面茶中關鍵香氣成分的鑒定

段 琦 李天嬌 王英杰 劉玉平,3

(北京食品營養與人類健康高精尖創新中心；北京工商大學1，北京 100048) (北京市食品風味化學重點實驗室2，北京 100048) (北京工商大學食品學院；食品質量與安全北京實驗室3，北京 100048)

中國不僅有著悠久的歷史，也有很多特色小吃，面茶就是其中之一，它入口溫熱和醇香，具有祛寒暖胃、調和腸胃、通便潤腸等功效，可飲可食，老幼皆宜。面茶的主要原料是面粉，中國有句俗話說“一樣的面食，十樣的造作”。不同地區的面茶在制作方法與所有原料也有所不同，如天津的面茶是以糜子面、水、鹽等為原料，按照一定配比經過熬制得到的糊狀物[1]；福建一帶的面茶是以面粉為主要材料，添加香菇、蔥頭、糖粉等輔料炒制而成，食用前需要加入熱水[2]；而北京的面茶是小米面熬成的面茶糊，再添加芝麻醬汁、椒鹽和芝麻[3]。如今對面茶的研究主要集中在對其原料的選用上，如采用膨化玉米粉、膨化高粱粉[4,5]、豆渣來制作面茶[2]；而關于面茶香氣的研究鮮見報道。

由于多數食品中香氣成分含量較低，一般不適合采用水蒸氣蒸餾的方法來提取其中的揮發性香氣成分，可以采用固相微萃取[6,7]、同時蒸餾萃取[8,9]、溶劑萃取結合溶劑輔助蒸發[10,11]等方法來提取；由于面茶為粥狀樣品，關于這類基質的香氣研究較少，有文獻報道采用頂空固相微萃技術(HS-SPME)對小米粥中揮發性風味物質進行提取，并利用氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometry- olfactometry)技術對揮發性風味物質進行分離與鑒定，但并未對主體香成分進行研究[12]。為了擴展研究手段，對粥類樣品更全面的分析，本研究采用液液連續萃取結合溶劑輔助蒸發的方法提取了面茶中的揮發性成分，通過采用氣相色譜-質譜-嗅聞儀(gas chromatography-mass spectrometry- olfactometry，GC-MS-O)聯用的方法對提取物進行分析，鑒定出其中的香氣活性物質，對香氣活性物質進行定量，利用定量結果和它們的閾值，計算出它們的香氣活性值(Odor Activity Value, OAV)，進而確定出面茶中的關鍵香氣成分，期待能夠為改善面茶的風味，提高面茶的品質，為實現面茶的標準化生產和其他中國傳統食品實現現代化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鑒于市面上面茶多以手工生產，并未實現工業化生產，品質難以保證一致，所以實驗所用面茶均購于同一地點，來保證樣品配料、選材、制作一致。面茶所用原料為糜子面、芝麻醬和椒鹽。所用試劑及規格：香蘭素(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-環戊二酮(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%)、麥芽酚(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-乙烯基愈創木酚(99%)、2(5H)-呋喃酮(99%)、2,3-丁二酮(98%)、C7～C28正構烷烴(色譜純)、無水硫酸鈉(分析純)、二氯甲烷(分析純)，二氯甲烷在使用前需要進行重新蒸餾。

1.2 儀器與設備

7890B型氣相色譜儀(GC)-5977A型質譜聯用儀(MS)，sniffer3000型嗅覺檢測器(O)，高真空泵組，液液連續萃取玻璃儀器和蝶形玻璃儀器，BF-2000氮氣吹干儀，DF-101S型加熱磁力攪拌器。

1.3 方法

1.3.1 液液連續萃取結合溶劑輔助蒸發的方法提取面茶中的揮發性成分

將面茶搖勻，取500 g面茶和200 mL二氯甲烷加入到液液連續萃取器中，把連續萃取腔置于恒溫水浴鍋中，于47 ℃下連續萃取5 h，萃取結束后，將混合物放入分液漏斗中進行分液，得到萃取液和面茶殘渣物。

