加納可可脂與可可液塊中揮發(fā)性成分分析

劉夢婭, 劉建彬, 何聰聰, 宋煥祿,*, 王 冶, 楊海鶯

（1.北京工商大學(xué)分子感官科學(xué)實驗室，北京 100048；2.中糧營養(yǎng)健康研究院，北京 100020）

加納可可脂與可可液塊中揮發(fā)性成分分析

劉夢婭1, 劉建彬1, 何聰聰1, 宋煥祿1,*, 王 冶2, 楊海鶯2

（1.北京工商大學(xué)分子感官科學(xué)實驗室，北京 100048；2.中糧營養(yǎng)健康研究院，北京 100020）

采用吹掃捕集法對加納可可脂與加納可可液塊中的揮發(fā)性成分進行提取，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對揮發(fā)性成分定性分析，共檢測到50種成分，包括醛類、酸類、醇類、酯類、吡嗪類、酮類、硫醚類、烯醛類、呋喃類、吡咯類等成分。其中加納可可脂中共檢測到44種成分，加納可可液塊中共檢測到40種成分。采用內(nèi)標法對加納可可脂和加納可可液塊中的揮發(fā)性成分含量進行半定量分析，結(jié)果表明，各類成分在加納可可脂中都具有較高的含量，酸類（乙酸、3-甲基丁酸）、醛類（2-甲基丙醛、3-甲基丁醛）、吡嗪類（三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、2，5/6-二甲基吡嗪）等物質(zhì)的含量尤為突出。

吹掃捕集；揮發(fā)性成分；可可脂；可可液塊；加納

加納是非洲西部的一個國家，位于幾內(nèi)亞灣北岸。加納盛產(chǎn)可可，是世界最大的可可生產(chǎn)國和出口國之一，其產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的13%。加納可可的主要產(chǎn)區(qū)在潮濕炎熱的阿散蒂地區(qū)、東部地區(qū)和沃爾特地區(qū)［1］。

可可液塊是以可可豆為原料，經(jīng)過清理篩選、發(fā)酵、干燥、焙炒、脫殼、堿化（或不堿化）、精細研磨制成的醬體，冷卻后凝結(jié)成棕褐色帶有香氣和苦澀味的塊狀固體。它是生產(chǎn)巧克力的重要原料?？煽梢簤K獨特的氣味前體物質(zhì)是在可可豆發(fā)酵過程中通過酶促反應(yīng)產(chǎn)生的［2］。

可可脂是從可可液塊中提取出的乳黃色硬性天然植物油脂?？煽芍司哂袧庥舳鴥?yōu)美的獨特香味外，在15℃以下，還具有相當堅實和脆裂的特性?？煽芍旁谧炖飼芸烊诨⑶覠o油膩感；而且它也不像其他植物油脂，容易氧化酸?。?］?？煽芍乔煽肆Φ睦硐搿Ｓ糜椭?，幾乎具備了各種植物油脂的一切優(yōu)點，至今還未發(fā)現(xiàn)能與其相媲美的其他油脂?？煽芍渴菂^(qū)分巧克力純度的重要指標［4］，可可脂使巧克力具有濃香醇厚的味道和深邃誘人的光澤，并賦予巧克力獨特的平滑感和入口即化的特性，給人們帶來美妙的感受。

