梁 玲,陳存社

(北京工商大學食品添加劑與配料北京高校工程研究中心,北京 100048)

小麥胚芽餅干烘烤過程中麥香味的形成及分析

梁 玲,陳存社*

(北京工商大學食品添加劑與配料北京高校工程研究中心,北京 100048)

小麥胚芽具有很高的營養(yǎng)價值,烘烤過的小麥胚芽制品更是有其獨特的麥香味,因此以小麥胚芽為原料制成小麥胚芽餅干具有很好的口感和市場價值。以小麥胚芽餅干為對象,采用固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)和氣相色譜-質譜聯(lián)用(gas chromatography-massspectrometry,GC-MS)及氣相色譜嗅聞(gas chromatography-olfactory,GC-O)分析測定不同小麥胚芽含量的小麥胚芽餅干的風味物質,并對其進行比較分析。結果表明,不同含量小麥胚芽餅干中揮發(fā)性香味物質在總體組成上差距不大,但是各種揮發(fā)性化合物的含量卻有一定的差別。主要風味物質為醛類,酮類和含N的雜環(huán)化合物,其中含N的雜環(huán)化合物的種類和含量均最高,是麥香味形成的主要貢獻物質。

不同含量小麥胚芽,餅干,麥香味,SPME,GC-O,GC-MS

小麥胚芽蛋白質含量高,富含各種多不飽和脂肪酸、必需氨基酸、維生素、礦物質,素有生命之源的美稱,被國內外營養(yǎng)學家一致譽為“人類天然的營養(yǎng)寶庫”[1-2]。小麥胚芽含有各種人體需要的營養(yǎng)成分[3],其中蛋白質含量達30%,其中人體必需的8種氨基酸,占總氨基酸的34.74%,且各類氨基酸的構成比例與FAO/WHO推薦的標準非常相近,尤其是賴氨酸的含量特別高,因此小麥胚芽蛋白有很好的氨基酸平衡[4]。目前關于小麥胚芽及其制品對人體生理方面的應用,國內外有大量報道,小麥胚芽及其制品具有抗動脈粥樣硬化的作用,小麥胚芽制劑能改善糖尿病患者心臟功能的功效,小麥胚芽黃酮類提取物具有誘導人體乳腺癌細胞凋亡的作用,小麥胚芽水溶性和鹽溶性提取物能提高機體的免疫功能[5]。綜上所述,小麥胚芽具有很高的營養(yǎng)價值,富含多種生物活性物質。

小麥胚芽未經處理,帶有股“生腥味”,且醇活力較高,易氧化變質,易吸濕霉變,為了克服小麥胚芽的這些不足,充分利用其寶貴的營養(yǎng)資源,可以以小麥胚芽為原料制成餅干,又考慮到口感，特將其做成“薄脆”。由于小麥胚芽及其制劑有上述功效,因此考慮用小麥制作適合老年人及高血壓患者食用的小麥胚芽餅干,盡可能使餅干中小麥胚芽的含量高,且制作過程中不在原料中加入油,使其更加健康,更多的保留其麥香味。目前國內外對小麥胚芽中活性成分的研究較多,而對烘焙后小麥胚芽中揮發(fā)性香味成分的分析及鑒定研究的較少。陳千偉等人研究了小麥胚芽餅干的加工技術,并探究了小麥胚芽添加量對餅干感官評價及餅干物性的影響[6],但都以面粉為主要原料,小麥胚芽的含量并不高,一般不超過20%,本研究旨在制作小麥胚芽含量高達70%及100%的餅干,并研究其在烘烤過程中麥香味的形成及分析。由于SPME是一種能將采樣、萃取、濃縮、進樣集于一體的成熟的樣品前處理技術,具有靈敏度高、所需樣品量少、不消耗溶劑和重復性及線性好等優(yōu)點,現(xiàn)已廣泛應用于萃取多種物質的揮發(fā)性化合物[7-9],結合GC-MS和GC-O分析鑒定其揮發(fā)性化合物。因此,本研究采用SPME結合GC-MS和GC-O分析小麥胚芽餅干烘烤過程中麥香味形成,為今后小麥胚芽風味餅干的研究與開發(fā)提供一定的理論基礎。

表1 小麥胚芽餅干的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of wheat germ biscuits