使用溶劑輔助風味成分蒸發設備將萃取液中的揮發性成分分離出來；采用40 ℃的水浴對萃取物進行加熱，為了收集揮發性成分采用液氮進行冷卻，使用的壓力應低于2.5×10-3Pa。將收集到的餾分從液氮中取出來，恢復到室溫，用10 g無水硫酸鈉進行干燥過夜。對干燥后的餾分進行過濾，得到濾液，用韋氏柱將餾分濃縮至3 mL左右，最后再用氮吹濃縮至1 mL，得到面茶中的揮發性成分提取物，用于感官評價和GC-MS-O分析。

1.3.2 GC-MS-O分析條件

GC條件：采用DB-WAX(30.0 m×250 μm×0.25 μm)和HP-5(30.0 m×250 μm×0.25 μm)兩種極性不同的毛細管色譜柱，色譜柱起始溫度為36 ℃，在該溫度下保持2 min；之后以10 ℃/min的速率升至230 ℃，保持30 min；載氣是氦氣，流量為1.66 mL/min；進樣口溫度和傳輸線的溫度都是250 ℃。

MS條件：電子轟擊離子源，能量為70 eV，離子源的溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，掃描模式為Scan，掃描范圍的質核比為33～400。

O的條件：揮發性成分經GC分離后，流出物在色譜柱的末端用經過脫活處理的沒有填充物的毛細管以1∶2的比例分別進入質譜檢測器和嗅覺檢測器，嗅聞口溫度設定為220 ℃，采用不分流模式進樣，進樣量為1 μL。嗅聞實驗由5位評價人員進行，評價人員在嗅聞口嗅聞流出的揮發性成分的香氣，同時記錄其香氣特征和保留時間。

1.3.3 定性定量方法

定性分析：通過香氣特征、質譜和保留指數[13]，對嗅聞到的香氣成分進行初步定性，然后再在相同的GC-MS-O的條件下分析初步定性出的成分的標準品，如果香氣特征、質譜和保留指數與嗅聞到的成分的一致，則鑒定出的成分屬于肯定鑒別(positive identification)。如果標準品不易市購，則根據香氣特征、保留指數、質譜對嗅聞到的香氣成分進行嘗試性定性(tentative identification)。

定量分析：以2-辛醇和6-十一酮為內標，采用內標法進行定量。被定量成分在樣品中的濃度(C)可按照下式計算：

C=fS1m2/m1S2

(1)

式中：f表示被定量成分對內標2-辛醇和6-十一酮的相對校正因子(f=1)[14]，S1表示被定量成分的峰面積，m2表示的是樣品中添加的內標2-辛醇或6-十一酮的質量，m1表示面茶的質量，S2表示內標2-辛醇或6-十一酮的峰面積。

1.3.4 香氣活性值(OAV)的計算方法

OAV等于香氣活性成分在面茶中的濃度與其自身閾值的比值；OAV≥1的香氣活性成分對面茶的香氣輪廓貢獻大，被確定為面茶的關鍵香氣成分。

1.3.5 香氣重組實驗

將糜子面和水按照質量比為5∶2進行混合，然后小火熬制成糊狀，經過嗅聞其氣息，嗅聞不到香氣；將OAV≥1的香氣活性成分用丙二醇稀釋成10 mg/mL的溶液，按照定量結果確定出的含量添加到熬制的面糊中，得到重組樣品。

1.3.6 香氣輪廓描述分析

通過前期實驗確定出面茶由6種香韻組成，烤香(代表物為2-乙基-3,5-二甲基吡嗪)、奶甜香(代表物為香蘭素)、壤香(代表物為2,3,5-三甲基吡嗪)、油脂香(代表物為E,E-2,4-癸二烯醛)、芝麻香(使用芝麻油)、堅果香(熟杏仁)，在感官評價實驗以前評價人員嗅聞這些參照物。為了對比面茶和重組樣品的香氣差別，6位經過訓練的評價人員參與嗅聞面茶和重組樣品的香氣，對6個香韻進行打分；分值范圍為0～6分，0～2分代表微弱，3～4分代表適中，5～6分代表強烈，最后取6位評價人員的得分的平均值，畫出雷達圖。

2 結果與分析

2.1 面茶中鑒定出的香氣活性物質

采用液液連續萃取結合溶劑輔助蒸發的方法將面茶中的揮發性成分提取出來，嗅聞提取物，其香氣與面茶的香氣接近，說明面茶中的重要香氣成分已經被提取出來。使用GC-MS-O對面茶提取物進行分析，從面茶的提取物中共定性出31種香氣活性成分，所得結果見表1。

