傳統(tǒng)豆糝品質(zhì)特征分析*

王涵欣，喬發(fā)東，張春江，張泓，劉孟健，郭昕

1(河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南鄭州，450001)

2(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100193)

豆糝(豆醬團(tuán))是河南省東部民間制作的一種傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品，其口感醇香、味道鮮美，深受豫東百姓的喜愛(ài)。它不僅是一種調(diào)味品，還是餐桌上的佐菜，尤其是春節(jié)等節(jié)假日時(shí)，用以解油膩，在人們的日常飲食中占有重要地位。豆糝以大豆為主要原料，經(jīng)微生物作用自然發(fā)酵而成，具有獨(dú)特的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)功效。在大豆發(fā)酵制品的制作過(guò)程中，由于微生物對(duì)原料的分解、微生物的自溶以及代謝產(chǎn)物之間的相互作用，會(huì)發(fā)生復(fù)雜的發(fā)酵代謝和生化反應(yīng)(醇發(fā)酵、酸發(fā)酵、酯化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)等)形成復(fù)雜的風(fēng)味物質(zhì)，菌種、工藝不同，產(chǎn)品物質(zhì)變化也有差異［1-4］。

目前，對(duì)豆糝這一區(qū)域性特色發(fā)酵豆制品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，尤其對(duì)其風(fēng)味成分的分析比較少。頂空固相微萃取(HS-SPME)是一種新的揮發(fā)性物質(zhì)采樣技術(shù)［3］，通過(guò)吸附/脫附技術(shù)，能夠富集樣品中的揮發(fā)和半揮發(fā)性成分，具有靈敏度高、重現(xiàn)性及線性好、操作簡(jiǎn)單方便快速的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于食品風(fēng)味測(cè)定中［5-7］。本文測(cè)定了豆糝的理化指標(biāo)，分離鑒定了其揮發(fā)性風(fēng)味化合物，分析豆糝的品質(zhì)特征。旨在為該傳統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

原料:大豆、面粉、食鹽、香辛料等。

試劑:檢驗(yàn)分析常用的各種化學(xué)試劑(分析純)。

儀器與設(shè)備:電熱鼓風(fēng)干燥箱(BGZ-240電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司);水分活度儀(AQUA，美國(guó)Aqua Lab公司);pH計(jì)(PB-10);磁力攪拌器(78-1，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司);全自動(dòng)凱氏定氮儀(KJELTEC 2300，丹麥FOSS公司);索氏提取器(SER148型脂肪測(cè)定儀);SPME萃取裝置(50/30 μm DVB/CAR/PDMS，美國(guó) Supelco公司);氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(QP2010日本島津公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程及操作要點(diǎn)

原料篩選→浸泡→蒸煮→裹面→制曲→拌料→發(fā)酵成熟

選擇顆粒飽滿、均勻、新鮮、無(wú)霉?fàn)€、無(wú)蟲(chóng)蛀的大豆，并且進(jìn)行清洗、除雜及上浮物。然后放入容器中加水浸泡(20～25℃，10 h)，以豆內(nèi)無(wú)白心，用手捏容易成2瓣為宜。采用常壓煮制法(大火40 min，小火20 min)使大豆全部均勻熟透，既軟又不爛，保持整粒又無(wú)夾心。以豆面質(zhì)量比3∶2的比例進(jìn)行裹面，并保持裹面后呈松散的顆粒狀;按傳統(tǒng)工藝方法制曲(25～35℃，3～4 d，每天翻曲1次)，至豆粒表面生長(zhǎng)出濃密的黃綠色的菌絲及孢子后，移至陽(yáng)光下晾曬1～2 d，去除表面多余的浮曲。