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥胚芽 山東濰坊洪源面粉有限公司;低筋面粉、黃油、糖霜、雞蛋 北京市海淀區(qū)永輝超市。

正己烷(分析純)、內標物 2-甲基-3-庚酮(色譜純)、正構烷烴(C7～C22,色譜純) 美國Sigma公司。

FA1004A型電子天平 重慶泰瑞儀器有限公司;HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司;烤箱 上海林頻儀器股份有限公司;電磁爐 上海林頻儀器股份有限公司;氣相色譜-嗅聞-質譜儀(GC-O-MS)、7890A-7000B型氣-質譜聯(lián)用儀 美國 Agilent公司;Sniffer9000型嗅聞儀 瑞士 Brechbuhler公司;DB-Wax色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美國J&W公司;固相微萃取(SPME)手動進樣手柄 美國Supelco公司;固相微萃取(SPME)萃取纖維頭(DVB/CAR onPDMS) 美國Supelco公司;固相微萃取頂空瓶(40 mL) 美國QEC公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 小麥胚芽餅干的制備 各種原輔料→面團調制→靜置→成型→烘焙→冷卻→成品。稱取100 g小麥胚芽、12 g糖霜、25 g雞蛋、20 mL水,制成面團,然后搟成薄餅狀,在180 ℃下烘烤5～6 min,備用。

稱取70 g小麥胚芽、30 g低筋面粉、12 g糖霜、25 g雞蛋、20 mL水,制成面團,然后搟成薄餅狀,在180 ℃下烘烤5～6 min,備用。研究100%,70%(g/100 g原料)的小麥胚芽含量的餅干的主要風味物質。

1.2.2 感官評定 將烘焙好的小麥胚芽餅干進行感官評價,由20人(男女各一半,年齡50～60周歲)進行品鑒,對餅干的外型、色澤、質地、風味、口感進行綜合評分。評分標準見表1。

1.2.3 氣味物質前處理方法 在40 mL頂空瓶中分別加入5 g已捻碎的樣品和1 μL配制的內標物2-甲基-3-庚酮溶液,使其含量達到500 ng/g。將樣品在45 ℃水浴平衡20 min,插入固相微萃取纖維頭,頂空吸附40 min。吸附完畢后,插入氣相色譜儀進樣口中,于250 ℃條件下解析3 min。每個樣品在相同前處理與檢測條件下重復做3次平行實驗。

1.2.4 氣-質聯(lián)用-嗅聞儀(GC-O-MS)條件 氣相色譜柱溫箱程序升溫條件:初始溫度40 ℃,保持時間3 min,然后以5 ℃/min 升至200 ℃,以10 ℃/min升至溫度230 ℃,保持3 min。進樣口溫度250 ℃,載氣為He,流速1.2 mL/min,分流比1∶1。質譜條件,離子源溫度230 ℃,電壓70 eV,離子化方式為EI+。燈絲發(fā)射電流35 μA,掃描質量范圍45～650 m/z,掃描時間200 ms,檢測電壓350 V。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析 對檢測結果分析以計算機NIST譜庫2.0檢索為主,結合保留指數(shù)和有關文獻進行人工譜圖的解析,確定焙烤小麥胚芽餅干的揮發(fā)性成分,進行定性分析。氣味物質的定量方法采用內標法定量,計算公式:目標物濃度=內標物濃度×(目標物峰面積/內標物峰面積)。實驗數(shù)據(jù)處理由SPSS Statistics 17.0 和 Microsoft Excel數(shù)據(jù)處理軟件完成。

2 結果與分析

2.1 感官評定

經20個年齡在50～60周歲間的老人對小麥胚芽餅干進行感官評價,結果見表2。70%小麥胚芽餅干外形較完整,稍有氣泡現(xiàn)象,并未出現(xiàn)裂紋,色澤呈金黃色,質地較脆,易掰斷,麥香味略淡,味道香甜酥脆,口感稍有些粗糙;100%小麥胚芽餅干相較于70%的評分較高，雖然100%小麥胚芽餅子外形不夠完整稍有裂紋,口感同70%小麥胚芽餅干一樣稍有些粗糙，但是麥香味更加濃郁,質地更脆,因此得分更高。

表2 不同小麥胚芽用量對餅干感官影響Table 2 Effect of different wheat germ amount on sensory of biscuit

