張康逸，孫嘉卿，張 燦，馮 濤?

（1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南 鄭州 450002；2. 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418）

青麥仁是已經(jīng)生長(zhǎng)飽滿、處于乳熟期的嫩小麥粒。碧綠鮮亮，富有嚼勁，有青澀新鮮的麥香味，并且含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、葉綠素和α、β兩種淀粉酶，多種營(yíng)養(yǎng)成分高于成熟小麥，是一種綠色健康食品，有助人體消化、降低血糖的功能[1]。近年來(lái)對(duì)谷物的攝取受到廣泛的關(guān)注，但目前我國(guó)居民人均谷物攝取量偏低[2]。其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場(chǎng)前景廣受各界的關(guān)注，具有良好的發(fā)展前景[3]。目前市場(chǎng)上多為對(duì)青麥仁面包[4]、面條[5]品質(zhì)以及不同加工工藝[6]風(fēng)味以及酶解技術(shù)[7]的研究，且研究對(duì)象多為青麥仁粉，主要關(guān)注在青麥仁制品的品質(zhì)改良等方面的研究[8]，相對(duì)其他作物而言，對(duì)青麥仁的研究較為單一，尤其是針對(duì)不同處理方式產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)的對(duì)比分析研究較少，本文通過(guò)對(duì)比不同處理方式下青麥仁的風(fēng)味變化，對(duì)今后更優(yōu)化的青麥仁風(fēng)味產(chǎn)品提供新的方向。

氣相色譜-離子遷移譜法（GC-IMS）是近年來(lái)在新興技術(shù)領(lǐng)域興起的熱度較高的氣相分離檢測(cè)技術(shù)[9]，該技術(shù)結(jié)合了氣相色譜的高分離能力和離子遷移率光譜（IMS）的快速響應(yīng)、高靈敏度、大氣壓下室溫下即可進(jìn)行、無(wú)需進(jìn)行預(yù)處理即可提供快速分析，和可變體積進(jìn)樣的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了氣相色譜的低鑒別能力[10]。在食品檢測(cè)、鑒別[11]、溯源、分級(jí)[12]等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅速。前人已經(jīng)采用許多方法對(duì)青麥仁的風(fēng)味做過(guò)一些研究[13]，但是將GC-IMS技術(shù)用來(lái)表征不同處理方式下的青麥仁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)用的青麥仁采摘時(shí)間、采摘成熟度相似，保存方法為冷藏。其不同處理方式見(jiàn)表1。

表1 青麥仁樣品Table 1 Green wheat kernel sample

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec?風(fēng)味分析儀、GCMS（5975C-7890 A）氣質(zhì)聯(lián)用儀、G4513A16位自動(dòng)進(jìn)樣塔：美國(guó)安捷倫科技有限公司；50/20 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭：美國(guó)色譜科公司；MP5002電子天平：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋：金壇市醫(yī)療儀器廠；2-辛醇：上海源葉生物科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 GC-IMS測(cè)定條件

頂空進(jìn)樣條件：頂空孵化溫度：40 ℃；孵化時(shí)間：15 min；頂空進(jìn)樣針溫度：45 ℃；進(jìn)樣量：500 uL；孵化轉(zhuǎn)速：500 rpm。

GC-IMS條件：色譜柱類(lèi)型：FS-SE-54-CB-1 15 m ID: 0.53 mm；柱溫：60 ℃；漂移氣（高純N2，純度≥99.999%）；流速：150 mL/min；IMS探測(cè)器溫度：45 ℃。

樣品前處理：稱(chēng)取2 g樣品，置于20 mL頂空瓶中，40 ℃孵育15 min后進(jìn)樣。

1.3.2 GC-MS測(cè)定條件

樣品前處理：稱(chēng)取不同處理的青麥仁樣品各6 g，置于30 mL棕色螺口固相微萃取樣品瓶中，放入80 ℃恒溫水浴鍋中平衡20 min；同時(shí)，將固相微萃取頭插入 GC-MS儀的進(jìn)樣口中，在250 ℃條件下老化20 min。然后再將萃取頭插入平衡好的樣品瓶中，在80 ℃恒溫水浴條件下吸附 50 min后取出，插入氣相色譜進(jìn)樣口，解吸6 min。