根據(jù)個(gè)人口感和喜好，加入適量的食鹽水(14% ～15%)、辣椒、十三香等(也可加入其它的調(diào)味料)進(jìn)行拌料。然后，在自然陽(yáng)光下曝曬，每4～5 d攪拌1次，持續(xù)一個(gè)月后將豆糝團(tuán)成圓形，繼續(xù)晾曬至表面微干后，在室溫條件下儲(chǔ)存，完成后熟過(guò)程。

取樣:分別選取3月份、5月份制作的豆糝為樣品1和樣品2進(jìn)行理化和揮發(fā)性化合物分析。

1.2.2 理化指標(biāo)與分析方法

水分含量(GB 5009.3-2010);水分活度(GB/T 23490-2009);食鹽含量(GB/T 9695.8-2008);總酸含量(GB/T 5009.39-2003);氨基態(tài)氮含量(GB/T 5009.39-2003);蛋白質(zhì)含量(GB 5009.5-2010);脂肪含量(索氏提取法);還原糖含量(DNS法)。

1.2.3 揮發(fā)性化合物分析

1.2.3.1 頂空固相微萃取條件

萃取頭老化:初次使用時(shí)，50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭在氣相色譜進(jìn)樣口270℃老化1 h。

將豆糝樣品搗碎，稱取1 g至15 mL萃取瓶中，放入SPME裝置，60℃下平衡15 min，采用上述萃取頭于60℃頂空萃取30 min，隨即插入GC-MS進(jìn)樣器中，每個(gè)樣品進(jìn)樣3次。

1.2.3.2 氣相色譜-質(zhì)譜分析條件

氣相色譜進(jìn)樣與程序升溫條件:色譜柱(60 m×0.32 mm × 1.8 μm)，解吸 5.0 min(解析溫度為260℃)，以不分流模式進(jìn)樣［8］。柱子初溫 40 ℃，等溫保持10 min，以5℃/min升溫至200℃，然后以20℃/min升溫至250℃，保持5 min，載氣為氦氣，流速1.0 mL/min。

質(zhì)譜條件:電離方式為電子轟擊(EI)源，電子能量70eV，電子倍增電壓1 753 V;質(zhì)量掃描范圍30～550 amu;掃描速率1 scan/s。

定性、定量方法:通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索并根據(jù)Wiley710和NISTDEMO標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，以匹配度＞800的才保留，確定化合物的名稱［9］。揮發(fā)性化合物的相對(duì)百分含量按峰面積歸一法進(jìn)行計(jì)算［10］。

1.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SPSS(18.0)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)豆糝的理化分析

以大豆原料為參照，對(duì)傳統(tǒng)豆糝的主要理化指標(biāo)進(jìn)行了分析，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)豆糝和大豆原料的理化指標(biāo)Table 1 Physical and chemical indicators of traditional Doushen and Soybean

傳統(tǒng)豆糝的制作與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和制作工藝密切相關(guān)。從表1看出，豆糝產(chǎn)品的水分含量為31.36%～39.18%，產(chǎn)品的最終水分含量由水分活度(aw)決定。由于水分活度(aw)與環(huán)境的相對(duì)濕度等值，在豆糝發(fā)酵成熟過(guò)程中，使豆糝從表面蒸發(fā)與吸收的水分處于平衡狀態(tài)。豆糝中的食鹽含量(濕基)為7.39% ～9.83%，由于豆糝中食鹽與水分形成的鹽水濃度為15.87%～23.86%，食鹽在水中離解，能夠減少游離水分，降低游離水分含量，水分活度為0.79～0.82，從而抑制微生物的生長(zhǎng)，達(dá)到防腐目的。