Schnermann等［5］對牛奶巧克力和可可液中的關(guān)鍵氣味物質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)可可液中共有48種較為重要的氣味物質(zhì)；Misnawi［6］用SPME法結(jié)合GCO研究了可可液塊中的氣味物質(zhì)，認為可可液塊的特有風(fēng)味由三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、苯乙醇、苯乙醛、十二酸、2，3-丁二醇等提供；Frauendorfer［7］等基于分子感官科學(xué)研究了可可粉中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)，認為4-羥基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮（DMHF）、3-甲基丁酸、二甲基三硫醚、苯乙醛、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪具有最高的稀釋因子，乙酸、3（2）-甲基丁醛、3-甲基丁酸、苯乙醛具有最高的氣味活度值（odor activity value，OAV），它們對體現(xiàn)巧克力的特有風(fēng)味具有關(guān)鍵作用；Bonvehí［2］對烤可可粉中的氣味物質(zhì)進行研究，認為構(gòu)成可可粉的主要氣味物質(zhì)是一些低分子量的醇、醛、酮、雜環(huán)化合物、酯、烴和硫化物等，它們是構(gòu)成可可氣味輪廓的主要物質(zhì)，其中典型的可可氣味主要由吡嗪、醛、呋喃、吡咯衍生物等物質(zhì)體現(xiàn)。

本實驗采用吹掃捕集的前處理方法，結(jié)合GCMS對加納可可脂和加納可可液塊中的揮發(fā)性成分進行定性定量分析，了解其中的主要揮發(fā)性成分及含量，為優(yōu)化巧克力生產(chǎn)配方及對巧克力的質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

加納可可脂和加納可可液塊，由中糧營養(yǎng)健康研究院提供，切碎備用。

1.1.2 試劑

正構(gòu)烷烴（C7～C30）標準品，2-甲基-3-庚酮標準品，Sigma-Aldrich公司；正己烷、乙醚，均為色譜純，北京化學(xué)試劑公司。

1.1.3 儀器與設(shè)備

7890 A-7000B型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（配有EI離子源及NIST 2.0數(shù)據(jù)庫），美國Agilent公司；吹掃捕集自動進樣裝置，美國Teledyne Tekmar公司；毛細管柱DB-Wax，美國J&W公司；吹掃捕集專用40mL樣品瓶，美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 吹掃捕集方法［8］

分別取3.0 g加納可可液塊和加納可可脂樣品，裝于樣品瓶中，加入濃度為163.2 ng·μL-12-甲基-3-庚酮標準物質(zhì)1μL。設(shè)定條件為50℃，平衡30 min，氮吹流量為50 mL·min-1，吹掃吸附25 min。平行3次進樣。

1.2.2 GC-MS分析條件

氣相色譜條件采用DB-WAX型（30 m×0.25 mm，0.25 μm）毛細管柱；載氣為氦氣，流速為1.2 mL·min-1。升溫程序為初始溫度40℃，保持3 min，然后以5℃·min-1的速率升溫到200℃，再以10℃·min-1的速率升到230℃，保持3 min，運行時間共41 min。

質(zhì)譜條件為電子轟擊離子源（electron impact， EI），電子能量70 eV，傳輸線溫度250℃，離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃，質(zhì)量掃描范圍m/z 40～250 u。

1.2.3 定性方法［9］

化合物由質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫、標準化合物保留指數(shù)（retention index，RI）對比鑒定。若無標準化合物，則通過查閱以往文獻報道的化合物RI值進行鑒定。

1.2.4 化合物定量方法［10］

內(nèi)標物質(zhì)為163.2 ng·μL-12-甲基-3-庚酮（標準品的密度為0.816 g·mL-1，取2 μL標準品溶于10 mL色譜純正己烷中即可得到濃度為163.2 ng·μL-12-甲基-3-庚酮內(nèi)標物），樣品平衡之前加入已經(jīng)稀釋好的2-甲基-3-庚酮標準物質(zhì)1 μL。

內(nèi)標物質(zhì)選擇原則：通過空白實驗可以知道加納可可液塊與加納可可脂中本身不含有2-甲基-3-庚酮，并且2-甲基-3-庚酮可以與樣品中其他物質(zhì)很好的分離，故實驗中選取2-甲基-3-庚酮作為內(nèi)標物質(zhì)。

