麸胚水分含量对挤压稳定化回填法制备全麦挂面特征风味化合物的影响

王婷婷，许 柠，汪丽萍，张国治*

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

2.国家粮食和物资储备局科学研究院 粮油加工研究所，北京 100037

目前国民饮食中粗粮占比仍然较低，小麦粉较高的加工精度导致其中的膳食纤维、矿物质等营养素损失量较高。精细化的饮食结构会导致营养素摄入不均衡，从而引发一系列膳食疾病。食用全谷物可降低代谢综合征类膳食疾病的风险[1]。随着消费者科学饮食观念的增强以及对健康、营养、安全膳食的需求，全麦粉逐渐进入大众视野并开始逐步被接受，同时全麦制品展现出良好的发展潜力[2]。

全麦食品含有丰富的必需氨基酸、膳食纤维、矿物质元素、维生素以及生物活性物质。研究表明长期摄入全麦食品可有效改善肠胃功能、维持肠道健康[3-4]、提供较强饱腹感，间接起到减轻体质量的作用[5]，也可以降低肥胖症及癌症发病率、降低血脂及预防心血管疾病。麸皮和胚芽是全麦粉主要的营养物质来源[6]。Adom等[7]发现麸皮提取物与面粉提取物相比具有更高的抗氧化能力。小麦制品中添加麸皮会对色泽、质构、口感产生一定程度的影响[8]。麸皮的抗性细胞壁结构以及其中的风味前体物质和活性物质会在加工过程中引发风味和质地的变化。由于饮食文化和传统习俗的差异，风味是衡量食物食用品质的一项重要指标。全麦食品欠佳的适口性在很大程度上限制了其发展，但研究表明全谷物制品的挥发性化合物种类较精加工谷物制品的更丰富，香气更加馥郁[9]。目前由于全谷物食品存在加工工艺复杂、食用品质较差、容易变质、货架期短等弊端[10]，其市场需求和生产规模均较小。稳定化处理有助于保留全麦粉中的营养物质成分，降低植酸等抗营养物质的含量，促进膳食营养素更有效地吸收。挤压膨化是全麦粉稳定化的方式之一，会促进酚酸类和黄酮类等生物活性物质释放，使全麦挂面的抗氧化性增强，进一步提升全麦粉的营养特性和食用品质。刘晓宇[11]通过对紫糯全麦产品的开发研究得到膨化度与物料水分含量呈二次抛物线关系，且在水分含量为20%时膨化度达最高值；当高于或者低于产品固定最佳水分含量时全麦面包、全麦蛋糕和全麦粥粉等产品的品质均有一定程度的下降。李治[12]的研究表明，挤压处理后麦麸的粉碎效率与物料水分含量(30%～50%)成正比关系且在水分含量50%时粉碎效率达最高值，这可能是由于高水分含量有利于麦麸中淀粉的糊化分解，从而使物料结构疏松、多孔，利于粉碎。目前小麦粉和大豆粉的混合物料在RH 16%时可达到最优挤出性能[13]。挤压膨化过程中当麸胚水分含量、螺杆转速较高，挤压温度较低时，蛋白质结构较为稳定，且麸胚水分含量较高、挤压温度较低时维生素的损失量较小,通过控制以上条件可以有效保证全麦挂面的营养价值[14-15]。

由于关于水分含量对全麦食品风味影响的相关研究较少，因此作者采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)结合峰面积归一化法，测定分析挤压稳定化回填法制备的全麦挂面蒸煮前后挥发性化合物种类及相对含量的变化，结合相对气味活度值(ROAV)和主成分分析讨论挤压处理时，不同水分含量麸胚挤压后对全麦挂面关键风味物质的影响,有助于进一步改善全麦制品的风味特征，从而为全麦制品的深入研究开发提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

粗麸皮、细麸皮、胚芽和小麦芯粉：山东峰宇面粉有限公司。

1.2 仪器与设备

SLG30-IV双螺杆挤压实验机：济南赛百诺科技开发有限公司；LH-3气旋式气流微粉碎机：潍坊正远粉体工程设备有限公司；JMTD-168/140试验面条机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；JXFD 7 醒发箱：北京东方孚德技术发展中心；7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪：安捷伦科技有限公司；SPME萃取头：美国Supelco公司；21-CM638电磁炉：荣事达有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 麦麸混合粉挤压稳定化处理及全麦粉的制备

