罗梦颖，王承，葛艳静，黄苏婷，杭方学,2*

(1.广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004；2.广西大学糖业及综合利用教育部工程研究中心，南宁 530004)

红糖是甘蔗汁用石灰法，经过清净、熬煮、结晶等过程而形成的非分蜜糖[1-2]，因其加工过程中不添加化学助剂[3]，保留了甘蔗中糖类、蛋白质、氨基酸、酚类[4-5]等大部分营养物质[6]，在世界范围内深受消费者喜爱[7]。赤砂糖是棕红色或黄褐色的带蜜砂糖[8]，为制糖过程的副产物[9]。目前，我国市场上存在着“赤砂糖冒充红糖”的现象[10]，学者们通过研究红糖和赤砂糖的理化性质来分析两者的差异[11]，然而，除了颜色、主要成分、矿物质、氨基酸等方面不同外，红糖中的挥发性香气成分还构成其特殊的芳香味[12-13]，赤砂糖则不具有特定气味，有关红糖和赤砂糖在挥发性香气方面的对比还未见报道。

目前，分析食品中挥发性物质的方法主要有固相微萃取-气相色谱-质谱联用法(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS)[14-16]、气相色谱-嗅觉测量法(gas chromatography-olfactometry, GC-O)[17-19]和电子鼻分析技术[20-22]。黄苏婷等[23]利用SPME-GC-MS分析红糖中的挥发性物质，王姣等[24]使用SPME-GC-MS、GC-O结合香气活力值对三大类马苏里拉奶酪的挥发性风味物质进行分析。本实验结合HS-SPME和GC-O-MS技术对红糖和赤砂糖挥发性物质进行分析，为红糖和赤砂糖风味香气的研究提供了科学依据，也为两者的鉴别提供了参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红糖样品：购于广西壮族自治区贵港市和贵州省黔西南州，分别标识为红糖1和红糖2；赤砂糖样品：购于广西壮族自治区南宁市，为亚硫酸法甘蔗糖厂产品，于干燥器中保存；正构烷烃C8-C40：美国Sigma公司；氯化钠(AR)：天津市光复科技发展有限公司。

1.2 主要仪器与设备

7890B-5977A型气相色谱-质谱仪 美国Agilent Technologies公司；ODPC200型嗅闻仪、ODP3型电子鼻 德国Gerstel公司；57328-U固相微萃取纤维头、57330-U固相微萃取进样手柄 美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME萃取香气成分

称取6.00 g糖样品和4.00 g蒸馏水，充分搅拌至完全溶解。在顶空瓶中加入6.00 g糖溶液和0.60 g电解质氯化钠，再加入磁力搅拌转子，于50 ℃恒温水浴锅中加热3 min，转速为350 r/min。在顶空瓶中插入已老化的萃取头，萃取时间为50 min。随后迅速插入GC-MS的样品解吸端，开始采集数据，每个糖样品分别做3次平行。

1.3.2 GC-MS条件

GC条件：DB-WAX毛细管色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；以He为载气；恒定流量为1.5 mL/min；不分流进样；进样口温度设定在250 ℃；初始温度40 ℃，时间为1 min，升温速率为3 ℃/min。温度达到200 ℃，维持27 min。

MS条件：离子源温度为230 ℃；电离方式：EI；传输线温度为250 ℃；四级杆温度为150 ℃；质量扫描范围设定在29～450 amu。

1.3.3 嗅闻仪分析

传输线温度250 ℃，分流比1∶1。本实验采用芳香萃取物稀释分析法(AEDA)[25]，即样品按照1∶3的比例依次稀释，直至电子鼻末端闻不到气味为止。每种香味物质的最高稀释倍数即为其风味稀释因子(flavor dilution factor, FD)。实验选出经专业培训的3位同学于电子鼻末端进行评定，分别记录每种气味出现的时间及强弱，并对其进行描述。香气强弱用1～3来表示(1为气味弱，2为气味中等，3为气味强)。每种香味物质的特点和气相色谱保留时间至少需要2名同学的判断一致才算有效。

1.3.4 电子鼻检测

称取6.00 g糖液和0.60 g氯化钠于顶空瓶中，随后放置在50 ℃恒温水浴锅中预热20 min，结束后立即检测，每个糖样品分别做3次平行。电子鼻条件：载气为干燥空气，清洗时间为100 s，数据采集时间为120 s。

1.3.5 数据处理

GC-MS数据使用Xcalibur软件进行处理，通过电脑检索和NIST 14谱库进行对比，匹配度<80%的不进行记录。待测组分的保留指数(retention idex, RI)根据C8-C40正构烷烃在同样条件下的保留时间计算。采用峰面积归一化法，以各组分峰面积在总峰面积中的比值作为其相对含量[26]。

2 结果与分析

2.1 红糖与赤砂糖挥发性成分分析

采用HS-SPME-GC-MS对2种红糖和1种赤砂糖的挥发性成分进行分析，通过谱图检索共鉴定出75种挥发性物质，包括醛类、酮类、醇类、硫醚类、吡嗪类、呋喃类等共10种化合物。红糖和赤砂糖中挥发性物质及含量见表1。

表1 红糖和赤砂糖挥发性物质GC-MS分析结果Table 1 Analytical results of volatile components of brown sugar and brown granulated sugar by GC-MS

续 表

续 表

由表1可知，红糖1中鉴定出61种挥发性物质，总含量为161.38 μg/g，其中醛类(13种)占31.61%，酮类(10种)占13.88%，醇类(4种)占7.65%，酯类(2种)占0.37%，酸类(3种)占2.51%，酚类(4种)占6.09%，硫醚类(2种)占7.08%，吡嗪类(12种)占15.99%，呋喃类(5种)占11.87%。红糖2中鉴定出58种挥发性物质，总含量为122.52 μg/g，其中醛类(11种)占18.43%，酮类(9种)占15.34%，醇类(3种)占12.86%，酯类(2种)占0.39%，酸类(4种)占6.64%，酚类(4种)占5.15%，硫醚类(1种)占9.97%，吡嗪类(10种)占14.88%，呋喃类(5种)占12.18%。

