氣相色譜-質(zhì)譜-嗅聞技術(shù)結(jié)合感官評(píng)價(jià)方法在食糖風(fēng)味鑒別中的應(yīng)用

吳子毅，劉孟濤，趙金力，趙抒娜*

(1中糧糖業(yè)控股股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆昌吉831100；2中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司/老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室/營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102209)

0 引言

作為食品糖的2大來(lái)源，甘蔗糖和甜菜糖均在人們的日常生活中占據(jù)重要地位。甘蔗糖和甜菜糖的主要成分雖然都是糖，但原料來(lái)源及處理工藝并不相同[1]。甘蔗主要生長(zhǎng)于緯度較低的熱帶、亞熱帶地區(qū)[2]，我國(guó)廣西地區(qū)是最適合種植甘蔗的地區(qū)之一，其占有全國(guó) 60%以上的種植面積[3]。甜菜主要生長(zhǎng)于北方地區(qū)，我國(guó)新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江等北方地區(qū)是甜菜糖的主要產(chǎn)區(qū)。

食糖在生產(chǎn)及加工環(huán)節(jié)可能會(huì)因來(lái)源、工藝等因素影響產(chǎn)品的風(fēng)味特性，一些微量甚至痕量的組分會(huì)影響這2種糖的風(fēng)味，造成不同的感官風(fēng)味。例如，以甘蔗為原料的食糖在加工過(guò)程中，可能將甘蔗草本中的某些青草風(fēng)味帶入成品[4-5]，Oliveira等[6]的研究表明，在釀酒過(guò)程中不同甘蔗品種也有可能對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味造成影響。而甜菜糖來(lái)源于甜菜根部，多次提純分離的加工工藝流程較長(zhǎng)，可能會(huì)將泥土的風(fēng)味帶入食糖產(chǎn)品。

在20世紀(jì)70年代，Tokitomo等[7]就對(duì)沖繩縣所生產(chǎn)的甘蔗(Saccharuin of Jicinarum var.NCO 376)進(jìn)行研究，使用液相色譜技術(shù)對(duì)其中的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了濃縮提純，然后利用硅膠柱層析法和氣相色譜法對(duì)香味物質(zhì)濃縮物進(jìn)行分離，最后用質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)香味物質(zhì)完成鑒定，研究結(jié)果表明：其中的酚類、脂類物質(zhì)是甘蔗產(chǎn)品中風(fēng)味的主要來(lái)源。根據(jù)所生產(chǎn)的食糖因加工方法的不同，其風(fēng)味也會(huì)出現(xiàn)多元化的差別。Pihlsg?rd等[8]采用GC-MS分析表明，與感官特征相關(guān)的主要物質(zhì)有很多，其中2類物質(zhì)占據(jù)主要位置，一是吡嗪類，二是短鏈揮發(fā)性脂肪酸類(包括乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸等)。吡嗪類為1,4位含2個(gè)氮原子的六元雜環(huán)化合物[9]，具有強(qiáng)烈的吡啶味道，易溶于水、乙醇、乙醚等，可隨著水蒸氣揮發(fā)。如果有胺類化合物和還原糖類化合物的存在，在一定溫度和介質(zhì)條件下，就可能產(chǎn)生吡嗪類化合物成分[10-11]。Moore等[12]也報(bào)道了檢測(cè)甜菜糖的揮發(fā)性組分的相關(guān)研究，此研究關(guān)注了短鏈有機(jī)酸的變化趨勢(shì)，對(duì)其他組分涉及較少。根據(jù)Marsili等[13]的研究，氣味收集的前處理需要用消泡劑和水對(duì)固體樣品進(jìn)行溶解后，通過(guò)加熱空氣對(duì)糖溶液進(jìn)行吹掃。所得氣味經(jīng)過(guò)75 min的脫附，并且需要經(jīng)過(guò)一個(gè)額外添加的脫水蒸汽環(huán)節(jié)去掉水分的影響后進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分析，檢測(cè)結(jié)果顯示，2,5-二甲基吡嗪可能是導(dǎo)致甜菜糖特征風(fēng)味的化合物之一，但此方法前處理環(huán)節(jié)繁瑣，操作難度比較大。王愛(ài)霞等[14]通過(guò)頂空固相微萃取預(yù)處理方法收集香紫蘇中的香氣成分，并通過(guò)后續(xù)的氣質(zhì)聯(lián)用對(duì)香氣成分進(jìn)行分析，可以較好地鑒別香紫蘇中的風(fēng)味組成成分。揚(yáng)琴等[15]采用氣質(zhì)聯(lián)用的方法對(duì)生姜中的風(fēng)味組分進(jìn)行鑒別。佘義勇等[16]則采用電子舌、電子鼻對(duì)紅糖的風(fēng)味進(jìn)行分析，可以對(duì)紅糖風(fēng)味進(jìn)行差異分析。這些方法對(duì)風(fēng)味組成進(jìn)行檢測(cè)，所檢測(cè)組分究竟哪些發(fā)揮了風(fēng)味體系中的關(guān)鍵作用，這些方法與實(shí)際感官相比是否吻合，并沒(méi)有明確的結(jié)論。

