GC-MS定量分析传统小麦酱中的挥发性成分

张玉玉，黄明泉，田红玉，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高校工程研究中心，北京 100048)

GC-MS定量分析传统小麦酱中的挥发性成分

张玉玉1，黄明泉2，田红玉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高校工程研究中心，北京 100048)

采用同时蒸馏萃取和气-质联用技术，对传统小麦酱中的挥发性成分进行提取、定性和定量分析。分析结果通过计算机联机检索，结合计算的保留指数和对照标准品，确定所含化合物的种类，采用面积归一化法确定相对含量，采用内标法确定在传统小麦酱中的含量。共鉴定出113种化合物，占色谱流出组分总量的95.368%，在传统小麦酱中的含量为263.049μg/g，包括醛类10种(11.862μg/g)、酯类25种(6.955μg/g)、酸类20种(140.596μg/g)、烃类14种(1.934μg/g)、醇类9种(5.666μg/g)、杂环类化合物19种(53.938μg/g)、酮类7种(1.406μg/g)，其他化合物9 种(40.692μg/g)。

传统小麦酱；挥发性成分；同时蒸馏萃取；气相色谱-质谱联用

面酱在我国有几千年的历史，是我国的传统调味品，有万能调味品之美誉。其风味独特，是中式菜肴、炸酱面、北京烤鸭中必不可少的调味品。依据原料分类，面酱可以分为两种，一种是以面粉为主要原料，另一种是直接以小麦为主要原料。面酱的酿制是利用以米曲霉为主的微生物发酵，其主要制作工艺可分为制曲、制酱和加工3个步骤[1-2]。

面酱作为中国传统的调味佳品，深受人们的喜爱。目前，对发酵豆制品香气的研究很多，如豆酱[3-7]、豆豉[8-10]、酱油[11]、腐乳[12]、干黄酱[13]等。近年来，对于面酱香气的组成也有报道，康旭等优化了固相微萃取甜面酱挥发性成分的条件[14]，并研究了酿造工艺对甜面酱风味成分的影响[15]；孟鸳等[16]分析了3种萃取方法萃取的甜面酱中的挥发性成分，并研究了前期发酵温度对甜面酱挥发性成分的形成及品质的影响[17]；金华勇等[18]研究了3个不同地方的传统甜面酱中的挥发性风味成分。

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，酱香明显。在研究了“六必居”面酱中的挥发性成分[19]的基础上，本实验依据胶东半岛传统的面酱制作工艺，以小麦为主要原料制作了面酱样品(小麦酱)，采用同时蒸馏萃取(simultaneous distillation extraction，SDE)和气 -质联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)连接DB-WAX毛细管柱技术分离与鉴定其挥发性成分，并以内标法进行定量分析，旨在为传统小麦酱的风味评价和良好的发酵工艺控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

冬小麦、黄豆、食盐、井水，以上原料均采自胶东半岛当地。

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；挥发性化合物标准品 迪马科技公司；系列烷烃(C6～C20，色谱纯) 北京化学试剂公司。

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 传统小麦酱样品的制作[20]

传统小麦酱的制作时间一般选在春夏之交的4～6月份，这时正值春末夏初，苍蝇、蚊子等有害昆虫的活动还不是很频繁，可以为酱的制作提供良好的外部环境。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，上笼蒸约20min。然后，分别用塑料袋将蒸煮好的麦子与豆瓣密封，置于30℃左右环境下发酵两周后，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搅拌一次，90d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，放入1000mL圆底烧瓶中，加入400mL去离子水，置于同时蒸馏萃取仪的重相一侧；装有50mL乙醚的100mL圆底烧瓶置于装置的轻相一侧，加入适量沸石，加热使装置的两端处于沸腾状态。待出现回流时开始计时2h，提取完毕，将溶剂侧的萃取液与U型管中的溶剂层合并，加入适量的活化无水硫酸钠干燥，置于－18℃冰箱中过夜，过滤除去硫酸钠得提取液。所得提取液经旋转蒸发器浓缩至8～10mL，该过程重复1次，将两次得到的浓缩液合并，用氮气吹扫浓缩至0.5mL，得浓缩液，质量为0.4380g，用于GC-MS分析。浓缩液在气-质联机上平行进样3次。

