[3]。

本實(shí)驗(yàn)利用電子鼻技術(shù)分析未發(fā)酵、自然發(fā)酵玉米煎餅風(fēng)味上的差異,應(yīng)用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)玉米煎餅中的揮發(fā)性成分進(jìn)行定性定量分析,比較未發(fā)酵及自然發(fā)酵玉米煎餅揮發(fā)性成分的差異,以期為發(fā)酵玉米煎餅的香氣成分的形成機(jī)制研究奠定基礎(chǔ),同時(shí)也為不同香氣類型的煎餅產(chǎn)品開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

玉米、大米、大豆本溪寨香生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司提供;4-甲基-2-戊醇標(biāo)準(zhǔn)品Sigma公司;NaCl國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

PEN3便攜式電子鼻德國(guó)AIRSENSE公司;固相微萃取裝置、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、20 mL頂空鉗口樣品瓶美國(guó)Supelco公司;Agilent 7890N/5975氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)儀美國(guó)Agilent公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1煎餅制作的操作要點(diǎn)挑選子粒飽滿的玉米、大米和大豆為主要實(shí)驗(yàn)原料,經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定比例為12∶7∶1。將玉米和大豆室溫下浸泡10 h,精白米加1.5倍水蒸煮30 min,與浸泡好的玉米和大豆混合,總的水料比為1∶2,將上述混合物用膠體磨進(jìn)行粉碎,然后在26 ℃溫度下,發(fā)酵10 h,堿中和pH為6.8,攤制溫度180 ℃進(jìn)行烙制。未發(fā)酵煎餅同樣采用上述原料,于粉碎工藝后直接烙制而成。

1.2.2電子鼻分析未發(fā)酵與自然發(fā)酵煎餅風(fēng)味差異準(zhǔn)確稱取玉米煎餅2.000 g放在離心管中,迅速用保鮮膜封口在室溫條件下平衡30 min。電子鼻的測(cè)定時(shí)間為120 s,清洗時(shí)間:110 s,樣品間隔:1 s,傳感器室流量:350 mL/min,測(cè)量樣品流量:350 mL/min。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定三次。PEN3型便捷式電子鼻傳感器性能描述見表1。

在利用Soot生成控制流圖后，使用Soot提供的過程內(nèi)數(shù)據(jù)流分析框架來模擬完整控制結(jié)構(gòu)下的語句遍歷分析，并在此過程中基于傳入的記錄規(guī)則，詳細(xì)記錄所有變量的初始化、變量的方法和成員變量調(diào)用、變量賦值、變量值傳遞等所有變量相關(guān)的行為。在最終生成的變量行為記錄中，即可清楚地獲得變量的常量特征。

1.2.3GC-MS分析應(yīng)用頂空固相微萃取聯(lián)合氣相色譜-質(zhì)譜分析揮發(fā)性化合物[10-11]。固相微萃取:準(zhǔn)確稱取2.000 g的玉米煎餅樣品于20 mL的頂空瓶中,加入6 mL的20%的NaCl溶液、5 μL的4-甲基-2-戊醇內(nèi)標(biāo)溶液和磁轉(zhuǎn)子,用聚四氟乙烯隔墊密封,在60 ℃的磁力攪拌器中加熱平衡20 min,用已活化好的DVB/CAR/PDMS 50/30 μm萃取頭(270 ℃活化60 min)頂空吸附60 min,將萃取頭插入GC進(jìn)樣口解吸5 min。每個(gè)樣品重復(fù)實(shí)驗(yàn)2次。

氣相色譜條件:HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度為250 ℃,不分流模式進(jìn)樣;載氣為He,流速1.0 mL/min;程序升溫: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230 ℃,保持5 min。

表1　PEN3型便捷式電子鼻傳感器性能描述

質(zhì)譜條件:色譜-質(zhì)譜接口溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃;離子化方式:EI;電子能量70 eV;質(zhì)量掃描范圍30～550(m/z)。

1.3數(shù)據(jù)分析

樣品中揮發(fā)性成分的定性分析采用計(jì)算機(jī)譜庫(kù)(NIST11/Wiley 7.0)進(jìn)行檢索,樣品中揮發(fā)性化合物的濃度通過與內(nèi)標(biāo)物的濃度比較進(jìn)行測(cè)定。

揮發(fā)物的濃度(μg/kg)=4-甲基-2-戊醇的濃度×4-甲基-2-戊醇的體積×揮發(fā)物的峰面積/樣品質(zhì)量×4-甲基-2-戊醇的峰面積×10-6

