面茶中关键香气成分的鉴定

段 琦 李天娇 王英杰 刘玉平,3

(北京食品营养与人类健康高精尖创新中心；北京工商大学1，北京 100048) (北京市食品风味化学重点实验室2，北京 100048) (北京工商大学食品学院；食品质量与安全北京实验室3，北京 100048)

中国不仅有着悠久的历史，也有很多特色小吃，面茶就是其中之一，它入口温热和醇香，具有祛寒暖胃、调和肠胃、通便润肠等功效，可饮可食，老幼皆宜。面茶的主要原料是面粉，中国有句俗话说“一样的面食，十样的造作”。不同地区的面茶在制作方法与所有原料也有所不同，如天津的面茶是以糜子面、水、盐等为原料，按照一定配比经过熬制得到的糊状物[1]；福建一带的面茶是以面粉为主要材料，添加香菇、葱头、糖粉等辅料炒制而成，食用前需要加入热水[2]；而北京的面茶是小米面熬成的面茶糊，再添加芝麻酱汁、椒盐和芝麻[3]。如今对面茶的研究主要集中在对其原料的选用上，如采用膨化玉米粉、膨化高粱粉[4,5]、豆渣来制作面茶[2]；而关于面茶香气的研究鲜见报道。

由于多数食品中香气成分含量较低，一般不适合采用水蒸气蒸馏的方法来提取其中的挥发性香气成分，可以采用固相微萃取[6,7]、同时蒸馏萃取[8,9]、溶剂萃取结合溶剂辅助蒸发[10,11]等方法来提取；由于面茶为粥状样品，关于这类基质的香气研究较少，有文献报道采用顶空固相微萃技术(HS-SPME)对小米粥中挥发性风味物质进行提取，并利用气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry- olfactometry)技术对挥发性风味物质进行分离与鉴定，但并未对主体香成分进行研究[12]。为了扩展研究手段，对粥类样品更全面的分析，本研究采用液液连续萃取结合溶剂辅助蒸发的方法提取了面茶中的挥发性成分，通过采用气相色谱-质谱-嗅闻仪(gas chromatography-mass spectrometry- olfactometry，GC-MS-O)联用的方法对提取物进行分析，鉴定出其中的香气活性物质，对香气活性物质进行定量，利用定量结果和它们的阈值，计算出它们的香气活性值(Odor Activity Value, OAV)，进而确定出面茶中的关键香气成分，期待能够为改善面茶的风味，提高面茶的品质，为实现面茶的标准化生产和其他中国传统食品实现现代化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鉴于市面上面茶多以手工生产，并未实现工业化生产，品质难以保证一致，所以实验所用面茶均购于同一地点，来保证样品配料、选材、制作一致。面茶所用原料为糜子面、芝麻酱和椒盐。所用试剂及规格：香兰素(98%)、(E,E)-2,4-壬二烯醛(99%)、(E,E)-2,4-癸二烯醛(98%)、庚醛(99%)、反-2-辛烯醛(99%)、糠醛(99%)、3-甲基-1,2-环戊二酮(98%)、2,6-二甲基吡嗪(98%)、2,5-二甲基吡嗪(99%)、2,3,5-三甲基吡嗪(98%)、2,3-二甲基吡嗪(99%)、2-甲基吡嗪(98%)、2-乙基呋喃(98%)、3-甲硫基丙醛(95%)、2-乙基吡嗪(99%)、2-乙酰基吡咯(98%)、2-辛醇(99%)、6-十一酮(99%)、麦芽酚(99%)、5-甲基糠醛(99%)、糠硫醇(99%)、苯甲醛(>98%)、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪(99%)、2-乙基-5(6)-甲基吡嗪(>98%)、糠醇(99%)、2-乙基呋喃(99%)、4-乙烯基愈创木酚(99%)、2(5H)-呋喃酮(99%)、2,3-丁二酮(98%)、C7～C28正构烷烃(色谱纯)、无水硫酸钠(分析纯)、二氯甲烷(分析纯)，二氯甲烷在使用前需要进行重新蒸馏。

1.2 仪器与设备

7890B型气相色谱仪(GC)-5977A型质谱联用仪(MS)，sniffer3000型嗅觉检测器(O)，高真空泵组，液液连续萃取玻璃仪器和蝶形玻璃仪器，BF-2000氮气吹干仪，DF-101S型加热磁力搅拌器。

