,,,,*, ,

(1.北京工商大學分子感官科學實驗室,北京 100048； 2.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司,北京 100020)

三種市售牛奶巧克力氣味活性化合物的對比及其與感官知覺的關系

劉建彬1,劉夢婭1,何聰聰1,宋煥祿1,*,王冶2,郭佳2

(1.北京工商大學分子感官科學實驗室,北京 100048； 2.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司,北京 100020)

應用DHDA和頂空感官鑒評對三種市售牛奶巧克力的主要氣味活性化合物進行了鑒定和對比。共有23種主要氣味活性化合物被鑒定。定量數(shù)據及感官鑒評數(shù)據應用主成分分析法(PCA)進行了分析。結果表明,巧克力A除在己醛(青草香)、戊基呋喃(甜香)、三甲基吡嗪(堅果香)有較高濃度水平,其它化合物濃度水平都較其它兩種品牌巧克力都要低；巧克力C在2-壬酮(甜香、蜜香)、乙酸(酸香、尖刺)、四甲基吡嗪(烤香,焦香)、苯甲醛(苦杏仁香)、2-甲基丙酸(腐臭)、呋喃甲醇(藥香)、3-甲基丁酸(酸臭)、乙酸苯乙酯(花香、蜜香)、苯甲酸異戊酯(甜香、花香)這些化合物濃度指標上都比其它兩種品牌巧克力要高且較突出；而B巧克力的呈強烈黑巧克力香的3-甲基丁醛(麥芽香、可可香)含量尤為突出,且具有較高含量的二甲基吡嗪類(爆米花香)、糠醛(土豆香)、苯甲醇(藥香)、苯乙醇(玫瑰香)、苯并噻唑(橡膠味)、乙?；量?堅果香),其它的一些呈烤香、堅果香的物質含量也較高。結合感官鑒評數(shù)據進行相關性分析表明,在牛奶巧克力中,3-甲基丁醛、苯乙醇主要貢獻黑巧克力香韻,乙酸、2-甲基丙酸,3-甲基丁酸主要貢獻酸香韻,四甲基吡嗪、乙酸苯乙酯主要貢獻烤/堅果香韻。另外,清甜香韻和奶香韻與其它香韻有明顯負相關作用。

牛奶巧克力,氣味活性化合物,感官知覺,對比,主成分分析(PCA)

牛奶巧克力于1876年由Daniel Peter發(fā)明,自從商品化以后,占據著重要的巧克力市場[1]。牛奶巧克力由蔗糖、可可液、可可脂、乳粉、磷脂及增香劑經精磨、精煉、調溫等工藝制造而成,特別的原料和制造工藝造就了牛奶巧克力特別的風味。許多因素會影響牛奶巧克力的風味特征。原料方面,低含量的蔗糖會增加牛奶巧克力的烤香,而蔗糖含量過高會導致奶香、焦糖香的增加[2]。不同類型乳粉的使用也會導致牛奶巧克力風味的變化[3]。制造工藝方面,精煉和回火會明顯致使巧克力粒徑的減小和更細膩的口感[4],而基體的改變會導致氣味化合物更好的揮發(fā)[5]。氣味是組成食品風味特征的重要方面,不同的氣味特征造成了不同牛奶巧克力產品的特性,很大程度上影響了人們的消費選擇。氣味是由極少數(shù)揮發(fā)性氣味活性物質共同作用產生的,氣味特征的改變從根本上是由于這些化合物的變化而產生的。闡明氣味活性化合物的變化對于氣味的變化具有極大的指導作用。 但是,國內外關于牛奶巧克力氣味化合物的報道很少。僅有Petra Schnermann等[6]主要采取溶劑萃取的方法對牛奶巧克力中關鍵氣味化合物的鑒定。而且,關于牛奶巧克力中氣味活性化合物的定量研究,及其與感官知覺間的關系尚無報道。本文采用GC-MS,GC-O技術,對三種市售牛奶巧克力的主要氣味活性化合物進行鑒定、定量和對比分析。并通過感官鑒評評價其感官知覺。應用主成分分析法(PCA)進行分析得出兩者的相關性。探究分子組成與感官知覺之間的關系,為牛奶巧克力的風味設計提供指導,為巧克力產品分類鑒定提供可行的手段。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