2　結(jié)果與分析

2.1電子鼻分析未發(fā)酵與自然發(fā)酵玉米煎餅風(fēng)味的差異

圖1為未發(fā)酵、自然發(fā)酵玉米煎餅的主成分分析,對(duì)同一樣品進(jìn)行多次取樣判斷檢測(cè)穩(wěn)定性。其主成分1(PC1,94.61%)和主成分2(PC2,4.48%)的累積方差貢獻(xiàn)率為99.09%,說明PC1和PC2包含很大的信息量,基本能夠反映煎餅樣品的信息特征。從圖1中可看出,未發(fā)酵和發(fā)酵的玉米煎餅分布于各自的區(qū)域,電子鼻區(qū)對(duì)兩類樣品的區(qū)分情況良好,也說明它們?cè)陲L(fēng)味上存在一定的差異。

圖1　未發(fā)酵、自然發(fā)酵玉米煎餅的PCA分析Fig.1　PCA analysis of corn pancake produced by unfermentation,natural fermentation

圖2為電子鼻10個(gè)傳感器分別對(duì)樣品的PCA主成分分析的貢獻(xiàn)率。R(7)傳感器對(duì)第一主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率最大,是第一主成分的特征信號(hào);R(5)傳感器對(duì)第二主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率最大。根據(jù)各傳感器對(duì)不同物質(zhì)的特異敏感度,R(7)和R(5)傳感器對(duì)不同煎餅風(fēng)味差異具有主要貢獻(xiàn)。

圖2　未發(fā)酵、自然發(fā)酵玉米煎餅的Loading分析Fig.2　Loading analysis of corn pancake produced by unfermentation,natural fermentation

2.2GC-MS分析結(jié)果

采用固相微萃對(duì)未發(fā)酵和自然發(fā)酵玉米煎餅的香氣成分進(jìn)行萃取,經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析鑒定,由GC-MS工作站繪出未發(fā)酵和自然發(fā)酵玉米煎餅香氣成分的總離子流圖見圖3、圖4。

圖3　未發(fā)酵玉米煎餅的總離子流圖Fig.3　Total ion chromatogram of corn pancake produced by unfermentation

圖4　自然發(fā)酵玉米煎餅的總離子流圖Fig.4　Total ion chromatogram of corn pancake produced by natural fermentation

未發(fā)酵、自然發(fā)酵玉米煎餅中揮發(fā)性成分組成及相對(duì)含量見表2,共鑒定出29種揮發(fā)性物質(zhì),未發(fā)酵玉米煎餅檢測(cè)出15種揮發(fā)性物質(zhì),自然發(fā)酵玉米煎餅檢測(cè)出22種揮發(fā)性物質(zhì)。這些揮發(fā)性物質(zhì)主要包括酮類、醛類、醇類、酯類、烴類和芳香族化合物等,這些化合物可能源于面糊發(fā)酵過程中的酶反應(yīng)、發(fā)酵以及攤制過程中的美拉德反應(yīng)及脂質(zhì)氧化反應(yīng)[12-13]。

2.2.1羰基化合物羰基化合物包括醛類和酮類等物質(zhì),在煎餅等產(chǎn)品中起著重要的作用。玉米煎餅中共檢測(cè)出8種醛類化合物,微量醛可使食品香氣更加醇厚,如壬醛有令人愉快的香味,存在于檸檬草油、玫瑰油、肉桂油等物質(zhì)中[14];己醛是一種具有青草氣及蘋果香味的成分,天然品存在于蘋果、草莓中[15];苯甲醛具有特殊的杏仁氣味,用于配制杏仁、櫻桃、果仁等型香精[16];苯乙醛具有玫瑰花香[17]。在未發(fā)酵玉米煎餅中檢測(cè)出5種醛,自然發(fā)酵玉米煎餅中共檢測(cè)出6種醛類物質(zhì),醛類物質(zhì)的產(chǎn)生可能由于面糊發(fā)酵過程中微生物的發(fā)酵作用。

自然發(fā)酵和未發(fā)酵煎餅分別檢測(cè)出4、2種酮類物質(zhì)。香葉基丙酮存在自然發(fā)酵玉米煎餅中,其含量為1748.715 μg/kg,具有青香、果香和木香等味道,對(duì)煎餅的風(fēng)味產(chǎn)生積極影響。羰基類化合物在自然發(fā)酵和未發(fā)酵煎餅的所檢風(fēng)味成分中分別占57.29%和64.46%,說明其是煎餅風(fēng)味物質(zhì)的主要來源之一。

2.2.2醇、酸和酯類化合物未發(fā)酵和自然發(fā)酵玉米煎餅中共檢測(cè)出醇、酸和酯類化合物分別為4、1和2種,占總揮發(fā)性成分的11.8%、5.9%、2.9%。醇類物質(zhì)具有植物香、芳香等氣味,具有較高的閾值[18],未發(fā)酵煎餅中含有3種醇物質(zhì),自然發(fā)酵煎餅中含有2類醇物質(zhì)。但醇類物質(zhì)可以與有機(jī)酸形成酯類物質(zhì),有利于煎餅風(fēng)味的形成[19]。酸類化合物只檢測(cè)到醋酸,均存在兩種產(chǎn)品中且發(fā)酵后其含量降低。研究發(fā)現(xiàn),一些有機(jī)酸在高溫下與醇類反應(yīng)生成酯類,一部分酯類可成為特有化合物[20]。兩種煎餅產(chǎn)品共檢測(cè)兩種酯類化合物,均檢測(cè)到正己酸乙酯,含量分別為1171.312、874.346 μg/kg,但自然發(fā)酵的玉米煎餅中沒有檢測(cè)到鄰苯二甲酸二丁酯。