赤砂糖中共鉴定出42种挥发性物质，总含量为76.63 μg/g，其中醛类(10种)占16.93%，酮类(3种)占1.8%，醇类(2种)占1.27%，酯类(2种)占0.44%，酸类(5种)占34.61%，酚类(3种)占4.82%，硫醚类(2种)占30.22%，吡嗪类(6种)占2.96%，呋喃类(1种)占0.74%。

红糖和赤砂糖的挥发性成分在种类和含量上存在明显差异，两种红糖挥发性物质中醛类、吡嗪类、呋喃类、酮类、硫醚类、醇类物质的相对含量较高，分别占总含量的88.04%、83.66%，赤砂糖中相对含量较高的物质是醛类、酸类、硫醚类，占总含量的81.76%，红糖中含有的吡嗪类、酮类、呋喃类、醇类等物质种数更多，相对含量也显著高于赤砂糖。赤砂糖的挥发性成分含量低于红糖，而酸类与硫醚类相对含量显著高于红糖。

2.2 红糖与赤砂糖挥发性物质的GC-O分析

红糖和赤砂糖的GC-O结果见表2，以香气强度值和稀释倍数FD值来表示。FD值为经稀释后仍能被嗅闻出来的最大稀释倍数，FD值越高，香气强度值越大，该物质对整体的香气贡献就越大[27]。

表2 红糖和赤砂糖挥发性物质GC-O分析Table 2 Analysis of volatile components of brown sugar and brown granulated sugar by GC-O

续 表

通过GC-O分析，红糖1中含有30种香气物质，其中，FD值≥27且香气强度值≥2的有14种，包括 2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、辛醛、壬醛、2-呋喃基-乙酮、大马酮、香叶基丙酮、二甲基硫化物、甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基2,5-二甲基吡嗪、糠醛、糠醇。红糖2中含有34种香气物质，其中，FD值≥27且香气强度值≥2的有12种，包括2-甲基丙醛、3-甲基丁醛、辛醛、壬醛、2,3-丁二酮、丁酸、甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、糠醛。

赤砂糖中含有23种香气物质，FD值≥27且香气强度值≥2的有7种，包括2-甲基丁醛、辛醛、壬醛、辛酸、2,4-二叔丁基苯酚、二甲基硫化物、5-甲基-2-呋喃甲醇。

比较发现，红糖香气来源更丰富，主要呈现出吡嗪类、醛类、酮类的坚果味、花果香、烘烤香等气味，还有部分甜香味、奶香味。这些FD值和香气强度值均较高的香气物质对红糖整体风味有显著贡献，使红糖嗅闻愉悦感强。而赤砂糖中具有较高香气强度的成分较少，以醛类为主，使赤砂糖整体呈现焦甜香。

2.3 红糖与赤砂糖的电子鼻分析

通过电子鼻传感器吸附红糖、赤砂糖中的香气分子，将电子鼻的检测结果绘制成雷达图，见图1。结合PCA数据分析比较红糖和赤砂糖香气组成的差异，结果见图2。

图1 红糖和赤砂糖雷达图的比较Fig.1 The comparison of radar charts of brown sugar and brown granulated sugar

图2 红糖和赤砂糖的主成分分析Fig.2 The principal component analysis of brown sugar and brown granulated sugar

由图1可知，R6、R7和R9传感器对红糖和赤砂糖的响应有明显的差异，在对样品测定中起主导作用。R6传感器对烷烃类化合物极其敏感，R7传感器对萜烯、吡嗪类化合物敏感，R9传感器对芳香族化合物和硫化物敏感[28]。在雷达图中能明显看出，两种红糖的各个响应强度值十分接近，表明两者的香气成分差异相对较小，与表1的挥发性香气组成结果基本一致，可以初步判断两种红糖之间具有明显的相似性。而与赤砂糖的响应强度值则表现出明显差异，尤其是R6、R7和R9传感器的响应值明显低于红糖的响应强度，表明红糖与赤砂糖在挥发性物质组成上存在较大区别。

同时，为了进一步验证电子鼻能对红糖和赤砂糖进行区分，利用电子鼻仪器主成分分析系统处理数据。由图2可知，第一和第二主成分的累计贡献率为95.79%(PC1=85.77%，PC2=10.02%)，能较全面地反映样品的整体香气情况，95.79%的累计贡献率说明红糖与赤砂糖之间存在明显差异。由图2主成分的分布可以看出，两种红糖存在部分重叠，表明二者的香气组成有较多相近的成分，也说明两种红糖间存在较大的相似性。而赤砂糖则与两种红糖相隔较远，显示出较大的差异，说明其香气组成与红糖有较大差别。这一结果与图1的雷达图结果一致，因此可以使用电子鼻在香味上有效地区分红糖和赤砂糖。

3 结论

本研究采用HS-SPME-GC-MS对2种红糖和1种赤砂糖的挥发性香气组分进行鉴别，结合GC-O分析其特征香气成分，并通过电子鼻对红糖和赤砂糖的香气成分进行主成分分析。实验总共鉴别分离出75种挥发性物质，红糖主要是醛类、酮类、吡嗪类、呋喃类、醇类，而赤砂糖主要是酸类、含硫类化合物、醛类。红糖和赤砂糖的挥发性成分和种类差异明显，红糖中具有较高FD值和香气强度值的物质比赤砂糖多，风味更丰富，通过电子鼻分析也可以有效区分赤砂糖和红糖。