传统小麦酱挥发性香气成分的GC-MS与GC-O分析

张玉玉，田红玉，黄明泉，孙宝国,*，陈海涛

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083；2.北京工商大学 食品添加剂与配料北京市高校工程研究中心，北京 100048)

传统小麦酱挥发性香气成分的GC-MS与GC-O分析

张玉玉1，田红玉2，黄明泉2，孙宝国2,*，陈海涛2

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083；2.北京工商大学 食品添加剂与配料北京市高校工程研究中心，北京 100048)

采用同时蒸馏萃取法提取传统小麦酱中的挥发性成分，以气-质联用结合气相色谱-嗅闻技术，对传统小麦酱中的活性香气成分进行分离鉴定。结果共鉴定出42种挥发性化合物，占色谱流出组分总量的72.835%，在传统小麦酱中的含量为102.845μg/g，包括醛类6种、酯类10种、酸类6种、烃类8种、醇类1种、杂环类化合物7种、酮类1种，其他化合物3种。用气相色谱-嗅闻技术分离出25种活性香气成分，其中芳香萃取物稀释分析稀释因子较高的有乙酸、异戊醛、糠醛、3-甲硫基丙醛、二甲基三硫醚、1-辛烯-3-醇和四甲基吡嗪等。

传统小麦酱；香气成分；同时蒸馏萃取；气相色谱-嗅闻；芳香萃取物稀释分析

我国在3000多年前的周朝就开始了酱的生产，到春秋战国时期酱的生产已非常普遍[1]。在味精和鸡精出现之前，面酱是中餐烹调和佐餐必不可少的“万能调味品”。以谷物为主要原料制作的酱都可称为面酱，或甜面酱，其咸中带甜的独特风味深受人们的喜爱。依据原料不同，面酱可以分为两种，一种是以面粉制成的馒头为主要原料酿制，另一种是直接以小麦为主要原料酿制。面酱的酿制是利用以米曲霉为主的微生物发酵，其主要制作工艺为制曲、制酱和加工[2-3]。目前，对面酱中挥发性成分已有研究[4-8]，但采用气相色谱-嗅闻(gas chromatography and olfactometry，GC-O)结合芳香萃取物稀释分析(aroma extract dilution analysis，AEDA)技术，研究面酱中活性香气成分还未见报道。

结合AEDA技术，是分析食品中香气成分非常有效的方法。目前，该技术已被应用于北京烤鸭[9-10]、国产干酪[11]、金华火腿[12]、橘皮精油[13]、酒类[14]、牛肉香精[15]等食品中关键香味成分的分析。在对“六必居”面酱中的挥发性成分[16]的研究基础上，本实验以小麦为主要原料，依据胶东半岛传统的面酱制作工艺，制作传统小麦酱样品；采用同时蒸馏萃取(simultaneous distillation extraction，SDE)技术提取传统小麦酱中的挥发性成分，以气-质联机技术进行分离鉴定，并采用气相色谱-嗅闻技术，分离、鉴定传统小麦酱中的活性香气成分，旨在为传统小麦酱的风味评价和酱香型香精的调配提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器冬小麦、黄豆、食盐、井水，均采自胶东半岛。乙醚(分析纯)、无水硫酸钠(分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

6890N-5973i气-质联用仪 美国Agilent公司；同时蒸馏萃取装置 北京玻璃仪器厂；RE-52 A型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 小麦酱样品的制作[17]

首先，将5kg小麦淘洗干净，加水浸泡2h，煮熟；2.5kg黄豆在铁锅中炒熟，在石臼中磨碎至无完整豆瓣，加入2kg水，搅拌均匀，蒸20mi n。然后，分别将蒸煮好的麦子与豆瓣密封，置于30℃左右的环境下发酵两周后，在太阳下晒干并粉碎成酱粉。最后将温开水(40～50℃)、食盐、酱粉，按质量比为6:1:4混合，搅拌均匀成酱坯料密封入瓷坛中发酵；10d后，每2d搅拌1次，90 d后，即发酵成熟。

