劉玉平，尹德才，李 寧,2，孫寶國，陳海濤,*

(1.北京工商大學化學與環(huán)境工程學院，北京 100048；2.陜西科技大學化學與化工學院，陜西 西安 710021)

甲基戊酸的甲基位置對其香氣強度的影響

劉玉平1，尹德才1，李 寧1,2，孫寶國1，陳海濤1,*

(1.北京工商大學化學與環(huán)境工程學院，北京 100048；2.陜西科技大學化學與化工學院，陜西 西安 710021)

采用3點選配法(3-AFC)并結合最優(yōu)估計閾值(BET)法對這甲基戊酸的3種同分異構體——2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸閾值進行計算，得到3種香料的閾值分別為63.49、0.886、0.713mg/kg。同時，使用電子鼻對3種化合物的香氣強度進行比較，在10、100、1000mg/kg的溶液，3種化合物的香氣強度由強到弱的順序為4-甲基戊酸＞3-甲基戊酸＞2-甲基戊酸，這與3種化合物的閾值測試情況吻合。結論：甲基位置對甲基戊酸的香氣強度有影響，隨著甲基與羧基距離的增加，甲基戊酸的香氣強度逐漸增強。

甲基戊酸；香氣強度；閾值；3點選配法檢驗(3-AFC)；最優(yōu)估計閾值(BET)

甲基脂肪酸是羧酸類食用香料中比較重要的一類，它們不僅香氣特征明顯，而且多數(shù)香氣強度大于同碳的直鏈脂肪酸的香氣強度，因此在香料香精行業(yè)引起重視。目前食品中允許使用的70多種羧酸類食用香料中甲基脂肪酸就有20多種。甲基戊酸包括2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸3種同分異構體，它們是美國食品香料與萃取物制造者協(xié)會(FEMA)認為安全(GRAS)的食品香料[1-3]，也是我國食品添加劑使用衛(wèi)生標準GB 2760—2007《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》中規(guī)定的允許使用的食品香料[4]。在合成香料和調配香精的過程中，發(fā)現(xiàn)甲基脂肪酸中甲基的位置對脂肪酸的香氣強度有一定影響，而香料化合物的香氣強弱一般可以通過測定香料的閾值的方法來判斷[5-10]。近年來隨著傳感器技術的發(fā)展，人們研制出了電子鼻，并將其應用于食品及相關領域[11-14]。本實驗對3種甲基戊酸的香氣閾值進行測定，并采用電子鼻對這3種香料的香氣強度進行比較，證實甲基的位置對甲基戊酸的香氣強度有一定影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸 上海愛普香料公司；娃哈哈飲用純凈水 天津冠芳可樂飲料有限公司。

1.2 儀器與設備

Fox4000型電子鼻[內置18個T/P和LY類型金屬氧化物傳感器(LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2)組成傳感器陣列，載氣為零空氣]、Alphasoft V11操作及數(shù)據處理軟件系統(tǒng)[帶有PCA(主成分分析)，DFA(辨別因子分析)等多變量統(tǒng)計分析功能] 法國Alpha MOS公司；HS100頂空自動進樣器(頂空加熱溫度最高200℃)美國PerkinElmer公司；Parker 78-40零空氣發(fā)生器(零空氣中總烴含量＜0.1mg/kg，二氧化碳含量＜1mg/kg，水蒸氣含量＜1mg/kg) 美國Balston公司；1000mL移液槍 芬蘭Biohit公司。

1.3 方法

1.3.1 3種香料的香氣閾值的測定

將3種香料分別用純凈水稀釋成含量為0.1、1、10、100、1000mg/kg的溶液，挑選5名經過訓練的評價員，參照GB/T 22366—2008《感官分析 方法學 采用3點選配法(3-AFC)測定嗅覺和風味覺察閾值的一般導則》[15]，對這3種香料的香氣閾值進行初步測定，找出3種香料香氣閾值的大概范圍。

在初步測定結果基礎上，對3種香料的水溶液進一步稀釋，每種化合物配成6個不同稀釋度的樣品。評價時每次給評價員3個樣品，其中兩個為純凈水的空白樣，一個為稀釋成香料溶液，讓評價員從中選出一個不同的樣品。樣品的含量采用從低到高的順序，對得到的結果采用最優(yōu)估計閾值(BET)法進行處理，得到3種香料的香氣閾值。

1.3.2 采用電子鼻對這3種香料的香氣強度進行比較

使用移液槍準確量取分別為1、10、100、1000mg/kg的3種樣品的溶液5mL，裝入10mL樣品瓶中(共計12個)，將樣品瓶放入電子鼻的樣品盤中，對這些樣品進行氣味測定。測定時，每個樣品重復測定5次，取其中4個相關性比較好的結果進行數(shù)據處理。