调节麸胚混合物(12%粗麸皮、13%细麸皮、1%胚芽)的水分含量分别为13%、17%、21%、25%，进行挤压膨化。挤压膨化条件：腔体温度160 ℃、螺杆转速275 r/min。挤压后将得到的麸胚粉碎过筛(80目)，再进行微粉碎处理得到稳定化麸胚粉。试验中所用的全麦粉是按小麦制粉出粉比例添加稳定化麸胚粉于小麦芯粉中复配得到的。稳定化麸胚粉中含有淀粉(37.25%)、粗蛋白质(17.36%)、粗脂肪(4.06%)、膳食纤维(40.20%)，小麦芯粉中含有淀粉(79.45%)、粗蛋白质(14.34%)、粗脂肪(1.28%)、膳食纤维(3.70%)，结果均以干基计。

1.3.2 挂面的制备

参考田晓红等[16]的挂面制备工艺，按照1.3.1中方法得到小麦芯粉和全麦粉，分别制备小麦挂面和全麦挂面，并命名为生小麦、生全麦13%、生全麦17%、生全麦21%、生全麦25%，置于4 ℃冰箱中保藏。

1.3.3 挂面煮制时间测定

按照LS/T 3212—2014《挂面》测定挂面样品的最佳煮制时间，将煮制后得到的样品分别命名为熟小麦、熟全麦13%、熟全麦17%、熟全麦21%、熟全麦25%。

1.3.4 SPME-GC-MS检测

样品固相微萃取条件:将固相微萃取头于进样口内280 ℃老化20 min。称取2 g、长约0.5 cm段状挂面样品于15 mL顶空瓶中，拧紧瓶塞后置于75 ℃恒温水浴中平衡10 min。再在75 ℃恒温条件下进行60 min固相微萃取，解吸5 min。

气相色谱条件、质谱条件均参考刘登勇等[17]的方法并稍加变动。GC条件：升温程序为起始温度35 ℃，保持5 min，以3 ℃/min速率升至150 ℃，再以5 ℃/min升至240 ℃，保持3 min。MS条件：四极杆温度150 ℃。

1.3.5 定性定量分析

根据检索NIST 08.L谱图库选择匹配度80以上(最大值 100)的化合物，结合人工定性解析小麦挂面和全麦挂面样品的挥发性化合物。采用峰面积归一化法计算各化合物相对含量。

1.3.6 关键风味化合物确定

采用ROAV法[18]评价挥发性化合物对全麦挂面风味的贡献程度。计算挥发性化合物ROAV。

1.4 数据分析

采用SPSS 24.0和Origin 9.5进行数据分析和作图。

2 结果与分析

2.1 不同水分含量麸胚制备的全麦挂面的挥发性化合物

根据挂面挥发性化合物总离子流色谱图(图1)，结合NIST08.L谱图库结果整理各项挥发性化合物。

图1 挂面挥发性化合物总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds of noodles

2.2 全麦挂面挥发性化合物的GC-MS分析

全麦挂面挥发性化合物及其相对含量如表1所示。

表1 全麦挂面挥发性化合物及其相对含量Table 1 Volatile compounds and their relative content of whole wheat noodles

表1(续)

表1(续)

烷烃类化合物主要是由脂肪酸的烷氧自由基发生断裂[19]形成的。脂肪酸氧化降解形成的衍生化合物大部分为含有支链的烷烃[20]。由于大部分烃类化合物的气味阈值较高且风味活性差，因此其对全麦挂面风味贡献度较低[21]，并非是构成风味的主要化合物[22]。醛类化合物主要是来源于小麦籽粒中的氢过氧化物异构酶和脂肪氧化酶作用于亚油酸和亚麻酸等脂肪酸氧化分解的产物[23]，也可能来源于酯类化合物发生氧化降解反应[24]、美拉德反应产物以及糖降解产物。由于醛类化合物阈值较低，因此可能为全麦挂面麦香风味的主要提供者。由表1可知，多数醛类的风味特征为脂肪味、清香味、果香味等令人愉悦的气味。在水分含量为17%时生全麦挂面醛类化合物的相对含量最高，达30.17%。这可能是由于麸胚水分含量适当利于油脂氧化，进而促进了醛类物质的生成[25]。醇类化合物主要来源于脂肪酸氧化降解，也有部分是糖类或氨基酸经酵母代谢产生的。醇类化合物中饱和醇的阈值相对较高，但对风味影响较小；不饱和醇如1-辛烯-3-醇的阈值较低，有助于全麦挂面清香、花香、甜香味的形成，并且适宜浓度的醇类有利于酯类风味呈现。酯类化合物主要来源于醇和脂肪酸发生的酯化反应[26]，由于发生的反应存在多种潜在可能，因此可能出现的酯类化合物也会有较多种类。虽然酯类的相对含量较低，但酯类的阈值也较低，是全麦挂面浓郁果香、花香味风味的主要形成物质。麸胚水分含量17%的样品的酯类化合物含量最高，这可能是由于适当的水分利于酯类的风味释放。酮类化合物通常的产生途径是醇类物质和脂肪酸的氧化以及酯类物质的分解[27]。酮类阈值较低且风味特征通常为奶油味[28]、水果味、香草味，有助于全麦挂面浓郁气味的形成[29]。呋喃类化合物的主要特征风味是坚果味、奶油味、可可味、肉味，试验中出现的呋喃类化合物主要是2-正戊基呋喃，为全麦挂面提供了良好风味。在以上多种挥发性化合物共同作用下，全麦挂面形成了清新麦香、烘焙焦香以及甜香味的风味主体。

