固相微萃取法提取蒸麦芽中风味物质

呼 德，陈存社，张甜甜，卢志兴

（北京工商大学，北京市高等学校食品添加剂与配料工程中心，北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

固相微萃取法提取蒸麦芽中风味物质

呼 德，陈存社*，张甜甜，卢志兴

（北京工商大学，北京市高等学校食品添加剂与配料工程中心，北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

小麦胚芽具有很高的营养价值，但加工工艺复杂，不同的工艺会产生不同的风味，采用高压蒸汽的方式对小麦胚芽进行处理，通过SPME法萃取蒸麦香的风味物质，经GC-MS与GC-O分析，确定蒸麦芽的挥发性香味成分。SPME-GC-MS共从蒸麦风味物质中鉴定出56种化合物，占总峰面积的97.76%，包括醛类9种（11.79%）、醇类6种（14.87%）、酮类8种（9.7%）、烃类4种（2.8%）、酯类7种（27.91%）、酚类3种（2.19%）、酸类9种（15.58%）、含氮杂环化合物10种（14.16%）；通过GC-O检测共发现31个气味活性区，其中FD=6的化合物为：乙酸乙酯（葡萄酒香）、异戊醛（巧克力香可可香）、2-甲基吡嗪（焙烤香）、糠醛（焦糖香）、2-乙酰基呋喃（烤面包香）、己酸（霉香）、丙位壬内酯（土豆香）、（E）-2-癸烯醛（甘草香），是蒸麦风味的主要贡献化合物。

气质联用，蒸麦芽，香味成分，固相微萃取

小麦胚芽是小麦面粉加工的副产品，具有很高的营养价值，被誉为“人类天然的营养宝库”[1-2]。我国小麦胚芽资源丰富，是小麦生产和消费的大国[3]，其中通过热加工处理后的小麦胚芽，一直是我国小麦类食品的重要组成部分，这是因为小麦胚芽除了能够作为多种营养物质的来源，其独特的麦香风味也是深受消费者青睐的重要原因。随着技术的进步和时代的发展，模拟不同类麦香的香精产品也不断问世，目前我国对麦香风味的研究主要集中在焙烤麦香味，麦香香精的开发多为烤麦的焦糖香型香精[4]，但是伴随着麦香类食品的迅猛发展，对麦香特殊风味的要求也越来越多样化，通过蒸汽处理后小麦胚芽虽然烤香与焦糖香较弱，但会散发出独特的麦米香与青草香，提高了人们对小麦产品的食欲，由于蒸汽处理比焙烤处理的温度低很多，不仅使得小麦胚芽中很多营养物质在高温下不会受热降解，还会减少麦胚在热加工中产生的丙烯酰胺含量[5-6]，提高了小麦胚芽的保健功效与安全性。目前国内外对小麦胚芽中活性成分研究较多，而对热加工后小麦胚芽中挥发性香味成分的分析及鉴定研究的较少，其中对蒸麦风味的分析基本没有。由于固相微萃取法（SPME）无需溶剂，对易挥发的风味物质的浓缩浓度高，具有较高的检测灵敏度，并且收集的气味挥发性物质能更好地代表食品的整体风味，不会遗失一些高挥发性的重要风味化合物[7-9]，固本实验采用SPME法提取蒸麦芽中的挥发性风味成分，利用气质联机（GC-MS）行分离鉴定，通过频率检测法对GC-O的结果进行分析，最后对比气质联机结果与化合物RI值定性，确定蒸麦中主要的风味贡献化合物，

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

正构烷烃（C7～C22） Alfa Aesar公司；2-甲基-3-庚酮 Sigma-A ldrich公司；无水乙醚、正戊烷、氯化钠、无水乙醇、无水硫酸钠 均为分析纯；小麦胚芽德州巨嘴鸟工贸有限公司。

6890N-5975i气质联机 美国Agilent公司；SPME（DVB/PDMS） 美国Supelco公司；R502B太康旋转蒸发仪 西安太康生物科技公司；嗅闻装置ODP 德国Gerstal公司；瑞尔数显恒温水浴锅 江苏杰瑞尔公司；HSC-12A水浴加热氮吹仪 上海楚定分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 SPME法提取蒸麦风味中的挥发性成分[10-11]将一定质量的新鲜小麦胚芽放入高温蒸锅中，添加浓度为3.36μg/μL的2-甲基-3-庚酮1μL作内标，同时向样品中加入20%NaCl促进挥发性成分挥发，120℃蒸汽处理20min，加热完毕后立即取出样品40.0g放入烧杯中，将烧杯用封口膜封口后在60℃水浴下平衡1h，用活化后的SPME针在样品顶空吸附40m in，然后立即将SPME针头插入气相色谱进样口进行热解析5m in。

