甲基戊酸的甲基位置對(duì)其香氣強(qiáng)度的影響

劉玉平，尹德才，李 寧,2，孫寶國(guó)，陳海濤,*

(1.北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100048；2.陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710021)

甲基戊酸的甲基位置對(duì)其香氣強(qiáng)度的影響

劉玉平1，尹德才1，李 寧1,2，孫寶國(guó)1，陳海濤1,*

(1.北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100048；2.陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710021)

采用3點(diǎn)選配法(3-AFC)并結(jié)合最優(yōu)估計(jì)閾值(BET)法對(duì)這甲基戊酸的3種同分異構(gòu)體——2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸閾值進(jìn)行計(jì)算，得到3種香料的閾值分別為63.49、0.886、0.713mg/kg。同時(shí)，使用電子鼻對(duì)3種化合物的香氣強(qiáng)度進(jìn)行比較，在10、100、1000mg/kg的溶液，3種化合物的香氣強(qiáng)度由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?-甲基戊酸＞3-甲基戊酸＞2-甲基戊酸，這與3種化合物的閾值測(cè)試情況吻合。結(jié)論：甲基位置對(duì)甲基戊酸的香氣強(qiáng)度有影響，隨著甲基與羧基距離的增加，甲基戊酸的香氣強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。

甲基戊酸；香氣強(qiáng)度；閾值；3點(diǎn)選配法檢驗(yàn)(3-AFC)；最優(yōu)估計(jì)閾值(BET)

甲基脂肪酸是羧酸類食用香料中比較重要的一類，它們不僅香氣特征明顯，而且多數(shù)香氣強(qiáng)度大于同碳的直鏈脂肪酸的香氣強(qiáng)度，因此在香料香精行業(yè)引起重視。目前食品中允許使用的70多種羧酸類食用香料中甲基脂肪酸就有20多種。甲基戊酸包括2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸3種同分異構(gòu)體，它們是美國(guó)食品香料與萃取物制造者協(xié)會(huì)(FEMA)認(rèn)為安全(GRAS)的食品香料[1-3]，也是我國(guó)食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2007《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的允許使用的食品香料[4]。在合成香料和調(diào)配香精的過程中，發(fā)現(xiàn)甲基脂肪酸中甲基的位置對(duì)脂肪酸的香氣強(qiáng)度有一定影響，而香料化合物的香氣強(qiáng)弱一般可以通過測(cè)定香料的閾值的方法來判斷[5-10]。近年來隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，人們研制出了電子鼻，并將其應(yīng)用于食品及相關(guān)領(lǐng)域[11-14]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)3種甲基戊酸的香氣閾值進(jìn)行測(cè)定，并采用電子鼻對(duì)這3種香料的香氣強(qiáng)度進(jìn)行比較，證實(shí)甲基的位置對(duì)甲基戊酸的香氣強(qiáng)度有一定影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸 上海愛普香料公司；娃哈哈飲用純凈水 天津冠芳可樂飲料有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Fox4000型電子鼻[內(nèi)置18個(gè)T/P和LY類型金屬氧化物傳感器(LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2)組成傳感器陣列，載氣為零空氣]、Alphasoft V11操作及數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)[帶有PCA(主成分分析)，DFA(辨別因子分析)等多變量統(tǒng)計(jì)分析功能] 法國(guó)Alpha MOS公司；HS100頂空自動(dòng)進(jìn)樣器(頂空加熱溫度最高200℃)美國(guó)PerkinElmer公司；Parker 78-40零空氣發(fā)生器(零空氣中總烴含量＜0.1mg/kg，二氧化碳含量＜1mg/kg，水蒸氣含量＜1mg/kg) 美國(guó)Balston公司；1000mL移液槍 芬蘭Biohit公司。

1.3 方法

1.3.1 3種香料的香氣閾值的測(cè)定

將3種香料分別用純凈水稀釋成含量為0.1、1、10、100、1000mg/kg的溶液，挑選5名經(jīng)過訓(xùn)練的評(píng)價(jià)員，參照GB/T 22366—2008《感官分析 方法學(xué) 采用3點(diǎn)選配法(3-AFC)測(cè)定嗅覺和風(fēng)味覺察閾值的一般導(dǎo)則》[15]，對(duì)這3種香料的香氣閾值進(jìn)行初步測(cè)定，找出3種香料香氣閾值的大概范圍。

