吳子毅，劉孟濤，趙金力，趙抒娜*

(1中糧糖業(yè)控股股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點實驗室，新疆昌吉831100；2中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司/老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實驗室/營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室，北京102209)

0 引言

作為食品糖的2大來源，甘蔗糖和甜菜糖均在人們的日常生活中占據(jù)重要地位。甘蔗糖和甜菜糖的主要成分雖然都是糖，但原料來源及處理工藝并不相同[1]。甘蔗主要生長于緯度較低的熱帶、亞熱帶地區(qū)[2]，我國廣西地區(qū)是最適合種植甘蔗的地區(qū)之一，其占有全國 60%以上的種植面積[3]。甜菜主要生長于北方地區(qū)，我國新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江等北方地區(qū)是甜菜糖的主要產(chǎn)區(qū)。

食糖在生產(chǎn)及加工環(huán)節(jié)可能會因來源、工藝等因素影響產(chǎn)品的風(fēng)味特性，一些微量甚至痕量的組分會影響這2種糖的風(fēng)味，造成不同的感官風(fēng)味。例如，以甘蔗為原料的食糖在加工過程中，可能將甘蔗草本中的某些青草風(fēng)味帶入成品[4-5]，Oliveira等[6]的研究表明，在釀酒過程中不同甘蔗品種也有可能對產(chǎn)品風(fēng)味造成影響。而甜菜糖來源于甜菜根部，多次提純分離的加工工藝流程較長，可能會將泥土的風(fēng)味帶入食糖產(chǎn)品。

在20世紀(jì)70年代，Tokitomo等[7]就對沖繩縣所生產(chǎn)的甘蔗(Saccharuin of Jicinarum var.NCO 376)進行研究，使用液相色譜技術(shù)對其中的風(fēng)味物質(zhì)進行了濃縮提純，然后利用硅膠柱層析法和氣相色譜法對香味物質(zhì)濃縮物進行分離，最后用質(zhì)譜聯(lián)用對香味物質(zhì)完成鑒定，研究結(jié)果表明：其中的酚類、脂類物質(zhì)是甘蔗產(chǎn)品中風(fēng)味的主要來源。根據(jù)所生產(chǎn)的食糖因加工方法的不同，其風(fēng)味也會出現(xiàn)多元化的差別。Pihlsg?rd等[8]采用GC-MS分析表明，與感官特征相關(guān)的主要物質(zhì)有很多，其中2類物質(zhì)占據(jù)主要位置，一是吡嗪類，二是短鏈揮發(fā)性脂肪酸類(包括乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸等)。吡嗪類為1,4位含2個氮原子的六元雜環(huán)化合物[9]，具有強烈的吡啶味道，易溶于水、乙醇、乙醚等，可隨著水蒸氣揮發(fā)。如果有胺類化合物和還原糖類化合物的存在，在一定溫度和介質(zhì)條件下，就可能產(chǎn)生吡嗪類化合物成分[10-11]。Moore等[12]也報道了檢測甜菜糖的揮發(fā)性組分的相關(guān)研究，此研究關(guān)注了短鏈有機酸的變化趨勢，對其他組分涉及較少。根據(jù)Marsili等[13]的研究，氣味收集的前處理需要用消泡劑和水對固體樣品進行溶解后，通過加熱空氣對糖溶液進行吹掃。所得氣味經(jīng)過75 min的脫附，并且需要經(jīng)過一個額外添加的脫水蒸汽環(huán)節(jié)去掉水分的影響后進入色譜柱進行分析，檢測結(jié)果顯示，2,5-二甲基吡嗪可能是導(dǎo)致甜菜糖特征風(fēng)味的化合物之一，但此方法前處理環(huán)節(jié)繁瑣，操作難度比較大。王愛霞等[14]通過頂空固相微萃取預(yù)處理方法收集香紫蘇中的香氣成分，并通過后續(xù)的氣質(zhì)聯(lián)用對香氣成分進行分析，可以較好地鑒別香紫蘇中的風(fēng)味組成成分。揚琴等[15]采用氣質(zhì)聯(lián)用的方法對生姜中的風(fēng)味組分進行鑒別。佘義勇等[16]則采用電子舌、電子鼻對紅糖的風(fēng)味進行分析，可以對紅糖風(fēng)味進行差異分析。這些方法對風(fēng)味組成進行檢測，所檢測組分究竟哪些發(fā)揮了風(fēng)味體系中的關(guān)鍵作用，這些方法與實際感官相比是否吻合，并沒有明確的結(jié)論。

為了探究不同成品糖中所含有的風(fēng)味物質(zhì)及所帶來的感官差異，本文針對食糖中揮發(fā)性組分的檢測方法和評價方法進行了有針對性的開發(fā)，使用同步嗅聞的方法分析可能構(gòu)成食糖特征風(fēng)味的關(guān)鍵組分，并通過與感官評定的結(jié)果相對應(yīng)地評測所檢測方法是否可以體現(xiàn)真實感官中的風(fēng)味特性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

