梁 玲,陈存社

(北京工商大学食品添加剂与配料北京高校工程研究中心,北京 100048)

小麦胚芽饼干烘烤过程中麦香味的形成及分析

梁 玲,陈存社*

(北京工商大学食品添加剂与配料北京高校工程研究中心,北京 100048)

小麦胚芽具有很高的营养价值,烘烤过的小麦胚芽制品更是有其独特的麦香味,因此以小麦胚芽为原料制成小麦胚芽饼干具有很好的口感和市场价值。以小麦胚芽饼干为对象,采用固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)和气相色谱-质谱联用(gas chromatography-massspectrometry,GC-MS)及气相色谱嗅闻(gas chromatography-olfactory,GC-O)分析测定不同小麦胚芽含量的小麦胚芽饼干的风味物质,并对其进行比较分析。结果表明,不同含量小麦胚芽饼干中挥发性香味物质在总体组成上差距不大,但是各种挥发性化合物的含量却有一定的差别。主要风味物质为醛类,酮类和含N的杂环化合物,其中含N的杂环化合物的种类和含量均最高,是麦香味形成的主要贡献物质。

不同含量小麦胚芽,饼干,麦香味,SPME,GC-O,GC-MS

小麦胚芽蛋白质含量高,富含各种多不饱和脂肪酸、必需氨基酸、维生素、矿物质,素有生命之源的美称,被国内外营养学家一致誉为“人类天然的营养宝库”[1-2]。小麦胚芽含有各种人体需要的营养成分[3],其中蛋白质含量达30%,其中人体必需的8种氨基酸,占总氨基酸的34.74%,且各类氨基酸的构成比例与FAO/WHO推荐的标准非常相近,尤其是赖氨酸的含量特别高,因此小麦胚芽蛋白有很好的氨基酸平衡[4]。目前关于小麦胚芽及其制品对人体生理方面的应用,国内外有大量报道,小麦胚芽及其制品具有抗动脉粥样硬化的作用,小麦胚芽制剂能改善糖尿病患者心脏功能的功效,小麦胚芽黄酮类提取物具有诱导人体乳腺癌细胞凋亡的作用,小麦胚芽水溶性和盐溶性提取物能提高机体的免疫功能[5]。综上所述,小麦胚芽具有很高的营养价值,富含多种生物活性物质。

小麦胚芽未经处理,带有股“生腥味”,且醇活力较高,易氧化变质,易吸湿霉变,为了克服小麦胚芽的这些不足,充分利用其宝贵的营养资源,可以以小麦胚芽为原料制成饼干,又考虑到口感，特将其做成“薄脆”。由于小麦胚芽及其制剂有上述功效,因此考虑用小麦制作适合老年人及高血压患者食用的小麦胚芽饼干,尽可能使饼干中小麦胚芽的含量高,且制作过程中不在原料中加入油,使其更加健康,更多的保留其麦香味。目前国内外对小麦胚芽中活性成分的研究较多,而对烘焙后小麦胚芽中挥发性香味成分的分析及鉴定研究的较少。陈千伟等人研究了小麦胚芽饼干的加工技术,并探究了小麦胚芽添加量对饼干感官评价及饼干物性的影响[6],但都以面粉为主要原料,小麦胚芽的含量并不高,一般不超过20%,本研究旨在制作小麦胚芽含量高达70%及100%的饼干,并研究其在烘烤过程中麦香味的形成及分析。由于SPME是一种能将采样、萃取、浓缩、进样集于一体的成熟的样品前处理技术,具有灵敏度高、所需样品量少、不消耗溶剂和重复性及线性好等优点,现已广泛应用于萃取多种物质的挥发性化合物[7-9],结合GC-MS和GC-O分析鉴定其挥发性化合物。因此,本研究采用SPME结合GC-MS和GC-O分析小麦胚芽饼干烘烤过程中麦香味形成,为今后小麦胚芽风味饼干的研究与开发提供一定的理论基础。

表1 小麦胚芽饼干的感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria of wheat germ biscuits

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦胚芽 山东潍坊洪源面粉有限公司;低筋面粉、黄油、糖霜、鸡蛋 北京市海淀区永辉超市。