為了探究不同成品糖中所含有的風(fēng)味物質(zhì)及所帶來(lái)的感官差異，本文針對(duì)食糖中揮發(fā)性組分的檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)，使用同步嗅聞的方法分析可能構(gòu)成食糖特征風(fēng)味的關(guān)鍵組分，并通過(guò)與感官評(píng)定的結(jié)果相對(duì)應(yīng)地評(píng)測(cè)所檢測(cè)方法是否可以體現(xiàn)真實(shí)感官中的風(fēng)味特性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

成品糖：市場(chǎng)采購(gòu)及未出廠實(shí)驗(yàn)室留樣樣品。甘蔗糖樣品1：蔗糖分99.78%，水分0.034%，色值96 IU，濁度20 MAU；甘蔗糖樣品2：蔗糖分99.78%，水分0.033%，色值107 IU，濁度17 MAU；甜菜糖樣品3：蔗糖分99.80%，水分0.030%，色值14 IU，濁度29 MAU。

氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀：安捷倫 Agilent 5977B-5977B GC/MSD單四極桿氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)；嗅覺(jué)檢測(cè)器帶 MassHunter軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(MW40-275)50/30μm DVB/CAR/PDMS 萃取頭的固相微萃取裝置；ME204E型分析天平：感量為0.1 mg，瑞士Mettler Toledo。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 頂空固相微萃取條件

吸附溫度為120℃，吸附時(shí)間20 min，頂空固相微萃取的糖的攪拌速度為 250 r/min。解吸溫度250℃，解吸時(shí)間2 min。

1.2.2 色譜條件

HP-5毛細(xì)管色譜柱，30 m×0.25 mm×0.25 μm；載氣：He；純度99.999%；載氣流速1.2 mL/min；進(jìn)樣口溫度 250℃；壓力 14.87 psi；分流進(jìn)樣，分流比為1∶1；程序升溫：初始溫度為50℃，保持1 min；以5℃/min的速度升溫至100℃；以10℃/min的速度升溫到220℃，保持5 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊(Electron Impact，EI)離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度250℃，離子源溫度為230℃，四極桿溫度為150℃，溶劑延遲1 min，質(zhì)量掃描范圍55～500 m/z。

1.2.4 嗅覺(jué)測(cè)量

所述嗅聞的接口溫度優(yōu)選為 200℃。檢測(cè)時(shí)，為了防止實(shí)驗(yàn)員鼻腔干燥，通入濕潤(rùn)的空氣。

1.3 樣品前處理

粉碎：取糖樣品120 g，用粉碎機(jī)粉碎，采用圓孔篩篩出≤0.2 mm的顆粒，混勻，分為2個(gè)各50 g的樣品分別裝入潔凈容器后密封。

提?。簩⑵渲幸环?0 g粉碎樣品放入固相微萃取進(jìn)樣器的樣品瓶中，將30 μm的CAR-PDMS固相微萃取頭插入到樣品瓶的頂空部分，將樣品以250 r/min的速度進(jìn)行攪拌，在70℃下吸附1 min進(jìn)行收集。將另外一份50 g糖樣品放入250 mL帶螺旋蓋的廣口瓶中，放入50℃的水浴鍋中進(jìn)行加熱，同時(shí)輕輕地旋轉(zhuǎn)晃動(dòng)瓶子確保瓶?jī)?nèi)溶液充分混和。

1.4 樣品的測(cè)定

1.4.1 頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法檢測(cè)