1.3 方法

1.3.1 液液连续萃取结合溶剂辅助蒸发的方法提取面茶中的挥发性成分

将面茶摇匀，取500 g面茶和200 mL二氯甲烷加入到液液连续萃取器中，把连续萃取腔置于恒温水浴锅中，于47 ℃下连续萃取5 h，萃取结束后，将混合物放入分液漏斗中进行分液，得到萃取液和面茶残渣物。

使用溶剂辅助风味成分蒸发设备将萃取液中的挥发性成分分离出来；采用40 ℃的水浴对萃取物进行加热，为了收集挥发性成分采用液氮进行冷却，使用的压力应低于2.5×10-3Pa。将收集到的馏分从液氮中取出来，恢复到室温，用10 g无水硫酸钠进行干燥过夜。对干燥后的馏分进行过滤，得到滤液，用韦氏柱将馏分浓缩至3 mL左右，最后再用氮吹浓缩至1 mL，得到面茶中的挥发性成分提取物，用于感官评价和GC-MS-O分析。

1.3.2 GC-MS-O分析条件

GC条件：采用DB-WAX(30.0 m×250 μm×0.25 μm)和HP-5(30.0 m×250 μm×0.25 μm)两种极性不同的毛细管色谱柱，色谱柱起始温度为36 ℃，在该温度下保持2 min；之后以10 ℃/min的速率升至230 ℃，保持30 min；载气是氦气，流量为1.66 mL/min；进样口温度和传输线的温度都是250 ℃。

MS条件：电子轰击离子源，能量为70 eV，离子源的温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，扫描模式为Scan，扫描范围的质核比为33～400。

O的条件：挥发性成分经GC分离后，流出物在色谱柱的末端用经过脱活处理的没有填充物的毛细管以1∶2的比例分别进入质谱检测器和嗅觉检测器，嗅闻口温度设定为220 ℃，采用不分流模式进样，进样量为1 μL。嗅闻实验由5位评价人员进行，评价人员在嗅闻口嗅闻流出的挥发性成分的香气，同时记录其香气特征和保留时间。

1.3.3 定性定量方法

定性分析：通过香气特征、质谱和保留指数[13]，对嗅闻到的香气成分进行初步定性，然后再在相同的GC-MS-O的条件下分析初步定性出的成分的标准品，如果香气特征、质谱和保留指数与嗅闻到的成分的一致，则鉴定出的成分属于肯定鉴别(positive identification)。如果标准品不易市购，则根据香气特征、保留指数、质谱对嗅闻到的香气成分进行尝试性定性(tentative identification)。

定量分析：以2-辛醇和6-十一酮为内标，采用内标法进行定量。被定量成分在样品中的浓度(C)可按照下式计算：

C=fS1m2/m1S2

(1)

式中：f表示被定量成分对内标2-辛醇和6-十一酮的相对校正因子(f=1)[14]，S1表示被定量成分的峰面积，m2表示的是样品中添加的内标2-辛醇或6-十一酮的质量，m1表示面茶的质量，S2表示内标2-辛醇或6-十一酮的峰面积。

1.3.4 香气活性值(OAV)的计算方法

OAV等于香气活性成分在面茶中的浓度与其自身阈值的比值；OAV≥1的香气活性成分对面茶的香气轮廓贡献大，被确定为面茶的关键香气成分。

1.3.5 香气重组实验

将糜子面和水按照质量比为5∶2进行混合，然后小火熬制成糊状，经过嗅闻其气息，嗅闻不到香气；将OAV≥1的香气活性成分用丙二醇稀释成10 mg/mL的溶液，按照定量结果确定出的含量添加到熬制的面糊中，得到重组样品。

1.3.6 香气轮廓描述分析

通过前期实验确定出面茶由6种香韵组成，烤香(代表物为2-乙基-3,5-二甲基吡嗪)、奶甜香(代表物为香兰素)、壤香(代表物为2,3,5-三甲基吡嗪)、油脂香(代表物为E,E-2,4-癸二烯醛)、芝麻香(使用芝麻油)、坚果香(熟杏仁)，在感官评价实验以前评价人员嗅闻这些参照物。为了对比面茶和重组样品的香气差别，6位经过训练的评价人员参与嗅闻面茶和重组样品的香气，对6个香韵进行打分；分值范围为0～6分，0～2分代表微弱，3～4分代表适中，5～6分代表强烈，最后取6位评价人员的得分的平均值，画出雷达图。