1.2.2 SDE提取挥发性成分

称取200g传统小麦酱样品，加入400mL去离子水，放入1000mL圆底烧瓶中，置于同时蒸馏萃取仪的重相一侧；50mL乙醚放入100mL圆底烧瓶，置于装置的轻相一侧，加入适量沸石，加热使装置的两端保持沸腾状态。出现回流时开始计时2h，合并溶剂侧的萃取液与U型管中的溶剂层，加入活化的无水硫酸钠干燥，置于－18℃的冰箱中过夜，过滤得提取液。经旋转蒸发器浓缩至8～10mL，重复1次，将两次得到的浓缩液合并，用氮气吹扫浓缩至0.5mL，质量为0.4380g，用于气-质联机分析，平行进样3次。

1.2.3 GC-MS测定条件

色谱条件：DB-5毛细管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；载气为氦气，流速1mL/min；进样口温度280℃，分流比20:1，进样量1μL；程序升温：起始温度40℃(保持5min)，以4℃/min速率升温至220℃(保留2min)，再以10℃/min速率升温至300℃；溶剂延迟2.5min。

质谱条件：电子电离(electron ionization，EI)源、电子轰击能量70eV、离子源温度230℃、四极杆温度150℃、质量扫描范围25～450u、辅助温度280℃，调谐文件为标准调谐，扫描模式为全扫描。

1.2.4 GC-O测定条件

GC-O系统由气相色谱(配有FID检测器)及Sniffer嗅闻装置组成。

气相色谱条件：DB-5毛细管柱(30.0m×0.32mm，0.25μm)；1177进样口温度280℃；程序升温：起始温度40℃(保持5min)，以4℃/min的速率升温至220℃(保持2min)，再以10℃/min的速率升温至280℃。同时蒸馏萃取法萃取浓缩液进样，分流比为10:1，进样量1μL。载气为氮气，流速0.8mL/min。流出物在毛细管末端以1:1的分流比分别流入FID检测器和Sniffer闻香器。

嗅觉探测仪条件：空气流速10.0～10.5mL/min，加热线200℃。

挑选10名评价员进行分段嗅闻分析(每段嗅闻为15min)，每人嗅闻一次，记录香气特征和保留时间。结合GC-MS中挥发性物质对应的保留时间和保留指数(retention index，RI)来确定嗅闻谱峰对应的化合物。

AEDA分析：将SDE萃取所得浓缩液按1:2(V/V)进行系列稀释，每次稀释后注入1μL到GC-O进样口进行分析，直到评价员在ODP末端不再闻到气味，每种香味化合物的最高稀释倍数为其FD因子。由3位评价员来操作AEDA，记录从嗅闻器(olfactory detection port，ODP) 出口闻到的气味特征及时间，每种化合物的香味及时间必须至少有其中两名评价员的描述一致才可确定。

1.2.5 数据处理

定性分析：以计算机检索NIST 05谱库为主，辅助以人工解析图谱，并结合标准品对照和保留指数[18]共同确定。

定量分析：采用面积归一化法确定相对含量；以十二烷为内标，根据内标物的浓度、样品中各组分的峰面积与内标峰面积的比值，计算传统小麦酱样品中各组分的含量，认定内标的因子为1[19-20]。

2 结果与分析

2.1 GC-MS分析

采用胶东半岛传统的酿造工艺制作的传统小麦酱，保持了我国传统面酱的特色，色泽红润，酱香醇厚。而且，用SDE法提取的传统小麦酱挥发性成分浓缩液具有浓郁的酱香、烤香、甜香。GC-MS分离鉴定的传统小麦酱中的挥发性成分，其结果经NIST 05数据库检索，结合保留指数及标准品对照进行定性分析，并采用内标法进行定量分析。从传统小麦酱中鉴定出的挥发性化合物的种类及含量见表1。

表1 传统小麦酱中挥发性成分的GC-MS分析结果Table 1 GC-MS analysis of volatile compounds in traditionally fermented wheat paste

从表1可以看出，SDE法提取传统小麦酱中的挥发性成分，通过GC-MS分离鉴定出42种化合物，其面积占色谱流出峰总面积的72.835%；其中，相对含量超过1%的化合物有糠醛(24.319%)、2-甲基丁酸(15.607%)、四甲基吡嗪(12.961%)、乙基苯(2.324%)、十八酸(2.073%)、乙酸乙酯(1.511%)、2,3,5-三甲基吡嗪(1.305%)、异戊醛(1.138%)、3-甲基丁基苯(1.122%)和苯乙醛(1.081%)等。42种挥发性成分在传统小麦酱中的总含量为102.845μg/g。包括醛类6种(5.058μg/g)，酯类10种(4.933μg/g)，酸类6种(26.137μg/g)，烃类8种(7.017μg/g)，醇类1种(1.030μg/g)，杂环类化合物7种(56.676μg/g)，酮类1种(1.306μg/g)，其他化合物3种(0.688μg/g)。