三種品牌市售中等甜度牛奶巧克力(A,B,C) 均由中糧營養(yǎng)中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司提供；2-甲基-3-庚酮、C6-C22系列烷烴及相關香料標準品(表3) 均購自西格瑪公司；其它試劑(分析純)均購自北京化學試劑公司。

氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(7890A-7000B) 美國安捷倫公司；Sniffer 9000嗅聞儀 德祥科技有限公司；Atomx自動吹掃捕集濃縮儀 美國特利丹公司。

1.2吹掃捕集及動態(tài)頂空稀釋分析(DHDA)

2.0g巧克力樣品粉粹后,與1μL 2-甲基-3-庚酮(1.632μg/μL,溶于正戊烷)混合后放置于25mL頂空瓶中。動態(tài)頂空分析由一臺自動吹掃捕集濃縮儀進行,樣品瓶下50℃平衡40min后,在40mL/min氮氣流量下分別吹掃25、5、1、0.2min作為動態(tài)頂空稀釋分析。吹掃出的揮發(fā)性化合物經Tenax捕集阱富集濃縮。經5min干燥氮氣除水后250℃熱解析2min進入GC-MS系統(tǒng)進行分析。

1.3儀器條件

所有樣品經DB-WAX柱(30m × 0.32mm × 0.25m;Agilent)進行分析。柱溫箱升溫程序為：起始溫度40℃,保持3min,然后以5℃/min的升溫速度升溫到200℃,再以10℃/min的升溫速度升溫到230℃保持3min。載氣為(He),恒定流速為1.2mL/min,進樣口溫度250℃,壓力14.87psi。在質譜中,使用電子轟擊(electron impact,EI)離子源,電子能量70eV,傳輸線溫度280℃,離子源溫度為230℃,四極桿溫度為150℃,溶劑延遲設定為3min,質量掃描范圍m/z 55～500。嗅覺檢測器：接口溫度為200℃。為了防止實驗員鼻腔干燥,嗅評檢測時通入濕潤的氮氣。

1.4感官鑒評

按照GB/T-12313-1990[7]要求,感官鑒評小組由經過嗅聞訓練7名成員構成(3男4女)。為了避免口感對氣味知覺的影響,本實驗采取頂空鑒評法[8]。每次鑒評操作如下：2g巧克力樣品置于頂空瓶中密封,50℃水浴40min后,鼻孔緊湊瓶口深呼吸進行嗅評。氣味指標由訓練時商議產生,包括：黑巧克力香、奶香、烤香/堅果香、青/甜香、刺激/酸香,鑒評標準和相關標準物見表2。評分設五個標度從1～5表示氣味增強。四個樣品隨機編號,每個樣品評分三次取平均值。同一樣品同一指標任意平行二次評分相差不超過2個標度。

1.5香氣化合物的鑒定與定量

所有化合物的鑒定由NIST 2.0譜庫,標準化合物保留指數(shù)(RI)[9]以及嗅聞數(shù)據比對進行鑒定。為了確定含量,一系列含有所有主要氣味化合物的梯度稀釋液(10000、1000、100、10ppb)在平衡前添加到基體樣品中。每種化合物濃度根據所獲得的一系列峰面積標準曲線進行確定。2-甲基-3-庚酮添加到其中作為校正因子。每種樣品經三組平行計算取平均值。

1.6數(shù)據分析

獲得的三種巧克力的氣味化合物定量數(shù)據及感官鑒評數(shù)據均由SPSS 19(IBM)進行主成分分析(PCA)。

2 結果與討論

2.1主要氣味活性化合物的確定

本次共從三種牛奶巧克力中鑒定出25種主要氣味活性化合物,見表1。除了特別的2-戊基呋喃、苯甲酸異戊酯及苯并噻唑,其余化合物在以往可可產品氣味化合物鑒定中均有報道[6,10-14],這種差別由于不同的提取手段或吸附材料引起的。這些主要氣味化合物包括被描述為典型可可香、巧克力香的3-甲基丁醛；具有堅果香、烤香二甲基吡嗪類、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪及乙?；量?；呈酸香韻的乙酸、3-甲基丙酸、丁酸及3-甲基丁酸；呈甜香韻、花蜜香韻的2-壬酮、乙酸苯乙酯、苯甲酸異戊酯、苯乙醇；呈青香韻的己醛、壬醛。另外,其它氣味化合物1-辛烯-3酮(蘑菇香)、2,3-丁二酮(奶酪香)、呋喃甲醇(藥香)、苯甲醛(苦杏仁香)也在本次鑒定中被發(fā)現(xiàn)。這些化合物在三中牛奶巧克力中的DHDA 稀釋因子均≥5,是決定牛奶巧克力頂空氣味的主要氣味活性化合物。

