基于SPME-GC-MS分析和比較蕎麥籽粒不同部位揮發(fā)性成分

劉東旭，田忠華，趙悅琳，劉暢，于雷*

1. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（長(zhǎng)春 130118）；2. 長(zhǎng)春高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)預(yù)防保健中心（長(zhǎng)春 130012）

蕎麥又名三角麥、烏麥，在全世界廣泛種植[1]。中國(guó)是蕎麥的主要生產(chǎn)國(guó)之一，種植面積和產(chǎn)量均為世界第一[2]。蕎麥富含蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分，氨基酸組成豐富，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于其他大宗糧食作物[3]。蕎麥具有藥用價(jià)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(yù)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(jīng)研磨制成蕎麥面粉，可制作多種中國(guó)傳統(tǒng)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(chǎn)物，含有大量膳食纖維、多糖及黃酮等成分，具有很高的開發(fā)價(jià)值，卻經(jīng)常被廢棄。

關(guān)于蕎麥殼和麩皮的研究主要集中于生物活性物質(zhì)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(guān)于蕎麥揮發(fā)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(fā)油，利用氣質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行分析鑒定。分析結(jié)果表明，金蕎麥揮發(fā)油主要由單萜和倍半萜烯類化合物及其含氧衍生物構(gòu)成，己醛、2-羥基-對(duì)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(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)水楊酸是蕎麥香氣的重要成分。

試驗(yàn)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(fā)性成分，通過氣質(zhì)聯(lián)用儀分離鑒定蕎麥不同部位的揮發(fā)性物質(zhì)。采用峰值面歸一法計(jì)算揮發(fā)性成分相對(duì)含量，并且計(jì)算相對(duì)氣味活度值，確定對(duì)主體風(fēng)味影響較大的關(guān)鍵風(fēng)味成分，以期明確蕎麥不同部位特征風(fēng)味，為其應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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(nèi)蒙古赤峰食品加工廠）；C7-C30飽和烷烴標(biāo)準(zhǔn)品（美國(guó)Sigma- Aldrich公司）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

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

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

蕎麥殼和蕎麥麩皮經(jīng)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(yù)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(jìn)樣口，260 ℃條件下解吸30 s后，拔出萃取針頭，進(jìn)行GC-MS檢測(cè)。

1.3.3 GC-MS條件

氣相色譜條件：毛細(xì)管柱為HP-1701（30 m× 0.25 mm，0.25 μm）；前進(jìn)樣口溫度260 ℃；載氣（He）；流速1.0 mL/min；不分流模式進(jìn)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(zhì)譜條件：離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃；電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍m/z 50～550。

1.3.4 蕎麥揮發(fā)性成分的定性和定量

1.3.4.1 定性分析

揮發(fā)性成分采用NIST 05質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化合物保留指數(shù)（RI）進(jìn)行對(duì)比鑒定。RI[10]為根據(jù)目標(biāo)揮發(fā)性化合物出峰時(shí)間與相同條件下烷烴的出峰時(shí)間，通過式（1）計(jì)算。

式中：n和n+1分別為目標(biāo)化合物x出峰前后的正構(gòu)烷烴所含碳原子數(shù)目；Tx為未知化合物的保留時(shí)間，min；Tn為較目標(biāo)化合物所含碳原子數(shù)少1個(gè)的烷烴的保留時(shí)間，min；Tn+1為較目標(biāo)化合物所含碳原子數(shù)多1個(gè)的烷烴的保留時(shí)間，min。

1.3.4.2 半定量分析

計(jì)算揮發(fā)性化合物總峰值面積，采用峰值面積歸一法計(jì)算各化合物相對(duì)含量。

1.3.5 計(jì)算相對(duì)氣味活度值

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

式中：ROVA為氣體相對(duì)氣味活度值；CA、TA為物質(zhì)A的相對(duì)百分含量及其感覺閾值；Cstan、Tstan為對(duì)樣品主體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的成分的相對(duì)百分含量（以壬醛為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）及其對(duì)應(yīng)的感覺閾值。ROVA值越大，則該成分對(duì)樣品主體風(fēng)味貢獻(xiàn)越大。

1.3.6 數(shù)據(jù)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(jié)果與分析

2.1 蕎麥不同部位揮發(fā)性成分分析

經(jīng)GC-MS分析后，通過與NIST 05質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比分析，對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒別定性。結(jié)果如表1所示，共檢測(cè)出67種成分；普通蕎麥殼、粉、麩皮中分別有26，28和34種揮發(fā)性物質(zhì)。圖4和圖5為蕎麥不同部位揮發(fā)性成分的種類及相對(duì)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(zhì)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(zhì)閾值較低，對(duì)風(fēng)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(shí)具有青草味道和水果香氣[14]，二者對(duì)蕎麥整體風(fēng)味影響較大。苯甲醛（0.89%）和癸醛（5.28%）僅在蕎麥殼中被檢測(cè)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(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)己醛、癸醛和水楊醛對(duì)蕎麥風(fēng)味有關(guān)鍵作用。王娟等[17]提取苦蕎中的揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)對(duì)苦蕎提取物的風(fēng)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(guān)鍵風(fēng)味成分之一。由此可知，醛類化合物對(duì)蕎麥主體風(fēng)味影響較大，蕎麥殼和麩皮中醛類物質(zhì)相對(duì)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(tuán)之一，揮發(fā)性的酮類很可能是脂質(zhì)或氨基酸降解的產(chǎn)物[18]。蕎麥中酮類化合物種類相對(duì)較少，蕎麥面粉中未檢測(cè)出酮類成分，蕎麥殼和麩皮中含有酮類數(shù)量分別為4種和1種，相對(duì)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(zhì)高，不易被感知，對(duì)風(fēng)味特征影響不大。