GC-MS从传统小麦酱的挥发性成分中分离鉴定出6种醛类化合物。在发酵过程中，醛类化合物可以通过脂质过氧化和降解产生[21]，也可以通过氨基酸的Strecker降解产生。含量较高的有异戊醛(1.648μg/g)和苯乙醛(1.333μg/g)。异戊醛则具有愉快的水果香气；苯乙醛具有风信子香气，可用于调配草莓和樱桃等香精[22]。异戊醛和苯乙醛能够赋予面酱甜香和水果样的香气特点。

鉴定出的烃类化合物有8种，但由于阈值比较高[23]，对肉类食品香气的直接贡献不大[19]，但可能有助于提高面酱的整体风味。它们主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂，正构烷烃可能来自脂肪的自动氧化，支链烷烃可能来自支链脂肪酸的氧化[9]。

鉴定出的酯类化合物共有10种，是传统小麦酱中种类最多的一类化合物，这与金华勇等[8]分析甜面酱中挥发性成分的鉴定结果一致。但酯类的含量不是很高，10种酯类化合物在传统小麦酱中总的含量为4.933μg/g。酯类化合物多数由细菌产生的有机酸和酵母产生的醇在酯化酶的催化下形成[7]，通常以水果香味为主。

酸类化合物有6种，在传统小麦酱中的含量为26.137μg/g，其中含量最高的是2-甲基丁酸(21.774μg/g)；而其他文献报道鉴定出的面酱中的酸类化合物的种类并不多，孟鸳等[5]检测到2种，康旭等[6]检测到1种。

鉴定出的杂环类化合物有7种，在传统小麦酱中的含量最高(56.676μg/g)。杂环化合物是烤香型食品中的重要呈香化合物，来源于氨基酸和还原糖的Maillard反应，以及氨基酸的热解等[9]。含量较高的有2,3,5-三甲基吡嗪(1.649μg/g)、糠醛(37.643μg/g)、四甲基吡嗪(16.084μg/g)。传统小麦酱中糠醛含量最高，可能是因为制作小麦酱的原料中的淀粉含量较高，淀粉在微生物及其酶的作用下，降解成单糖或双糖，然后水解成糠醛。糠醛具有甜香、面包香、焦糖香，并带有烘烤食品的气味[22]，是传统小麦酱香气的重要组成部分，在酱香型食品和香精中发挥着重要的作用。2,3,5-三甲基吡嗪和四甲基吡嗪都具有坚果香、可可和咖啡的香气特点[22]。这两种吡嗪类化合物的生成，可能与发酵过程中霉菌产生的蛋白酶催化产生小分子的风味物质有关。

2.2 GC-O和AEDA分析

GC-O结合AEDA技术分析SDE法提取的传统小麦酱挥发性成分浓缩液，嗅闻到的挥发性成分的香气特点及分析结果见表2。

表2 SDE萃取传统小麦酱挥发性成分的GC-O嗅闻结果Table 2 GC-O analysis of volatiles compounds isolated by SDE from traditionally fermented wheat paste

从表2可以看出，通过SDE-GC-O技术，从传统小麦酱挥发性成分的浓缩液中共分离出25种活性香味化合物，以醛类、醇类为主。从GC-O闻香器的闻香口中可以嗅闻到传统小麦酱中的香气特点，包括酸味、水果香、酯甜香、烤香、焦糖香、青草香、蘑菇香、草药香、霉香、烤土豆香、榨菜味、坚果香、咸香等，其中以水果香、焦甜香、青香和霉香为主。从AEDA分析得出的FD因子中可以发现，乙酸(log2FD＝5)、异戊醛(log2FD＝5)、糠醛(log2FD＝7)、3-甲硫基丙醛(log2FD＝8)、二甲基三硫醚(log2FD＝5)、1-辛烯-3-醇(log2FD＝5)、四甲基吡嗪(log2FD＝5)的影响因子比较高。