1.2.3 GC-MS测定条件

色谱条件：DB-WAX毛细管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；载气为氦气，流速1mL/min；进样口温度230℃、分流比30:1、进样量1μL。程序升温：起始温度40℃，保留5min，以3℃/min升至230℃，保留10min。

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；溶剂延迟3min。

1.2.4 数据处理

对检测结果的定性分析，以计算机检索NIST05谱库为主，辅助以人工解析图谱，并结合标准品对照和计算保留指数[21]共同确定。定量分析，以十三烷为内标，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[22-23]；相对含量的确定：采用面积归一化法。

2 结果与分析

用SDE法得到的传统小麦酱提取浓缩液具有浓郁的酱香、烤香和甜香等香气特征。从提取物这些香气特征来看，该方法可以有效提取出传统小麦酱中的香气成分。GC-MS分离鉴定的传统小麦酱中的挥发性成分，其结果经NIST05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，其总离子流图见图1。

图1 传统小麦酱挥发性成分的GC-MS总离子流图Fig.1 GC-MS total ion current chromatogram of volatile compounds in traditional fermented wheat paste

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

续表1

从图1和表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113种挥发性化合物，占色谱流出组分总量的95.368%，相对含量超过1%的化合物有2-甲基丁酸(29.672%)、2-乙氧基丙烷(12.687%)、正十六酸(9.412%)、四甲基吡嗪(8.558%)、糠醛(6.892%)、2-甲基丙酸(6.558%)、亚油酸(4.389%)、苯乙醛(1.484%)、异戊醛(1.255%)等。113种挥发性成分在传统小麦酱中的含量为263.049μg/g，包括醛类10种(11.862μg/g)、酯类 25种(6.955μg/g)、酸类 20种(140.596μg/g)、烃类14种(1.934μg/g)、醇类9种(5.666μg/g)、杂环类化合物19种(53.938μg/g)、酮类7种(1.406μg/g)，其他化合物9种(40.692μg/g)。

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[25]。GC-MS从传统小麦酱的挥发性成分中分离鉴定出10种醛类化合物，其中含量较高的有2-甲基丁醛(1.072μg/g)、异戊醛(3.801μg/g)、苯乙醛(4.458μg/g)、5-甲基-2-苯基-2-己烯醛(1.380μg/g)。2-甲基丁醛是一种具有果香、霉香和巧克力香的化合物；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；5-甲基-2-苯基-2-己烯醛也称为可可醛，具有坚果和可可的香气[26]。醛类化合物对传统小麦酱中的甜香和果香香气的贡献比较大。鉴定出的酯类化合物共有25种，是传统小麦酱中种类最多的一类化合物，这与金华勇等[18]分析甜面酱中挥发性成分的鉴定结果一致。酯类的含量不是很高，超过1μg/g的只有乙酸乙酯(1.356μg/g)，但酯类化合物是传统小麦酱香气不可缺少的组成部分。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[15]。

酸类化合物有20种，在传统小麦酱中的含量最高，为140.596μg/g。其中含量较高的有乙酸(2.007μg/g)、2-甲基丙酸(19.974μg/g)、2-甲基丁酸(90.500μg/g)、己酸(1.087μg/g)、辛酸(1.317μg/g)、亚油酸(8.598μg/g)、十六酸(12.536μg/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[17]检测到2种，康旭等[14]检测到1种，金华勇等[18]检测出4种。烃类化合物有14种，在传统小麦酱中的含量为1.934μg/g，但由于阈值比较高，所以对食品香气贡献不大[22]。醇类化合物有9种，在传统小麦酱中的含量为5.666μg/g，含量较高的有乙醇(1.611μg/g)和异戊醇(2.642μg/g)。