化合物含量計算如式（1）。

式（1）中Sa為樣品a的峰面積，Ss為內(nèi)標物的峰面積，Cs為內(nèi)標物的濃度。

2 結(jié)果與分析

通過吹掃捕集，結(jié)合GC-MS對加納可可脂與加納可可液塊進行分析，共檢測到50種成分，包括醛類7種、烯醛類2種、酯類4種、呋喃類4種、吡嗪類10種、酸類4種、酮類6種、醇類6種，還有吡啶、吡咯、吡咯啉、硫醚等物質(zhì)?？梢钥闯隹煽芍邪奈镔|(zhì)種類豐富多樣，正是這些多種多樣的物質(zhì)構(gòu)成了加納可可脂、加納可可液塊醇香獨特的氣味。在加納可可脂與加納可可液塊的檢測結(jié)果中，僅吡嗪類、醛類、呋喃類和吡咯類的物質(zhì)就有約20種，這些物質(zhì)的含量直接影響可可制品的質(zhì)量。圖1和圖2分別為加納可可脂與加納可可液塊的總離子流色譜圖。

表1為加納可可脂與加納可可液塊中揮發(fā)性成分及含量，從表1中可以看出加納可可脂與加納可可液塊的揮發(fā)性成分輪廓基本相同，但2，3-戊二酮（奶香）、二甲基二硫醚、吡啶、3-羥基-2-丁酮（奶香）、二甲基三硫醚（鮮洋蔥味）、2-壬酮、糠醛（杏仁味）、2-乙?；秽鞠悖?、3，5-二乙基-2-甲基吡嗪（烤香）、苯乙酸乙酯（花香）等物質(zhì)都只存在于加納可可脂中，這些物質(zhì)多呈現(xiàn)奶香、烤香，花香等氣味。相比加納可可脂，加納可可液塊中多了2-丁酮、2-戊酮、辛醛、壬醛、吡咯、苯乙酮等物質(zhì)。從所鑒別出的揮發(fā)性物質(zhì)種類來看，加納可可脂中的的物質(zhì)要略多于加納可可液塊，但可可典型的氣味物質(zhì)基本相同，如3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、各種吡嗪類物質(zhì)。

圖1 加納可可脂中揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1 Total ions chromatogram of volatiles in Ghana cocoa butter

圖2 加納可可液塊中揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.2 Total ions chromatogram of volatiles in Ghana cocoa mass

表1 加納可可脂與加納可可液塊中揮發(fā)性成分Tab.1 Volatiles in Ghana cocoa butter and cocoa mass

續(xù)表1

通過頂空法對加納可可脂、加納可可液塊中的揮發(fā)性成分進行半定量分析，結(jié)果表明，大多物質(zhì)在加納可可脂中都具有較高的含量。其中2-甲基丙醛、3-甲基丁醛、苯甲醛、糠醇、吡嗪類物質(zhì)、乙酸、丙酸、2-甲基丙酸、3-甲基丁酸等酸類物質(zhì)表現(xiàn)尤為突出，在加納可可脂中的含量比加納可可液塊中的含量高出2～5倍。說明各種揮發(fā)性物質(zhì)在加納可可脂中具有較高的含量，并且油脂性的基質(zhì)可能使物質(zhì)具有更好的揮發(fā)性。

圖3為醛類、醇類、吡嗪類、呋喃類、酯類、酸類物質(zhì)在兩種原料中的含量對比，從圖3中可以看出加納可可脂中各類物質(zhì)的總量都多于加納可可液塊中對應(yīng)類物質(zhì)的含量，其中醛類、酸類、吡嗪類物質(zhì)的含量差別尤其突出，差別達到了將近5倍。酯類物質(zhì)的含量較為接近，呋喃和吡嗪類物質(zhì)的差別也相對較高。加納可可脂中較高含量的揮發(fā)性物質(zhì)使其具有較大的氣味強度。

圖3 納可可脂與可可液中各類揮發(fā)性成分含量對比圖Fig.3 Content of different kinds of compounds in Ghana cocoa butter and cocoa mass