1.3.3 GC-MS分析條件

色譜條件：色譜毛細(xì)管柱為DB-5MS（60 mm×0.32 mm，1 μm）；色譜柱起始溫度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min的升溫速率升至180 ℃，再以 10 ℃/min的升溫速率升至 250 ℃，并保持10 min。載氣為氦氣，載氣流量為 0.8 mL/min，壓力為3.29×104Pa，進(jìn)樣口溫度為250 ℃，運(yùn)行時(shí)間47 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊（electron impact，IE）離子源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級(jí)桿溫度為 150 ℃，質(zhì)量掃描范圍為 35～450 m/z，溶劑延遲3 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用功能軟件 Laboratory Analytical Viewer和分析軟件和三款插件 Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA以及GC×IMS Library Search對(duì)圖譜進(jìn)行差異分析，通過(guò)內(nèi)置的NIST 2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)與G.A.S的IMS遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)二維定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-IMS檢測(cè)下不同處理方式青麥仁樣品中的風(fēng)味差異

不同處理方式的青麥仁的GC-IMS圖譜見(jiàn)圖1，縱坐標(biāo)代表氣相色譜的保留時(shí)間，橫坐標(biāo)代表離子遷移時(shí)間，橫坐標(biāo)1.0處豎線為RIP峰（反應(yīng)離子峰，經(jīng)歸一化處理）。RIP峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物，顏色越深表示濃度越大。結(jié)合以上說(shuō)明及GC-IMS二維俯視圖可以對(duì)不同樣品之間的揮發(fā)性物質(zhì)組成進(jìn)行直觀比較。與對(duì)照青麥仁相比，清洗青麥仁樣品的風(fēng)味譜圖和其較為相似，風(fēng)味物質(zhì)濃度相差不大；譜圖較為相似的漂燙、預(yù)冷、速凍三種處理方式下的青麥仁樣品有了變化，少數(shù)風(fēng)味物質(zhì)濃度有所增加，但對(duì)風(fēng)味的影響相對(duì)較??；蒸、煮、凍干處理后的青麥仁風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)以及濃度稍有減少；炒制和凍干樣品的譜圖中，揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)最為豐富、與其他處理方式的青麥仁差異最大，最為明顯。

2.2 GC-IMS檢測(cè)下不同處理方式青麥仁樣品風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜對(duì)比

為了更具體直觀表現(xiàn)不同樣品、不同過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律和相對(duì)含量的比較，我們借助 Gallery Plot插件來(lái)繪制揮發(fā)性物質(zhì)的指紋譜圖，直觀且定量地比較不同樣品之間的揮發(fā)性有機(jī)物差異。

圖 2中每一行代表一個(gè)樣品中選取的全部信號(hào)峰，圖中每一列代表同一揮發(fā)性有機(jī)物在不同樣品中的信號(hào)峰。從圖中可以看出每種樣品的完整揮發(fā)性有機(jī)物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機(jī)物的差異。不同樣品的風(fēng)味物質(zhì)變化在Gallery Plot指紋譜圖更加明顯，每一列是不同樣品中的一種風(fēng)味物質(zhì)，顏色深淺代表濃度高低，通過(guò)縱向的比較，不同風(fēng)味物質(zhì)濃度呈現(xiàn)一定的規(guī)律，非常直觀。青麥仁中部分風(fēng)味物質(zhì)未準(zhǔn)確定性，我們以阿拉伯?dāng)?shù)字順序編號(hào)并放于最后。主要對(duì)已準(zhǔn)確定性的44種揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，我們把這些物質(zhì)按照醇、醛、酮等進(jìn)行分類(lèi)，相同種類(lèi)的物質(zhì)放在一起，以便分析不同加工過(guò)程中，樣品中的風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律。