在這些化合物中,3-甲基丁醛(麥芽香,可可香),2,3-丁二酮(奶酪香),己醛(青草香),1-辛烯-3-酮(蘑菇香),2,3-二甲基吡嗪(爆米花香),三甲基吡嗪(堅果香),乙酸(酸香,尖刺),四甲基吡嗪(烤香,焦香),苯甲醛(苦杏仁香),3-甲基丁酸(酸臭),乙酸苯乙酯(蜜香,花香)在DHDA稀釋因子25～125,被認為對牛奶巧克力沖擊性氣味有重要的貢獻。特別的,由于2,3-丁二酮,1-辛烯-3-酮極低的濃度和閾值[12],在總離子流色譜圖中沒有峰被發(fā)現(xiàn),所以無法進行定量分析。

表1 采用動態(tài)頂空稀釋分析法從三種牛奶巧克力中鑒定出的主要氣味活性化合物

2.2感官鑒評

對三種品牌牛奶巧克力的五個氣味指標進行感官鑒評。經過排除無效數(shù)據取平均值得出各巧克力的香氣感官鑒評結果。作香氣輪廓雷達圖如圖1所示。A,B,C三種品牌巧克力的氣味輪廓有著顯著的差異。由圖中可以清晰地看出：B品牌巧克力具有比較突出的黑巧克力香,但奶香與清甜香較弱,體現(xiàn)出其黑巧克力香濃郁而牛奶氣味不足的特點；C巧克力具有較強的烤香/堅果香、酸香與清甜香,整體氣味輪廓有著比較平衡的特點；A品牌巧克力只有奶香及清甜香相對比較突出,整體氣味較淡。這些香韻的差異會直接對巧克力的風味特征,對消費者接受度產生影響。而且,這些風味差異是由它們之間不同的氣味化合物含量引起的。

圖1 三種牛奶巧克力氣味輪廓雷達圖

2.3氣味物質定量比較

由于2,3-丁二酮,1-辛烯-3-酮這兩種化合物在總離子流圖中沒有峰被發(fā)現(xiàn),無法進行定量。應用標準化合物標準曲線對除這兩種物質以外的23種氣味活性化合物進行定量。結果見表3,每組數(shù)據均是3次平行實驗的平均值。可以得出,巧克力A除在己醛(青草香,129.～2287ppb)、戊基呋喃(甜香,98.7～249.5ppb)、三甲基吡嗪(堅果香,82.5～112.7ppb)有較高濃度水平,其它化合物濃度水平較其它兩種品牌巧克力都要低；巧克力C在2-壬酮(甜香、蜜香,37.3～163.4ppb)、乙酸(酸香、尖刺,785～74056.1ppb)、四甲基吡嗪(烤香,焦香,474.8～528.5ppb)、苯甲醛(苦杏仁香,110.5～340.8ppb)、2-甲基丙酸(腐臭,25.8～137.9ppb)、呋喃甲醇(藥香,81.8～100.6ppb)、3-甲基丁酸(酸臭,348.0～518.4ppb)、乙酸苯乙酯(花香、蜜香,33.4～33.6ppb)、苯甲酸異戊酯(甜香、花香,26.2～42.0ppb)這些化合物濃度上都比其它兩種品牌巧克力要高；而B巧克力的呈強烈黑巧克力香的3-甲基丁醛(麥芽香、可可香,111.0～200.0ppb)含量尤為突出,且具有較高含量的二甲基吡嗪類(爆米花香,19.0～112.3ppb)、糠醛(土豆香,18.0～141.6ppb)、苯甲醇(藥香,33.0～33.7ppb)、苯乙醇(玫瑰香,46.0～87.7ppb)、苯并噻唑(橡膠味,2.8～109.4ppb)、乙酰基吡咯(堅果香,36.7～38.8ppb),其它的一些呈烤香、堅果香的物質含量也較高。

