全麦面条不同制作阶段挥发性风味物质比较分析

孙倩倩 贺媛媛 巨明月 郭波莉 张 波 张影全 李 明

(农业农村部农产品加工重点实验室；中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193)

面条是中国传统主食之一，全麦面条由于含有丰富的生物活性物质及膳食纤维、矿物质、维生素、必需氨基酸等物质，长期摄入可有效预防糖尿病、心血管疾病等慢性疾病的发生[1]，备受广大消费者的青睐。风味物质是食品重要的指标之一，全谷物制品的挥发性成分比精加工谷物产品更丰富，香气更浓郁[2-4]。而目前对于全麦熟面挥发性风味物质的研究尚浅。全麦熟面加工过程伴随着各种成分间复杂的物理和化学反应，其风味特点及挥发性风味物质变化规律尚不明确。气相-离子迁移谱(GC-IMS)是一种比较新型的气相分离和检测技术，融合了气相色谱的高分离能力和离子迁移谱的高灵敏度、高分辨等特点，且无需前处理，分析时间短。

本研究采用气相-离子迁移谱法(GC-IMS)检测全麦粉、全麦生面、全麦熟面的挥发性成分，比较分析全麦熟面加工过程主要挥发性风味物质的种类及变化，探究在熟面制作过程中全麦粉气味物质的变化原因，为全麦鲜熟面相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

全麦粉：全籽粒研磨，无添加。

1.2 仪器与设备

JHMZ-200型和面机，JMTD-168/140型实验面条机，FlavourSpec©风味分析仪。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

全麦生面制作：取100 g全麦粉，加入0.5%的盐和35%的纯净水，和面时间为8 min，用和面机搅拌成絮状面团，再放入压面机进行压延，形成长方形的薄面带后放入保鲜袋封口醒发30 min，最后调整厚度在1.5 mm，进行切条整理。

全麦熟面制作：取50 g 制作完成的全麦生面，沸水煮制白芯完全消失，过凉水后捞起沥干。

1.3.2 GC-IMS分析方法

顶空进样条件：分别称取2 g全麦粉、全麦生面、全麦熟面样品，置于20 mL顶空样品瓶中，密闭封口后进行检测。孵育温度为75 ℃，孵育时间20 min，顶空进样针温度80 ℃，进样量500 μL，清洗时间30 s。

GC条件：FS-SE-54-CB-1毛细管柱(15 m×0.53 mm)，柱温为60 ℃；载气为纯度≥99.999%的N2；载气流流量为初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min内线性增至15 mL/min，之后在10 min内线性增至100 mL/min，最后10 min 增至150 mL/min。

IMS条件：漂移气为纯度≥99.999%的N2；流速150 mL/min；探测器温度为45 ℃。

1.4 数据分析与处理

所有指标测定重复3次。采用GC×IMS内置NIST数据库和IMS数据库对样品中挥发性风味物质进行定性分析，利用配套LAV(laboratory analytical viewer)软件分析谱图，直接对比样品之间的谱图差异。利用Excel和Origin软件对数据进行统计和绘图，SPSS 22.0对数据显著性差异进行分析。

2 结果与讨论

2.1 全麦样品中挥发性物质定性分析

全麦粉、全麦生面、全麦熟面3组样中共检测出155个信号峰，通过GC×IMS Library Search软件内置的气相保留指数数据库与迁移时间数据库对信号峰进行定性分析，鉴定出80个信号峰、55种挥发性风味物质，部分挥发性风味物质可产生多个信号(表1)。55种风味成分中有醇类14种、醛类11种、酮类11种、酯类10种、杂环类6种、酸类2种、酚类1种。

表1 全麦粉、全麦生面、全面熟面挥发性风味物质

续表1

2.2 全麦样品中挥发性物质的相对含量分析

2.2.1 全麦粉挥发性风味物质分析

全麦粉样品中各类挥发性风味物质相对质量分数如图1所示，以醇类(33.12%)、醛类(18.07%)、酮类(13.85%)和酯类(7.32%)为主。这与徐鑫等[5]利用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用法(GC-MS)研究全麦粉中挥发性成分得出的结论相类似。全麦粉中2-己醇、正戊醇(香脂味)、正己醇(青草香)、2-丙酮、3-甲基丁醛(麦芽香)、戊醛(杏仁味、麦芽香)、2-丁酮(醚味)、庚醛(脂肪味、柑橘味)、(E)-2-庚醛(脂肪味、坚果香)与2-庚酮(皂香)峰体积较大(表2)，徐鑫等[5]与袁佐云等[6]同样发现正己醇在全麦粉中相对质量分数较高，说明正己醇可能是全麦粉风味组成的重要物质；而对于其余较高的挥发性风味物质，前人并没有检出或检测出相对含量较低，这说明对于挥发性风味物质的检测，GC-IMS方法可能比GC-MS方法更灵敏。这些化合物呈青草香、脂香、坚果香以及麦芽香。