目前食品中检测出的挥发性香味化合物大部分属于美拉德反应产物，多为醛类、酮类以及杂环类化合物。有研究表明，麸胚水分含量可能影响美拉德反应进程，从而对食品最终风味产生较大影响[30]。

2.3 蒸煮前后全麦挂面中挥发性化合物的变化

挤压麸胚回填制备全麦挂面，可以丰富挂面中挥发性化合物的种类。生全麦挂面相较于生小麦挂面增加了67种挥发性化合物，其中正辛醛、苯乙醛、(Z)-2,4-癸二烯醛、邻苯二甲酸二异丁酯等物质对全麦挂面的风味形成有显著的影响。

由表1可知，全麦挂面蒸煮前后挥发性化合物种类和相对含量变化明显。煮制后，烷烃类减少了29种，烯烃类减少了3种，这与烃类化合物升温后会加速挥发和溶解有关。醛类增加了10种，醇类减少了1种，其中醇类化合物减少了2-己基-1-辛醇、2-丁基辛醇、2-己基-1-癸醇，增加了1-辛烯-3-醇、正辛醇。酯类减少了15种，酮类增加了6种。

2.4 不同水分含量麸胚对全麦挂面中挥发性化合物的影响

由表1可知，随着麸胚水分含量的增加，生全麦挂面中烷烃的种类数量变化不明显、烯烃的种类数量先增加后减少、醛和酯种类数量变化较不明显，且生全麦挂面中烷烃、烯烃、醇类的相对含量呈现先降低后升高再降低的趋势，醛、酯、呋喃、萘类呈现先升高后降低再升高的趋势。随水分含量的增加，熟全麦挂面中烷烃种类数量增多，醛和酮种类数量均呈下降趋势。且熟全麦挂面中烷烃、烯烃、醇、酮类的相对含量呈现先升高后降低再升高趋势，醛类的相对含量呈现先降低后升高再降低的趋势。整体上各类物质无明显规律性，变化呈现波动趋势。

随着麸胚水分含量的增加，间接增强水分作为润滑剂的作用，可以有效降低挤压膨化过程中原料粉所受的剪切、摩擦作用，从而导致淀粉糊化减弱，提高淀粉的降解程度，这与挥发性风味物质的释放紧密相关。

2.5 全麦挂面关键风味化合物的ROAV对比分析

衡量一种挥发性化合物对于食品香气的最终贡献不仅要参考其含量，还要考虑其气味阈值[31]。相对气味活度值(ROAV)可用于确定食品中关键挥发性化合物。选取风味物质的感觉阈值计算ROAV的方法，进一步确定全麦挂面中的关键性挥发性风味物质。一般认为挥发性化合物对总体风味的贡献度与其ROAV呈正相关，0.1≤ROAV<1的化合物对样品的整体风味起辅助修饰作用[32]，ROAV≥1的化合物为关键风味化合物。对可以确定阈值的物质进行分析，全麦挂面中的风味化合物如表2所示。

由表2可知，生全麦挂面中对风味贡献程度最高的化合物为(E)-2-壬烯醛，它为全麦挂面提供了清香味，壬醛、正己醛、正辛醛、癸醛、邻苯二甲酸二异丁酯也对风味有较大贡献，庚醛、苯乙醛、2-正戊基呋喃对整体风味存在一定修饰作用。随着麸胚水分含量的增加，正己醛、庚醛、壬醛、癸醛、邻苯二甲酸二异丁酯、2-正戊基呋喃的风味贡献度先增加后降低，正辛醛的风味贡献度逐渐降低。(Z)-2,4-癸二烯醛在水分含量为25%时出现且风味贡献度达最大值100.00，对全麦挂面的风味有极显著影响。(E)-2-壬烯醛在水分含量为13%、17%、21%时风味贡献度达最大值100.00。