2.2 不同含量小麥胚芽餅干揮發(fā)性化合物的比較分析

采用SPME富集70%、100%小麥胚芽餅干中的風味物質,并用GC/MS進行分離鑒定。實驗中的3個70%小麥胚芽餅干樣品、3個100%小麥胚芽餅干樣品各自2次重復取樣得到的總離子流圖基本相同。其中的1個70%小麥胚芽餅干樣品、1個100%小麥胚芽餅干樣品的總離子流色譜圖分別見圖1、圖2。

圖1 70%小麥胚芽餅干中揮發(fā)性化合物的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds in 70% wheat germ biscuit

圖2 100%小麥胚芽餅干中揮發(fā)性化合物的總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile compounds in 100% wheat germ biscuit

由圖1、圖2可知,70%、100%小麥胚芽餅干中揮發(fā)性風味物質,在總體組成上差距不大,且主要風味物質基本一樣。70%小麥胚芽餅干中揮發(fā)性化合物共27種,主要是醛類,烴類,脂類,醚類和含N的雜環(huán)化合物,其中醛類4種,烴類6種,脂類1種,醚類1種,含N 的雜環(huán)化合物15種。100%小麥胚芽餅干中的揮發(fā)性化合物共28種,主要是醛類,烴類,酮類,脂類和含N的雜環(huán)化合物,其中醛類5種,烴類4種,酮類2種,脂類1種,含N的雜環(huán)化合物16種。結果見表3。由表3可知,70%和100%小麥胚芽餅干中共有的揮發(fā)性化合物有15種,其中含N的雜環(huán)化合物最多。

表3 不同含量小麥胚芽餅干GC-O-MS分析結果Table 3 The results of different content of wheat germ biscuit

2.3 揮發(fā)性化合物對不同含量小麥胚芽餅干風味的影響

醛類化合物:在70%的小麥胚芽餅干中共檢測到4種醛類物質,占餅干中揮發(fā)性風味物質種類總數(shù)的14.81%。在100%小麥胚芽餅干中共檢測到5種醛類物質,占餅干中揮發(fā)性風味物質種類總數(shù)的17.86%。醛類化合物的閾值一般很低,具有脂肪香和焦甜味[10],來源于小麥胚芽中亞油酸和亞麻酸經脂肪氧化酶和氫過氧化物異構酶的作用及化學反應生成的,也有很多來自于酯類的氧化降解[11]。是麥香味形成的主要香味物質。

烴類化合物:在70%的小麥胚芽餅干中共檢測到6種烴類物質,占餅干中揮發(fā)性風味物質種類總數(shù)的22.22%。在100%小麥胚芽餅干中共檢測到4種烴類物質,占餅干的14.28%。烷烴類物質主要來源于脂肪酸烷氧自由基的均裂[12],由于烴類化合物芳香閾值較高[13],其對小麥胚芽餅干的麥香味貢獻較小。實驗中檢測到的乙苯、對二甲苯、正十二烷、均三甲苯、正十三烷等物質均沒有香味貢獻,甲苯和對二甲苯分別含有油漆味和塑料味,均不是小麥胚芽餅干麥香味的有效成分,其中檢測到的苯乙烯具有脂肪味和黃瓜味,是小麥胚芽餅干的有效成分之一。總體來說烴類化合物其芳香閾值較高,并不是麥香味形成的主要香味成分。

含N的雜環(huán)化合物:在70%小麥胚芽餅干中共檢測到15種含N的雜環(huán)化合物,占餅干中揮發(fā)性風味物質種類總數(shù)的55.55%。在100%小麥胚芽餅干中共檢測到16種含N的雜環(huán)化合物,占餅干的57.14%。且不同含量的小麥胚芽餅干中共有的含N的雜環(huán)化合物達10個。含N的雜環(huán)化合物具有較低的域值,他們主要是來源于還原糖與氨基酸之間的美拉德反應、氨基酸(如脯氨酸)和硫胺素的熱解,還可以由美拉德反應中間產物中的一些二羰基化合物進一步與脂質的降解產物反應而生成類黑色素,并形成呋喃、吡啶、吡嗪、吡咯、呋喃、吡唑以及它們的衍生物[14-15],這些復雜的成分給麥芽帶來了焦香與烤香,是麥香中的主要貢獻化合物,這些雜環(huán)化合物都由同樣的母體產生,包括主要的還原糖、游離氨基酸或二肽及甘油三酸酯與它們的衍生物[16]。其中Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-雖未在文獻及資料中找到其相關的中文名稱,但實驗中檢測出70%、100%小麥胚芽餅干中均含有這種物質,且其含量很高,在100%小麥胚芽餅干中的含量尤其高,推測應該是麥香味形成的重要風味物質。