2 结果与分析

2.1 面茶中鉴定出的香气活性物质

采用液液连续萃取结合溶剂辅助蒸发的方法将面茶中的挥发性成分提取出来，嗅闻提取物，其香气与面茶的香气接近，说明面茶中的重要香气成分已经被提取出来。使用GC-MS-O对面茶提取物进行分析，从面茶的提取物中共定性出31种香气活性成分，所得结果见表1。

表1 面茶中鉴定出的香气活性物质

续表1

从所得结果可知鉴定出的31种香气活性成分中包括醛类化合物10种、吡嗪类化合物9种、酮类化合物5种、含硫化合物2种、醇类化合物2种、酚类化合物1种、其他化合物2种；检测频次为5的有12种，检测频次为4的有8种，检测频次为3的有9种，检测频次为2的有2种。

鉴定出的10种醛类化合物分别是庚醛、反-2-辛烯醛、3-甲硫基丙醛、糠醛、苯甲醛、5-甲基糠醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-苯基-2-丁烯醛、香兰素。这些醛类化合物主要来源于面茶所用原料糜子面和芝麻酱，并且这些成分多数都曾经在芝麻酱中被鉴定出来[15,16]，它们主要通过4种途径形成，一是由不饱和脂肪酸的氧化产生，糜子面和芝麻中都含有不饱和脂肪酸(尤其是芝麻中含有更多的不饱和脂肪酸，如油酸、亚油酸、亚麻酸等[17])，反-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等可由亚油酸自动氧化产生[18]；二是通过Strecker降解反应产生，糜子面和芝麻酱中都含有氨基酸[19,20]，氨基酸发生Strecker降解产生相应的醛，如蛋氨酸降解后得到3-甲硫基丙醛；三是通过酚酸类物质降解产生，糜子中含有阿魏酸、香草酸、绿原酸、丁香酸等酚酸类物质[21]，其中阿魏酸可降解产生香兰素[22]；四是通过糖降解产生，糜子面中含有淀粉，与水混合加热过程中会发生水解产生糖类成分，其中六碳糖可以降解产生糠醛[23]。

鉴定出的9种吡嗪类化合物分别是2-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2-乙基-5(6)-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪。它们应该主要来自所使用的芝麻酱，作为挥发性成分这些化合物都在芝麻酱中被鉴定出来[15,16]，主要是通过美拉德反应产生。这些化合物的形成与α-氨基酸、糖和α-二羰基化合物有关，温度升高有利于这类化合物的形成[24]；生的芝麻没有香气，在制作芝麻酱的过程中，首先需要将生芝麻烤熟，在烤制过程中形成了很多重要的香气化合物。

除了鉴定出的醛类和吡嗪类化合物外，还有5种酮类化合物，分别是2,3-丁二酮、香芹酮、2(5H)-呋喃酮、麦芽酚和3-甲基-1,2-环戊二酮，其中2,3-丁二酮可以由蔗糖降解产生[25]；香芹酮可能主要来自使用的原料椒盐，因为它是花椒的香气成分之一[26]；2(5H)-呋喃酮和麦芽酚都是美拉德反应的产物[27,28]。鉴定出的乙硫醇和糠硫醇2种含硫化合物与含硫氨基酸参与的美拉德反应有关，也是来源于面茶中使用的芝麻酱，其中糠硫醇可由戊糖与半胱氨酸反应生成，并且随着反应温度的升高糠硫醇的含量会升高[29]，它也是咖啡的重要香气成分。鉴定出的2种醇类化合物是庚醇和糠醇，其中糠醇也是咖啡的重要香气成分，应该也是来自芝麻酱，它是在烤芝麻过程中形成的，与其在咖啡中的形成机理相同[30]。鉴定出来的酚类化合物只有4-乙烯基愈创木酚，它应该由芝麻和糜子面中的p-香豆酸和阿魏酸降解产生[21,31]。