1.3.3 香氣強度標準曲線的繪制

用電子鼻在最小回歸定量分析模式(partial least square，PLS)下，以1、10、100、1000mg/kg的4-甲基戊酸的香氣強度建立氣味強度標準曲線，作為基準，對2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的10、100、1000mg/kg溶液樣品進行測量，對比3種香料化合物的香氣強度并計算2-甲基戊酸和3-甲基戊酸氣味強度值。

2 結果與分析

2.1 3種香料的香氣閾值

經過5名評價員的初步評價，在含量分別為0.1、1、10、100、1000mg/kg的5個溶液中，2-甲基戊酸含量為10、100、1000mg/kg的樣品溶液全部能夠被辨認出，0.1mg/kg溶液的不能辨認，而1mg/kg的溶液只有部分評價員能夠辨認，因而確定用來測定2-甲基戊酸香氣閾值含量為0.1、0.5、1、2、4、8mg/kg，18個評價員評價的結果見表1。

表1 2-甲基戊酸評價數(shù)據處理Table 1 Data processing for evaluating the aroma intensity of 2-methylvaleric acid

3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的含量分別為1、10、100、1000mg/kg的樣品全部能夠被評價員辨認出，而0.1mg/kg溶液的只有部分評價員能夠辨認，因而確定用來測定3-甲基戊酸和4-甲基戊酸香氣閾值為0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1mg/kg。18個評價員評價的結果見表2、3。

對18位評價員的評價結果進行處理，得到2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的閾值分別為63.49、0.886、0.713mg/kg。4-甲基戊酸的香氣強度高于3-甲基戊酸和2-甲基戊酸，其中2-甲基戊酸的香氣強度較弱。由上述閾值測定結果可以看出，甲基對甲基戊酸的香氣強度有影響，隨著甲基基團與羧基距離的增加，甲基戊酸的香氣強度逐漸增強。

表2 3-甲基戊酸評價數(shù)據處理Table 2 Data processing for evaluating the aroma intensity of 3-methylvaleric acid

表3 4-甲基戊酸評價數(shù)據處理Table 3 Data processing for evaluating the aroma intensity of 4-methylvaleric acid

2.2 繪制PLS香味強度標準曲線

使用電子鼻對1、10、100、1000mg/kg不同氣味強度的4-甲基戊酸進行檢測，每個樣品測定4次，根據4次結果建立PLS香味強度標準曲線，如圖1所示。

圖1 PLS香氣強度標準曲線Fig.1 PLS standard curve of aroma intensity

由圖1可知，PLS香氣強度標準曲線的回歸方程為Y=1.107X－3.0038，R2=0.9956。香氣強度與電子鼻傳感器信號之間具有良好的線性關系。

2.3 電子鼻測定香氣強度

取1、10、100、1000mg/kg的2-甲基戊酸、3-甲基戊酸溶液作為待測樣，用電子鼻根據其測得的含量，通過對比4-甲基戊酸的香氣強度標準曲線，計算其不同含量溶液下的電子鼻測定的香氣強度，兩種香料化合物的4組樣品的香氣測定結果見表4。

由表4可以看出，當2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量為1000mg/kg時，它們的測量香氣強度平均值分別為23.73和99.64，即此時2-甲基戊酸的香氣強度與23.73mg/kg的4-甲基戊酸化合物香氣強度一致，3-甲基戊酸的香氣強度與99.64mg/kg的4-甲基戊酸化合物香氣強度一致，故此含量下香氣強度順序為2-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸；同理，當2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量為100mg/kg時，它們的測量香氣強度平均值分別為6.78和12.25，此含量下香氣強度順序為2-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸；當2-甲基戊酸和3-甲基戊酸溶液含量為10mg/kg時，它們的測量香氣強度平均值分別為4.87和6.83，此含量下香氣強度順序為2-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸。另外發(fā)現(xiàn)，當2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量為1mg/kg時，它們的測量香氣強度平均值分別為4.05和2.83，而此時4-甲基戊酸的香氣強度僅為1，這與上面的結果相矛盾；出現(xiàn)這種現(xiàn)象有兩方面的原因，一是當含量為10mg/kg時，已經接近電子鼻的檢測限，當含量為1mg/kg時，電子鼻已經不能做出準確強度判斷；另一方面的原因是得到的回歸方程不適應于含量較低的情況。

綜上所述當被測樣品含量超過10mg/kg時，電子鼻測定的香氣強度與評價員嗅聞的強度結果吻合，但是，對于被實驗的3個樣品而言，電子鼻嗅聞靈敏度要低于評價員的嗅聞靈敏度。

表4 電子鼻測定的不同含量溶液下3種甲基戊酸香氣強度Table 4 Aroma intensities of three methylvaleric acids with various concentrations determined by electronic nose

3 結 論

用BET法對18位評價員的評價結果進行處理，得到2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的閾值分別為63.49、0.886、0.713mg/kg。用電子鼻通過繪制PLS香味強度標準曲線的方法可以比對出3種香料化合物的香氣強度由強到弱的順序為4-甲基戊酸＞3-甲基戊酸＞2-甲基戊酸。甲基位置對甲基戊酸的香氣強度有影響，隨著甲基基團與羧基距離的增加，甲基戊酸的香氣強度逐漸增強。

[1] HALL R L, OSER B L. 3.GRAS substances[J]. Food Technology,1965, 19(2): 182-183.