正己烷(分析纯)、内标物 2-甲基-3-庚酮(色谱纯)、正构烷烃(C7～C22,色谱纯) 美国Sigma公司。

FA1004A型电子天平 重庆泰瑞仪器有限公司;HH-2数显恒温水浴锅 常州澳华仪器有限公司;烤箱 上海林频仪器股份有限公司;电磁炉 上海林频仪器股份有限公司;气相色谱-嗅闻-质谱仪(GC-O-MS)、7890A-7000B型气-质谱联用仪 美国 Agilent公司;Sniffer9000型嗅闻仪 瑞士 Brechbuhler公司;DB-Wax色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美国J&W公司;固相微萃取(SPME)手动进样手柄 美国Supelco公司;固相微萃取(SPME)萃取纤维头(DVB/CAR onPDMS) 美国Supelco公司;固相微萃取顶空瓶(40 mL) 美国QEC公司。

1.2 实验方法

1.2.1 小麦胚芽饼干的制备 各种原辅料→面团调制→静置→成型→烘焙→冷却→成品。称取100 g小麦胚芽、12 g糖霜、25 g鸡蛋、20 mL水,制成面团,然后擀成薄饼状,在180 ℃下烘烤5～6 min,备用。

称取70 g小麦胚芽、30 g低筋面粉、12 g糖霜、25 g鸡蛋、20 mL水,制成面团,然后擀成薄饼状,在180 ℃下烘烤5～6 min,备用。研究100%,70%(g/100 g原料)的小麦胚芽含量的饼干的主要风味物质。

1.2.2 感官评定 将烘焙好的小麦胚芽饼干进行感官评价,由20人(男女各一半,年龄50～60周岁)进行品鉴,对饼干的外型、色泽、质地、风味、口感进行综合评分。评分标准见表1。

1.2.3 气味物质前处理方法 在40 mL顶空瓶中分别加入5 g已捻碎的样品和1 μL配制的内标物2-甲基-3-庚酮溶液,使其含量达到500 ng/g。将样品在45 ℃水浴平衡20 min,插入固相微萃取纤维头,顶空吸附40 min。吸附完毕后,插入气相色谱仪进样口中,于250 ℃条件下解析3 min。每个样品在相同前处理与检测条件下重复做3次平行实验。

1.2.4 气-质联用-嗅闻仪(GC-O-MS)条件 气相色谱柱温箱程序升温条件:初始温度40 ℃,保持时间3 min,然后以5 ℃/min 升至200 ℃,以10 ℃/min升至温度230 ℃,保持3 min。进样口温度250 ℃,载气为He,流速1.2 mL/min,分流比1∶1。质谱条件,离子源温度230 ℃,电压70 eV,离子化方式为EI+。灯丝发射电流35 μA,扫描质量范围45～650 m/z,扫描时间200 ms,检测电压350 V。

1.2.5 数据分析 对检测结果分析以计算机NIST谱库2.0检索为主,结合保留指数和有关文献进行人工谱图的解析,确定焙烤小麦胚芽饼干的挥发性成分,进行定性分析。气味物质的定量方法采用内标法定量,计算公式:目标物浓度=内标物浓度×(目标物峰面积/内标物峰面积)。实验数据处理由SPSS Statistics 17.0 和 Microsoft Excel数据处理软件完成。

2 结果与分析

2.1 感官评定

经20个年龄在50～60周岁间的老人对小麦胚芽饼干进行感官评价,结果见表2。70%小麦胚芽饼干外形较完整,稍有气泡现象,并未出现裂纹,色泽呈金黄色,质地较脆,易掰断,麦香味略淡,味道香甜酥脆,口感稍有些粗糙;100%小麦胚芽饼干相较于70%的评分较高，虽然100%小麦胚芽饼子外形不够完整稍有裂纹,口感同70%小麦胚芽饼干一样稍有些粗糙，但是麦香味更加浓郁,质地更脆,因此得分更高。

表2 不同小麦胚芽用量对饼干感官影响Table 2 Effect of different wheat germ amount on sensory of biscuit

2.2 不同含量小麦胚芽饼干挥发性化合物的比较分析

采用SPME富集70%、100%小麦胚芽饼干中的风味物质,并用GC/MS进行分离鉴定。实验中的3个70%小麦胚芽饼干样品、3个100%小麦胚芽饼干样品各自2次重复取样得到的总离子流图基本相同。其中的1个70%小麦胚芽饼干样品、1个100%小麦胚芽饼干样品的总离子流色谱图分别见图1、图2。

