添加馬鈴薯全粉對面條揮發(fā)性風(fēng)味化合物的影響

鄭開迪，梁 杉,2，張 敏,2,，朱 永，李欣萍

（1.北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心（北京工商大學(xué)），北京 100048；2.北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心（北京工商大學(xué)），北京 100048）

掛面、生鮮面、方便面是我國面條的主要品種[1]。掛面因干燥、易貯存、蒸煮方便，在我國成為消費量較大，且工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模較大、覆蓋面最廣的一類面食[2]。由于生鮮面與掛面的加工工藝與貯藏條件不同，其風(fēng)味具有較大差異。我國啟動的“馬鈴薯主食化”戰(zhàn)略將馬鈴薯加工成饅頭、面條等多種主食[3-5]，擴大了馬鈴薯原料的應(yīng)用范圍。研究添加馬鈴薯全粉對面條揮發(fā)性風(fēng)味化合物的影響，可更好地在加工過程中保持和改良面條風(fēng)味，促進馬鈴薯面條銷售，推動馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的實施。

目前，國內(nèi)外已有關(guān)于馬鈴薯揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究。煮馬鈴薯產(chǎn)品中的風(fēng)味物質(zhì)包括醛類、脂肪醇[6-7]、硫醇、硫化物[8]以及吡嗪類[9]等物質(zhì)。Petersen等[10]研究發(fā)現(xiàn)煮馬鈴薯特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)包括2-戊烯、2-己烯醛、2-庚烯醛、2-戊基呋喃和2-癸烯醛等。趙兵等[11]研究表明煮馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中的多種醛類物質(zhì)可使馬鈴薯產(chǎn)品具有瓜果香及脂香味。膨化脫水馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中己醛、2-甲基丙醛和丙酮含量較高[12]，而烤馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)包括烴、羧酸、醇、醛 和酯等[13]。孫瑩等[14-15]證實了電子鼻對面包品質(zhì)評價具有一定的可行性，并且利用電子鼻對不同貯藏條件的馬鈴薯面包揮發(fā)性成分進行了區(qū)分。目前，對馬鈴薯掛面及生鮮面的研究主要集中在加工工藝[16-17]及面條品質(zhì)[18-19]等方面，對其風(fēng)味的研究報道較少。

電子鼻技術(shù)利用傳感器陣列獲得被分析物質(zhì)的響應(yīng)信號，采用參數(shù)模型技術(shù)將響應(yīng)信號處理成數(shù)據(jù)，進而獲得指紋圖譜[20]。電子鼻技術(shù)能對樣品整體風(fēng)味信息進行分析，更好區(qū)分不同樣品之間風(fēng)味化合物的特征差異[21]。 因此本研究通過頂空固相微萃?。╤eadspace solid phase microextraction，HS-SPME）制備樣品，利用氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分離并鑒定面條的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，通過電子鼻技術(shù)區(qū)別不同種類面條的揮發(fā)性氣味，分析不同馬鈴薯全粉添加量對生鮮面揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，找出馬鈴薯掛面與生鮮面及小麥面條的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)之間的區(qū)別，為馬鈴薯面條制作過程中的風(fēng)味保持和改良提供理論依據(jù)和科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯雪花粉（大西洋品種，碳水化合物27%、蛋白質(zhì)14%、脂肪1%、含水量8.33%） 河南永樂化工有限公司；高筋小麥粉（碳水化合物24%、蛋白質(zhì)20%、脂肪3%、含水量13.2%） 五得利面粉集團；內(nèi)標(biāo)化合物：2-甲基-3-庚酮（純度≥99%），外標(biāo)化合物：己醛、鄰二甲苯、檸檬烯、反-2-己烯醛、正戊醇、苯乙烯、辛醛、順-2-庚烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、正己醇、壬醛、1-辛烯-3-醇、癸醛、苯甲醛、反-2-壬烯醛、苯乙醛、己酸、苯甲酸、香葉基丙酮、椰子醛（純度≥95%） 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A-5975C GC-MS（配有電子電離源及NIST 11數(shù)據(jù)庫）、手動固相微萃取裝置、30/50 μm二乙烯基苯/碳 分子篩/聚二甲基硅氧烷灰色萃取頭及手柄 美國Agilent公司；DB-WAX毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國J&W公司；PEN3電子鼻系統(tǒng) 德國Airsense公司；IMDT168實驗面條機、JHMZ200和面機 北京東孚久恒儀器技術(shù)公司；HH-S1型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 面條制備