1.2.2 GC-MS分析条件 色谱条件：DB-WAX毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；进样口温度250℃，载气为氦气，恒流模式，流速为1.6m L/m in，不分流进样，进样量0.1μL。升温程序：起始温度35℃，保留5min，以10℃/min升温至85℃保留1min，然后以4℃/m in升温至200℃，保留3m in，以10℃/m in升温至230℃，保留1min。质谱条件：EI电离源，电子轰击能量70eV；离子源温度250℃，传输线温度280℃；质谱采用全扫描监测模式，质量扫描范围为15～450u；溶剂延迟2m in。保留指数用C6～C22正构烷烃测定。

1.2.3 GC-O分析条件 GC-O系统由配有FID检测器的Agilent 6890N GC装置及Gerstal ODP（olfactory detection port）嗅闻装置组成。毛细管柱为DB-WAX柱（30m×0.32mm×0.25μm；Agilent），以N2为载气，恒定流速为1.5m L/m in，进样口温度为250℃，柱箱升温程序同1.2.2中GC-MS。采用不分流进样，流出物在毛细管末端以1∶1的分流比分别流入FID和ODP。

1.2.4 数据处理 定性分析：对检测结果分析以计算机NIST08谱库检索为主，结合保留指数和有关文献进行人工谱图的解析，确定蒸麦香的挥发性成分，保留指数计算的方法参考文献[12]进行，计算后的RI值通过数据库（www.odour.org.uk）和文献[13]报道的极性色谱柱的RI值比较来确定化合物，正构烷烃溶液C6～C22用于计算RI值。GC-O对化合物的定性分析主要采用频率检测法[10]。定量分析：采用峰面积归一化法与内标法进行香味分子的定量分析，求得各挥发性化合物的相对含量。

2 结果与分析

2.1 蒸麦香的SPME-GC-MS分析结果

经NIST08谱库检索和人工图谱解析后，对SPME法提取蒸麦风味中的挥发性化合物进行定性定量分析结果如表1所示。

通过SPME-GC-MS共从蒸麦风味物质中鉴定出56种化合物，占总峰面积的97.76%，这些成分包括醛类9种（11.79%）、醇类6种（14.87%）、酮类8种（9.7%）、烃类4种（2.8%）、酯类7种（27.91%）、酚类3种（2.19%）、酸类9种（15.58%）、含氮杂环化合物10种（14.16%）。按照含量与相对峰面积由大到小排列，主要成分与含量依次为：相对含量较高的化合物依次为：丙位癸内酯1634.94ng/g（16.01%）、糠醇690.33ng/g（6.76%）、乙酸乙酯545.32ng/g（5.34%）、乙醇488.13ng/g（4.87%）、己酸376.82ng/g（3.69%）、2，5-二甲基吡嗪361.50ng/g（3.54%）、糠醛321.67ng/g（3.15%）、2，6-二甲基吡嗪294.10ng/g（2.88%）。从化合物的种类看，鉴定出的成分涉及到醛、酮、醇、酸、杂环化合物（吡啶、吡嗪、吡咯、噻唑、呋喃）、脂肪族和芳香族烃类、含氧的苯衍生物，其中含量最高的为酯类化合物。

表1 蒸麦胚中挥发性化合物的GC-MS分析结果Table 1 The results of volatiles in steamed wheatanalyzed by GC-MS

续表

从蒸麦中风味物质的相对含量来看，酯类、酸类、醛类、醇类占据了总量的71%，为蒸麦带来了水果甜味、香草味和米香等感官特征，是蒸麦的主要风味贡献体。蒸麦中的酯类化合物会散发出水果香味以及甜味，其中乙酯类化合物呈现菠萝果香，有报道称酯类尤其是乙酸酯类是酒中最重要的风味物质[14]，主要是由乙醇和小麦胚芽中的脂肪酸反应生成，故蒸麦中的水果味可以认为是由于乙醇或它的前体物过量产生的。内酯是由醇酸通过失水进行分子间的酯酸化形成一种环状结构，γ内酯和δ内酯较稳定，不容易发生分解[15]，故丙位癸内酯（16.01%）有较好的检出，且相对含量高。丙位癸内酯具有较强的的芳香气味，虽然这些芳香物质并不是真正的蒸麦风味，但它对蒸麦风味的形成有很大关系[16]。Mason[17]通过实验证明了长链脂肪酸与短链脂肪酸在形成酯的过程中，会产生香味特征不同的风味物质。除了酯类物质外，顺-3-己烯醛和己醛具有青草香，糠醛和糠醇具有焦香味，2-甲基丁醛和异戊醛居于太妃糖风味，其中2-甲基丁醛是巧克力中的主要香味贡献者。