表2 感官鑒評指標

表3 主要氣味活性化合物的含量

利用主成分分析(PCA)對23種定量化合物進行分析得出的PCA雙標圖(圖2)可以很清晰的得出氣味化合物與三種巧克力的差異關系。其中,PC1占有58.66%的差異度,PC2占有39.4%的差異度。由圖可知,三種巧克力氣味化合物有著明顯的差異且相同品牌的巧克力在圖中落到了同一區(qū)域。在氣味化合物上,根據樣品與物質之間的角度關系,己醛、戊基呋喃、三甲基吡嗪含量與A巧克力正相關(呈銳角)；丁酸、乙酰基吡咯、苯甲醇、2,5-二甲基吡嗪、苯乙醇、3-甲基丁醛與巧克力B正相關；3-甲基丁酸、苯甲酸異戊酯、呋喃甲醇、四甲基吡嗪、乙酸苯乙酯與巧克力C正相關。值得注意的是,巧克力B與C之間的化合物2,3,-二甲基吡嗪、糠醛、苯并噻唑、苯酚與B品牌巧克力的相對角度更小,從而體現(xiàn)出與巧克力B更大的正相關,相同的,乙酸、2-甲基丙酸、苯甲醛體現(xiàn)出與巧克力C更大的正相關。而2-壬酮體現(xiàn)出與巧克力A、C都比較大的相關性(角度相同)。三種巧克力氣味活性化合物有明顯的群集性的區(qū)別關系,這為進一步對與感官知覺的關系的描述提供了數(shù)據線索。

圖2 三種牛奶巧克力中 主要氣味化合物含量主成分分析載荷圖

2.4主要氣味化合物與感官知覺的關系

將三種巧克力的氣味化合物定量數(shù)據與感官數(shù)據結合經主成分分析(PCA)作圖如圖3所示。由圖可知,牛奶巧克力的烤香/堅果香香韻主要與四甲基吡嗪、苯甲酸異戊酯、乙酸苯乙酯、呋喃甲醇、3-甲基丁酸落在坐標系同一區(qū)域,有明顯正相關。而且,這些物質還與清甜香有正相關關系,可以推測,這些物質含量的改變將直接影響牛奶巧克力清甜香與烤/堅果香之間的轉變。C品牌牛奶巧克力有著最明顯的酸香,而由圖3可知,在牛奶巧克力中,酸香與其中的乙酸、2-甲基丙酸和3-甲基丁酸有極大的相關性。同時,苯甲醛也落在這一區(qū)域,它的含量也對酸香韻有影響。黑巧克力香是巧克力中最重要的香韻,由數(shù)據可知,此香韻主要與3-甲基丁醛與苯乙醇有關,而且,2,5-二甲基吡嗪、2,3,-二甲基吡嗪、丁酸、糠醛的含量也對黑巧克力香韻有重要的影響。

各種香韻有著很明顯的相互作用。奶香韻顯示只與2-壬酮的含量相關。但是,牛奶巧克力的奶香韻依次與黑巧克力香韻、酸香韻、烤/堅果香韻、清甜香韻呈負相關作用,即后者香韻的減弱會導致前者香韻的增強。

圖3 三種牛奶巧克力氣味化合物 與感官知覺主成分分析載荷圖

3 結論

三種市售牛奶巧克力無論從氣味活性化合物和感官知覺上都有著明顯的區(qū)別。巧克力B主要由黑巧克力香韻濃郁的特點,巧克力C烤香/堅果香、酸香、清甜香均較強。物質水平上,黑巧克力香韻主要由3-甲基丁醛與苯乙醇貢獻；烤/堅果香主要由四甲基吡嗪、乙酸苯乙酯、3-甲基丁酸貢獻；酸香主要由乙酸與2-甲基丁酸貢獻；清甜香與奶香主要由其它香韻交互產生。其它物質如二甲基吡嗪類、2-壬酮、苯甲醛、糠醛、苯甲醇、乙酰基吡咯的含量的改變會對香韻產生影響,導致不同香韻互相的轉變。這些數(shù)據很好地體現(xiàn)了牛奶巧克力中氣味物質-感官知覺之間的量效關系。

[1]屠用利. 影響牛奶巧克力風味的因素[J]. 食品工業(yè),2001,22(6):14-16.