生鮮面（含水量（37.482±0.620）%）：馬鈴薯全粉+高筋小麥粉（混合粉總加入量100 g，其中馬鈴薯全粉添加量分別為0%、10%、20%、40%）→和面（加水量40%、食鹽1.0 g、食用堿0.1 g）→醒面→壓片→切條成型→生鮮面。

掛面（含水量（11.070±0.120）%）：生鮮面→烘干（40 ℃，相對濕度75%，恒溫恒濕烘制8 h）→掛面。

1.3.2 樣品煮制

經(jīng)預(yù)實驗確定樣品煮熟時間，掛面樣品在沸水中煮制3 min；生鮮面樣品在沸水中煮制1 min，以煮熟樣品進行風(fēng)味物質(zhì)的測定。

1.3.3 風(fēng)味化合物SPME-GC-MS分析

快速稱取5 g 煮熟樣品并加入1 μ L 質(zhì)量濃度為0.816 μg/μL的2-甲基-3-庚酮作為內(nèi)標(biāo)物于25 mL頂空瓶內(nèi)，用聚四氟乙烯隔墊密封。頂空瓶置于60 ℃恒溫水浴中平衡20 min，插入萃取頭吸附40 min，在溫度為250 ℃的進樣口解吸5 min，進入GC-MS分析。

GC條件：DB-Wax毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為氦氣，流速1.2 mL/min，不分流進樣；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫到200 ℃，再以10 ℃/min升到230 ℃，保持3 min。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 55～500。每個樣品重復(fù)3 次平行。

1.3.4 電子鼻傳感器檢測

稱取10 g樣品置于150 mL硬質(zhì)樣品杯中，利用直接頂空吸氣法將進樣針頭插入含樣品的密封樣品杯中，放置30 min后電子鼻進行測定。采樣時間1 s/組，傳感器自清洗時間60 s，傳感器歸零時間5 s，樣品準備時間5 s，進樣流量400 mL/min，分析采樣時間80 s。每個樣品重復(fù)3 次平行。各傳感器如表1所示。

表 1 化學(xué)傳感器對不同物質(zhì)的響應(yīng)類型Table 1 Chemical sensors corresponding to different types of volatile substances

1.4 數(shù)據(jù)處理

化合物定性分析：采用NIST 11譜庫檢索，以保留指數(shù)（retention index，RI）為指標(biāo)，當(dāng)質(zhì)譜正反匹配度均大于800（最大值為1 000）的鑒定結(jié)果予以報道，但某一匹配度略小于800，通過RI比較予以取舍，并通過外標(biāo)物進行確證?；衔锒浚翰捎酶鞒煞值某龇迕娣e與內(nèi)標(biāo)物峰面積之比作為定量標(biāo)準，計算相對含量。差異顯著性檢驗：采用SPSS Statistics 17.0對檢出風(fēng)味化合物進行雙因素方差分析。電子鼻數(shù)據(jù)分析：運用Winmuster軟件對數(shù)據(jù)進行主成分分析（principal component analysis，PCA）、線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）和載荷分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯全粉添加量對生鮮面風(fēng)味化合物的影響

表 2 添加馬鈴薯全粉生鮮面風(fēng)味化合物的相對含量（n=3）Table 2 Peak area percentages of flavor compounds in fresh noodles relative to internal standard (n= 3)

由表2可知，生鮮面中馬鈴薯全粉添加量為40%時，共檢測出33 種風(fēng)味化合物，馬鈴薯全粉添加量為20%時，共檢測出24 種風(fēng)味化合物，馬鈴薯全粉添加量為10%時，共檢測出14 種風(fēng)味化合物，小麥生鮮面中共檢測出11 種風(fēng)味化合物?？梢?，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，面條中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物的種類愈加豐富。

隨著馬鈴薯全粉添加量增加，己醛、2-戊基呋喃、苯乙烯、反-2-庚烯醛、正己醇、壬醛、3-辛烯-2-酮、苯甲醛、3,5-辛二烯-2-酮、α-松油醇的相對含量上升，而鄰二甲苯、檸檬烯相對含量下降。戊醛、二甲基二硫醚、反-2-戊烯醛、反-2-己烯醛、正戊醇、2-辛酮、辛醛、香茅醛、癸醛、苯乙醛、反,反-2,4-壬二烯醛、己酸僅在馬鈴薯全粉添加量為40%時能夠檢測到；3-辛烯-2-酮、苯甲醛、3,5-辛二烯-2-酮和α-松油醇僅在馬鈴薯生鮮面中檢出，在小麥生鮮面中未檢測出。以上風(fēng)味化合物的變化，使生鮮面風(fēng)味隨著馬鈴薯粉的添加量增加，更加的濃郁和豐富。