將萃取頭從固相微萃取進(jìn)樣器的樣品瓶中取出，插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口進(jìn)行解析，解析時(shí)間2 min。將樣品萃取頭放入GC-MS-OD聯(lián)用的儀器進(jìn)行測(cè)試，記錄所聞到的氣味類型及強(qiáng)度，通過(guò)譜庫(kù)和面積歸一化法對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行定性和定量分析，通過(guò)嗅聞對(duì)氣味強(qiáng)度和類型進(jìn)行鑒定。

1.4.2 對(duì)比感官測(cè)試

另外一份糖樣品進(jìn)行對(duì)比感官測(cè)試，評(píng)價(jià)處理前后瓶?jī)?nèi)頂部空間的 50℃糖溶液的風(fēng)味(氣味)。間隔10 min對(duì)溶液的風(fēng)味(氣味)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不少于30 min，檢測(cè)氣味強(qiáng)度，記錄檢測(cè)樣品的風(fēng)味(氣味)的評(píng)價(jià)結(jié)果以及注釋任何異味。使用這種普通的感官評(píng)價(jià)方式對(duì)儀器鑒定的結(jié)果進(jìn)行輔助驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)中對(duì)于氣味的判斷標(biāo)準(zhǔn)GC-O五級(jí)氣味強(qiáng)度法借鑒GB 14554-93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[17]的6級(jí)臭氣強(qiáng)度表示法，將此方法中的0級(jí)和1級(jí)合并為1級(jí)，然后依次按照2、3、4、5表示五級(jí)氣味級(jí)別和氣味強(qiáng)度，其氣味強(qiáng)度級(jí)別和嗅覺(jué)感覺(jué)為：1-無(wú)任何氣味感覺(jué)或能稍微感覺(jué)到極弱的氣味(檢知閾值濃度)；2-能感覺(jué)和分辨出何種氣味(確認(rèn)閾值濃度)；3-能明顯感覺(jué)到有氣味；4-能感覺(jué)到強(qiáng)烈的氣味；5-能感覺(jué)到極強(qiáng)烈的氣味。

2 結(jié)果與分析

2.1 白砂糖風(fēng)味檢測(cè)結(jié)果

本文共選取2個(gè)甘蔗糖樣品，1個(gè)甜菜糖樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，前2個(gè)樣品為甘蔗糖樣品，其中甘蔗糖樣品1進(jìn)行檢測(cè)得到的GC-MS如圖1所示，具體揮發(fā)性組分如表1所示。

圖1 甘蔗糖樣品1檢測(cè)的GC-MS

表1 甘蔗糖樣品1中具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分

根據(jù)圖1和表1檢測(cè)結(jié)果，甘蔗糖樣品1所檢測(cè)到的揮發(fā)性物質(zhì)共有84種，其中具有風(fēng)味的組分主要有以上4種，主要特征物質(zhì)為正己醛和壬酸，表現(xiàn)為較為明顯的青草味。

將甘蔗糖樣品2進(jìn)行檢測(cè)得到的GC-MS如圖2所示，具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分如表2所示。

圖2 甘蔗糖樣品2檢測(cè)的GC-MS

表2 甘蔗糖樣品2中具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分

甘蔗糖樣品2檢測(cè)到的揮發(fā)性物質(zhì)共有47種，其中具有風(fēng)味的組分主要有以上5種，主要特征物質(zhì)為 2-乙酰基吡咯和 2,3-二氫-3,5二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮，表現(xiàn)為較為明顯的焦糖和堅(jiān)果味。

將甜菜糖樣品3進(jìn)行檢測(cè)得到的GC-MS如圖3所示，具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分如表3所示。

表3 甜菜糖樣品3中具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分

圖3 甜菜糖樣品3檢測(cè)的GC-MS

甜菜糖樣品 3所檢測(cè)到的揮發(fā)性物質(zhì)共有 56種，其中具有風(fēng)味的組分主要有以上9種，主要特征物質(zhì)為石炭酸、安息香酸和 3,5-二羥基-2-甲基-4H-吡喃-4-酮，表現(xiàn)為塑料等較明顯的刺激性味道。

