樊 艷 姚軼俊 王 博 李浩麗 王立峰

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210023)

超微粉碎技術主要是通過物理手段(利用機械或流體動力)改變物質的特性，使物料的粒徑達到10～25 um的超微米水平[1，2]。該技術在食品領域的研究起步較晚，經(jīng)過超微粉碎后的食品通常在色香味形等各方面品質都有所提升[3]。在谷物應用中， Rosa等[4]使用超微粉碎技術改善麩皮抗氧化的應用價值， Niu等[5]研究超微粉技術對全麥香氣和面條產(chǎn)品的特性影響，結果表明超微粉碎可以顯著減小全麥面粉的粒徑，提高其產(chǎn)品的質量。任順成等[6]研究發(fā)現(xiàn)，蕎麥麩皮經(jīng)超微粉碎后粒徑小，粉體均勻性好，可用于功能性食品的開發(fā)。梅新等[7]研究表明，富含膳食纖維的產(chǎn)品經(jīng)超微粉碎后膳食纖維微粉較原粉其持油力、持水力、膨脹力等物理性質均有較大提高，結合水力降低，具有更好的口感和吸收性，食品營養(yǎng)更豐富。

固相微萃取(SPME)與氣質聯(lián)用儀(GC-MS)法具有樣品前處理簡單、快速、靈敏度高、無需溶劑和適用范圍廣等優(yōu)點[8]，是目前測定目標物中揮發(fā)性成分的常用方法。林家永等[9]采用HS-SPME/GC-MS技術測定了稻谷的揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)其主要成分是醇類、醛類、酮類、酯類、烴類、有機酸類和雜環(huán)類化合物。胡麗花等[10]采用固相微萃取-氣質聯(lián)用比較饅頭和面包中風味物質的差異，結果表明醛類、酮類、醇類、酯類、苯類、雜環(huán)類和烴類是兩者共有的揮發(fā)性成分，面包中檢測到2種有機酸是饅頭里不含的。Bryant等[11]對7種香米和2種非香米進行了分析鑒定，在檢測出的93中揮發(fā)性物質，其中有64種鮮見報道。黃亞偉等[12]用HS-SPME/GC-MS對6種五常大米的氣味進行了分析比較，結果發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性物質的不同導致了這6種大米存在較大的風味差異。然而目前對超微粉碎樣品的風味成分分析還鮮見文獻報道，本實驗采用固相微萃取-氣質聯(lián)用對4種經(jīng)超微粉碎技術獲得的雜糧粉進行揮發(fā)性成分的檢測研究，以期為產(chǎn)品的后續(xù)加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

北青3號青稞、大三棱蕎麥、天津紅紅豆、遼寧5號薏苡。

1.2 儀器與設備

7890A-5975C氣質聯(lián)用分析儀；固相微萃取裝置：MPS多功能樣品處理平臺；萃取頭：50/30 μm DVB/CAR/PDMS；頂空瓶：20 mL；J-50超微粉碎儀。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

將4種雜糧(青稞、紅豆、蕎麥、薏苡)磨成粗粉并烘干至水分低于5%備用。開啟氣流粉碎機，調節(jié)氣壓至1 MPa，將粗粉放入自動喂料器，喂料速度0.5 kg/h，等待粉碎完成并收集樣品。

1.3.2 固相微萃取

稱取3 g待測樣品置于20 mL頂空瓶內，后按編輯好的序列依序放于MPS對應的樣品盤上，序列運行時，MPS保溫箱溫度升至設定溫度80 ℃并平衡10 min后，機械臂抓樣品瓶置保溫箱內進行萃取，40 min后萃取頭在機械臂的帶動下移到GC前進樣口，在250 ℃解析180 s，后萃取頭隨機械臂移到GC后進樣口在260 ℃下老化30min。