醇類化合物檢測(cè)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(duì)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(fēng)味有一定貢獻(xiàn)。

圖4結(jié)果表明，蕎麥中種類最多的揮發(fā)性成分是烴類物質(zhì)，共檢測(cè)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(duì)含量為11.29%，51.48%和44.06%。麩皮中檢測(cè)到的烴類物質(zhì)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(duì)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(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)檸檬烯具有較高的氣味活度值。β-環(huán)檸檬醛和σ-杜松烯在蕎麥中也被檢測(cè)到，麩皮含有0.62%的β-環(huán)檸檬醛，蕎麥面粉中含有0.88%的σ-杜松烯。馬寧等[21]發(fā)現(xiàn)谷物的風(fēng)味除了與某些特殊香氣官能團(tuán)有關(guān)，還與揮發(fā)性物質(zhì)的碳鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，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(zhì)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(zhuǎn)化為閾值較低的醛類化合物，從而對(duì)風(fēng)味產(chǎn)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(xiàn)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(duì)較少，檢測(cè)出4種酯類——2, 2, 4-三甲基戊二醇異丁酯和二氫獼猴桃內(nèi)酯存在于蕎麥麩皮中，相對(duì)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(duì)含量分別為2.62%和0.64%。酯類化合物具有水果香，使整體風(fēng)味清甜[22]。

此外，在蕎麥殼和麩皮中還檢測(cè)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(xì)胞中的還原糖降解，有些是形成雜環(huán)化合物的重要中間體，對(duì)香氣形成起到重要作用。

圖1 蕎麥殼揮發(fā)性成分GC-MS總離子流色譜圖

圖2 蕎麥麩皮揮發(fā)性成分GC-MS總離子流色譜圖

圖3 蕎麥面粉揮發(fā)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(fā)性成分及含量

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接表1

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接表1

序號(hào) 保留指數(shù) 保留時(shí)間/min 化合物名稱 揮發(fā)性成分相對(duì)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(lián)苯 0.26 - -67 2 021 20.144 2-(對(duì)甲基甲苯) -對(duì)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(fā)性化合物的種類

圖5 蕎麥殼、麩皮和蕎麥面粉中揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量

2.2 蕎麥不同部位關(guān)鍵風(fēng)味成分

物質(zhì)含量一定時(shí)，閾值越小越容易被人體察覺[23]。采用相對(duì)氣味活度值（ROAV）法，可以有效地評(píng)價(jià)各揮發(fā)性化合物對(duì)于主體風(fēng)味的貢獻(xiàn)能力。選取壬醛作為標(biāo)準(zhǔn)，將其ROAV值定義為100，ROAV值越大，則該揮發(fā)性成分對(duì)主體風(fēng)味貢獻(xiàn)越大，ROAV值大于1的成分稱作關(guān)鍵風(fēng)味成分。

表2是蕎麥各部分主要揮發(fā)性成分及其閾值和氣味特征。對(duì)蕎麥主體風(fēng)味貢獻(xiàn)較大的揮發(fā)性成分大多數(shù)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(duì)蕎麥風(fēng)味影響較大。這些揮發(fā)性成分主要賦予蕎麥柑橘味、青草味、水果味及堅(jiān)果味，蕎麥殼及麩皮所包含的關(guān)鍵風(fēng)味成分較多。

在蕎麥殼中，關(guān)鍵風(fēng)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(huán)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(fā)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(fā)性化合物對(duì)蕎麥不同部位的主體風(fēng)味起到較大貢獻(xiàn)。因此，蕎麥的特殊風(fēng)味主要由壬醛、癸醛、正己醛、2-正戊基呋喃和β-環(huán)檸檬醛構(gòu)成。陳霞等[28]也得到類似結(jié)論，得出蕎麥中主要風(fēng)味成分為醛類、烷烴類和醇類，含量較高的風(fēng)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(fā)現(xiàn)苦蕎中壬醛（8.66%）和癸醛（5.26%）含量較多。

表2 蕎麥揮發(fā)性成分的閾值及ROAV值[24-27]

3 結(jié)論

通過固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用的方法，分別對(duì)普通蕎麥殼、粉、麩皮中的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。通過計(jì)算揮發(fā)性成分的相對(duì)氣味活度值，得到對(duì)主體風(fēng)味影響較大的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)。鑒定出揮發(fā)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(fēng)味成分；壬醛和正己醛是蕎麥面粉的主要風(fēng)味成分；壬醛、正己醛、2-正戊基呋喃和β-環(huán)檸檬醛是蕎麥麩皮的主要風(fēng)味成分。結(jié)果表明，蕎麥不同部位的揮發(fā)性成分種類和風(fēng)味存在差異，蕎麥特殊風(fēng)味的濃郁程度明顯不同。蕎麥麩皮中揮發(fā)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(fēng)味相對(duì)較淡薄。試驗(yàn)結(jié)果為蕎麥殼、麩皮等加工副產(chǎn)物的開發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。