表2 全麦挂面的风味化合物Table 2 Flavor compounds of whole wheat noodles

熟全麦挂面较生全麦挂面增加了(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-2,6-壬二烯醛、2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、1-辛烯-3-醇等风味物质，为挂面增添了坚果香、土壤香、油脂香、花香、青草味、香菜味、蘑菇香、肉香等风味。

在熟全麦挂面中，2,4-癸二烯醛和(Z)-2,4-癸二烯醛相对含量显著增加，成为关键风味物质，为挂面提供了鸡肉香味，(E)-2-壬烯醛也是主要的风味物质贡献者；相较于生全麦挂面，(E)-2-壬烯醛、壬醛、正己醛、正辛醛、癸醛、邻苯二甲酸二异丁酯对风味贡献度显著下降，全麦挂面的清香味、坚果味和甜味有所下降。随着水分含量的增加，壬醛的整体风味贡献度呈下降趋势；(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛的风味贡献度变化不明显；2,4-癸二烯醛在水分含量为13%和21%时，对于全麦挂面风味有一定影响；(Z)-2,4-癸二烯醛在水分含量13%、17%、21%、25%时风味贡献度均为最大值100.00，因此它是熟全麦挂面中的主要风味来源。

2.6 全麦挂面特征风味化合物的主成分分析

采用主成分分析法对不同水分含量挂面中的16种关键风味物质进行分析。由表3可知，前3项主成分的特征值为11.987、1.510、1.094，均大于1，且前3项主成分的累计方差贡献率已达91.198%>85%,则这3项可以代表16种风味物质反映挂面风味的总体特征。

表3 主成分特征值及贡献率Table 3 Eigenvalues of the principal components and their contribution rates

挂面挥发性化合物主成分分析如图2所示。由图2a可知，相同水分含量的生、熟挂面主成分差异较大；不同水分含量的生全麦挂面主成分差异也较为明显。

图2 挂面挥发性化合物主成分分析Fig.2 Principal component analysis diagram of volatile compounds in noodles

结合PCA和ROAV结果分析可知，生全麦挂面中壬醛、癸醛、正己醛、正辛醛、(E)-2-壬烯醛(水分含量25%除外，其他水分含量ROAV均为100)、(Z)-2,4-癸二烯醛(仅在水分含量25%时ROAV为100，其余ROAV为0)、邻苯二甲酸二异丁酯(仅在水分含量13%时ROAV小于1)、(E)-2-辛烯醛(仅在水分含量17%时ROAV大于1)、2-正戊基呋喃(仅在水分含量17%时ROAV大于1)为关键风味物质。

熟全麦挂面中(Z)-2,4-癸二烯醛(各水分含量下ROAV均为100.00)、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛(在水分含量13%、21%时ROAV大于1)、壬醛(仅在水分含量13%时ROAV大于1)为关键风味物质。

因此在全麦挂面中，壬醛、癸醛、正己醛、正辛醛、(Z)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛为最主要的风味呈现物质，赋予全麦挂面玫瑰香、果香、青草味、脂肪味、香菜味、甜味、肉香、清香味、坚果味等风味特征。

3 结论

本试验采用挤压膨化的方式对不同水分含量的麸胚进行加工，回填制备全麦挂面。通过SPME-GC-MS分析可知，全麦挂面中共检测到110种挥发性化合物,生全麦挂面中烷烃类、醛类、酯类相对含量较高；熟全麦挂面中醛类、呋喃类、酮类相对含量较高。在生全麦挂面中，正己醛、正辛醛、壬醛、癸醛为主要风味物质；(E)-2-壬烯醛在水分含量为13%、17%、21%时风味贡献度较大，在25%时并没有检测到该物质；邻苯二甲酸二异丁酯在水分含量17%、21%、25%时风味贡献较明显，在13%时风味贡献度较小。熟全麦挂面中(Z)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛为主要风味物质。熟全麦挂面较生全麦挂面增加了风味物质，因此呈现更加浓郁的香气。在全麦挂面中，壬醛、癸醛、正己醛、正辛醛、(Z)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛为最主要的风味呈现物质，赋予全麦挂面玫瑰香、果香、青草味、脂肪味、香菜味、甜味、肉香、清香味、坚果味等风味特征。本研究有助于进一步改善全麦制品的风味特征，从而为其深入研究开发提供依据。