[2] OSER B L, FORD R A. 8. GRAS substances[J]. Food Technology,1974, 28(9): 76-77.

[3] OSER B L, FORD R A. 9. GRAS substances[J]. Food Technology,1975, 29(8): 70-72.

[4] GB 2760—2007 食品添加劑使用衛(wèi)生標準[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008.

[5] BOELENS H, HARING H G, de RIJKE D. Threshold values of and human preferences for 4-ethyl octanoic and 3-methyl butanoic acid[J].Perfumer and Flavorist, 1983, 8(2): 71-74.

[6] ACREE T E, NISHIDA R, FUKAMI H. Odor thresholds of the stereoisomers of methyl jasmonate[J]. America Food Chemistry, 1985, 33:425-427.

[7] 吳廣黔, 姜螢. 淺談嗅閾值[J]. 釀酒科技, 2007(12): 57-59.

[8] FERNANDEZ X, DUNACH E, FELLOUS R. Thiazolidines and their oxidation products as flavouring compounds[J]. Flavour and Fragrance Journal, 2002, 17: 432-439.

[9] YAMAMOTO T, SHIMADA A, OHMOTO T. Olfactory study on optically active citronellyl derivatives[J]. Flavour and Fragrance Journal,2004, 19: 121-133.

[10] GIBKA J, GLINSKI M. Olfactory properties of straight-chain undecan-xones, undecan-x-ols(x=2-6) and their derivatives[J]. Flavour and Fragrance Journal, 2008, 23: 147-151.

[11] 李寧, 鄭福平, 李強, 等. 電子鼻對奶油酸值的快速測定[J]. 食品科學, 2009, 30(20): 269-271.

[12] 李寧, 鄭福平, 李強, 等. 電子鼻對牛奶、奶油、奶味香精檢測參數(shù)的研究[J]. 食品科學, 2009, 30(18): 335-339.

[13] 朱麗敏, 倪元穎, VENZAL S V 等. 氣味指紋分析技術在食品質控和風味研究的應用[J]. 農產品加工: 學刊, 2005(9): 72-80.

[14] 李照, 邢黎明, 云戰(zhàn)友, 等. 電子鼻測定牛奶中摻入外來脂肪[J]. 乳業(yè)科學與技術, 2008, (1): 39-41.

[15] GB/T 22366—2008 感官分析 方法學 采用三點選配法(3-AFC)測定嗅覺和風味覺察閾值的一般導則[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008.

Effect of Methyl Position on Aroma Intensity of Methylvaleric Acids

LIU Yu-ping1，YIN De-cai1，LI Ning1,2，SUN Bao-guo1，CHEN Hai-tao1,*
(1. School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)

2-Methylvaleric acid, 3-methylvaleric acid and 4-methylvaleric acid are three isomers of methylvaleric acids and all of them can be used in food. Their aroma intensities are different. In this work, the aroma thresholds of the three methylvaleric acids were evaluated by 3-AFC test to be 63.49, 0.886 mg/kg and 0.713 mg/kg, respectively. Meanwhile, their aroma intensities were also compared with the determined values by electronic nose. Results showed that the aroma intensities of the three flavor compounds from strong to weak were 4-methylvaleric acid, 3-methylvaleric acid and 2-methylvaleric acid at identical concentrations of 10, 100 mg/kg and 1000 mg/kg. The determined results by both methods were consistent. Therefore, the position of the methyl group exhibited an obvious effect on aroma intensity of methylvaleric acids and the aroma intensity was increased with the increase of distance between the methyl group and the carboxyl group.

methylvaleric acid；aroma intensity；threshold；three alternative forced-choice test (3-AFC test)；best estimated threshold

TS207.3

A

1002-6630(2010)20-0325-04

2010-06-30

北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項目(20081D0500300127)

劉玉平(1969—)，男，副教授，碩士，主要從事香料化學研究。E-mail：liuyp@th.btbu.edu.cn

*通信作者：陳海濤(1973—)，男，高級工程師，碩士，主要從事香料化學研究。E-mail：chenht@th.btbu.edu.cn