[2]Guinard J X,Mazzucchelli R. Effects of sugar and fat on the sensory properties of milk chocolate:descriptive analysis and instrumental measurements[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,1999,79(11):1331-1339.

[3]Liang B,Hartel R W. Effects of milk powders in milk chocolate[J]. Journal of Dairy Science,2004,87(1):20-31.

[4]Rokudai M. Influence of shearing history on the rheological properties and processability of branched polymers. I[J]. Journal of Applied Polymer Science,1979,23(2):463-471.

[6]Schnermann P,Schieberle P. Evaluation of key odorants in milk chocolate and cocoa mass by aroma extract dilution analyses[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1997,45(3):867-872.

[7]GB/T 12313-1990,感官分析方法-風味剖面檢驗[S].北京：中國標準出版社.

[8]Plumas B,Hashim L,Chaveron H. Measurement of the olfactive intensity of chocolates by differential olfactometry[J]. Food Control,1996,7(3):117-120.

[9]Yang C,Luo L,Zhang H,etal. Common aroma-active components of propolis from 23 regions of China[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2010,90(7):1268-1282.

[10]Counet C,Callemien D,Ouwerx C,etal. Use of gas chromatography-olfactometry to identify key odorant compounds in dark chocolate. Comparison of samples before and after conching[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2002,50(8):2385-2391.

[11]Afoakwa E O,Paterson A,Fowler M,etal. Matrix effects on flavour volatiles release in dark chocolates varying in particle size distribution and fat content using GC-mass spectrometry and GC-olfactometry[J]. Food Chemistry,2009,113(1):208-215.

[12]Misnawi,Ariza B T S. Use of Gas Chromatography-Olfactometry in combination with Solid Phase Micro Extraction for cocoa liquor aroma analysis[J]. International Food Research Journal,2011,18:829-835.

[13]Counet C,Ouwerx C,Rosoux D,etal. Relationship between procyanidin and flavor contents of cocoa liquors from different origins[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52(20):6243-6249.

[14]Frauendorfer F,Schieberle P. Identification of the key aroma compounds in cocoa powder based on molecular sensory correlations[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2006,54(15):5521-5529.

[15]Song H,Cadwallader K R. Aroma components of American country ham[J]. Journal of Food Science,2008,73(1):C29-C35.

Comparison of aroma-active compounds among three types of commercial milk chocolate:relationship to sensory perception

LIUJian-bin1,LIUMeng-ya1,HECong-cong1,SONGHuan-lu1,*,WANGYe2,GUOJia2

(1. Laboratory of Molecular Sensory Science,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China; 2. COFCO Nutrition and Health Research Institute Co.,Ltd,Beijing 100020,China)

Applied of dynamic headspace dilution analysis(DHDA)and headspace sensory evaluation,the prominent aroma-active compounds of three types of commercial milk chocolate were identified and compared. A total of 23 odorants were identified. All the data obtained from the quantification and sensory evaluation was analyzed by principal component analysis(PCA). The results showed that chocolate A had the relatively higher content of hexanal(grassy),furan,2-pentyl-(sweety),Pyrazine and trimethyl-(nutty),while chocolate B had the higher content of 2-methyl butanal(cocoa-like),pyrazine,-dimethyl(popcorn-like),furfural(potato-like),benzyl alcohol(medicine-like),phenethyl alcohol(rosy),benzothiazole(rubber-like)and acetylpyrrole,(nutty). Chocolate C predominated in the content of 2-methyl butyric acid(fecal),isoamyl benzoate(sweety,honey-like),furfuryl alcohol(medicine-like),tetramethylpyrazine(roast-like)and phenethyl acetate(honey-like,floral). The correlation analysis showed that 2-methyl butanal and benzyl alcohol mainly contribute to the chocolate-like aroma of milk chocolate,while acetic acid,2-methyl propionic acid and 3-methyl butyric acid mainly contribute the acid-like aroma,tetramethylpyrazine and phenethyl acetate mainly contribute to roast-like/nutty flavor. In addition,the intensity of sweety and milky of milk chocolate exhibited a noteworthy negative correlation compared to other note.

milk chocolate;aroma-active compounds;sensory perception;comparison;principal component analysis(PCA)

2013-07-15 *通訊聯(lián)系人

劉建彬(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：食品風味化學。

TS274

：A

：1002-0306(2014)01-0299-05