图1 全麦粉、全麦生面、全麦熟面中 各类挥发性风味物质相对质量分数

表2 全麦粉、全麦生面、全麦熟面各挥发性风味物质峰体积/a.u.

续表2

续表2

2.2.2 全麦生面挥发性风味物质分析

全麦生面样品中各类挥发性风味物质相对质量分数如图1所示，以醇类(33.00%)、醛类(28.87%)、酮类(7.98%)和酯类(6.65%)为主。王丽萍等[7]在研究全麦挂面同样发现醛类、醇类、酮类、酯类是其主要的挥发性成分。全麦生面中戊醛(杏仁味、麦芽香)、2-庚酮(皂香)、1-辛烯-3醇(蘑菇味)、(E)-2-己烯醇(青草香、坚果香)、(E)-2-壬烯醛(清香、脂肪香)、庚醛(脂肪香、柑橘味)、3-甲基丁醛(麦芽香)、β-癸内酯(椰香)、(E)-2-辛烯醛(青草香、坚果香、脂肪香)、正己醇(青草香)、(E)-2-庚醛(脂肪味、坚果香)、2-己醇、正戊醇(香脂味)相对质量分数较大(表2)，这些物质使全麦生面风味增加了清香、椰香、蘑菇味。其中1-辛烯-3-醇、(E)-2-辛烯醛、 (Z)-2-壬烯醛、 2-庚酮被认为是青麦仁生面条中重要的芳香物质[8]，说明GC-IMS方法也能够检测出生面条中重要风味物质，并且能检测出更多的挥发性风味物质。

2.2.3 全麦熟面挥发性风味物质分析

全麦熟面样品中各类挥发性风味物质相对质量分数如图1所示，以醇类(29.19%)、醛类(22.13%)、酮类(11.94%)和酯类(9.73%)为主。全麦熟面中(E)-2-壬烯醛(清香、脂肪香)、2-庚酮(皂香)、(E)-2-辛烯醛(青草香、坚果香、脂肪香)、庚醛(脂肪香、柑橘味)、(E)-2-庚醛(脂肪味、坚果香)、正戊醇(脂香)、β-癸内酯(椰香)、2-己醇以及正己醇(青草香)相对含量较大(表2)，但与全麦生面比，其相对含量有所下降。

2.3 挥发性风味物质在加工过程中的变化分析

由表3可知，总挥发性风味物质以及醇类、醛类、其他类挥发性化合物相对峰体积在全麦熟面加工过程先增加后降低；酮类和杂环类挥发性化合物相对峰体积先降低后升高；而酯类挥发性化合物相对峰体积呈上升趋势。醛类主要来源于脂质氧化[9]，醇通常通过脂肪酸的仲氢过氧化物的分解而形成[10]，醇类与多种酸作用生成相应的酯类。全麦粉制作成全麦生鲜面的过程中，醇类、醛类、酯类挥发性风味物质以及总挥发性风味物质含量增加，这可能是由于在和面过程中其前体物质(如游离脂肪酸等)被氧化分解所得。研究表明小麦粉加水后不饱和脂肪酸在脂氧合酶(LOX)作用下生成醛和酮[11]。与全麦生鲜面相比，全麦鲜熟面中酮类、酯类、杂环类挥发性化合物在面条煮制后含量增加，可能是由于在热加工过程其风味前体物质(如脂肪酸、氨基酸等)发生热氧化、热降解反应。醇类化合物减少可能是由于与酸反应生成酮类物质有关，也可能归因于醇类在水中的高溶解度[12]。全麦熟面中醛类挥发性化合物减少，大米在蒸煮过程中也观察到了类似的现象[13]，可能是煮制过程中部分挥发性醛类物质挥发扩散到空气中造成了损失。总之，全麦粉制作成生面过程会加快全麦粉中脂质氧化或是氨基酸分解产生醛、醇、酯。煮制会使全麦面条中醛和醇的溶解和释放，并通过脂质氧化和热分解来调节酯和酮的浓度。

表3 全麦粉&全麦生面&全麦熟面的挥发性物质分析/a.u.