图1 70%小麦胚芽饼干中挥发性化合物的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds in 70% wheat germ biscuit

图2 100%小麦胚芽饼干中挥发性化合物的总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of volatile compounds in 100% wheat germ biscuit

由图1、图2可知,70%、100%小麦胚芽饼干中挥发性风味物质,在总体组成上差距不大,且主要风味物质基本一样。70%小麦胚芽饼干中挥发性化合物共27种,主要是醛类,烃类,脂类,醚类和含N的杂环化合物,其中醛类4种,烃类6种,脂类1种,醚类1种,含N 的杂环化合物15种。100%小麦胚芽饼干中的挥发性化合物共28种,主要是醛类,烃类,酮类,脂类和含N的杂环化合物,其中醛类5种,烃类4种,酮类2种,脂类1种,含N的杂环化合物16种。结果见表3。由表3可知,70%和100%小麦胚芽饼干中共有的挥发性化合物有15种,其中含N的杂环化合物最多。

表3 不同含量小麦胚芽饼干GC-O-MS分析结果Table 3 The results of different content of wheat germ biscuit

2.3 挥发性化合物对不同含量小麦胚芽饼干风味的影响

醛类化合物:在70%的小麦胚芽饼干中共检测到4种醛类物质,占饼干中挥发性风味物质种类总数的14.81%。在100%小麦胚芽饼干中共检测到5种醛类物质,占饼干中挥发性风味物质种类总数的17.86%。醛类化合物的阈值一般很低,具有脂肪香和焦甜味[10],来源于小麦胚芽中亚油酸和亚麻酸经脂肪氧化酶和氢过氧化物异构酶的作用及化学反应生成的,也有很多来自于酯类的氧化降解[11]。是麦香味形成的主要香味物质。

烃类化合物:在70%的小麦胚芽饼干中共检测到6种烃类物质,占饼干中挥发性风味物质种类总数的22.22%。在100%小麦胚芽饼干中共检测到4种烃类物质,占饼干的14.28%。烷烃类物质主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂[12],由于烃类化合物芳香阈值较高[13],其对小麦胚芽饼干的麦香味贡献较小。实验中检测到的乙苯、对二甲苯、正十二烷、均三甲苯、正十三烷等物质均没有香味贡献,甲苯和对二甲苯分别含有油漆味和塑料味,均不是小麦胚芽饼干麦香味的有效成分,其中检测到的苯乙烯具有脂肪味和黄瓜味,是小麦胚芽饼干的有效成分之一。总体来说烃类化合物其芳香阈值较高,并不是麦香味形成的主要香味成分。

含N的杂环化合物:在70%小麦胚芽饼干中共检测到15种含N的杂环化合物,占饼干中挥发性风味物质种类总数的55.55%。在100%小麦胚芽饼干中共检测到16种含N的杂环化合物,占饼干的57.14%。且不同含量的小麦胚芽饼干中共有的含N的杂环化合物达10个。含N的杂环化合物具有较低的域值,他们主要是来源于还原糖与氨基酸之间的美拉德反应、氨基酸(如脯氨酸)和硫胺素的热解,还可以由美拉德反应中间产物中的一些二羰基化合物进一步与脂质的降解产物反应而生成类黑色素,并形成呋喃、吡啶、吡嗪、吡咯、呋喃、吡唑以及它们的衍生物[14-15],这些复杂的成分给麦芽带来了焦香与烤香,是麦香中的主要贡献化合物,这些杂环化合物都由同样的母体产生,包括主要的还原糖、游离氨基酸或二肽及甘油三酸酯与它们的衍生物[16]。其中Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-虽未在文献及资料中找到其相关的中文名称,但实验中检测出70%、100%小麦胚芽饼干中均含有这种物质,且其含量很高,在100%小麦胚芽饼干中的含量尤其高,推测应该是麦香味形成的重要风味物质。

表4 不同含量小麦胚芽饼干中气味活性化合物定量结果Table 4 Quantitative data of the aroma-active compounds present in diffenert content of wheat germ biscuit

此外,在不同含量小麦胚芽饼干中还检测出少量的脂类和醚类物质,其中在70%小麦胚芽饼干中检测到的γ-丁内酯是由醇酸通过失水进行分子间的酯酸化形成一种环状结构,具有焦香味和甜味,对麦香味的形成有很大的关系。