1.3.3 氣質聯(lián)用測定條件

色譜條件：載氣為He(高純，≥99.999%)，流速1.0mL/min；進樣口溫度為250 ℃，不分流進樣；DB-5MS石英毛細管柱(30 m×250 μm×0.25 μm，美國Agilent公司)，程序升溫為初溫60 ℃保持4 min，以5 ℃/min升至200 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升至240 ℃，保持5 min，后運行溫度260 ℃，2 min。

質譜條件：氣相和質譜接口溫度為280 ℃，離子源為EI，離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度為150 ℃，電子能量為70 eV，采集模式為全掃描，掃描質量范圍為30～450 amu。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理由Agilent軟件MSD ChemStation E.02.01.1177完成，利用NIST08.L譜庫對各組分峰的MS圖譜進行檢索，將可能的結果與檢測圖譜作比較，并結合色譜峰保留規(guī)律和譜圖解析對各組分峰加以確認，采用峰面積歸一化法進行相對含量的定量，用EXCEL 2007和OriginPro9.0處理數(shù)據(jù)。為確保定量的準確性，用MSD ChemStation中的性能報告計算得到各組份的分離度R，計算公式：

式中：(2.35/2)為性能報告中使用的分離度的計算系數(shù)；tR1為組分1的保留時間；tR2為組分2的保留時間；W1為組分1的半峰寬；W2為組分2的半峰寬。

2 結果與討論

2.1 SPME測定條件優(yōu)化

選擇萃取溫度(50、60、70、80、90 ℃)，平衡時間(5、10、20、40、60 min)，萃取時間(10、25、40、55、70 min)，解析時間(120、180、300、360、420 s)分別考察其對總峰面積的影響。結果顯示(圖1)，80 ℃之前隨著萃取溫度升高，總峰面積增加，80 ℃時達到最大，隨后又開始下降，這與文獻報道一致。SPME是一個動態(tài)平衡的過程，萃取效率與待測物質在各相之間的分配系數(shù)有關，萃取溫度過低，使得揮發(fā)性物質不能很好被萃取出來，造成揮發(fā)性物質含量偏低，數(shù)量偏少[13]，在一定的溫度范圍內，當萃取溫度升高時，揮發(fā)性物質釋放出來的物質和總豐度隨之增多，當溫度過高時，萃取頭的分配系數(shù)降低，固相吸附量減小[9,12]。

圖1 SPME測定條件對總峰面積的影響

待測樣品在加熱后位于頂空瓶上端的氣相部分，其各組分的分壓不僅會隨溫度變動，而且還與平衡時間相關[9,14-16]，結果顯示總峰面積在10、40 min兩個平衡時間點都處于峰谷處，但從趨勢走向來判斷，10 min是總峰面積最大的平衡時間點。

由于萃取時間會受到待分析物的分配系數(shù)、物質的擴散速率等多因素影響[14-17]，影響目標物在涂層中的平衡，延長萃取時間有利于達到平衡，因此本實驗還對萃取時間進行了優(yōu)化，結果表明總峰面積隨著萃取時間的增加而增加，40 min時達到最大值，之后開始呈下降趨勢并逐漸趨于平緩，這可能是因為萃取時間過長，競爭吸附會造成小分子物質的脫附[18]。

解析時間影響方法的靈敏性，解析不完全會對下個樣品造成污染，而解析時間過長，又會影響萃取頭的壽命，故選擇最佳的解析時間具有重要的意義[12]。結果表明總峰面積在180、360 s都處于峰谷處，但從趨勢的走向來判斷，180 s時是總峰面積最大的解析時間點。綜上所述，本實驗的最佳條件為：萃取溫度80 ℃，平衡時間10 min，萃取時間40 min，解析時間180 s。

2.2 精密度實驗

結合GC-MS對4種超微粉碎雜糧粉(紅豆、青稞、蕎麥和薏苡)分別重復測試6次。由表1可知，總峰面積的相對標準偏差為1.89%～5.05%，說明本方法具有較好的精密度。

