項雅科, 楊夢蝶, 孫海斕, 席嘉佩, 陳 瀟, 趙立艷

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,南京 210018)

鮮食玉米是指收獲和食用幼嫩玉米籽粒或鮮果穗的玉米品種,主要有鮮食甜玉米、糯玉米、甜糯玉米等類型,鮮食玉米不僅比普通玉米具有更高的種植效益,并且在口感上具有甜、糯、嫩、香等特點,深受消費者的喜愛[1]。黑糯玉米因其籽粒呈烏黑、紫黑色和藍黑色而得名,與普通黃、白糯玉米相比,黑糯玉米的蛋白質(zhì)和脂肪含量較高,同時富含多種氨基酸和各種人體必需的微量元素,其中被稱為“抗癌之王”的硒元素含量是普通玉米的3.0～8.5倍[2]。此外,黑糯玉米種皮中富含普通玉米沒有的水溶性黑色素花色苷,具有抗氧化、抗炎、抗衰老等功效[3]。

揮發(fā)性風(fēng)味是決定鮮食玉米食用和加工的重要指標之一,風(fēng)味物質(zhì)的種類、含量及其相互作用共同決定著玉米的風(fēng)味。對風(fēng)味物質(zhì)進行分析的關(guān)鍵在于揮發(fā)性成分的提取,由于頂空固相微萃取技術(shù)集采樣、萃取、濃縮和進樣于一體,操作簡單,是目前用于提取鮮食玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要技術(shù)。國內(nèi)外學(xué)者對鮮食玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行了大量研究,發(fā)現(xiàn)鮮食玉米的風(fēng)味物質(zhì)主要由醇類、酯類、醛類和酮類等物質(zhì)組成。褚能明等[4]采用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定鮮食玉米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),檢出的風(fēng)味物質(zhì)有醇類、烴類、雜環(huán)類、酮類、醛類、酯類和酸類。Zhang等[5]采用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對玉米的風(fēng)味物質(zhì)進行了檢測與分析,發(fā)現(xiàn)正己醛、1-辛烯-3-醇、癸醛和2-戊基噻唑是玉米的特征性風(fēng)味物質(zhì)。近年來人們對玉米風(fēng)味的研究多集中在不同處理方式和儲藏過程對玉米品質(zhì)及風(fēng)味的研究,針對不同品種鮮食黑糯玉米風(fēng)味物質(zhì)的檢測和對比分析研究較少。

連黑甜糯2110和蘇科糯1505均為江蘇省農(nóng)科院新培育的鮮食黑糯玉米,蘇科糯1505主要在江蘇省各地種植,而連黑甜糯2110在江蘇省和海南省均有種植。本研究主要對海南產(chǎn)地和江蘇產(chǎn)地的連黑甜糯2110,以及江蘇產(chǎn)地的蘇科糯1505的營養(yǎng)成分進行測定,同時采用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法對鮮食玉米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行鑒定和比較,結(jié)合偏最小二乘判別法分析和OAV值選擇鮮食黑糯玉米的特征呈味揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),旨在為鮮食黑糯玉米的品種鑒定和產(chǎn)地溯源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗原料

本次實驗的鮮食黑糯玉米樣品分別為海南產(chǎn)地和江蘇產(chǎn)地的連黑甜糯2110,以及江蘇產(chǎn)地的蘇科糯1505,樣品信息詳見表1。

表1 鮮食黑糯玉米樣品信息表

1.1.2 主要試劑

2-辛醇(純品型≥0.99);鹽酸、硫酸、硼酸、石油醚、硝酸、氫氧化鈉、氯化鈉、硫酸銅、亞甲基藍、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、冰乙酸等試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

DHG-9143BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,JYL-C022E料理機,KQ-250數(shù)控超聲波清洗器,SZF-06A脂肪測定儀,SX-4-10馬弗爐,Multiwave Pro微波消解儀,iCP Qc電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,TSQ 9000三重四級桿氣質(zhì)聯(lián)用儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 營養(yǎng)成分測定

水分的測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》,蛋白質(zhì)測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》,脂肪測定參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》,灰分測定參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》,淀粉測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》,總糖測定參照GB/T 15672—2009《食用菌中總糖含量的測定》,還原糖測定參照GB 5009.7—2016《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》,礦物質(zhì)元素含量測定參照GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》。