从55种挥发性物质中共筛选出50种化合物具有显著差异(P<0.05)，并结合偏最小二乘法(PLS-DA)模型的VIP值的大小，筛选VIP>1的差异挥发性物质，共筛选出24种差异标志性风味物质(图2)，这些标志性差异物质可能是造成全麦粉、全麦生面、全麦熟面风味差异的主要挥发性风味物质。三组样品对比，如图2所示，2,5-二甲基呋喃、3-辛酮、乙酸丙酯、2-戊基呋喃、2-戊酮、3-甲基-1-戊醇6种物质含量在全麦粉和全麦生面中都较低，煮制后在全麦熟面中含量显著增加，说明这6种物质主要是由于热加工过程产生的。呋喃是最丰富的杂环化合物，由脂质氧化和美拉德反应共同产生，2-戊基呋喃具有特征性的坚果气味。3-辛酮具有香草香、奶油味，2-戊酮有水果香，其在面条煮熟后显著增加可能与加热过程中脂质氧化有关；2-糠醛(面包香、坚果香、甜香)、2-己酮(醚味)、乙酸己酯(果香、青草香)3种物质在加工过程中先下降后增加，在全麦熟面中达到最大，这些化合物可能是面条在煮制过程中溶解并释放[14]；1-丙醇、壬醛(柑橘味、青草香、脂肪香)、己酸甲酯(果香、甜香)、环己酮、2,3-乙酰基丙酮(奶油味、黄油味)、戊醛(杏仁味、麦芽味)6种物质在全麦粉与全麦生面中相对含量都较高，但煮制后在全麦熟面中显著下降，损失较大。己酸甲酯、环己酮、2,3-乙酰基丙酮在加热过程中损失较大可能归因于热处理引起的还原反应或分解反应[14]；苯乙醛(蜂蜜味、甜味)、2-甲基-1-丙醇(酒香、苦味)、(E, E)-2,4-庚二烯醛(坚果香、脂肪香)、(E)-2-己烯醇(青草香、坚果香)、2-己醇、1-戊醇(香脂味)、乙酸(酸味)、2-乙酰基呋喃(香脂味)、3-甲基丁醛(麦芽香)9种物质在加工过程中先升高后降低，在全麦生面中含量达到最大。其中(E, E)-2,4-庚二烯醛与(E)-2-己烯醇来源亚麻酸自氧化分解，3-甲基丁醛来自于亮氨酸的降解，在全麦粉制作成全麦生面过程中含量升高，说明在制作过程加速了亚麻酸与亮氨酸等前体物质氧化分解。在全麦生面熟制过程会损失部分全麦面条的香味，15种标志性差异物质(多呈脂肪香、青草香、麦芽味、坚果味)都有很大损失。筛选出的这24种差异标志性风味物质，可为全麦熟面风味定向调控提供香气靶点。

图2 全麦粉、全麦生面与全麦熟面之间 标志性差异挥发性风味物质热图

2 结论

在全麦粉、全麦生鲜面、全麦鲜熟面3种样品中共鉴定出55种挥发性风味物质，以醇类、醛类、酮类和酯类为主。全麦熟面制作过程，总挥发性风味物质以及醇类、醛类、其他类挥发性化合物相对峰体积在全麦熟面制作不同阶段先增加后降低；酮类和杂环类挥发性化合物相对峰体积先降低后升高；而酯类挥发性化合物相对峰体积呈上升趋势。对三组样品中的55种挥发性化合物进行显著性分析，并结合OPLS-DA分析，筛选P<0.05且VIP>1的差异挥发性物质，共筛选出24种标志性差异化合物，这些标志性差异化合物可能是造成全麦粉、全麦生面、全麦熟面风味差异的主要挥发性风味物质。由于IMS数据库尚待进一步完善，全麦面粉、全麦生鲜面以及全麦鲜熟面中尚未能完全鉴别出的所有特征风味化合物，未定性的75个峰还需进一步分析研究。