在初步測(cè)定結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)3種香料的水溶液進(jìn)一步稀釋，每種化合物配成6個(gè)不同稀釋度的樣品。評(píng)價(jià)時(shí)每次給評(píng)價(jià)員3個(gè)樣品，其中兩個(gè)為純凈水的空白樣，一個(gè)為稀釋成香料溶液，讓評(píng)價(jià)員從中選出一個(gè)不同的樣品。樣品的含量采用從低到高的順序，對(duì)得到的結(jié)果采用最優(yōu)估計(jì)閾值(BET)法進(jìn)行處理，得到3種香料的香氣閾值。

1.3.2 采用電子鼻對(duì)這3種香料的香氣強(qiáng)度進(jìn)行比較

使用移液槍準(zhǔn)確量取分別為1、10、100、1000mg/kg的3種樣品的溶液5mL，裝入10mL樣品瓶中(共計(jì)12個(gè))，將樣品瓶放入電子鼻的樣品盤中，對(duì)這些樣品進(jìn)行氣味測(cè)定。測(cè)定時(shí)，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定5次，取其中4個(gè)相關(guān)性比較好的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.3.3 香氣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用電子鼻在最小回歸定量分析模式(partial least square，PLS)下，以1、10、100、1000mg/kg的4-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度建立氣味強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線，作為基準(zhǔn)，對(duì)2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的10、100、1000mg/kg溶液樣品進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比3種香料化合物的香氣強(qiáng)度并計(jì)算2-甲基戊酸和3-甲基戊酸氣味強(qiáng)度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種香料的香氣閾值

經(jīng)過5名評(píng)價(jià)員的初步評(píng)價(jià)，在含量分別為0.1、1、10、100、1000mg/kg的5個(gè)溶液中，2-甲基戊酸含量為10、100、1000mg/kg的樣品溶液全部能夠被辨認(rèn)出，0.1mg/kg溶液的不能辨認(rèn)，而1mg/kg的溶液只有部分評(píng)價(jià)員能夠辨認(rèn)，因而確定用來測(cè)定2-甲基戊酸香氣閾值含量為0.1、0.5、1、2、4、8mg/kg，18個(gè)評(píng)價(jià)員評(píng)價(jià)的結(jié)果見表1。

表1 2-甲基戊酸評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理Table 1 Data processing for evaluating the aroma intensity of 2-methylvaleric acid

3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的含量分別為1、10、100、1000mg/kg的樣品全部能夠被評(píng)價(jià)員辨認(rèn)出，而0.1mg/kg溶液的只有部分評(píng)價(jià)員能夠辨認(rèn)，因而確定用來測(cè)定3-甲基戊酸和4-甲基戊酸香氣閾值為0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1mg/kg。18個(gè)評(píng)價(jià)員評(píng)價(jià)的結(jié)果見表2、3。

對(duì)18位評(píng)價(jià)員的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行處理，得到2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的閾值分別為63.49、0.886、0.713mg/kg。4-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度高于3-甲基戊酸和2-甲基戊酸，其中2-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度較弱。由上述閾值測(cè)定結(jié)果可以看出，甲基對(duì)甲基戊酸的香氣強(qiáng)度有影響，隨著甲基基團(tuán)與羧基距離的增加，甲基戊酸的香氣強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。

表2 3-甲基戊酸評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理Table 2 Data processing for evaluating the aroma intensity of 3-methylvaleric acid

表3 4-甲基戊酸評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理Table 3 Data processing for evaluating the aroma intensity of 4-methylvaleric acid

2.2 繪制PLS香味強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線

使用電子鼻對(duì)1、10、100、1000mg/kg不同氣味強(qiáng)度的4-甲基戊酸進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)樣品測(cè)定4次，根據(jù)4次結(jié)果建立PLS香味強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

圖1 PLS香氣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 PLS standard curve of aroma intensity

由圖1可知，PLS香氣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為Y=1.107X－3.0038，R2=0.9956。香氣強(qiáng)度與電子鼻傳感器信號(hào)之間具有良好的線性關(guān)系。

2.3 電子鼻測(cè)定香氣強(qiáng)度

取1、10、100、1000mg/kg的2-甲基戊酸、3-甲基戊酸溶液作為待測(cè)樣，用電子鼻根據(jù)其測(cè)得的含量，通過對(duì)比4-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算其不同含量溶液下的電子鼻測(cè)定的香氣強(qiáng)度，兩種香料化合物的4組樣品的香氣測(cè)定結(jié)果見表4。