成品糖：市場采購及未出廠實驗室留樣樣品。甘蔗糖樣品1：蔗糖分99.78%，水分0.034%，色值96 IU，濁度20 MAU；甘蔗糖樣品2：蔗糖分99.78%，水分0.033%，色值107 IU，濁度17 MAU；甜菜糖樣品3：蔗糖分99.80%，水分0.030%，色值14 IU，濁度29 MAU。

氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀：安捷倫 Agilent 5977B-5977B GC/MSD單四極桿氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)；嗅覺檢測器帶 MassHunter軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(MW40-275)50/30μm DVB/CAR/PDMS 萃取頭的固相微萃取裝置；ME204E型分析天平：感量為0.1 mg，瑞士Mettler Toledo。

1.2 實驗方法

1.2.1 頂空固相微萃取條件

吸附溫度為120℃，吸附時間20 min，頂空固相微萃取的糖的攪拌速度為 250 r/min。解吸溫度250℃，解吸時間2 min。

1.2.2 色譜條件

HP-5毛細(xì)管色譜柱，30 m×0.25 mm×0.25 μm；載氣：He；純度99.999%；載氣流速1.2 mL/min；進樣口溫度 250℃；壓力 14.87 psi；分流進樣，分流比為1∶1；程序升溫：初始溫度為50℃，保持1 min；以5℃/min的速度升溫至100℃；以10℃/min的速度升溫到220℃，保持5 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊(Electron Impact，EI)離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度250℃，離子源溫度為230℃，四極桿溫度為150℃，溶劑延遲1 min，質(zhì)量掃描范圍55～500 m/z。

1.2.4 嗅覺測量

所述嗅聞的接口溫度優(yōu)選為 200℃。檢測時，為了防止實驗員鼻腔干燥，通入濕潤的空氣。

1.3 樣品前處理

粉碎：取糖樣品120 g，用粉碎機粉碎，采用圓孔篩篩出≤0.2 mm的顆粒，混勻，分為2個各50 g的樣品分別裝入潔凈容器后密封。

提?。簩⑵渲幸环?0 g粉碎樣品放入固相微萃取進樣器的樣品瓶中，將30 μm的CAR-PDMS固相微萃取頭插入到樣品瓶的頂空部分，將樣品以250 r/min的速度進行攪拌，在70℃下吸附1 min進行收集。將另外一份50 g糖樣品放入250 mL帶螺旋蓋的廣口瓶中，放入50℃的水浴鍋中進行加熱，同時輕輕地旋轉(zhuǎn)晃動瓶子確保瓶內(nèi)溶液充分混和。

1.4 樣品的測定

1.4.1 頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法檢測

將萃取頭從固相微萃取進樣器的樣品瓶中取出，插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進樣口進行解析，解析時間2 min。將樣品萃取頭放入GC-MS-OD聯(lián)用的儀器進行測試，記錄所聞到的氣味類型及強度，通過譜庫和面積歸一化法對揮發(fā)性組分進行定性和定量分析，通過嗅聞對氣味強度和類型進行鑒定。

1.4.2 對比感官測試

另外一份糖樣品進行對比感官測試，評價處理前后瓶內(nèi)頂部空間的 50℃糖溶液的風(fēng)味(氣味)。間隔10 min對溶液的風(fēng)味(氣味)進行評價，不少于30 min，檢測氣味強度，記錄檢測樣品的風(fēng)味(氣味)的評價結(jié)果以及注釋任何異味。使用這種普通的感官評價方式對儀器鑒定的結(jié)果進行輔助驗證。

實驗中對于氣味的判斷標(biāo)準(zhǔn)GC-O五級氣味強度法借鑒GB 14554-93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[17]的6級臭氣強度表示法，將此方法中的0級和1級合并為1級，然后依次按照2、3、4、5表示五級氣味級別和氣味強度，其氣味強度級別和嗅覺感覺為：1-無任何氣味感覺或能稍微感覺到極弱的氣味(檢知閾值濃度)；2-能感覺和分辨出何種氣味(確認(rèn)閾值濃度)；3-能明顯感覺到有氣味；4-能感覺到強烈的氣味；5-能感覺到極強烈的氣味。

2 結(jié)果與分析

2.1 白砂糖風(fēng)味檢測結(jié)果

本文共選取2個甘蔗糖樣品，1個甜菜糖樣品進行檢測分析，前2個樣品為甘蔗糖樣品，其中甘蔗糖樣品1進行檢測得到的GC-MS如圖1所示，具體揮發(fā)性組分如表1所示。

圖1 甘蔗糖樣品1檢測的GC-MS

表1 甘蔗糖樣品1中具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分

根據(jù)圖1和表1檢測結(jié)果，甘蔗糖樣品1所檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)共有84種，其中具有風(fēng)味的組分主要有以上4種，主要特征物質(zhì)為正己醛和壬酸，表現(xiàn)為較為明顯的青草味。

將甘蔗糖樣品2進行檢測得到的GC-MS如圖2所示，具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分如表2所示。