通过对比陈之贵等[18]对焙烤小麦胚芽的风味分析结果可以发现，蒸麦中的醛、酮类化合物的种类与含量都要远远低于焙烤小麦胚芽，这主要是由于热加方式不同而造成的。醛、酮类化合物的阈值一般很低，具有脂肪香和焦甜味，来源于小麦胚芽中亚油酸和亚麻酸经脂肪氧化酶和氢过氧化物异构酶的作用及化学反应生成的，也有很多来自于酯类的氧化降解[19]，这些热反应一般都会随着温度的升高而变得更为剧烈，蒸麦的加工温度相对较低，热反应往往都处于初级阶段，所以醛酮类化合物的种类与含量较少，其中己醛具有青香味，丁醛具有巧克力和红酸枣味，它们都是麦芽中亚油酸的氧化产物[20]，糠醛和5-甲基糠醛都具有焦糖香、咖啡香和辛香。

相对于焙烤小麦，蒸麦中含N、S的杂环化合物较少，它们的相对含量较低，具有较低的域值，他们主要是来源于还原糖与氨基酸之间的美拉德反应、氨基酸（如脯氨酸）和硫胺素的热解，还可以由美拉德反应中间产物中的一些二羰基化合物进一步与脂质的降解产物反应[21]而生成类黑色素，并形成呋喃、吡啶、吡嗪、吡咯、呋喃、吡唑以及它们的衍生物，这些复杂的成分给麦芽带来了焦香与烤香，是麦香中的主要贡献化合物，这些杂环化合物都由同样的母体产生，包括主要的还原糖、游离氨基酸或二肽及甘油三酸酯与它们的衍生物[22-23]。在小麦胚芽的热加工中，发芽时间和加工温度直接影响成品麦芽中的呋喃酮类化合物含量，麦芽含水量越充分、热处理温度越高，形成的呋喃酮类的香味物质越多，焦香味越浓[24]。

蒸麦与烤麦虽然原料都为小麦胚芽，但是不同的热加工方式使得两者感官上有明显的差异，蒸麦较烤麦的颜色较浅，为淡黄色，而大多数的烤麦为棕黄色，220℃以上加工的深色烤麦为黄褐色，蒸麦甜味更大，而焦味、苦味、糊口性及收敛感方面值较低，焦糖香、炒坚果味、烤香、咖啡香都是烤麦的风味特征，而蒸麦除了具有较淡焦香味还具有独特的水果甜味、太妃糖味、香草香和米香。小麦胚芽中含有丰富的还原糖及氨基酸在热处理时通过美拉德反应生成各种呈甜味的风味物质和少量的焦香风味物质，而伴随着热处理的温度不断升高，麦胚中的糖类在没有氨基化合物存在的情况下，当加热温度超过它的熔点（高于135℃）时，即发生脱水或降解，然后进一步缩合生成粘稠状的黑褐色产物，这类反应称为焦糖化反应[25]。焦糖化反应会生成两类物质：一类是糖脱水聚合产物，俗称焦糖或酱色，这也是高温下麦胚色泽变化的主要根源；一类是降解产物，主要是一些挥发性的醛、酮等。它们给麦胚带来悦人的色泽和风味，但若控制不当，也会带来不良的影响。焦味和苦味是在焙烤时麦芽通过氨基-羧基反应会形成较多的呈色物质，而蒸麦因为是在温度较低的蒸汽加热下制成的，焦糖化反应不会发生，因此形成的呈色物质少一些。

2.2 蒸麦香的SPME-GC-O分析结果

表2为SPME-GC-O对蒸麦风味的的频率检测分析结果；图1为SPME-GC-O的FD-RI检测频率图，得到了不同风味区间经过嗅闻发现的次数。

图1 SPME-GC-O分析蒸麦香的FD谱图Fig.1 FD of volatile compounds extracted by SPME-GC-O from steamed wheat

通过GC-O检测共发现31个气味活性区，主要由可可香、甜香、烤香、霉香、糯米香和果香构成。其中FD=6的化合物有12种，是蒸麦风味的主要贡献化合物，依次为：乙酸乙酯（葡萄酒香）、异戊醛（巧克力香可可香）、2-甲基吡嗪（焙烤香）、2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪（焙烤香）、糠醛（焦糖香）、2-乙酰基呋喃（烤面包香）、己酸（霉香）、丙位壬内酯（椰子香）、（E）-2-癸烯醛（甘草香）和两未鉴定出的化合物（出汗气味，RI=1377；糯米香，RI=1946）。