花色苷含量的測定采用pH示差法,參照DB32/T 1463—2009《藍莓中花色苷含量的檢測》并稍作修改,由于花色苷中發(fā)色團結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化是pH值的函數(shù),所以可以通過測定2個pH值下的吸光值之差來確定花色苷的含量:

式中:A=(A510 nm-A700 nm)pH1.0-(A510 nm-A700 nm) pH4.5;MW是花色苷(以矢車菊素-3-葡萄糖苷計)的摩爾質(zhì)量(449.2 g/mol);V是總的提取液體積/mL;DF是樣品的稀釋倍數(shù);ε是矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾吸收系數(shù)(26 900);m是樣品的質(zhì)量/g;b是比色皿厚度/cm。

1.3.2 香氣組分的萃取

采用固相微萃取技術(shù)萃取鮮食黑糯玉米中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。準確稱量3 g鮮食黑糯玉米樣品和0.5 g NaCl置于20 mL頂空瓶中,并加入20 μL濃度為0.81 μg/mL的2-辛醇作為內(nèi)標,在60 ℃條件下平衡15 min,然后用SPME萃取頭(50/30 μm,DVB/CAR/PDMS)頂空萃取30 min,再插入GC進樣口,250 ℃解析5min。所有樣品均使用相同的提取方法與檢測條件,重復(fù)檢測3次。

1.3.3 香氣組分的解析

色譜條件:HP-5MS型毛細管柱(30.00 m×0.25 mm),初始柱溫為40 ℃保持5 min,以5 ℃/min升至150 ℃,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持10 min,氦氣流量為1 mL/min,不分流進樣。質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,掃描范圍(m/z)33～550 aum。

1.3.4 香氣成分的定性定量及OAV計算

樣品中未知揮發(fā)性成分經(jīng)色譜分離后,所得質(zhì)譜信息經(jīng)NIST08譜庫檢索及資料分析,對未知揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析,采用半定量方法確定各檢出物的相對含量:

式中:Cx為檢出物質(zhì)量分數(shù);Ci為內(nèi)標物質(zhì)量分數(shù);Ax為檢出物的色譜峰面積;Ai為內(nèi)標物的色譜峰面積。

對各種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)定量后,依據(jù)參考文獻中各揮發(fā)性物質(zhì)在水中的氣味閾值計算OAV:

式中:Cx為檢出物質(zhì)量分數(shù);OAVx為檢出物氣味活度值;OTx為檢出物在水中的氣味閾值/mg/kg。

1.4 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮食黑糯玉米營養(yǎng)成分測定結(jié)果

不同鮮食黑糯玉米樣品的基本營養(yǎng)成分測定結(jié)果如表2所示,與常見谷物相比,鮮食黑糯玉米的蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)高于水稻(6.81%),脂肪質(zhì)量分數(shù)高于水稻(0.55%)、大麥(1.30%)、小麥(2.47%)和高粱(3.46%)灰分質(zhì)量分數(shù)高于水稻(0.19%)、大麥(0.62%)和高粱(0.84%)[6],與普通的糯玉米相比[7],鮮食黑糯玉米不僅有更高的蛋白質(zhì)和脂肪含量,而且黑糯玉米種皮中富含普通玉米所沒有的天然水溶性色素花色苷,具有抗氧化、清除自由基、降血脂等多種生物活性,表明與水稻、大麥和高粱等常見糧食作物和普通糯玉米相比,鮮食黑糯玉米具有更高的營養(yǎng)價值。由表2可知,同一品種不同產(chǎn)地的鮮食黑糯玉米(1#和2#)在灰分、淀粉、總糖和花色苷含量上有顯著性差異(P<0.05),這可能是由于溫度、光照、土壤等栽培條件不同導(dǎo)致的;相同產(chǎn)地不同品種的鮮食黑糯玉米(2#和3#)在灰分、淀粉、總糖、還原糖和花色苷含量上有顯著性差異(P<0.05),而在蛋白質(zhì)和脂肪含量上沒有顯著性差異(P>0.05),說明產(chǎn)地和品種均會對鮮食黑糯玉米的灰分、淀粉、總糖和花色苷含量產(chǎn)生影響,同時不同品種的鮮食黑糯玉米還原糖含量差異較大。

表2 鮮食黑糯玉米營養(yǎng)成分表(以干基計)