表1 面茶中鑒定出的香氣活性物質

續表1

從所得結果可知鑒定出的31種香氣活性成分中包括醛類化合物10種、吡嗪類化合物9種、酮類化合物5種、含硫化合物2種、醇類化合物2種、酚類化合物1種、其他化合物2種；檢測頻次為5的有12種，檢測頻次為4的有8種，檢測頻次為3的有9種，檢測頻次為2的有2種。

鑒定出的10種醛類化合物分別是庚醛、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、香蘭素。這些醛類化合物主要來源于面茶所用原料糜子面和芝麻醬，并且這些成分多數都曾經在芝麻醬中被鑒定出來[15,16]，它們主要通過4種途徑形成，一是由不飽和脂肪酸的氧化產生，糜子面和芝麻中都含有不飽和脂肪酸(尤其是芝麻中含有更多的不飽和脂肪酸，如油酸、亞油酸、亞麻酸等[17])，反-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等可由亞油酸自動氧化產生[18]；二是通過Strecker降解反應產生，糜子面和芝麻醬中都含有氨基酸[19,20]，氨基酸發生Strecker降解產生相應的醛，如蛋氨酸降解后得到3-甲硫基丙醛；三是通過酚酸類物質降解產生，糜子中含有阿魏酸、香草酸、綠原酸、丁香酸等酚酸類物質[21]，其中阿魏酸可降解產生香蘭素[22]；四是通過糖降解產生，糜子面中含有淀粉，與水混合加熱過程中會發生水解產生糖類成分，其中六碳糖可以降解產生糠醛[23]。

鑒定出的9種吡嗪類化合物分別是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。它們應該主要來自所使用的芝麻醬，作為揮發性成分這些化合物都在芝麻醬中被鑒定出來[15,16]，主要是通過美拉德反應產生。這些化合物的形成與α-氨基酸、糖和α-二羰基化合物有關，溫度升高有利于這類化合物的形成[24]；生的芝麻沒有香氣，在制作芝麻醬的過程中，首先需要將生芝麻烤熟，在烤制過程中形成了很多重要的香氣化合物。

除了鑒定出的醛類和吡嗪類化合物外，還有5種酮類化合物，分別是2,3-丁二酮、香芹酮、2(5H)-呋喃酮、麥芽酚和3-甲基-1,2-環戊二酮，其中2,3-丁二酮可以由蔗糖降解產生[25]；香芹酮可能主要來自使用的原料椒鹽，因為它是花椒的香氣成分之一[26]；2(5H)-呋喃酮和麥芽酚都是美拉德反應的產物[27,28]。鑒定出的乙硫醇和糠硫醇2種含硫化合物與含硫氨基酸參與的美拉德反應有關，也是來源于面茶中使用的芝麻醬，其中糠硫醇可由戊糖與半胱氨酸反應生成，并且隨著反應溫度的升高糠硫醇的含量會升高[29]，它也是咖啡的重要香氣成分。鑒定出的2種醇類化合物是庚醇和糠醇，其中糠醇也是咖啡的重要香氣成分，應該也是來自芝麻醬，它是在烤芝麻過程中形成的，與其在咖啡中的形成機理相同[30]。鑒定出來的酚類化合物只有4-乙烯基愈創木酚，它應該由芝麻和糜子面中的p-香豆酸和阿魏酸降解產生[21,31]。