豆糝在發(fā)酵成熟過(guò)程中受環(huán)境微生物及溫、濕度變化的影響，導(dǎo)致酶活性變化進(jìn)而發(fā)生一系列生物化學(xué)反應(yīng)，使蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等被微生物產(chǎn)生的酶降解，降解產(chǎn)物之間又發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)［11］。從表1中明顯看出，經(jīng)過(guò)豆糝的加工、發(fā)酵與成熟過(guò)程，蛋白質(zhì)含量顯著降低，氨基態(tài)氮含量的增加(1.68～1.77g/100g DM)，說(shuō)明在低水分活度環(huán)境下，雖然具有顯著的抑菌防腐效果，但是，發(fā)酵過(guò)程的生物化學(xué)反應(yīng)仍可進(jìn)行，對(duì)于形成豆糝的良好風(fēng)味品質(zhì)具有重要意義。

2.2 傳統(tǒng)豆糝自然發(fā)酵過(guò)程中理化變化

從發(fā)酵過(guò)程開(kāi)始，每間隔5 d取1次樣，分別測(cè)定豆糝自然發(fā)酵過(guò)程中總酸度、pH值、還原糖和氨基態(tài)氮的變化，結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1可以看出，發(fā)酵開(kāi)始時(shí)pH為6.6左右，總酸度只有0.12 g/100 g(DM)，在發(fā)酵初期，總酸度快速升高，pH快速下降，到第10天后變化趨于平緩，15～20 d變化很小，到發(fā)酵的第25天時(shí)，pH和總酸度分別為5.31和4.57 g/100 g(DM)。發(fā)酵前期，豆糝中的微生物大量繁殖進(jìn)而導(dǎo)致碳水化合物、脂肪等的分解，產(chǎn)生乳酸、乙酸等小分子有機(jī)酸，在降低蛋白含量的同時(shí)增加了游離氨基酸的含量，使得豆糝的總酸度增加和pH下降［12］。

圖1 豆糝自然發(fā)酵過(guò)程中pH值和總酸度的變化Fig.1 Changes of pH and total acids during the natural fermentation of Doushen

由圖2看出，還原糖含量在發(fā)酵前期(10 d)也急劇增加，達(dá)到19.81 g/100 g(DM)，主要是霉菌產(chǎn)生的淀粉酶和糖化酶將原料中的淀粉快速水解產(chǎn)生還原糖［13］，使得還原糖總量增加。隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，還原糖含量逐漸減少，主要是微生物的快速利用和消耗，一方面，還原糖為微生物的生長(zhǎng)提供碳源，如乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸、乙酸、琥珀酸等小分子有機(jī)酸，另一方面，美拉德反應(yīng)也消耗還原糖［14］。在發(fā)酵后期，還原糖含量下降趨于平緩，表明微生物代謝活動(dòng)減弱，可能是由于aw、pH及總酸度的變化構(gòu)成反饋抑制作用，抑制了微生物及酶的生化代謝活性。

氨基態(tài)氮的含量反映大豆蛋白在發(fā)酵過(guò)程中的水解程度，是發(fā)酵型豆制品的一項(xiàng)主要指標(biāo)，其含量隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行逐漸增加(圖2)，前期增加較快，20 d后趨于平緩。這是由于發(fā)酵前期蛋白酶活力較高，有利于促進(jìn)蛋白質(zhì)的水解，從而氨基態(tài)氮含量增加較快，隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行蛋白酶活力下降或受到抑制，氨基態(tài)氮的含量增速變緩［15］，但是隨著后熟及貯藏過(guò)程的延續(xù)，蛋白質(zhì)仍能發(fā)生緩慢的水解，氨基態(tài)氮的含量仍有積累。

圖2 豆糝自然發(fā)酵過(guò)程中還原糖和氨基態(tài)氮的變化Fig.2 Changes of reducing sugar and amino-nitrogen during the natural fermentation of Doushen

2.3 傳統(tǒng)豆糝揮發(fā)性化合物的分離鑒定

應(yīng)用頂空固相微萃取法結(jié)合GC-MS對(duì)傳統(tǒng)豆糝產(chǎn)品(樣品1、樣品2)中的揮發(fā)性化合物進(jìn)行分離鑒定，每個(gè)樣品進(jìn)樣3次，根據(jù)每個(gè)色譜峰的重現(xiàn)性，確定需要定性的揮發(fā)性化合物。然后，將其質(zhì)譜信息與質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)化合物的質(zhì)譜信息進(jìn)行對(duì)比，以匹配度(＞800)確定化合物的名稱，用歸一化法比較揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量。結(jié)果分別見(jiàn)圖3和表2。