圖2 甘蔗糖樣品2檢測的GC-MS

表2 甘蔗糖樣品2中具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分

甘蔗糖樣品2檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)共有47種，其中具有風(fēng)味的組分主要有以上5種，主要特征物質(zhì)為 2-乙酰基吡咯和 2,3-二氫-3,5二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮，表現(xiàn)為較為明顯的焦糖和堅果味。

將甜菜糖樣品3進行檢測得到的GC-MS如圖3所示，具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分如表3所示。

表3 甜菜糖樣品3中具有風(fēng)味的揮發(fā)性組分

圖3 甜菜糖樣品3檢測的GC-MS

甜菜糖樣品 3所檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)共有 56種，其中具有風(fēng)味的組分主要有以上9種，主要特征物質(zhì)為石炭酸、安息香酸和 3,5-二羥基-2-甲基-4H-吡喃-4-酮，表現(xiàn)為塑料等較明顯的刺激性味道。

2.2 結(jié)合感官測評方法對比分析

將食糖樣品按照感官測試的步驟進行感官對比，評價食糖樣品的風(fēng)味特征，并與儀器測試的風(fēng)味屬性進行對比評價，評估文中所述方法與實際感官測試結(jié)果之間是否存在明顯差異。根據(jù)感官測評方法對上述3個食糖樣品進行檢測，表4為實驗中樣品糖的感官測評對比結(jié)果。

表4 食糖樣品的感官測評對比結(jié)果

通過對不同食糖樣品的檢測分析及感官測評發(fā)現(xiàn)，不論是甘蔗糖還是甜菜糖，不同食糖樣品的氣味并不完全一致，呈現(xiàn)多樣化差異。不同來源的食糖樣品可能存在差異，如甘蔗糖和甜菜糖樣品體現(xiàn)的風(fēng)味不同，而即使是同樣來源的甘蔗糖，樣品 1呈現(xiàn)較濃的青草風(fēng)味，而樣品2則體現(xiàn)較濃的焦糖風(fēng)味，這表明加工過程存在的差異也會對產(chǎn)品的風(fēng)味形成具有一定影響。由實驗結(jié)果對比可以看出，使用本文方法進行的氣味鑒定方法可以較好地體現(xiàn)實際感官測評的實驗結(jié)果。

考慮到風(fēng)味體系組成成分的復(fù)雜性和多樣性，Pihlsg?rd[8]等對甜菜來源的液體糖制糖工藝不同環(huán)節(jié)進行揮發(fā)性組分的檢測，發(fā)現(xiàn)土臭素可能出現(xiàn)在甜菜加工的早期，這與 Colonna[18]等的研究結(jié)果一致，其研究團隊也提到在甜菜洗菜水中檢測到了土臭素，這是一種含量極低卻對糖產(chǎn)品感官影響非常明顯的物質(zhì)，即使低于儀器檢測的閾值，也可能被人的嗅覺感知，推測可能與甜菜原料的土腥味有關(guān)。而Pihlsg?rd的研究中食糖產(chǎn)品并沒有檢測到土臭素，因為文中并沒有提到風(fēng)味的感官方法檢測，有可能是在加工工藝中有被除去而沒有出現(xiàn)在產(chǎn)品中，也有可能是產(chǎn)品中的土臭素濃度已經(jīng)低于檢測限而不能被儀器檢測到。由此可以看出，在儀器分析的基礎(chǔ)上同步嗅聞檢測，并通過感官測評方法輔助論證，可以彌補實驗儀器受到檢測限制約的欠缺，協(xié)助研究人員快速診斷復(fù)雜風(fēng)味體系中的關(guān)鍵影響組分，精準(zhǔn)分析可能造成產(chǎn)品風(fēng)味的影響因素，提出有效解決方案。

3 結(jié)論

本研究通過譜庫和面積歸一化法對揮發(fā)性組分進行定性和定量分析，通過嗅聞對氣味強度和類型進行鑒定。通過頂空固相微萃取直接對糖樣品進行處理，富集揮發(fā)性組分，與現(xiàn)有技術(shù)相比，減少了復(fù)雜的前處理步驟，同時利用氣相色譜-質(zhì)譜-嗅聞法對揮發(fā)性組分進行檢測，在對揮發(fā)性組分進行鑒定的同時對于揮發(fā)性組分的氣味類型和強度進行了同步感官評測，方法簡單，鑒定結(jié)果準(zhǔn)確。并且通過與感官檢測方法的相互輔證，所得的檢測結(jié)果與實際更加貼近，該方法可以較好地體現(xiàn)不同食糖風(fēng)味體系中的差異，由此為產(chǎn)品特定風(fēng)味組分的形成機理進行研究。采用此方法可以對工廠所生產(chǎn)的食糖風(fēng)味進行診斷，為產(chǎn)品特性進行溯源提供了參考，尋找工藝中可能造成風(fēng)味變化的主要因素，幫助工廠進行問題診斷及技術(shù)指導(dǎo)，對于實際生產(chǎn)和應(yīng)用以及提高糖的品質(zhì)具有十分重要的意義。