从RI-FD检测频率图谱可以看出，FD因子大于5的风味活性区域都集中在RI值为881～1950之间，主要以醛醇类和酯类为主，除了上述讨论过的丙位壬内酯外，（E）-2-癸烯醛会产生甘草香，甲酸乙酯与乙酸乙酯都具有令人愉悦的水果香，是草莓中的主要风味贡献者[26]；己醛与苯乙醛本身具有香草味，但是在蒸麦中存在时，主要是作为吡嗪类化合物的辅香物质存在，及晓东等[27]认为苯乙醛来自苯丙氨酸的斯特雷克尔氨基酸反应，当其与吡嗪类化合物按一定比例混合时，会增强花生的炒香与坚果香，说明一些醛类物质可以作为有焙烤香物质的增香剂。通过GC-O虽然没有检测到苯乙醛，但是己醛的FD因子为5，在蒸汽加热的后期可能会与麦芽中2-甲基吡嗪或2，5-二甲基吡嗪这些吡嗪类化合物发生化学反应，提高蒸麦的焦香风味。另外，通过GC-O还发现了一种未鉴定出的化合物（RI=1946），检测频率为6，说明对蒸麦的风味具有重要贡献，本身含有糯米香，通过文献报道的RI值和气味特性鉴别后，可能为2-乙酰基吡咯啉，但是RI值偏差较大，由于其阈值比较低，未能在质谱上检测到，这种化合物是泰国香米里含有重要风味成分，是米香中的一种关键的香味化合物[28]。4-乙烯基-2-甲氧基苯酚（烟草香）经常在坚果类物质中被发现，因其不稳定很少在香精中被使用，但它们对蒸麦风味的贡献不应该被忽视。

表2 蒸麦香的SPME-GC-O分析结果Table 2 The results of volatiles in steamed wheatanalyzed by SPME-GC-O

3 结论

通过SPME-GC-MS对蒸麦芽的风味分析，共从蒸麦香中鉴定出56种化合物，占总峰面积的97.76%，包括醛、酮、醇、酸、杂环化合物、脂肪族和芳香族烃类、含氧的苯衍生物，其中含量最高的为酯类化合物；GC-O频率检测共发现31个气味活性区，主要由可可香、甜香、烤香、霉香、糯米香和果香构成，其中FD=6的化合物有10种，是蒸麦的最主要风味贡献化合物，依次为：乙酸乙酯（葡萄酒香）、异戊醛（巧克力香可可香）、2-甲基吡嗪（焙烤香）、2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪（焙烤香）、糠醛（焦糖香）、2-乙酰基呋喃（烤面包香）、己酸（霉香）、丙位壬内酯（椰子香）、（E）-2-癸烯醛（甘草香）和两未鉴定出的化合物（出汗气味，RI=1377；糯米香，RI=1946）。

[1]王菁莎，王颉，刘景彬，等.小麦麸皮的加工利用现状[J].纤维素科学与技术，2005，13（2）：59-61

[2]王成忠，邵秀芝，于功明.麦胚固体饮料的研制[J].粮油加工与食品机械，2004（12）：65-66.

[3]Amado R，Arrigoni E.Nutritive and Functional Properties of WheatGerm[J].Food Ingredients，1992（4）：30-34.

[4]胡鹏，蔡荣宝，王文亮.小麦胚芽油提取工艺研究进展[J].中国食物与营养，2009（2）：36-37.

[5]呼德，陈存社，张颖.焙烤小麦胚芽中丙烯酰胺含量的测定与分析[J].北京工商大学学报，2011，29（1）：10-14.

[6]Bette H.Acrylamide in food[J].Chemical＆Engineer-ing News，2002，80（19）：33.

[7]刘源，徐幸莲.南京酱牛肉风味研究初报[J].江苏农业科学，2004（5）：101-104.

[8]CHENG Jinsong.Determination ofaroma components in wines by Head-space Solid-phase microextraction coupled with gas chromatography[J].Sino-overseasGrapevineWine，2003（2）：19-21．

[9]Baker G L，Cornell JA，Gorbet DW，Okeefe SF，Sims C A，Talcott ST.Determination of pyrazine and flavor variations in peanutgenotypes during roasting[J].Journal of Food Science，2003，68（1）：394-400.

[10]XIE Jianchun，SUN Baoguo，WANG Shuaibin.Aromatic constituents from Chinese traditional smoke-cured bacon of Mini-pig[J].Food Science and Technology International，2008，14（4）：329-340.