Maria等[22]研究發(fā)現(xiàn)，熟馬鈴薯最重要的香味化合物是在其加熱期間由脂質(zhì)降解、美拉德反應(yīng)和糖降解所產(chǎn)生醛類等小分子化合物。Ulrich等[23]發(fā)現(xiàn)煮馬鈴薯主要的香氣成分包括：甲硫基丙醛、醇類、醛類、硫化物等。甲硫基丙醛是通過Strecker降解反應(yīng)形成的，是美拉德反應(yīng)產(chǎn)物與蛋氨酸相互作用的中間產(chǎn)物[24]。但在本研究中并未在馬鈴薯生鮮面中檢測出，其原因可能是甲硫基丙醛閾值較低，盡管在馬鈴薯中含量不高，但依舊是馬鈴薯的特征風(fēng)味物質(zhì)[25]。生鮮面中馬鈴薯全粉含量較低，且在生鮮面生產(chǎn)及熟化過程中，較少發(fā)生美拉德反應(yīng)，因此甲硫基丙醛含量低于儀器檢出限，而無法檢出；另一方面可能是由于馬鈴薯全粉的品種以及生產(chǎn)環(huán)境造成的[26]。

芳香烴類和呋喃類化合物主要是由植物細胞中還原糖降解產(chǎn)生的，芳香烴化合物含量較少，但有些是形成雜環(huán)化合物的重要中間體，對馬鈴薯面條香氣形成起到不可忽視的作用[27]。另外一種對馬鈴薯面條香味有貢獻的物質(zhì)是脂質(zhì)氧化產(chǎn)物庚醛，低濃度時產(chǎn)生一種泥土的芳香，而這種高濃度的庚醛導(dǎo)致馬鈴薯塊莖產(chǎn)生一種陳腐的風(fēng)味[28]。但是否是庚醛降低了馬鈴薯面條風(fēng)味的可接受度，需要進一步研究。

2.2 生鮮面與掛面風(fēng)味化合物的差異

圖 1 不同種類面條風(fēng)味化合物類別變化Fig. 1 Changes in types of flavor compounds among different types of noodles

如圖1所示，馬鈴薯生鮮面中檢出24 種風(fēng)味化合物，小麥生鮮面中檢出11 種風(fēng)味化合物，馬鈴薯掛面中檢出21 種風(fēng)味化合物，小麥掛面中檢出16 種風(fēng)味化合物。

各面條樣品中，除呋喃類與芳香烴類物質(zhì)種類幾乎沒有差別外，其他物質(zhì)種類差異顯著。小麥生鮮面中，沒有檢測出酮類物質(zhì)；羧酸類物質(zhì)只存在于馬鈴薯掛面中。醛類、酮類和芳香烴類物質(zhì)的增加，造成小麥掛面的風(fēng)味物質(zhì)種類大于小麥生鮮面；馬鈴薯生鮮面中醇類、酮類化合物種類均大于馬鈴薯掛面。

表 3 不同種類面條風(fēng)味化合物相對含量（n=3）Table 3 Peak area percentages of flavor compounds in noodles in relative to relative to internal standard (n= 3)

鮮馬鈴薯的風(fēng)味物質(zhì)前體主要為糖、氨基酸、核糖核酸和脂質(zhì)[29]。在馬鈴薯產(chǎn)品制作期間，風(fēng)味前體發(fā)生美拉德反應(yīng)后生成的糖、脂質(zhì)及RNA的降解產(chǎn)物等對風(fēng)味起到重要作用[30]。因此，馬鈴薯全粉產(chǎn)品制作的生鮮面，與小麥面粉制作的生鮮面之間風(fēng)味物質(zhì)種類存在差異。在干燥過程中發(fā)生的酶促、非酶促褐變的差異，也造成各種面條揮發(fā)性物質(zhì)種類有增減的不同變化。