如圖 2A框可以看到，在不同處理方式下青麥仁中醇類(lèi)物質(zhì)含量較多，如1-辛烯-3-醇、2-丙醇、戊醇等，尤其是對(duì)照青麥仁和清洗青麥仁的醇類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)和含量最為相近，與上文結(jié)論相符，經(jīng)蒸、煮、炒制以及凍干處理后醇類(lèi)物質(zhì)含量明顯減少。如圖2B框所示，醛類(lèi)物質(zhì)如丁醛、反-2-庚烯醛、反，反-2，4-庚二烯醛等物質(zhì)在凍干青麥仁樣品中濃度最高，在蒸煮的處理方式下含量最少。如圖 2C框所示，酮類(lèi)物質(zhì)如 2-庚酮、環(huán)己酮等在對(duì)照和清洗青麥仁中含量最多，經(jīng)蒸煮以及炒制、凍干處理后明顯減少。如圖 2D框所示，乙酸乙酯，乙酸丁酯、乙酸異戊酯等酯類(lèi)物質(zhì)在速凍處理中含量最多，經(jīng)蒸、煮、炒制、凍干處理后較少。青麥仁樣品中醇、醛及酯類(lèi)風(fēng)味物質(zhì)的變化與青豆樣品類(lèi)似。不同的是酮類(lèi)物質(zhì)，可能由于青麥仁本身酮類(lèi)物質(zhì)的含量就較高，所以炒制樣品的酮類(lèi)物質(zhì)樣品點(diǎn)的顏色并不深。

圖2 不同處理方式的青麥仁樣品Gallery Plot指紋譜圖Fig.2 Gallery plot fingerprint of Green wheat kernel samples with different treatment methods

2.3 GC-MS 和GC-IMS兩種不同檢測(cè)方式下不同處理方式青麥仁樣品風(fēng)味物質(zhì)對(duì)比

表2，3分別為GC-IMS和GC-MS所分析出的9種不同處理方式下的青麥仁的主要風(fēng)味物質(zhì)。

通過(guò)對(duì)比分析不同處理方式下青麥仁的共有風(fēng)味物質(zhì)，由圖3韋恩圖發(fā)現(xiàn)，GC-MS和GC-IMS共同檢測(cè)出的風(fēng)味物質(zhì)一般為4～7種，多為正己醛、苯甲醛、壬醛、庚醛、反-2-辛烯醛等醛類(lèi)化合物，推測(cè)其為青麥仁的主要風(fēng)味物質(zhì)。具體的：正己醛和反-2-辛烯醛為除了速凍方式外，其他八種處理方式在兩種檢測(cè)方法下均檢測(cè)到的風(fēng)味物質(zhì)；除了煮和凍干外，其他七種處理方式在兩種檢測(cè)下均檢測(cè)到苯甲醛和壬醛；1-辛烯- 3-醇為清洗、漂燙以及速凍處理下兩種檢測(cè)方式共有的風(fēng)味物質(zhì)，與GC-IMS單獨(dú)檢測(cè)結(jié)果中經(jīng)清洗、漂燙、速凍處理后醇類(lèi)物質(zhì)含量相對(duì)較高的結(jié)果較為一致；在對(duì)照和凍干處理下均檢測(cè)到苯乙烯為其共有的風(fēng)味物質(zhì)。

在 GC-MS分析出的風(fēng)味物質(zhì)中，結(jié)合表 4的OAV值，得出以下結(jié)論。

表2 G C-IMS分析顯示9種不同處理方式下的青麥仁揮發(fā)性物質(zhì)峰面積Table 2 Peak area of volatile compounds of Green wheat kernel under 9 different treating methods via GC-IMS

醛類(lèi)中，凍干青麥仁的醛類(lèi)化合物種類(lèi)最多且每種OAV值較高，在蒸煮處理下含量最低。驗(yàn)證了低溫凍干條件下?lián)]發(fā)性成分含量相對(duì)較高[14]。以在兩種檢測(cè)方式檢測(cè)重合性較高的正己醛、苯甲醛為例，除凍干外的工藝處理下其醛類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)及含量都明顯較少，本研究指紋圖譜中的結(jié)論基本一致。其在溫度較低的速凍以及預(yù)冷的處理方式下醛類(lèi)物質(zhì)含量和種類(lèi)也較多，該類(lèi)成分被認(rèn)為主要是不飽和脂肪酸的自動(dòng)氧化和水解的產(chǎn)物[15]。