表1 4種超微粉碎雜糧粉揮發(fā)性成分精密度實驗(n=6)

注：總峰面積沒有扣除硅氧化合物和空白樣品的面積。

2.3 揮發(fā)成分的鑒定和分析

分析4種超微粉碎雜糧粉(紅豆、青稞、蕎麥和薏苡)中的揮發(fā)性成分，得到總離子流色譜圖(圖2)和部分組分的質譜圖(圖3)，可以看出樣品成分復雜。另外，空白樣品在TIC圖上也有顯示物質，在計算相對含量時對應保留時間將其扣除。

表2列出了11種超微粉碎雜糧粉的11種共有揮發(fā)性成分的分離度，基本都在1.0以上，分離度達到98%。

圖2 4種超微粉碎雜糧粉的揮發(fā)性成分的總離子流色譜(TIC)圖

組分名稱青稞蕎麥紅豆薏苡壬醛1.191.251.231.34正十二烷1.241.351.221.16癸醛1.571.581.531.451-甲基萘1.401.331.511.562,3-二甲基萘1.181.221.241.303’-甲氧基-2,2’-二硝基苯乙炔0.960.981.011.01(Z)-6,10-二甲基-5,9-十一碳烯-2-酮1.130.781.061.102,6-二叔丁基對甲酚1.551.671.691.60環(huán)十四烷0.951.001.011.02棕櫚酸甲酯16.1514.8517.366.20棕櫚酸乙酯18.2416.8920.0718.74

根據(jù)公式：

測定各樣品組分峰質量分數(shù)，結果如表3所示。

圖3 部分組分的質譜圖

類別化合物青稞蕎麥紅豆薏苡含量匹配度含量匹配度含量匹配度含量匹配度有機酸類醇類2-氨基-5-甲基苯甲酸--3.05810.1181--醇類4-甲基-1-戊醇0.4672------正己醇0.58720.9772--2.1678叔十六硫醇0.6872----0.58802-乙基己醇--0.9482----(1α,2β,5α)-5-甲基-2-(1-甲基乙基)-環(huán)己醇--0.2180----反式-2-十二烯-1-醇--5.0383----4,7,7-三甲基雙環(huán)[4.1.0]庚烷-3-醇--1.7286----1,14-二十二烷二醇--0.9289----1-二十八烷醇--0.1680----苯乙醇----0.6294--十一醇----5.3382--Z,Z-2,13-十八碳二烯-1-醇----2.8674--[1R-(1α,3β,4α,6α)]-4,7,7-三甲基-雙環(huán)[4.1.0]庚烷-3-醇----1.6081--苯甲醇------0.4980反式-2-十二烯-1-醇------3.15801-十六烷醇------2.29742-乙基-2-甲基十三醇------0.1891醛類苯甲醛0.3290------壬醛7.09841.88824.90829.1487反式-2-壬醛0.9972------癸醛1.52871.14841.25831.6291(Z)-7-十六碳烯醛----3.2790--硬尾醛----0.6190--反式-2-癸烯醛------1.3974酮類3,5-辛二烯-2-酮2.9695--3.2970--(Z)-6,10-二甲基-5,9-十一碳烯-2-酮2.56922.78872.70832.3987環(huán)三癸酮------2.33804-甲基-7-丙-2-基-1,3,4,5,6,7,8-八氫萘-2-酮------1.0581酯類2-氯乙酸壬酯3.9991------6-十四磺酸鈉丁酯0.6474------乙酸正十七烷基酯2.0390------亞硫酸,十八烷基2-丙酯0.7788------鄰苯二甲酸正丁異辛酯1.0790------棕櫚酸甲酯0.23860.75940.35910.4383棕櫚酸乙酯0.22930.80930.43810.5487五氟丙酸壬酯--11.8083--3.93862-溴乙酸癸酯--1.0291----草酸-6-乙基-3-基異丁基酯--0.4982----五氟丙酸十一酯--0.6082----七氟丁酸,正十四酯--2.3086----五氟丙酸十五酯--1.7284--1.3778五氟丙酸非癸酯--0.35830.5683--鄰苯二甲酸酯--0.99861.9286--14-十八碳烯酸甲酯--0.2089----油酸乙酯--0.2091----1,1,2-三甲基-2-亞硝基丙基碳酸乙酯----1.7478--三氯乙酸十一酯----0.4576--雙(6-乙基-3-基)草酸酯----0.5983--亞硫酸丁基十一酯----1.4686--七氟丁酸十五烷酯----2.2586--11,13-二甲基-12-十四烷-1-乙酸乙酯----0.88930.7189亞硫酸丁基庚酯----3.0374--