圖3 傳統(tǒng)豆糝揮發(fā)性化合物的總離子流色譜圖Fig.3 Total ion current chromatograms of volatile compounds of the traditional Doushen

從表2看出，樣品1和樣品2共有75種揮發(fā)性化合物得到鑒定，其中烴類21種，醇類8種，醛類4種，酮類7種，酸類7種，酯類13種，其他類15種。在樣品之間，揮發(fā)性化合物的種類及相對(duì)含量存在較大的變異性，可以反映出發(fā)酵過(guò)程的復(fù)雜性(表3)。

表2 傳統(tǒng)豆糝中的揮發(fā)性化合物Table 2 Volatile components of the traditional Doushen

從表3看出，在2個(gè)樣品中揮發(fā)性化合物的種類差異明顯，樣品1中其他類(雜環(huán))化合物和酯類化合物種類較多，而樣品2中則為烴類和其他類(雜環(huán))化合物較多。2樣品中僅有17種相同的揮發(fā)性化合物，分別為正十二烷、2，3-丁二醇、2，7-二甲基-4，5-辛二醇、1-辛烯-3-醇、1-癸醛、3-羥基-2-丁酮、異戊酸、環(huán)氧乙烷-2-羧酸乙酯、2，5-二甲基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、2，3，5，6-四甲基吡嗪、2，3，5-三甲基-6-乙基吡嗪、2-甲氧基-4-乙烯苯酚、2，6-二甲氧基苯酚、3-羥基-2-甲基-4-吡喃酮、4-烯丙基苯甲醚和對(duì)丙烯基茴香醚(茴香腦)。

表3 傳統(tǒng)豆糝中的揮發(fā)性化合物的種類和相對(duì)含量Table 3 Types and contents of the volatile components of the traditional Doushen

從揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量比較，2種樣品之間也存在明顯的差異。樣品1中其他類(雜環(huán))化合物含量最高(73.49%)，酯類次之(13.39%)，酸類第三(4.48%)。含量最高的揮發(fā)性化合物分別是:2，5-二甲 基 吡 嗪 (33.07%)、2，3，5，6-四 甲 基 吡 嗪(18.14%)、2，3，5-三甲基吡嗪(16.94%)、異丁酸丙酯(6.1%)、環(huán)氧乙烷-2-羧酸乙酯(5.81%)。而樣品2中醇類化合物含量最高(31.59%)、酮類次之(23.79%)、其他類(雜環(huán))第三(22.02%)。含量最高的揮發(fā)性化合物分別是:2，3-丁二醇(30.01%)、3-羥 基-2-丁 酮 (22.8%)、2，3，5，6-四 甲 基 吡 嗪(7.54%)、2，3，5-三甲基吡嗪(6.53%)。

根據(jù)前人研究［1-2］，大豆發(fā)酵調(diào)味品滋味和香味化合物的形成，除受原材料和熱處理工藝的影響外，最重要的是豆曲培養(yǎng)或毛坯發(fā)酵時(shí)所形成的大量菌絲體在鹽腌過(guò)程中借鹽溶作用釋放出多種水解酶系(如蛋白酶、肽酶、脂肪酶、纖維素酶、淀粉酶、低聚糖酶等)，將原料中的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等分解成肽、氨基酸、脂肪酸和糖類，從而構(gòu)成了一個(gè)豐富的“風(fēng)味物質(zhì)前體庫(kù)”，在后熟期間再經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的發(fā)酵代謝和生化反應(yīng)，如酸發(fā)酵、醇發(fā)酵、酯化反應(yīng)、氨基酸降解、美拉德反應(yīng)等，從而形成了大量的風(fēng)味化合物［16］。