酮類(lèi)一般被認(rèn)為呈脂香和焦香香氣，并且隨著碳鏈增長(zhǎng)呈現(xiàn)出增強(qiáng)的花香氣息。在凍干處理下較明顯的產(chǎn)生了3，5-辛二烯酮、beta-紫羅蘭酮等酮類(lèi)物質(zhì)。該酮類(lèi)物質(zhì)是由于類(lèi)胡蘿卜素（植物烯或植物氟烯）發(fā)生氧化反應(yīng)和縮合反應(yīng)而生成的[16]。

醇類(lèi)中，以1-辛烯-3-醇為例，很明顯經(jīng)過(guò)蒸煮以及炒制處理后，青麥仁中醇類(lèi)物質(zhì)的含量驟減。這可能來(lái)源于脂氧合酶對(duì)部分脂肪酸的氧化作用、醇脫氫酶對(duì)部分醛類(lèi)物質(zhì)的還原作用、酯類(lèi)物質(zhì)水解反應(yīng)的結(jié)果[17]，在多種對(duì)谷物的研究中被發(fā)現(xiàn)[18]。而在對(duì)照、清洗處理下的青麥仁，雖然醇類(lèi)物質(zhì)含量較高，但其閾值也較高，對(duì)青麥仁香氣主要起柔和作用[19]。

表3 G C-MS分析顯示不同處理方式下的青麥仁主要風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量（相對(duì)內(nèi)標(biāo)物2-辛醇的濃度）Table 3 GC-MS analysis shows the relative content of main flavor compounds (relative internal standard 2-octanol concentration) in different treatment methods %

續(xù)表3

圖3 不同處理方式下GC-MS和GC-IMS的風(fēng)味韋恩圖Fig.3 Venn diagram of flavor of GC-MS and GC-IMS under different treatment methods

酯類(lèi)物質(zhì)是脂肪氧化產(chǎn)生的游離脂肪酸和醇的相互作用形成的脂降解的產(chǎn)物，在青麥仁中的GC-IMS檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯等在 GC-MS中并未檢測(cè)到，可能由于相對(duì)含量較低，對(duì)類(lèi)似農(nóng)作物的研究表明酯類(lèi)化合物對(duì)農(nóng)作物香氣無(wú)特殊貢獻(xiàn)[20]。

表4 G C-MS檢測(cè)下9中不同處理方式的青麥仁OAV值大于3的風(fēng)味物質(zhì)Table 4 Flavor compounds with OAV value greater than 3 detected by GC-MS

雜環(huán)類(lèi)化合物大多是由還原糖降解產(chǎn)生，對(duì)青麥仁的風(fēng)味起到不可忽視的作用，尤其是在炒制處理下，2-戊基呋喃就被認(rèn)為是炒制過(guò)程中美拉德反應(yīng)的主要產(chǎn)物[21]。也屬于焙烤類(lèi)食品的特征風(fēng)味[22]。

綜上，可以根據(jù)不同種化合物的總體含量初步對(duì)青麥仁的處理方式進(jìn)行判斷。

2.4 不同處理方式下青麥仁樣品的香氣輪廓圖

對(duì)9種不同處理方式下的青麥仁中OAV值大于100的風(fēng)味化合物結(jié)合其風(fēng)味特征，采用八個(gè)感官描述詞來(lái)評(píng)價(jià)其香氣：綠色脂肪、苦杏仁樣、玫瑰甜香、蠟狀醛香、蘑菇干草香、柑橘果香、蔬菜青香、辛辣干柏油，在OAV值相差不大的情況下按照相對(duì)含量建立表5，并繪制香氣輪廓圖。

從圖 4中可以看出，經(jīng)不同方式處理的青麥仁在綠色脂肪的香氣方向比較接近且以此為主，綠色脂肪主要由正己醛、庚醛、順-3-壬烯-1-醇、反- 2-辛烯醛、反式-2-壬醛、(E，E)-2，4-壬二烯醛、(E，E)-2，4-庚二烯醛、反式-2，4-癸二烯醛等醛類(lèi)化合物貢獻(xiàn)，尤其是凍干處理的青麥仁，其綠色脂肪樣香氣相對(duì)占比尤為高，考慮到是凍干處理導(dǎo)致醛類(lèi)物質(zhì)含量增加，與本研究指紋圖譜結(jié)論一致。