[11]Pan B S，Kou J M.Flavor of shellfish and Kamaboko flavourants[M].New York：Blackie Academic and Professional，1994：85-114.

[12]綦艳梅，孙宝国，黄明泉，等.同时蒸馏萃取-气质联用分析月盛斋酱牛肉的挥发性风味成分[J].食品科学，2010，31（18）：370-374.

[13]谢建春.现代香味分析技术及应用[M].北京：中国标准出版社，2008：17-18.

[14]夏玲君.反应型牛肉香精的研制及其香味活性化合物的分析[D].北京：北京工商大学，2007.

[15]张纯，张智勇，平田孝，等.动态顶空进样法分析月盛斋酱牛肉的挥发性风味组分[J].食品与发酵工业，1992，4：47-53.

[16]周伟.黑麦芽制麦工艺及酿造特性研究[D].无锡：江南大学，2005.

[17]Mason M E，Johnson BR，Hamming M C.Flavor components of roasted peanuts.Some low molecular weight pyrazines and a pyrrole[J].JournalofAgriculturaland Food Chemistry，1966，14：454.

[18]陈之贵，张五九.特种麦芽风味化学的研究[J].啤酒科技. 2001（7）：19-22.

[19]蔡培钿，白卫东，钱敏.美拉德反应在肉味香精中的研究进展[J].中国酿造，2009（5）：7-10.

[20]张水华，刘耕.麦芽中的风味物质及其对啤酒质量的影响[J].广州食品工业科技，1994（3）：62-64

[21]周芳.酱肉加工工艺及挥发性风味物质研究[D].重庆：西南大学，2008.

[22]CERNY C.Origin of carbons in sulfur-containing aroma compounds from the maillard reaction of xylose，cysteine and thiamine[J].LWT-Food Science and Technology，2007，40（8）：1309-1315.

[23]LIN Longze，LU Shengmin，HARNLY J M.Detection and quantification and glycosylated flavonoid malonates in celery，Chinese celery，and celery seed by LC-DAD-ESI/MS[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55（4）：1321-1326.

[24]黄祥斌，杨华林.制麦工艺对风味物质的影响[J].啤酒科技，2003（11）：61-62.

[25]俞俊.焦香味煮制葵花籽的生产工艺研究及其挥发性成分分析[D].合肥：合肥工业大学，2007.

[26]CARLOB，CHIARAC，ERIEA L，etal.Automated headspace solid-phase dynamic extraction to analyse the volatile fraction of food matrices[J].Journal of Chromatography A，2004，1024：217-226．

[27]及晓东，赵雅丽，吴国琛，等.炒花生挥发性香气成分分析[J].现代食品科技，2010，26（8）：910-912.

[28]Johnson B R，Waller G R，Burlingame A L.Volatile components of roasted peanuts：Basic fraction[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，1971，19（5）：1020-1024.

Analysis of volatile aroma components in steamed wheat by SPME

HU De，CHEN Cun-she*，ZHANG Tian-tian，LU Zhi-xing
（Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients，
Beijing Key Laboratory of Food Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

Wheat germ is rich in nutriton and the flavor of its p roducts varies accord ing to the p rocessing technology.Peanut was p ressure steamed，extracted by SPME and then condensed for GC-MS and GC-O analysis of its volatile aroma components.Besides 56 kinds of aroma com pounds were identified from steamed wheat by SPME-GC-MS，accounting for 97.76%of the total peak areas of com ponents which were 9 aldehydes（11.79%），6 alcohols（14.87%），4 hyd rocarbons（2.8%），8 ketones（9.7%），7 ester（27.91%），3 phenols（2.19%），9 acids（15.58%），10 nitrogen-or sulfur-containing or heterocyc lic com pounds（14.16%），and 31 odor-active com pounds were identified by SPME-GC-O of which the com ponents that had the highest FD factors were ethyl acetate（w ine），isovaleraldehyde（chocolate），2-methylpyrazine（roasted），furfural（caramel），2-acetylfuran（toast），hexanoic acid（musty），gamma-nonanolactone（potato），（E）-2-decenal（licorice），and they account for the pivotalaroma components of steamed wheat.

Gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；steamed wheat；aroma com ponents；solid phase m icro-extraction

TS207.3

A

1002-0306（2012）22-0162-06

2012－06－01 *通讯联系人

呼德（1985-），男，硕士研究生，研究方向：小麦胚芽深加工。

北京市自然科学基金项目；北京市教委科技发展计划重点资助项目（KZ20110011013）。