鉴定出的杂环类化合物有19种，在传统小麦酱中的含量为53.938μg/g，含量较高的有2,3,5-三甲基吡嗪(2.252μg/g)、糠醛(20.976μg/g)、四甲基吡嗪(26.032μg/g)、2-呋喃甲醇(1.353μg/g)。传统小麦酱中糠醛含量较高，可能与制作传统小麦酱原料中的淀粉含量较高有关。淀粉在微生物及其酶的作用下，降解可以生成各种醛类化合物。糠醛具有甜香、面包香、焦糖香，并带有烘烤食品的气味[26]，是传统小麦酱香气的重要组成部分。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[26]。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。另外，小麦的麸皮中含有胚芽油，富含亚油酸和亚麻酸。这两种脂肪酸既可以参与酯类物质的形成，也可以在发酵过程中受酶的催化作用，氧化降解为小分子的风味化合物，为传统小麦酱的甜香、酱香、霉香和烤香的香气特征，以及香气的饱满、浓郁发挥重要的作用。

3 结 论

3.1 以小麦为主要原料，采用胶东半岛传统的酿造工艺酿造的传统小麦酱，保持了我国传统面酱的香气特点。采用同时蒸馏萃取法提取的传统小麦酱挥发性成分的萃取液，具有酱的特征香气。

3.2 气-质联用技术从传统小麦酱中共分离鉴定出113种挥发性化合物，占色谱流出组分总量的95.368%，在传统小麦酱中的含量为263.049μg/g。其中酸类化合物含量最高为140.596μg/g(20种)，其次为杂环类化合物53.938μg/g(19种)，种类最多的为酯类化合物25种(6.955μg/g)。另外还包括醛类10种(11.862μg/g)，烃类14种(1.934μg/g)，醇类9种(5.666μg/g)，，酮类7种(1.406μg/g)，其他化合物9种(40.692μg/g)。

3.3 传统小麦酱中含量较高的挥发性成分有2-甲基丁酸(90.500μg/g)、四甲基吡嗪(26.032μg/g)、糠醛(20.976μg/g)、2-甲基丙酸(19.974μg/g)、十六酸(12.536 μg/g)、亚油酸(8.598μg/g)、苯乙醛(4.458μg/g)、异戊醛(3.801μg/g)、异戊醇(2.642μg/g)、2,3,5-三甲基吡嗪(2.252 μg/g)、乙酸(2.007μg/g)、乙醇(1.611μg/g)、5-甲基-2-苯基-2-己烯醛(1.380μg/g)、乙酸乙酯(1.356 μg/g)、2-呋喃甲醇(1.353μg/g)、辛酸(1.317μg/g)、己酸(1.087μg/g)和2-甲基丁醛(1.072μg/g)等。

[1] 赵谋明. 调味品[M]. 北京: 化学工业出版社, 2001: 71-77.

[2] 曹雁平. 食品调味技术[M]. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2010: 130-140.

[3] LEE S J, AHN B. Comparison of volatile components in fermented soybean pastes using simultaneous distillation and extraction (SDE)with sensory characterization[J]. Food Chemistry, 2009, 114(2): 600-609.

[4] 赵建新, 顾小红, 刘杨岷, 等. 传统豆酱挥发性风味化合物的研究[J].食品科学, 2006, 27(12): 684-687.

[5] 徐琳娜, 王璋, 许时婴. 豆瓣酱后熟过程中氨基酸与风味物质的变化[J]. 中国调味品, 2006(9): 21-25.

[6] 张玉玉, 孙宝国, 冯军, 等. 不同发酵时间的郫县豆瓣酱挥发性成分分析[J]. 食品科学, 2010, 31(4): 166-170.

[7] 黄明泉, 韩书斌, 孙宝国, 等. 同时蒸馏萃取/气质联机分析郫县豆瓣酱风味成分的研究[J]. 食品工业科技, 2009, 30(4): 136-139.

[8] YU Ainong, SUN Bbaoguo, HU Weibing. Top note compounds of Chinese traditional bacteria-fermented soybean[J]. Natural Product Research, 2008, 22(17): 1552-1559.

[9] CHUNG H Y. Volatile components in fermented soybeans (Glycine max)curds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999, 47(7):2690-2696.