10 種吡嗪類物質(zhì)在加納可可脂與加納可可液塊中基本都包括，2-甲基丙醛、3-甲基丁醛等在兩種原料中也都具有相對較高的含量，還有表現(xiàn)花香、蜜香的芳樟醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯等物質(zhì)，它們都是最終構(gòu)成巧克力特有風(fēng)味的重要物質(zhì)?？煽芍c可可液塊是生產(chǎn)巧克力的兩種最關(guān)鍵原料，它們的質(zhì)量與風(fēng)味物質(zhì)的含量直接關(guān)系到巧克力產(chǎn)品的質(zhì)量［11］。

酸類物質(zhì)在可可脂與可可液塊中也都具有較高的含量，但過高的酸類物質(zhì)會影響巧克力的最終品質(zhì)，因而精煉環(huán)節(jié)在巧克力生產(chǎn)中就顯得尤為重要［12］。它不但可以使巧克力物料變得更加細小光滑，促進巧克力色、香、味的變化，其另一個關(guān)鍵作用是除去混合料中殘留的揮發(fā)性酸類物質(zhì)，使巧克力的風(fēng)味變得更加協(xié)調(diào)、宜人［13］。

可可液塊與可可脂是生產(chǎn)巧克力制品的關(guān)鍵原料，它們是典型巧克力氣味的主要貢獻者?？煽梢簤K的最終品質(zhì)與可可豆采后的加工有很大關(guān)系，其中影響較大的為發(fā)酵和焙炒?？煽啥拱l(fā)酵過程會誘發(fā)蛋白質(zhì)水解、碳水化合物水解，產(chǎn)生美拉德反應(yīng)前體物質(zhì)［14］。炒豆過程在110～130℃下進行，此時揮發(fā)性有機酸蒸發(fā)，發(fā)生Strecker Degradation、脫水、聚合、美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生花香、酯味、焦糖、果仁以及酸澀的典型可可味［15-16］。對它們的風(fēng)味及進一步的風(fēng)味產(chǎn)生機理進行研究，對關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的控制及產(chǎn)品的最終質(zhì)量的控制具有重要作用。

3 結(jié) 論

本文通過吹掃捕集方法對加納產(chǎn)可可液塊與可可脂中揮發(fā)性成分進行萃取富集，并通過GC-MS進行定性、定量分析。結(jié)果顯示，加納可可液塊與加納可可脂中的主要揮發(fā)性成分包括以下幾大類：醛類、烯醛類、酮類、酯類、醇類、吡嗪類、呋喃類、酸類，還包括少量吡啶、吡咯、硫醚類物質(zhì)。通過定量分析，可以了解加納可可液與加納可可脂中含量較高的揮發(fā)性成分包括3-甲基丁醛、2-甲基丙醛、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、乙酸、3-甲基丁酸等物質(zhì)，為可可豆發(fā)酵、烘烤與巧克力精煉等重要的工藝環(huán)節(jié)的條件控制提供一定的指導(dǎo)作用。

［1］舒暲.加納的可可［J］.世界知識，1964（9）：29.

［2］Bonvehí J S.Investigation of aromatic compounds in roasted cocoa powder［J］.European Food Research and Technology，2005，221（1-2）：19-29.

［3］孫曉洋，畢艷蘭，楊國龍.代可可脂、類可可脂、天然可可脂的組成及性質(zhì)分析［J］.中國油脂，2007，32（10）：38-42.

［4］王紅，巢強國，葛宇，等.巧克力食品中可可脂及其代用品的鑒別研究［J］.食品科學(xué)，2009，30（9）：66-69.

［5］Schnermann P，Schieberle P.Evaluation of key odorants in milk chocolate and cocoa mass by aroma extract dilution analyses［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1997，45（3）：867-872.

［6］Misnawi S J，Ariza B T S.Use of gas chromatography-olfactometry in combination with solid phase micro extrac-tion for cocoa liquor aroma analysis［J］.International Food Research Journal，2011，18（3）：829-835.