2.2 鮮食黑糯玉米礦物質(zhì)元素含量測定結(jié)果

玉米中含有豐富的礦物質(zhì)元素,測定了不同鮮食黑糯玉米的礦物質(zhì)元素含量(表3)。鉀是鮮食黑糯玉米中含量最高的元素,連黑甜糯2110(1#和2#)中的鉀元素含量均顯著高于蘇科糯1505(3#)中的鉀元素含量。鈣是人體骨骼和牙齒的重要組成物質(zhì),攝入不足會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[8],1#中的鈣元素顯著高于2#,而2#和3#中的鈣元素含量沒有顯著性差異(P>0.05)。鋅元素是生物體中多種酶和重要蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)輔助因子,參與機體的各種代謝,蘇科糯1505(3#)的鋅元素含量顯著高于連黑甜糯2110(1#和2#)。鐵是人體中血紅蛋白的重要組成成分,參與氧氣和二氧化碳的運載和交換[7],在生命活動中發(fā)揮著重要作用,硒元素在促進人體健康成長和發(fā)育方面作用顯著,是人體必需的微量元素之一,不僅可以提升人體免疫力,還對部分疾病有防御作用[9],鮮食黑糯玉米1#、2#和3#均含有較高含量的鐵和硒元素,且沒有顯著性差異。

表3 鮮食黑糯玉米礦物質(zhì)元素含量表(以干基計)/mg/kg

測定了鮮食黑糯玉米1#、2#和3#中4種重金屬含量(表4),4種元素鉻、砷、鎘和鉛含量均低于 GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的要求(鉻<1.0 mg/kg,砷<0.5 mg/kg,鎘<0.1 mg/kg,鉛<0.2 mg/kg),說明鮮食黑糯玉米1#、2#、3#均可以放心食用。

表4 鮮食黑糯玉米重金屬元素含量表(以干基計)/mg/kg

2.3 鮮食黑糯玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對含量及OAV分析結(jié)果

鮮食黑糯玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類多樣,含量豐富,采用頂空固相微萃取氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法對鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行測定,結(jié)果如表5所示,共鑒定出44種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),可分為醇類、酯類、醛類、酮類、酚類、烴類和其他類,其中酯類、醛類和酮類物質(zhì)在鮮食黑糯玉米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中占據(jù)較大比例,鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的酯類、醛類和酮類物質(zhì)總質(zhì)量分別占總風(fēng)味物質(zhì)的77.61%、59.43%和65.49%,對鮮食黑糯玉米的風(fēng)味有較大貢獻。

續(xù)表5

醇類物質(zhì)的前體物質(zhì)主要是多不飽和脂肪酸,一般是脂質(zhì)氧化而成的一類閾值較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),當(dāng)濃度足夠高時可對風(fēng)味起重要貢獻作用[10]。鮮食黑糯玉米中共鑒定出6種醇類物質(zhì),與1#和2#相比,3#中正戊醇、1-戊烯-3-醇、正己醇和1-辛烯-3-醇含量顯著性增加(P<0.05),這些醇類物質(zhì)主要貢獻甜香、果香和蔬菜香氣。1-辛烯-3-醇是煮熟的紫玉米的特征性風(fēng)味物質(zhì)之一,并對樣品的整體風(fēng)味有較大貢獻[11],鮮食黑糯玉米中1-辛烯-3醇的含量為2.66～13.80 mg/kg。

酯類物質(zhì)一方面可以通過醇與有機酸的酯化反應(yīng)化學(xué)合成,另一方面游離氨基酸也為酯類風(fēng)味物質(zhì)的合成提供了豐富的原料[12]。蘇科糯1505中的酯類物質(zhì)種類較少,只有己酸乙酯(12.96 mg/kg)和γ-壬內(nèi)酯(8.88 mg/kg)2種。乙酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯和棕櫚酸乙酯是2種產(chǎn)地連黑甜糯2110(1#和2#)共有的風(fēng)味物質(zhì),主要貢獻果香、甜香、蠟香和脂肪香氣,其中2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯在2種黑糯玉米中含量較高,分別為56.37 mg/kg和90.96 mg/kg。己酸乙酯是2種江蘇產(chǎn)地黑糯玉米(2#和3#)特有的物質(zhì),而棕櫚酸甲酯是海南產(chǎn)地黑糯玉米(1#)特有的酯類物質(zhì),兩者貢獻果香、甜香和椰香香氣。