其中，對(duì)照、漂燙、清洗青麥仁的風(fēng)味輪廓圖較為相似，依舊以綠色脂肪為主，且含量相當(dāng)，在經(jīng)清洗以及漂燙處理后，蘑菇干草香有所降低，可能是1-辛烯-3-醇等物質(zhì)含量的減少所致，而蠟狀醛香的貢獻(xiàn)稍有增加，可能是壬醛、癸醛、反式-2-己烯醛等醛類(lèi)物質(zhì)增加所致；經(jīng)炒制處理的青麥仁風(fēng)味輪廓圖與其他處理方式差異最大，尤其是蘑菇干草香含量下降明顯，與本研究經(jīng)炒制處理后青麥仁醇酮類(lèi)物質(zhì)減少的結(jié)論一致；速凍、預(yù)冷以及蒸煮處理方式下的風(fēng)味輪廓圖較為相似，體現(xiàn)在蔬菜青香（2-正戊基呋喃等化合物含量增加所致）、柑橘果香（甲苯等化合物含量增加所致）都有所增加，蠟狀醛香有所下降。與本研究GC-IMS譜圖變化趨勢(shì)一致。

表5 九種青麥仁八個(gè)香氣描述詞的相對(duì)含量Table 5 Relative contents of eight aroma descriptors of nine Maize Species %

圖4 9 種青麥仁樣品的香氣輪廓圖Fig.4 Aroma profile of 9Green wheat kernel samples

3 結(jié)論

在對(duì)速凍、清洗、漂染、預(yù)冷、蒸、煮、炒、凍干以及對(duì)照青麥仁通過(guò) GC-MS分析，共得到199種風(fēng)味物質(zhì)，其中不同處理方式下OAV＞100的關(guān)鍵呈香物質(zhì)主要以正己醛、庚醛、苯甲醛、苯乙醛、反-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-壬醛、癸醛、(E，E)-2，4-壬二烯醛、BETA-環(huán)檸檬醛等醛類(lèi)為主。GC-IMS共檢測(cè)出68種物質(zhì)，其中34種在庫(kù)中能檢索到對(duì)應(yīng)的化合物名稱(chēng)。總體看來(lái)，在不同處理方式下青麥仁所含的主要風(fēng)味物質(zhì)是固定的，比如，正己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、反-2-辛烯醛、2-正戊基呋喃等在采用兩種分析時(shí)均被證明是不同處理方式下青麥仁的主要風(fēng)味物質(zhì)。但對(duì)于不同處理方式的特征風(fēng)味還是有對(duì)應(yīng)的變化。初步認(rèn)為，清洗、漂燙工藝與對(duì)照青麥仁的風(fēng)味差異不大，且對(duì)照和清洗青麥仁中醇類(lèi)物質(zhì)含量最多，在經(jīng)其他處理方式后醇類(lèi)物質(zhì)的含量有明顯的下降；與玉米和青豆的變化不同，酮類(lèi)物質(zhì)在對(duì)照和清洗青麥仁中含量最多，在其他處理方式下均有減少的趨勢(shì)，可能由于青麥仁本身酮類(lèi)物質(zhì)的含量就較高；經(jīng)預(yù)冷、速凍等工藝處理后，總體青麥仁香氣輪廓不變，醛、酯類(lèi)物質(zhì)含量有所增加，速凍處理后的青麥仁酯類(lèi)物質(zhì)含量最多；在經(jīng)凍干處理后，青麥仁中醛類(lèi)物質(zhì)含量較多，而經(jīng)蒸煮處理后醛類(lèi)物質(zhì)明顯下降，達(dá)到最低，與過(guò)熱蒸汽處理對(duì)燕麥風(fēng)味影響結(jié)論一致[23]；在炒制處理后吡嗪等雜環(huán)類(lèi)化合物含量增加。根據(jù)本研究中不同處理方式下關(guān)鍵呈香物質(zhì)的差異，下一階段可結(jié)合相關(guān)加工產(chǎn)生特異性風(fēng)味的工藝進(jìn)一步進(jìn)行精細(xì)化研究，以尋找最佳的加工方式。