［7］Frauendorfer F，Schieberle P.Identification of the key aroma compounds in cocoa powder based on molecular sensory correlations［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（15）：5521-5529.

［8］劉夢婭，劉建彬，何聰聰，等.GC-O-MS法鑒定黑巧克力中關(guān)鍵香氣物質(zhì)［J］.現(xiàn)代食品科技，2013，29（9）：2311-2316.

［9］Song H，Cadwallader K R.Aroma components of American country ham［J］.Journal of Food Science，2008，73（1）：29-35.

［10］許倩倩，林美麗，劉雪妮，等.紅燒牛肉罐頭香味活性化合物的分析［J］.食品科學(xué)，2012，33（12）：238 -241.

［11］Owusu M.Influence of raw material and processing on aroma in chocolate［D］.Copenhagen：University of Copenhagen，2010.

［12］Bolenz S，Thiessenhusen T，Sch?pe R.Fast conching for milk chocolate［J］.European Food Research and Technology，2003，218（1）：62-67.

［13］Counet C，Callemien D，Ouwerx C，et al.Use of gas chromatography-olfactometry to identify key odorant compounds in dark chocolate［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50（8）：2385-2391.

［14］Zak D L，Keeney P G.Changes in cocoa proteins during ripening of fruit，fermentation，and further processing of cocoa beans［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1976，24（3）：483-486.

［15］Ramli N，Hassan O，Said M，et al.Influence of roasting conditions on volatile flavor of roasted Malaysian cocoa beans［J］.Journal of Food Processing and Preservation，2006，30（3）：280-298.

［16］Jinap S，Rosli W I，Russly A R，et al.Effect of roasting time and temperature on volatile component profiles during nib roasting of cocoa beans（Theobroma cacao）［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，1998，77（4）：441-448.

Analysis of Volatile Compounds in Ghana Cocoa Butter and Cocoa Mass

LIU Mengya1， LIU Jianbin1， HE Congcong1， SONG Huanlu1，*， WANG Ye2， YANG Haiying2
（1.Laboratory of Molecular Sensory Science，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；2.Nutrition and Health Research Institute of COFCO，Beijing 100020，China）

Purge and trap（P&T）was used to extract volatile compounds in Ghana cocoa butter and cocoa mass and gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）was used to identify volatile compounds. Fifty compounds were identified，which were aldehydes，acids，alcohols，esters，pyrazines，ketones，thioethers，olefinic aldehydes，furans，pyrroles，and so on.Cocoa butter had 44 compounds while cocoa mass had 40 compounds.The volatile compounds contents in cocoa butter and cocoa mass were analyzed using the semi-quantitative method by adding the internal standard.The results showed that most compounds had higher levels in the cocoa butter，while the contents of acids（acetic acid，3-methylbutanoic acid），aldehydes（2-methylpropanal，3-methylbutanal），and aldehydespyrazines（trimethylpyrazine，tetramethylpyrazine，2，5/6-dimethylpyrazine）were particularly prominent.

purge and trap；volatile compounds；cocoa butter；cocoa mass；Ghana

李 寧）

TS202.1

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.01.013

2095-6002（2015）01-0069-06

劉夢婭，劉建彬，何聰聰，等.加納可可脂與可可液塊中揮發(fā)性成分分析［J］.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2015，33（1）：69-74.

LIU Mengya，LIU Jianbin，HE Congcong，et al.Analysis of volatile compounds in Ghana cocoa butter and cocoa mass［J］. Journal of Food Science and Technology，2015，33（1）：69-74.

2014-03-31

劉夢婭，女，碩士研究生，研究方向為食品風(fēng)味化學(xué)；

*宋煥祿，男，教授，博士，主要從事食品風(fēng)味化學(xué)及分子感官科學(xué)方面的研究。

。