[10] 秦礼康, 丁霄霖. 传统陈窖豆豉粑和霉菌型豆豉挥发性风味化合物研究[J]. 食品科学, 2005, 26(8): 275-280.

[11] WANAKHACHORNKRAI P, LERTSIRI S. Comparison of determination method for volatile compounds in Thai soy sauce[J]. Food Chemistry,2003, 83(4): 619-629.

[12] 黄明泉, 孙宝国, 陈海涛, 等. 同时蒸馏萃取结合气质联机分析北京地区红腐乳挥发性成分的研究[J]. 食品工业科技, 2010, 31(7): 150-156.

[13] 石华治, 刘玉平, 孙宝国, 等. GC/MS分析干黄酱的挥发性成分[J].食品与发酵工业, 2006, 32(7): 95-97.

[14] 康旭, 孟鸳, 乔宇, 等. 固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定甜面酱挥发性成分条件的优化[J]. 中国调味品, 2010, 35(12): 99-106.

[15] 康旭, 曾灿伟, 黄红霞, 等. 酿造工艺对甜面酱风味成分影响研究[J].中国调味品, 2011, 36(1): 58-60.

[16] 孟鸳, 乔宇, 康旭, 等. 同时蒸馏萃取、溶剂萃取和顶空固相微萃取与GC-MS联用分析甜面酱的挥发性成分[J]. 中国调味品, 2011,36(1): 97-100.

[17] 孟鸳, 乔宇, 刘彩香, 等. 前期发酵温度对甜面酱挥发性成分的形成及品质的影响[J]. 食品科学, 2010, 31(23): 248-252.

[18] 金华勇, 曾灿伟, 康旭, 等. 顶空固相微萃取-气质联用技术分析传统甜面酱中挥发性风味成分[J]. 中国酿造, 2009(5): 152-154.

[19] 张玉玉, 黄明泉, 田红玉, 等. “六必居” 面酱挥发性成分SDE法提取及GC-MS分析[J]. 中国食品学报, 2010, 10(2): 154-159.

[20] 张玉玉, 孙宝国, 陈海涛, 等. 顶空-固相微萃取两种传统面酱挥发性成分的气相色谱-质谱联用分析[J]. 食品科技, 2012, 37(3): 255-260.

[21] 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.

[22] XIE Jianchun, SUN Baoguo, ZHENG Fuping, et al. Volatile flavor constituents in roasted pork of mini-pig[J]. Food Chemistry, 2008, 109(3): 506-514.

[23] 汪正范. 色谱定性与定量[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000：163-182.

[24] LRI & odour database[DB/OL]. http://www.odour.org.uk/.

[25] AMES J M, MACLEOD G. Volatile components of an unflavored textured soy protein[J]. Journal of Food Science, 1984, 49(6): 1552-1565.

[26] 孙宝国. 食用调香术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003: 121-140.

Volatile Component Analysis of Traditional Fermented Flour Paste by GC-MS

ZHANG Yu-yu1，HUANG Ming-quan2，TIAN Hong-yu2，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 traditional fermented flour paste was analyzed by simultaneous distillation extraction(SDE) and gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). The volatile compounds separated from traditional fermented flour paste were identified by comparing their retention indices with those of reference compounds. Their relative contents were determined by peak area normalization method and their contents in traditional fermented flour paste were measured by internal standard method. A total of 113 compounds were identified accounting for 95.368% of the total peak area. Their total content in traditional fermented flour paste was 263.049 μg/g. These compounds included 10 aldehydes (11.862 μg/g), 25 esters(6.955 μg/g), 20 acids (140.596 μg/g), 14 hydrocarbons (1.934 μg/g), 9 alcohols (5.666 μg/g), 19 heterocycles (53.938 μg/g),7 ketones (1.406 μg/g) and 9 other compounds (40.692 μg/g).

traditional fermented wheat paste；volatile compounds；simultaneous distillation extraction；gas chromatography and mass spectrometry

TS207.3

A

1002-6630(2012)16-0100-06

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