表4 不同含量小麥胚芽餅干中氣味活性化合物定量結果Table 4 Quantitative data of the aroma-active compounds present in diffenert content of wheat germ biscuit

此外,在不同含量小麥胚芽餅干中還檢測出少量的脂類和醚類物質,其中在70%小麥胚芽餅干中檢測到的γ-丁內酯是由醇酸通過失水進行分子間的酯酸化形成一種環(huán)狀結構,具有焦香味和甜味,對麥香味的形成有很大的關系。

2.4 揮發(fā)性化合物對小麥胚芽餅干麥香味的貢獻程度

由表4可知,不同含量小麥胚芽餅干中揮發(fā)性香味物質在總體組成上差距不大,但是各種揮發(fā)性化合物的含量卻有一定的差別,按照相對含量由高到低排列,70%小麥胚芽餅干中主要香味物質的成分及含量依次為:2,5-二甲基吡嗪(111.33 ng/g),Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-(111.32 ng/g),3-氨基-2,6-二甲基吡啶(74.47 ng/g),2-甲基吡嗪(38.67 ng/g),苯胺(15.33 ng/g),苯并噻唑(12.75 ng/g),苯甲醛(12.60 ng/g),2,3-二甲基哌嗪(11.28 ng/g)等。100%小麥胚芽餅干中主要香味物質的成分及含量依次為:2,5-二甲基吡嗪(312.86 ng/g),Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-(200.59 ng/g),3-氨基-2,6-二甲基吡啶(156.20 ng/g),2-乙基-5-甲基吡嗪(89.82 ng/g),2-甲基吡嗪(64.55 ng/g),2,6-二甲基吡嗪(31.85 ng/g),苯并噻唑(29.98 ng/g),2,3-二甲基哌嗪(18.26 ng/g)等?？梢姾琋的雜環(huán)化合物對麥香味的形成貢獻最大。在對不同含量小麥胚芽餅干的揮發(fā)性香味化合物分析時,均檢測到3-氨基-2,6-二甲基吡啶,且含量均很高,但并未檢測到其香味特征,推測其可能是麥香味形成的重要貢獻物質。

3 結論

通過感官評價結果可知,100%小麥胚芽餅干較70%小麥胚芽餅干色澤金黃且更加均勻，麥香味更濃郁,質地更脆,感官評價得分更高。通過SPME-GC-O-MS對不同含量小麥胚芽餅干中風味物質的分析,不同含量小麥胚芽餅干中揮發(fā)性香味物質在總體組成上差距不大,主要為醛類,烴類,酮類,含N的雜環(huán)化合物及少量的脂類和醚類,其中含N的雜環(huán)化合物的種類最多,2,5-二甲基吡嗪具有可可味,烤堅果味,烤牛肉味,藥味,Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-具有馬鈴薯味,烘烤味,2-乙基-5-甲基吡嗪具有水果味,甜味,2-甲基吡嗪具有爆米花味,2,6-二甲基吡嗪具有烤堅果味,可可味,烤牛肉味,2,3-二甲基哌嗪具有堅果味,花生醬味,可可味,肉味,異戊醛具有麥香味等,為小麥胚芽餅干中主要的香味貢獻物。但是各種揮發(fā)性化合物的含量卻有一定的差別,在不同含量小麥胚芽餅干中含N化合物的含量均最高,但其含量的差別也最大,其中70%、100%小麥胚芽餅干中醛類物質分別占餅干中揮發(fā)性風味物質種類總數(shù)的14.81%、17.86%,70%、100%小麥胚芽餅干中含N的雜環(huán)化合物分別占餅干中揮發(fā)性風味物質種類總數(shù)的55.55%、57.14%。這也是100%小麥胚芽餅干較70%小麥胚芽餅干麥香味更突出的原因。

[1]呼德,陳存社,程雷,等. 焙烤小麥胚芽中丙烯酰胺含量的測定與分析[J]. 北京工商大學學報:自然科學版,2011,29(1):10-14.