2.2 面茶中鉴定出的香气活性成分的定量结果及它们的香气活性值

采用内标法对面茶中鉴定出来的香气活性成分进行了定量分析，使用2-辛醇和6-十一酮为标定物质，根据定量结果和文献报道的阈值，计算了它们的OAV，所得结果见表2。

从表中所得定量结果可知，只对22种香气活性成分进行了定量，总含量为40.08 μg/g；有9种香气活性成分没有定量，分别是3-甲硫基丙醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2-苯基-2-丁烯醛、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2,3-丁二酮、香芹酮、糠硫醇、庚醇、2-乙基呋喃，因为这些成分在面茶中的含量较低，对面茶提取物进行GC-MS分析时没有得到这些成分明显的色谱峰。醛类香气活性成分的总含量为14.66 μg/g，其中糠醛的含量(7.49 μg/g)最高，超过了50%。吡嗪类香气活性成分的总含量为5.87 μg/g，其中2-甲基吡嗪的含量(1.94 μg/g)最高，达到吡嗪类成分总含量的33%。三种酮类香气活性成分的总含量为2.30 μg/g，其中3-甲基-1,2-环戊二酮、麦芽酚和2(5H)-呋喃酮三者的含量接近。醇类香气活性成分中只定量了糠醇，其含量达到了11.44 μg/g，在定量的22种成分中含量最高，占了22种香气活性成分总含量的28%以上；有文献报道糠醇在食品中的含量与食品的烘烤温度有关系，在一定的温度范围内，随着烘烤温度的升高，其含量也增加[29]。另外两种含量较高的成分是4-乙烯基愈创木酚和2-乙酰基吡咯，它们的含量分别是2.88 μg/g和2.76 μg/g。

表2 面茶中鉴定出的香气活性成分的浓度和香气活性值

由于2(5H)-呋喃酮的阈值鲜见报道，只计算了21种香气活性成分的OAV。从OAV的计算结果可知，有18种香气活性成分的OAV大于1，它们是面茶的关键香气成分；其中OAV>1 000有1种，是2-乙基-3,5-二甲基吡嗪，它们赋予了面茶烤香；1 000>OAV>100的有3种，分别是(E,E)-2,4-癸二烯醛、糠醇和4-乙烯基愈创木酚，它们赋予了面茶油脂香、甜香、烟熏香；100>OAV>10的有7种，分别是庚醛、糠醛、反-2-辛烯醛、香兰素、2-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪和乙硫醇，它们赋予了面茶果香、奶甜香、烤香、壤香；10>OAV≥1的有7种，分别是苯甲醛、5-甲基糠醛、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5(6)-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、3-甲基-1,2-环戊二酮和麦芽酚，它们赋予了面茶坚果香、烤香、焦甜香。

2.3 香气重组实验结果

为了进一步验证确定出的关键香气成分确实对面茶的香气贡献大，将OAV大于1的香气活性成分按照定量结果的数据添加到用糜子面熬成的面糊中，得到重组样品。感官评价人员对面茶与面茶重组样品的各个香韵进行打分，所得结果见图1。

图1 面茶和重组样品的香气描述轮廓图对比图

重组样与面茶的奶甜香和壤香香气强度相同；而在烤香、芝麻香、坚果香三个香韵上，面茶的香气强度均大于重组样的香气强度，重组样的油脂香气强度大于面茶的油脂香气强度。糠硫醇具有典型的芝麻香气，它的香气阈值较低(0.008 4 ng/L[33])，在面茶中能够嗅闻到它的香气，但是因为它的含量低于质谱检测限，没有对其进行定量，在重组样品中没有添加，所以重组样的芝麻香气强度低于面茶的芝麻香气强度。

在GC—O分析过程中经常会遇到有的成分阈值低，能嗅闻到它的香气，但是由于它们的浓度低，质谱检测器和氢火焰离子化检测器对它们没有响应，也就不能给出明显的色谱峰，无法对它们进行定量，它们对样品的香气贡献也常被忽视；通过本研究说明这些阈值低、含量低的成分不应该被忽视，应该进一步研究它们的定量方法。

3 结论

采用液液连续萃取结合溶剂辅助风味成分蒸发的方法提取了面茶中的挥发性成分，提取物经过GC-MS-O分析，从中共鉴定出31种香气活性物质，并且测定了它们的检测频次，其中醛类化合物10种、吡嗪类化合物9种、酮类化合物5种、含硫化合物2种、醇类化合物2种、酚类化合物1种、其他化合物2种。

通过对鉴定出的22种香气活性物质进行定量分析和计算它们的香气活性值，19种香气活性成分的OAV≥1，分别是2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、(E,E)-2,4-癸二烯醛、反-2-辛烯醛、香兰素、糠醇、4-乙烯基愈创木酚、庚醛、糠醛、2,3,5-三甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、乙硫醇、5-甲基糠醛、苯甲醛、2-乙基-5(6)-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、3-甲基-1,2-环戊二酮和麦芽酚，它们是面茶的关键香气物质。

通过香气重组实验进一步验证了面茶中的关键香气物质，同时也表明那些阈值低、含量低的成分应该引起关注。