醇類物質(zhì)主要是由酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生，一般閾值較高，含量低時(shí)對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)較小，在樣品1中檢測(cè)到5種，樣品2中檢測(cè)到6種，其中，2，3-丁二醇在樣品2中相對(duì)含量最高(30.01%)，是檢測(cè)到的主要醇類化合物。1-辛烯-3-醇在2種樣品中均檢測(cè)到，相對(duì)含量分別為0.36%和0.91%，由二十四碳四烯酸的氫過(guò)氧化物的降解產(chǎn)生，具有類似蘑菇的香氣［17］。

醛類化合物主要來(lái)源于脂肪的氧化降解，一般閾值很低，具有較強(qiáng)的揮發(fā)性［17］，對(duì)發(fā)酵豆制品香味成分的貢獻(xiàn)較大。本實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到的醛類有4種，苯乙醛只在樣品2中檢測(cè)到，相對(duì)含量為0.04%，具有類似風(fēng)信子的香氣，稀釋后具有水果的甜香氣。

酮類化合物大多是不飽和脂肪酸受熱氧化和降解的產(chǎn)物，其閾值較低，產(chǎn)物伴有淡淡的花香和果香［18］，2樣品中均檢測(cè)到3-羥基-2-丁酮，相對(duì)含量分別為0.94%和23.79%，且相對(duì)含量差異明顯。

酯類物質(zhì)則是發(fā)酵豆制品香氣的主體成分，賦予食品甜香、果香，其形成途徑有2種，一是在發(fā)酵過(guò)程中由酵母酶催化生成，二是由有機(jī)酸和醇通過(guò)非酶催化的酯化反應(yīng)生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:樣品1中酯類相對(duì)含量高于樣品2，2樣品中均檢測(cè)到的酯類化合物為環(huán)氧乙烷-2-羧酸乙酯。

酚類物質(zhì)雖然相對(duì)含量極微，只有0.52%和0.33%，但作為香氣成分作用仍十分明顯。

吡嗪類化合物主要是由蛋白質(zhì)、氨基酸熱分解、糖與蛋白質(zhì)或氨基酸的美拉德反應(yīng)所形成，是構(gòu)成焙烤香味的主體物質(zhì)［19］。吡嗪類物質(zhì)在2樣品中檢測(cè)到的種類都相同，相對(duì)含量也都很高，分別為70.5%和15.97%。其形成過(guò)程可能與豆糝的自然曬露工藝有關(guān)，對(duì)豆糝的特征性風(fēng)味起重要作用。

3 結(jié)論

在特定地域的氣候條件下制備的傳統(tǒng)豆糝，其水分含量為31.36% ～39.18%，水分活度為0.79～0.82，具有良好的抑菌防腐功效。在發(fā)酵過(guò)程中，總酸度、還原糖和氨基態(tài)氮含量的變化，說(shuō)明仍有生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，并且發(fā)酵前期反應(yīng)強(qiáng)度高于發(fā)酵后期，對(duì)豆糝風(fēng)味品質(zhì)的形成有重要貢獻(xiàn)。

應(yīng)用固相微萃取法，結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，從2個(gè)豆糝樣品中共鑒定出75種揮發(fā)性化合物，其中烴類21種，醇類8種，醛類4種，酮類7種，酸類7種，酯類13種，其他類15種。在樣品之間，揮發(fā)性化合物的種類及相對(duì)含量存在較大的變異性。在2樣品中僅鑒定出17種相同的揮發(fā)性化合物。具有代表性的風(fēng)味化合物為:2，3-丁二醇、1-辛烯-3-醇、1-癸醛、3-羥基-2-丁酮、2，5-二甲基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、2，3，5，6-四甲基吡嗪、3-羥基-2-甲基-4-吡喃酮等。

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