如表3所示，馬鈴薯生鮮面中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次為己醛、正己醇、2-戊基呋喃、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯乙烯、苯甲醛、反-2-壬烯醛、反-2-辛烯醛、庚醛、鄰二甲苯。小麥生鮮面中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次為己醛、1,3-二甲苯、鄰二甲苯、2-戊基呋喃、檸檬烯、反-2-壬烯醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、正己醇、苯乙烯。馬鈴薯掛面中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次為2-戊基呋喃、己醛、反-2-壬烯醛、苯甲酸、壬醛、反-2-辛烯醛、苯甲醛、庚醛、1-辛烯-3-醇、香葉基丙酮。小麥掛面中相對含量較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)依次為檸檬烯、2-戊基呋喃、己醛、壬醛、鄰二甲苯、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、反-2-辛烯醛、甲苯。

2-乙基-1-己醇、芳樟醇、正辛醇、反-2-辛烯-1-醇、α-松油醇能夠在馬鈴薯生鮮面中檢出，在小麥生鮮面中未檢出，但受面條種類的影響，未能在馬鈴薯掛面中檢出。正戊醇、苯甲酸在馬鈴薯掛面中能夠檢出，在小麥掛面中未檢出，但受面條種類的影響，在馬鈴薯生鮮面中未檢出。

馬鈴薯中的亞油酸及亞麻酸在蒸煮階段時，在脂肪氧合酶的作用下生成醛類及烯醛類物質(zhì)。Petersen等[10]檢出己醛在蒸煮馬鈴薯中的含量占總檢出物質(zhì)的94.40%。本研究發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯全粉添加量為20%時，己醛相對含量占生鮮面風(fēng)味化合物含量的第1位，占掛面風(fēng)味化合物相對含量的第2位，且相對含量顯著低于生鮮面。己醛對不同種類面條的風(fēng)味影響，有待進一步研究。

2.3 面條種類與添加馬鈴薯全粉的雙因素方差分析

以面條種類作為因素A，A有2 個水平，即生鮮面、掛面；以添加馬鈴薯全粉作為因素B，B有2 個水平，即添加量20%和不添加，對表3結(jié)果進行雙因素方差分析，結(jié)果如表4所示。面條種類對其中8 種風(fēng)味化合物即甲苯、2-戊基呋喃、1,2,4-三甲苯、3-辛烯-2-酮、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、反-2-辛烯-1-醇、香葉基丙酮含量無顯著性影響，對反-2-庚烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、壬醛、苯甲醛、苯甲酸含量有顯著性影響，對其余16 種風(fēng)味化合物含量有極顯著影響。辛醛以及反-2-庚烯醛含量僅受面條種類影響，說明辛醛及反-2-庚烯醛的含量主要取決于面條種類，辛醛在生鮮面中含量低于掛面中含量，反-2-庚烯醛在生鮮面中含量高于掛面中含量。

添加馬鈴薯全粉對其中5 種風(fēng)味化合物即2-戊基呋喃、1,2,4-三甲苯、辛醛、反-2-庚烯醛、反-2-辛烯-1-醇含量無顯著影響，對己醛、苯乙烯、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯甲酸、椰子醛含量有顯著影響，對其余18 種風(fēng)味化合物含量有極顯著影響。香葉基丙酮含量僅受添加馬鈴薯全粉影響，且僅在馬鈴薯面條中存在。

表 4 面條種類與添加馬鈴薯全粉對面條風(fēng)味化合物的雙因素方差分析Table 4 Two-way variance analysis of the effect of noodle types and potato flour on the flavor compounds of noodles

面條種類與添加馬鈴薯全粉的交互作用影響對7 種風(fēng)味化合物即己醛、鄰二甲苯、1,2,4-三甲苯、辛醛、反-2-庚烯醛、反-2-辛烯-1-醇、香葉基丙酮含量無顯著性影響，對2-戊基呋喃、苯乙烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、壬醛、3-辛烯-2-酮、苯甲醛、苯甲酸、椰子醛含量有顯著性影響，對其余14 種風(fēng)味化合物含量有極顯著性影響。其中，2-戊基呋喃含量僅受面條種類與馬鈴薯全粉交互作用的影響。