續(xù)表3

續(xù)表3

注：相對含量是扣除空白樣品和硅氧化合物后計算得到的；-表明未檢出或質量分數(shù)<0.1%。

注：1為有機酸類；2為飽和烷烴類；3為不飽和烴類；4為雜環(huán)類和其他化合物。圖4 4種超微粉碎雜糧粉中各類風味化合物的相對含量

由表3和圖4可知，青稞中共檢測到48種組分，其中不飽和烴類(35.0%)、雜環(huán)類和其他化合物(16.3%)以及飽和烷烴類(12.3%)是主要成分；蕎麥共檢測到50種風味化合物，主要組分為雜環(huán)類和其他化合物27.1%、酯類21.3%、苯環(huán)類13.2%；紅豆中共檢測到46種風味成分，雜環(huán)類和其他化合物24.5%、苯環(huán)類16.3%、不飽和烴類15.6%和酯類12.4%為主要風味化合物；薏苡中共檢測到47種組分，主要組分為雜環(huán)類和其他化合物24.3%、酯類20.1%、苯環(huán)類12.3%和醛類12.1%。由表3可知，本實驗從青稞、蕎麥、紅豆和薏苡4 種超微粉碎雜糧粉中共鑒定出127種揮發(fā)性成分，其中，酯類29種、雜環(huán)類和其他化合物21種、不飽和烴類20種、醇類17種、飽和烷烴類17種、苯環(huán)類9種、醛類7種、酮類4種、醚類3種、有機酸類1種；共有的揮發(fā)性風味物質有11種，分別是壬醛、癸醛、(Z)-6,10-二甲基-5,9-十一碳烯-2-酮、棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯、正十二烷、環(huán)十四烷、3’-甲氧基-2,2’-二硝基苯乙炔、2,6-二叔丁基對甲酚、1-甲基萘、2,3-二甲基萘，絕大多數(shù)組分的匹配度超過80%，其余也多在70%以上。

3 結論

比較萃取溫度、平衡時間、萃取時間和解析時間4個單因素對超微粉碎雜糧粉中揮發(fā)性成分的影響，得出最佳SPME條件為萃取溫度80 ℃、平衡時間10 min、萃取時間40 min、解析時間180 s。用GC-MS從青稞、蕎麥、紅豆和薏苡4 種超微粉碎雜糧粉中檢測到并鑒定出的揮發(fā)性成分共127種，雜環(huán)類和其他化合物(92.2%)含量最高，其次是酯類(53.8%)、苯環(huán)類(41.8%)化合物。其中共有的揮發(fā)性風味物質有11種，分別是壬醛、癸醛、(Z)-6,10-二甲基-5,9-十一碳烯-2-酮、棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯、正十二烷、環(huán)十四烷、3’-甲氧基-2,2’-二硝基苯乙炔、2,6-二叔丁基對甲酚、1-甲基萘、2,3-二甲基萘。

實驗結果表明不同品種的雜糧經(jīng)超微粉碎制得到的雜糧粉既有總體相似度，又存在個體差異，后期可將SPME/GC-MS分析技術將分析對象擴大至同一品種不同產(chǎn)地或不同品類的揮發(fā)性成分比較。