2.2.3烯烴、烷烴類化合物根據(jù)表2可知,烷烴類化合物的種類在所有測(cè)得的揮發(fā)性化合物中變化最為明顯。烷烴類化合物在發(fā)酵后增加了4種,未發(fā)酵玉米煎餅中只含有壬基-環(huán)丙烷,而自然發(fā)酵玉米煎餅還檢出了十四烷、正十七烷、正十二烷和3-甲基-二十一烷,且壬基-環(huán)丙烷的含量增加了317.6%。自然發(fā)酵比未發(fā)酵煎餅的烷烴種類多,可能是面糊經(jīng)發(fā)酵、面糊中的微生物代謝產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物,不同種類代謝產(chǎn)物可發(fā)生復(fù)雜的生化反應(yīng)以及攤制過程發(fā)生的美拉德反應(yīng)導(dǎo)致。

表2　不同玉米煎餅揮發(fā)性物質(zhì)的GC-MS分析結(jié)果

注:“-”表示未檢出。

2.2.4芳香類及胺類化合物芳香類化合物是煎餅等產(chǎn)品的重要化合物,在煎餅中共檢測(cè)到2種芳香類化合物,自然發(fā)酵的玉米煎餅共檢測(cè)到2種芳香類化合物,其2-乙酰基呋喃的含量較低,含量為6.627 μg/g,2,4-二叔丁基苯酚的含量最高,為79.71 μg/kg。

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)利用電子鼻及GC-MS技術(shù)確定了玉米煎餅中的揮發(fā)性物質(zhì)的種類及含量。電子鼻分析發(fā)現(xiàn)未發(fā)酵與發(fā)酵的玉米煎餅在風(fēng)味上存在一定的差異;采用固相微萃取聯(lián)合GC-MS技術(shù)對(duì)玉米煎餅進(jìn)行了揮發(fā)性成分分析,經(jīng)發(fā)酵玉米煎餅揮發(fā)性物質(zhì)明顯增多,未發(fā)酵玉米煎餅檢測(cè)出15種揮發(fā)性物質(zhì),自然發(fā)酵玉米煎餅檢測(cè)出22種揮發(fā)性物質(zhì),主要包括酮類、醛類、酯類、烯烴類、烷烴類和芳香類化合物。這些揮發(fā)性物質(zhì)的類型相近,但種類和含量上發(fā)生了明顯變化。發(fā)酵之后,醛類、酮類、烷烴類和芳香類化合物分別增加了1、2、4、2種,這可能與微生物代謝產(chǎn)物與面糊中原有的揮發(fā)性物質(zhì),在發(fā)酵的過程中進(jìn)行反應(yīng)或發(fā)生相互作用有關(guān)。此外醛類化合物在所檢成分中占有較大比例,提示該類化合物對(duì)玉米煎餅風(fēng)味的形成具有重要影響。

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Solid phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry analysis of volatile flavor compounds of corn pancake

ZHU Li-jie,SHI Yue,LIU Xiu-ying,WANG Bo,TANG Ming-li,LIU He,HE Yu-tang,MA Tao*

(College of Food Science and Technology,Bohai University,National & Local Joint Engineering Research Center of Storage, Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China)

In this work,corn pancake was research target,volatile flavor components of unfermented and naturally fermented corn pancake was carried out qualitative and quantitative analysis to compare unfermented and naturally fermented pancake flavor difference,by headspace solid phase micro-extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry.4-methyl-2-pentanol was used as an internal standard. The results showed that unfermented corn pancake detected 15 kinds of volatile substances,naturally fermented corn pancakes detected 22 kinds of volatile substances,which included ketones,aldehydes,esters,alkenes,alkanes and aromatic substances. Flavor substances of two kinds of pancakes were analyzed and compared to understand the general type and content of volatile substances in corn pancakes. Volatile substances of fermented corn pancakes changed while ketones,aldehydes,alkanes and aromatic compounds were added 1,2,4,and 2 types,respectively. Aldehyde compounds occupied more than 50% proportion in the test component.

corn pancake;volatile flavor compounds;solid phase micro extraction;gas chromatography-mass spectrometry

2015-12-25

朱力杰(1986-)，男，博士，講師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品深加工與功能性食品，E-mail:lijiezhu325@126.com。

馬濤(1962-)，男，博士，教授，研究方向：糧油與植物蛋白工程，E-mail:matao-09@163.com。

遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃(2015001)。

TS213.4

A

1002-0306(2016)10-0102-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.011