醛酮類風(fēng)味物質(zhì)的生成主要與脂質(zhì)氧化、還原糖降解、美拉德反應(yīng)等多種反應(yīng)有關(guān)[13]。醛酮類物質(zhì)的種類和含量是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量中占比最大的,鮮食黑糯玉米1#、2#和3#中的醛酮類風(fēng)味物質(zhì)分別為18、12和12種。海南產(chǎn)地鮮食黑糯玉米(1#)區(qū)別于江蘇產(chǎn)地鮮食黑糯玉米(2#和3#)特有的醛酮類物質(zhì)為2-己烯醛、3-環(huán)己烯-1-甲醛、苯乙醛、2,6-壬二烯醛、3-辛烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-酮,主要貢獻果香、堅果、甜香、脂肪、藥草、蘑菇香氣。值得注意的是,甲基庚烯酮是江蘇產(chǎn)地連黑甜糯2110特有的風(fēng)味物質(zhì),同時也是渝糯930號的主要揮發(fā)性風(fēng)味成分之一[4]。

酚類物質(zhì)具有特殊的芳香氣味,均呈弱酸性,在環(huán)境中易被氧化,所以在玉米儲藏過程中對玉米風(fēng)味會有一定的貢獻[14]。只在2種產(chǎn)地的連黑甜糯2110(1#和2#)中鑒定到了酚類物質(zhì)有2,4-二叔丁基苯酚,并且含量較低,分別為12.66 mg/kg和0.03 mg/kg。烴類物質(zhì)是由高級脂肪酸碳鏈斷裂或脫羧產(chǎn)生的[15],一般來說,飽和烴類具有較高的閾值,因此對整體風(fēng)味的貢獻并不大[16]。在2種產(chǎn)地的連黑甜糯2110(1#和2#)中有二甲基二硫醚檢出,而另一品種黑糯玉米蘇科糯1505(3#)中未檢出,有研究表明:玉米經(jīng)燙漂處理后含硫化合物占比最大,其中主要物質(zhì)為二甲基硫醚,是貢獻煮熟玉米香氣的關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)[17],由熱不穩(wěn)定的化合物S-甲基甲硫氨酸磺酸鹽分解產(chǎn)生[17]。3-甲基呋喃在鮮食黑糯玉米1#、2#和3#中的含量有顯著性差異(P<0.05),分別為16.21、20.92、19.92 mg/kg,同時其在甜玉米汁和糯玉米汁中均有檢出[18]。

OAV(氣味活度值)是評價香氣化合物重要性的一個指標,一般認為OAV≥1的物質(zhì)對樣品的整體風(fēng)味有重要貢獻,且OAV值越大,則表示該香氣化合物對樣品風(fēng)味的貢獻越大[12],表6表明,鮮食黑糯玉米中一共有19種物質(zhì)的OAV≥1,其中鮮食黑糯玉米1#、2#和3#分別有17、12、12種物質(zhì)的OAV≥1。鮮食黑糯玉米1#、2#、3#共有的特征性風(fēng)味物質(zhì)有:1-辛烯-3-醇、異戊醛、戊醛、正己醛、2-辛烯醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛和3-羥基-2-丁酮,海南產(chǎn)地鮮食黑糯玉米(1#)區(qū)別于江蘇產(chǎn)地鮮食黑糯玉米(2#和3#)特有的特征性風(fēng)味物質(zhì)為:2-己烯醛、庚醛、2,6-壬二烯醛、3-辛烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-酮,主要貢獻果香、藥香、脂香、甜香等香氣,蘇科糯1505(3#)區(qū)別于連黑甜糯2110(1#和2#)特有的特征性風(fēng)味物質(zhì)為己酸乙酯,是果香、甜香的主要貢獻者。