糠醛在传统小麦酱香气中的FD因子很高(log2FD＝7)，具有甜香、木香、面包香、焦糖香，并带有烘烤食品的气味。3-甲硫基丙醛又称菠萝醛，具有硫化样、土豆、番茄、蔬菜、霉味、肉香[22]，是传统小麦酱的关键香气化合物，具有类似于酱香的嗅感。在传统小麦酱的挥发性成分浓缩液中，3-甲硫基丙醛的FD因子最高(log2FD＝8)。3-甲硫基丙醛是一种含硫的化合物，含硫化合物主要来源于含硫氨基酸的分解[24]。一般而言，含硫香料化合物是各类香料化合物中阈值最低的一类，在浓度很低时可以产生令人愉快的食品香味，它们对食品的特征香味有很大的影响[25]。3-甲硫基丙醛在水中(20℃)的香气阈值很低，只有0.2μg/kg[22]，所以即使含量不高，对风味的贡献也很大。在GC-MS分析中，3-甲硫基丙醛没有被检测出来，可能是由于其含量比较低，没有达到仪器的检测限，通过GC-O嗅闻技术检测到的这种具有高香气活性的化合物，弥补了GC-MS检测的不足。1-辛烯-3-醇(log2FD＝5)亦称蘑菇醇，天然存在于蘑菇、甜瓜、茶叶、麦芽中[22]，赋予小麦酱蘑菇香、青香、蔬菜样的香气。二甲基三硫醚(log2FD＝5)天然存在于谷物、洋葱、红茶中[22]，赋予小麦酱肉香、洋葱、蔬菜样香气。面酱与肉一起烹饪，可以使肉香更加香浓，可能与面酱中的二甲基三硫醚有关。

3 结 论

3.1 采用同时蒸馏萃取法提取的传统小麦酱挥发性成分萃取液，酱香明显。GC-MS分离鉴定出42种化合物，占色谱流出峰总面积的72.835%；其中，相对含量超过1%的有糠醛(24.319%)、2-甲基丁酸(15.607%)、四甲基吡嗪(12.961%)、乙基苯(2.324%)、十八酸(2.073%)、乙酸乙酯(1.511%)、2,3,5-三甲基吡嗪(1.305%)、异戊醛(1.138%)、3-甲基丁基苯(1.122%)和苯乙醛(1.081%)等。3.2 42种挥发性成分在传统小麦酱中的总含量为102.845μg/g，包括醛类6种、酯类10种、酸类6种、烃类8种、醇类1种、杂环类化合物7种、酮类1种，其他化合物3种。糠醛在传统小麦酱中的含量最高，为37.643μg/g；2-甲基丁酸和四甲基吡嗪的含量也比较高，分别为21.774μg/g和16.084μg/g。

3.3 采用GC-O从传统小麦酱挥发性成分中共分离出25种活性香味化合物。AEDA分析结果表明，FD因子较高的有乙酸(log2FD＝5)、异戊醛(log2FD＝5)、糠醛(log2FD＝)、3-甲硫基丙醛(log2FD＝8)、二甲基三硫醚(log2FD＝5)、1-辛烯-3-醇(log2FD＝5)和四甲基吡嗪(log2FD＝5)等。

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GC-MS/GC-O Analysis for Aroma Compounds in Traditionally Fermented Wheat Paste

ZHANG Yu-yu1，TIAN Hong-yu2，HUANG Ming-quan2，SUN Bao-guo2,*，CHEN Hai-tao2
(1. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China ；2. Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

The volatile composition of traditionally fermented wheat paste was extracted by simultaneous distillation extraction (SDE) and analyzed by gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS) coupled with gas chromatography and olfactometry (GC-O). Totally 42 volatile compounds comprising aldehydes (6), esters (10), acids (6), hydrocarbons (8), alcohols (1), heterocycles (7), ketones (1) and miscellaneous compounds (3) were identified, accounting for 72.835% of total peak area and 102.845μg/g in traditionally fermented wheat paste. A total of 25 aroma compounds acetic acid were identified by GC-O. Among these compounds, 3-methylbutanal, furfural, methional, dimethyl trisulfide, 1-octen-3-ol and tetramethyl pyrazine was determined by aroma extract dilution analysis to show a higher flavour dilution factor.

traditionally fermented wheat paste；aroma compounds；SDE；GC-O；aroma extract dilution analysis

TS207.3

A

1002-6630(2012)18-0138-05

2011-07-04

“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD23B01)

张玉玉(1982—)，女，博士研究生，研究方向为天然产物化学。E-mail：zhangyy2@163.com

*通信作者：孙宝国(1961—)，男，教授，博士，研究方向为香料化学。E-mail：sunbg@btbu.edu.cn