[2]胡鵬,蔡榮寶,王文亮,等. 小麥胚芽油提取工藝研究進展[J]. 中國食物與營養(yǎng),2009,2009(2):35-37.

[3]王作記,石金柱. 小麥胚芽的營養(yǎng)價值及其在食品上的應用[J]. 食品科學,1991(7):4-7.

[4]桑乃華. 小麥胚芽的營養(yǎng)價值及開發(fā)應用[J]. 糧食與油脂,1992(1):1-7.

[5]徐貴發(fā),趙秀蘭. 麥胚黃酮類提取物誘導乳腺癌細胞株凋亡的作用[J]. 營養(yǎng)學報,2000,22(1):43-46.

[6]陳千偉,錢春蘭. 小麥胚芽餅干加工技術研究[J]. 農產品加工:學刊,2013(10):33-36.

[7]Yuguchi Y,Urakawa H,Kitamura S,et al. The sol-gel transition of gellan gum aqueous solutions in the presence of various metal salts[M]//Physical Chemistry and Industrial Application of Gellan Gum. Springer Berlin Heidelberg,1999.

[8]Miyoshi E,Nishinari K. Effects of sugar on the sol-gel transition in gellan gum aqueous solutions[M]//Physical Chemistry and Industrial Application of Gellan Gum. Springer Berlin Heidelberg,1999:83-91.

[9]Tang J,Tung M A,Zeng Y. Gelling properties of gellan solutions containing monovalent and divalent cations[J]. Journal of Food Science,1997,62(4):688-712.

[10]綦艷梅,孫寶國,黃明泉,等. 同時蒸餾萃取-氣質聯(lián)用分析月盛齋醬牛肉的揮發(fā)性風味成分[J]. 食品科學,2010(18):370-374.

[11]及曉東,趙雅麗,吳國琛,等. 炒花生揮發(fā)性香氣成分分析[J]. 現(xiàn)代食品科技,2010,26(8):910-912.

[12]解薇,婁永江. 頂空固相微萃取-氣質聯(lián)用技術分析秘魯魷魚肉的揮發(fā)性風味成分[J]. 食品工業(yè)科技,2012,33(5):71-75.

[13]何苗,曾茂茂,何志勇,等. 頂空固相微萃取結合 GC-MS 與 GC-O 技術分析鑒定福建風味鴨中揮發(fā)性風味化合物[J]. 2014.

[14]Wang R,Yang C,Song H. Key meat flavour compounds formation mechanism in a glutathione-xylose Maillard reaction[J]. Food Chemistry,2012,131(1):280-285.

[15]Yang C,Wang R,Song H. The mechanism of peptide bonds cleavage and volatile compounds generated from pentapeptide to heptapeptide via Maillard reaction[J]. Food Chemistry,2012,133(2):373-382.

[16]錢敏,白衛(wèi)東,趙文紅,等. 酵母抽提物中游離氨基酸的測定與分析[J]. 現(xiàn)代食品科技,2012,28(7):878-881.

Formation and analysis of wheat fragrance in wheat germ biscuit baking process

LIANG Ling,CHEN Cun-she*

(Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

Wheat germ is rich in nutriton,the baked wheat germ product has its own unique flavor,so wheat germ cookies with wheat germ as raw materials have good taste and market value. Wheat germ biscuits were used as the object,and extracted by SPME and then condensed for GC-MS and GC-O,different content of wheat germ biscuit′s volatile aroma components were analyzed and compared.The results showed that,the composition of volatile aroma components in wheat germ biscuit with different contents were not very large,but there were some differences in the content of all kinds of volatile compounds. The main flavor substances were aldehydes,ketones,and heterocyclic compounds containing N. Among them,the species and content of heterocyclic compounds containing N were the highest,which were the main contribution to the formation of wheat flavor.

wheat germ with different content;biscuit;wheat fragrance;SPME;GC-O;GC-MS

2016-10-08

梁玲(1991-),女,碩士研究生,研究方向:糧油加工,E-mail:838471560@qq.com。

*通訊作者:陳存社(1965-),男,博士,教授,研究方向:糧油加工,E-mail:chencs@th.btbu.edu.cn。

十三五國家科技計劃項目(2016YFD0400401)。

TS201.2

A

1002-0306(2017)07-0064-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.004