2.2 面茶中鑒定出的香氣活性成分的定量結果及它們的香氣活性值

采用內標法對面茶中鑒定出來的香氣活性成分進行了定量分析，使用2-辛醇和6-十一酮為標定物質，根據定量結果和文獻報道的閾值，計算了它們的OAV，所得結果見表2。

從表中所得定量結果可知，只對22種香氣活性成分進行了定量，總含量為40.08 μg/g；有9種香氣活性成分沒有定量，分別是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，因為這些成分在面茶中的含量較低，對面茶提取物進行GC-MS分析時沒有得到這些成分明顯的色譜峰。醛類香氣活性成分的總含量為14.66 μg/g，其中糠醛的含量(7.49 μg/g)最高，超過了50%。吡嗪類香氣活性成分的總含量為5.87 μg/g，其中2-甲基吡嗪的含量(1.94 μg/g)最高，達到吡嗪類成分總含量的33%。三種酮類香氣活性成分的總含量為2.30 μg/g，其中3-甲基-1,2-環戊二酮、麥芽酚和2(5H)-呋喃酮三者的含量接近。醇類香氣活性成分中只定量了糠醇，其含量達到了11.44 μg/g，在定量的22種成分中含量最高，占了22種香氣活性成分總含量的28%以上；有文獻報道糠醇在食品中的含量與食品的烘烤溫度有關系，在一定的溫度范圍內，隨著烘烤溫度的升高，其含量也增加[29]。另外兩種含量較高的成分是4-乙烯基愈創木酚和2-乙酰基吡咯，它們的含量分別是2.88 μg/g和2.76 μg/g。

表2 面茶中鑒定出的香氣活性成分的濃度和香氣活性值

由于2(5H)-呋喃酮的閾值鮮見報道，只計算了21種香氣活性成分的OAV。從OAV的計算結果可知，有18種香氣活性成分的OAV大于1，它們是面茶的關鍵香氣成分；其中OAV>1 000有1種，是2-乙基-3,5-二甲基吡嗪，它們賦予了面茶烤香；1 000>OAV>100的有3種，分別是(E,E)-2,4-癸二烯醛、糠醇和4-乙烯基愈創木酚，它們賦予了面茶油脂香、甜香、煙熏香；100>OAV>10的有7種，分別是庚醛、糠醛、反-2-辛烯醛、香蘭素、2-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪和乙硫醇，它們賦予了面茶果香、奶甜香、烤香、壤香；10>OAV≥1的有7種，分別是苯甲醛、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-環戊二酮和麥芽酚，它們賦予了面茶堅果香、烤香、焦甜香。

2.3 香氣重組實驗結果

為了進一步驗證確定出的關鍵香氣成分確實對面茶的香氣貢獻大，將OAV大于1的香氣活性成分按照定量結果的數據添加到用糜子面熬成的面糊中，得到重組樣品。感官評價人員對面茶與面茶重組樣品的各個香韻進行打分，所得結果見圖1。

圖1 面茶和重組樣品的香氣描述輪廓圖對比圖

重組樣與面茶的奶甜香和壤香香氣強度相同；而在烤香、芝麻香、堅果香三個香韻上，面茶的香氣強度均大于重組樣的香氣強度，重組樣的油脂香氣強度大于面茶的油脂香氣強度。糠硫醇具有典型的芝麻香氣，它的香氣閾值較低(0.008 4 ng/L[33])，在面茶中能夠嗅聞到它的香氣，但是因為它的含量低于質譜檢測限，沒有對其進行定量，在重組樣品中沒有添加，所以重組樣的芝麻香氣強度低于面茶的芝麻香氣強度。

在GC—O分析過程中經常會遇到有的成分閾值低，能嗅聞到它的香氣，但是由于它們的濃度低，質譜檢測器和氫火焰離子化檢測器對它們沒有響應，也就不能給出明顯的色譜峰，無法對它們進行定量，它們對樣品的香氣貢獻也常被忽視；通過本研究說明這些閾值低、含量低的成分不應該被忽視，應該進一步研究它們的定量方法。

3 結論

采用液液連續萃取結合溶劑輔助風味成分蒸發的方法提取了面茶中的揮發性成分，提取物經過GC-MS-O分析，從中共鑒定出31種香氣活性物質，并且測定了它們的檢測頻次，其中醛類化合物10種、吡嗪類化合物9種、酮類化合物5種、含硫化合物2種、醇類化合物2種、酚類化合物1種、其他化合物2種。

通過對鑒定出的22種香氣活性物質進行定量分析和計算它們的香氣活性值，19種香氣活性成分的OAV≥1，分別是2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、(E,E)-2,4-癸二烯醛、反-2-辛烯醛、香蘭素、糠醇、4-乙烯基愈創木酚、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-環戊二酮和麥芽酚，它們是面茶的關鍵香氣物質。

通過香氣重組實驗進一步驗證了面茶中的關鍵香氣物質，同時也表明那些閾值低、含量低的成分應該引起關注。