2.4 挥发性化合物对小麦胚芽饼干麦香味的贡献程度

由表4可知,不同含量小麦胚芽饼干中挥发性香味物质在总体组成上差距不大,但是各种挥发性化合物的含量却有一定的差别,按照相对含量由高到低排列,70%小麦胚芽饼干中主要香味物质的成分及含量依次为:2,5-二甲基吡嗪(111.33 ng/g),Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-(111.32 ng/g),3-氨基-2,6-二甲基吡啶(74.47 ng/g),2-甲基吡嗪(38.67 ng/g),苯胺(15.33 ng/g),苯并噻唑(12.75 ng/g),苯甲醛(12.60 ng/g),2,3-二甲基哌嗪(11.28 ng/g)等。100%小麦胚芽饼干中主要香味物质的成分及含量依次为:2,5-二甲基吡嗪(312.86 ng/g),Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-(200.59 ng/g),3-氨基-2,6-二甲基吡啶(156.20 ng/g),2-乙基-5-甲基吡嗪(89.82 ng/g),2-甲基吡嗪(64.55 ng/g),2,6-二甲基吡嗪(31.85 ng/g),苯并噻唑(29.98 ng/g),2,3-二甲基哌嗪(18.26 ng/g)等。可见含N的杂环化合物对麦香味的形成贡献最大。在对不同含量小麦胚芽饼干的挥发性香味化合物分析时,均检测到3-氨基-2,6-二甲基吡啶,且含量均很高,但并未检测到其香味特征,推测其可能是麦香味形成的重要贡献物质。

3 结论

通过感官评价结果可知,100%小麦胚芽饼干较70%小麦胚芽饼干色泽金黄且更加均匀，麦香味更浓郁,质地更脆,感官评价得分更高。通过SPME-GC-O-MS对不同含量小麦胚芽饼干中风味物质的分析,不同含量小麦胚芽饼干中挥发性香味物质在总体组成上差距不大,主要为醛类,烃类,酮类,含N的杂环化合物及少量的脂类和醚类,其中含N的杂环化合物的种类最多,2,5-二甲基吡嗪具有可可味,烤坚果味,烤牛肉味,药味,Pyrazine,3-ethyl-2,5-dimethyl-具有马铃薯味,烘烤味,2-乙基-5-甲基吡嗪具有水果味,甜味,2-甲基吡嗪具有爆米花味,2,6-二甲基吡嗪具有烤坚果味,可可味,烤牛肉味,2,3-二甲基哌嗪具有坚果味,花生酱味,可可味,肉味,异戊醛具有麦香味等,为小麦胚芽饼干中主要的香味贡献物。但是各种挥发性化合物的含量却有一定的差别,在不同含量小麦胚芽饼干中含N化合物的含量均最高,但其含量的差别也最大,其中70%、100%小麦胚芽饼干中醛类物质分别占饼干中挥发性风味物质种类总数的14.81%、17.86%,70%、100%小麦胚芽饼干中含N的杂环化合物分别占饼干中挥发性风味物质种类总数的55.55%、57.14%。这也是100%小麦胚芽饼干较70%小麦胚芽饼干麦香味更突出的原因。

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Formation and analysis of wheat fragrance in wheat germ biscuit baking process

LIANG Ling,CHEN Cun-she*

(Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

Wheat germ is rich in nutriton,the baked wheat germ product has its own unique flavor,so wheat germ cookies with wheat germ as raw materials have good taste and market value. Wheat germ biscuits were used as the object,and extracted by SPME and then condensed for GC-MS and GC-O,different content of wheat germ biscuit′s volatile aroma components were analyzed and compared.The results showed that,the composition of volatile aroma components in wheat germ biscuit with different contents were not very large,but there were some differences in the content of all kinds of volatile compounds. The main flavor substances were aldehydes,ketones,and heterocyclic compounds containing N. Among them,the species and content of heterocyclic compounds containing N were the highest,which were the main contribution to the formation of wheat flavor.

wheat germ with different content;biscuit;wheat fragrance;SPME;GC-O;GC-MS

2016-10-08

梁玲(1991-),女,硕士研究生,研究方向:粮油加工,E-mail:838471560@qq.com。

*通讯作者:陈存社(1965-),男,博士,教授,研究方向:粮油加工,E-mail:chencs@th.btbu.edu.cn。

十三五国家科技计划项目(2016YFD0400401)。

TS201.2

A

1002-0306(2017)07-0064-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.004