2.2 結(jié)合感官測(cè)評(píng)方法對(duì)比分析

將食糖樣品按照感官測(cè)試的步驟進(jìn)行感官對(duì)比，評(píng)價(jià)食糖樣品的風(fēng)味特征，并與儀器測(cè)試的風(fēng)味屬性進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，評(píng)估文中所述方法與實(shí)際感官測(cè)試結(jié)果之間是否存在明顯差異。根據(jù)感官測(cè)評(píng)方法對(duì)上述3個(gè)食糖樣品進(jìn)行檢測(cè)，表4為實(shí)驗(yàn)中樣品糖的感官測(cè)評(píng)對(duì)比結(jié)果。

表4 食糖樣品的感官測(cè)評(píng)對(duì)比結(jié)果

通過(guò)對(duì)不同食糖樣品的檢測(cè)分析及感官測(cè)評(píng)發(fā)現(xiàn)，不論是甘蔗糖還是甜菜糖，不同食糖樣品的氣味并不完全一致，呈現(xiàn)多樣化差異。不同來(lái)源的食糖樣品可能存在差異，如甘蔗糖和甜菜糖樣品體現(xiàn)的風(fēng)味不同，而即使是同樣來(lái)源的甘蔗糖，樣品 1呈現(xiàn)較濃的青草風(fēng)味，而樣品2則體現(xiàn)較濃的焦糖風(fēng)味，這表明加工過(guò)程存在的差異也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味形成具有一定影響。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，使用本文方法進(jìn)行的氣味鑒定方法可以較好地體現(xiàn)實(shí)際感官測(cè)評(píng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

考慮到風(fēng)味體系組成成分的復(fù)雜性和多樣性，Pihlsg?rd[8]等對(duì)甜菜來(lái)源的液體糖制糖工藝不同環(huán)節(jié)進(jìn)行揮發(fā)性組分的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)土臭素可能出現(xiàn)在甜菜加工的早期，這與 Colonna[18]等的研究結(jié)果一致，其研究團(tuán)隊(duì)也提到在甜菜洗菜水中檢測(cè)到了土臭素，這是一種含量極低卻對(duì)糖產(chǎn)品感官影響非常明顯的物質(zhì)，即使低于儀器檢測(cè)的閾值，也可能被人的嗅覺(jué)感知，推測(cè)可能與甜菜原料的土腥味有關(guān)。而Pihlsg?rd的研究中食糖產(chǎn)品并沒(méi)有檢測(cè)到土臭素，因?yàn)槲闹胁](méi)有提到風(fēng)味的感官方法檢測(cè)，有可能是在加工工藝中有被除去而沒(méi)有出現(xiàn)在產(chǎn)品中，也有可能是產(chǎn)品中的土臭素濃度已經(jīng)低于檢測(cè)限而不能被儀器檢測(cè)到。由此可以看出，在儀器分析的基礎(chǔ)上同步嗅聞檢測(cè)，并通過(guò)感官測(cè)評(píng)方法輔助論證，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器受到檢測(cè)限制約的欠缺，協(xié)助研究人員快速診斷復(fù)雜風(fēng)味體系中的關(guān)鍵影響組分，精準(zhǔn)分析可能造成產(chǎn)品風(fēng)味的影響因素，提出有效解決方案。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)譜庫(kù)和面積歸一化法對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行定性和定量分析，通過(guò)嗅聞對(duì)氣味強(qiáng)度和類型進(jìn)行鑒定。通過(guò)頂空固相微萃取直接對(duì)糖樣品進(jìn)行處理，富集揮發(fā)性組分，與現(xiàn)有技術(shù)相比，減少了復(fù)雜的前處理步驟，同時(shí)利用氣相色譜-質(zhì)譜-嗅聞法對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行檢測(cè)，在對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行鑒定的同時(shí)對(duì)于揮發(fā)性組分的氣味類型和強(qiáng)度進(jìn)行了同步感官評(píng)測(cè)，方法簡(jiǎn)單，鑒定結(jié)果準(zhǔn)確。并且通過(guò)與感官檢測(cè)方法的相互輔證，所得的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際更加貼近，該方法可以較好地體現(xiàn)不同食糖風(fēng)味體系中的差異，由此為產(chǎn)品特定風(fēng)味組分的形成機(jī)理進(jìn)行研究。采用此方法可以對(duì)工廠所生產(chǎn)的食糖風(fēng)味進(jìn)行診斷，為產(chǎn)品特性進(jìn)行溯源提供了參考，尋找工藝中可能造成風(fēng)味變化的主要因素，幫助工廠進(jìn)行問(wèn)題診斷及技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用以及提高糖的品質(zhì)具有十分重要的意義。