表6 鮮食黑糯玉米特征性揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)OAV值

2.4 不同品種鮮食黑糯玉米香氣物質(zhì)的多元統(tǒng)計分析結(jié)果

為了更直觀地顯示不同鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量的差異,對其進行標準化處理后進行聚類熱圖分析[19],結(jié)果如圖1所示,聚類熱圖橫向聚類結(jié)果反映鮮食黑糯玉米1#、2#和3#風(fēng)味物質(zhì)的含量差異關(guān)系,每一小方格代表一種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),顏色由淺到深代表含量由低到高。3組鮮食黑糯玉米樣品被分成了兩大類,海南產(chǎn)地的連黑甜糯2110(1#)是一大類,江蘇產(chǎn)地的連黑甜糯2110(2#)和蘇科糯1505(3#)是一大類,可能是由于鮮食黑糯玉米風(fēng)味物質(zhì)的形成受當(dāng)?shù)毓庹?、土壤、氣候等因素的影響?dǎo)致的。此外,海南產(chǎn)地的連黑甜糯2110(1#)中酯類物質(zhì)和醛類物質(zhì)含量較高,如苯乙酸乙酯、γ-壬內(nèi)酯、棕櫚酸甲酯、2-己烯醛、庚醛、3-環(huán)己烯-1-醛、苯乙醛和2,6-壬二烯醛等,這些物質(zhì)主要貢獻果香、奶香、蠟香和堅果香氣;江蘇產(chǎn)地的連黑甜糯2110(2#)中正己醇、甲基庚烯酮和異戊烯醛含量較高,這些物質(zhì)主要呈現(xiàn)果香、柑橘、甜香香氣;己酸乙酯、異戊醛、戊醛、正己醛、2-壬烯醛、正戊醇和1-辛烯-3-醇等物質(zhì)在蘇科糯1505(3#)中含量較高,主要貢獻甜香、蠟香、脂肪、果香和蔬菜香氣。

偏最小二乘法判別分析(PLS-DA)是一種常見的檢驗樣本組間差異的方法,此方法是根據(jù)分組方案,弱化組內(nèi)樣本差異,突出組間樣本差異,更便于發(fā)現(xiàn)組間樣本的差異性[20]。采用PLS-DA模型對鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的香氣物質(zhì)含量進行比較分析,以第一主成分和第二主成分為橫縱坐標建立樣品和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的得分圖和載荷圖見圖2。1#、2#和3#在主成分1上可以明顯地區(qū)分開,2#在主成分2上可以與其他樣品區(qū)分開,載荷值較大的物質(zhì)在該主成分的區(qū)分上貢獻較大,正己醛、3-環(huán)己烯-1-甲醛和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯在第一主成分的載荷值較大,2-庚酮、正己醇和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯在第二主成分的載荷值較大。通過變量重要性投影(VIP)分析每一個變量對PLS-DA模型的總體貢獻度,以VIP=1為閾值,通常認為VIP值大于1的物質(zhì)是模型的重要標志物,VIP值越大,說明該物質(zhì)在判別過程中貢獻越大,在樣品之間的差異越顯著[21],由圖2c可知,共有10種風(fēng)味物質(zhì)的VIP值大于1,包括1種醇類,2種酯類,4種醛類,2種酮類和1種烴類,但這并不全是鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的標志性物質(zhì),結(jié)合OAV分析結(jié)果可知,共有4種化合物被鑒定為具有氣味貢獻的標記物,分別為:正己醛、庚醛、2-庚酮和3-辛烯-2-酮,標記物的確定在鮮食黑糯玉米鑒定和區(qū)分品種以及產(chǎn)地溯源方面有很大的應(yīng)用前景。

圖1 不同鮮食黑糯玉米聚類熱圖分析

圖2 不同鮮食黑糯玉米PLS-DA分析

3 結(jié)論

鮮食黑糯玉米營養(yǎng)豐富,不同品種鮮食黑糯玉米中灰分、淀粉、總糖和花色苷的含量有顯著差異(P<0.05)。鮮食黑糯玉米礦物質(zhì)元素種類繁多、含量豐富,鐵、鋅、硒等礦物質(zhì)元素含量較高且沒有顯著差異(P>0.05)。采用HS-SPME-GC-MS對不同鮮食黑糯玉米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行測定,共鑒定出44種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),且在風(fēng)味物質(zhì)種類和含量方面有較大差異,其中特征性風(fēng)味物質(zhì)包括1-辛烯-3-醇、異戊醛、戊醛、正己醛、2-辛烯醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛和3-羥基-2-丁酮;結(jié)合OAV和PLS-DA法確定了正己醛、庚醛、2-庚酮和3-辛烯-2-酮可以作為區(qū)分不同鮮食黑糯玉米的標志性化合物。本研究表明了不同產(chǎn)地和品種鮮食黑糯玉米在營養(yǎng)成分、礦物質(zhì)元素和風(fēng)味物質(zhì)方面的差別,為鮮食黑糯玉米品種的鑒定和產(chǎn)地的溯源提供參考。