由表4可以看出，當(dāng)2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量為1000mg/kg時(shí)，它們的測(cè)量香氣強(qiáng)度平均值分別為23.73和99.64，即此時(shí)2-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度與23.73mg/kg的4-甲基戊酸化合物香氣強(qiáng)度一致，3-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度與99.64mg/kg的4-甲基戊酸化合物香氣強(qiáng)度一致，故此含量下香氣強(qiáng)度順序?yàn)?-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸；同理，當(dāng)2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量為100mg/kg時(shí)，它們的測(cè)量香氣強(qiáng)度平均值分別為6.78和12.25，此含量下香氣強(qiáng)度順序?yàn)?-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸；當(dāng)2-甲基戊酸和3-甲基戊酸溶液含量為10mg/kg時(shí)，它們的測(cè)量香氣強(qiáng)度平均值分別為4.87和6.83，此含量下香氣強(qiáng)度順序?yàn)?-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸。另外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量為1mg/kg時(shí)，它們的測(cè)量香氣強(qiáng)度平均值分別為4.05和2.83，而此時(shí)4-甲基戊酸的香氣強(qiáng)度僅為1，這與上面的結(jié)果相矛盾；出現(xiàn)這種現(xiàn)象有兩方面的原因，一是當(dāng)含量為10mg/kg時(shí)，已經(jīng)接近電子鼻的檢測(cè)限，當(dāng)含量為1mg/kg時(shí)，電子鼻已經(jīng)不能做出準(zhǔn)確強(qiáng)度判斷；另一方面的原因是得到的回歸方程不適應(yīng)于含量較低的情況。

綜上所述當(dāng)被測(cè)樣品含量超過10mg/kg時(shí)，電子鼻測(cè)定的香氣強(qiáng)度與評(píng)價(jià)員嗅聞的強(qiáng)度結(jié)果吻合，但是，對(duì)于被實(shí)驗(yàn)的3個(gè)樣品而言，電子鼻嗅聞靈敏度要低于評(píng)價(jià)員的嗅聞靈敏度。

表4 電子鼻測(cè)定的不同含量溶液下3種甲基戊酸香氣強(qiáng)度Table 4 Aroma intensities of three methylvaleric acids with various concentrations determined by electronic nose

3 結(jié) 論

用BET法對(duì)18位評(píng)價(jià)員的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行處理，得到2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的閾值分別為63.49、0.886、0.713mg/kg。用電子鼻通過繪制PLS香味強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法可以比對(duì)出3種香料化合物的香氣強(qiáng)度由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?-甲基戊酸＞3-甲基戊酸＞2-甲基戊酸。甲基位置對(duì)甲基戊酸的香氣強(qiáng)度有影響，隨著甲基基團(tuán)與羧基距離的增加，甲基戊酸的香氣強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。

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Effect of Methyl Position on Aroma Intensity of Methylvaleric Acids

LIU Yu-ping1，YIN De-cai1，LI Ning1,2，SUN Bao-guo1，CHEN Hai-tao1,*
(1. School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)

2-Methylvaleric acid, 3-methylvaleric acid and 4-methylvaleric acid are three isomers of methylvaleric acids and all of them can be used in food. Their aroma intensities are different. In this work, the aroma thresholds of the three methylvaleric acids were evaluated by 3-AFC test to be 63.49, 0.886 mg/kg and 0.713 mg/kg, respectively. Meanwhile, their aroma intensities were also compared with the determined values by electronic nose. Results showed that the aroma intensities of the three flavor compounds from strong to weak were 4-methylvaleric acid, 3-methylvaleric acid and 2-methylvaleric acid at identical concentrations of 10, 100 mg/kg and 1000 mg/kg. The determined results by both methods were consistent. Therefore, the position of the methyl group exhibited an obvious effect on aroma intensity of methylvaleric acids and the aroma intensity was increased with the increase of distance between the methyl group and the carboxyl group.

methylvaleric acid；aroma intensity；threshold；three alternative forced-choice test (3-AFC test)；best estimated threshold

TS207.3

A

1002-6630(2010)20-0325-04

2010-06-30

北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目(20081D0500300127)

劉玉平(1969—)，男，副教授，碩士，主要從事香料化學(xué)研究。E-mail：liuyp@th.btbu.edu.cn

*通信作者：陳海濤(1973—)，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事香料化學(xué)研究。E-mail：chenht@th.btbu.edu.cn