2.4 面條電子鼻檢測結(jié)果

2.4.1 PCA結(jié)果

由圖2可知，不同種類面條的風(fēng)味特征不同，PC1和PC2貢獻率之和接近99.41%，基本上涵蓋了樣本的大部分原始信息[31]，其中PC1的貢獻率為96.87%，PC2的貢獻率為2.54%。在PC1上大致將樣品劃分為4 個區(qū)域，小麥生鮮面和小麥掛面，10%馬鈴薯全粉生鮮面，20%馬鈴薯全粉生鮮面和20%馬鈴薯全粉掛面，40%馬鈴薯全粉掛面。其中小麥面條對應(yīng)的X軸數(shù)值最小，隨著馬鈴薯含量的增加樣品在X軸上依次向右排列。結(jié)合傳感器對每個樣品的響應(yīng)值可見，小麥面條的揮發(fā)性氣味最弱；隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，面條的揮發(fā)性氣味明顯增強，該現(xiàn)象與2.1節(jié)中GC-MS檢測結(jié)果基本相符。

圖 2 不同面條電子鼻檢測PCAFig. 2 PCA of electronic nose data of different types of noodles

2.4.2 LDA結(jié)果

圖 3 不同面條電子鼻檢測LDAFig. 3 LDA of electronic nose data of different types of noodles

LDA注重類別的分類以及各種組之間的距離分析，可縮小組內(nèi)差異，擴大組間差異[32]。由圖3可知，LD1、LD2的方差貢獻率分別為91.46%和5.25%，LD1、LD2的總貢獻率為96.71%，LDA可將6 種面條樣品被最大限度地區(qū)分，樣品在圖3中的分布與PCA相似，在圖3中20%馬鈴薯全粉含量的掛面和生鮮面在LD2上被區(qū)分開。結(jié)合2.2節(jié)中GC-MS檢測結(jié)果分析，20%馬鈴薯全粉含量的生鮮面與掛面僅2-乙基-1-己醇、芳樟醇、正辛醇、反-2-辛烯-1-醇、α-松油醇、正戊醇、苯甲酸這7 種化合物在種類上存在差異，對其余17 種化合物僅在含量上存在一定差異，因此2 種面條的揮發(fā)性氣味雖有微小區(qū)別，但總體風(fēng)味差異不大。

2.4.3 載荷分析

利用傳感器貢獻率進行Loading算法研究可確認特定實驗樣品下各傳感器對樣品區(qū)分的貢獻率大小，從而篩選出在樣品區(qū)分過程中起主要區(qū)分作用的揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類[33]。Loadings分析結(jié)果與PCA結(jié)果相關(guān)，其中位于中心（0，0）附近的傳感器對PCA圖中的模式分布具有較小的責(zé)任。

圖 4 不同面條傳感器貢獻率Fig. 4 Sensor contribution rates of different types of noodles

由圖4可以看出，1、3、5、10號傳感器對本次測試的面條樣品的區(qū)分貢獻最?。?號傳感器對PC1的貢獻率最大，6號傳感器對PC2的貢獻率最大，其余2、4、8、9號傳感器對PC1和PC2均具有一定的貢獻?？梢? 種面條的揮發(fā)性氣味差異主要表現(xiàn)在7號和6號傳感器對應(yīng)的氣味成分上，在2、4、8、9號對應(yīng)的氣味成分上也存在一定的差異。由此說明6 種面條的風(fēng)味差異主要表現(xiàn)在無機硫類和短鏈烷烴類物質(zhì)上，在小分子氮氧化合物、有機硫類、醇醚醛酮類和氫類物質(zhì)上也存在一定差異。雖然烴類物質(zhì)具有較高的氣味閾值，對樣品整體風(fēng)味的貢獻率較小[34]，但其含量豐富，且是產(chǎn)生雜環(huán)化合物的重要中間體，有利于提升面條的整體風(fēng)味品質(zhì)[35]。

3 結(jié) 論

6 種面條的揮發(fā)性氣味差異主要表現(xiàn)在無機硫類和短鏈烷烴類物質(zhì)上，在醇醛酮類上也存在一定差異。面條風(fēng)味化合物中醛類占比最大，醛類化合物是小麥面條和馬鈴薯面條的主要風(fēng)味化合物。小麥面條中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)少于馬鈴薯面條，隨著馬鈴薯全粉添加量的增加能夠豐富生鮮面的風(fēng)味化合物，且使面條揮發(fā)性氣味明顯增強。添加馬鈴薯全粉對面條中24 種風(fēng)味化合物有顯著性影響，對其中18 種風(fēng)味化合物有極顯著性影響，相較面條種類以及面條種類與馬鈴薯全粉添加量的交互作用而言，馬鈴薯全粉添加量對面條風(fēng)味的影響更為顯著，20%馬鈴薯全粉含量的生鮮面和掛面在氣味上具有一定相似性，但兩者風(fēng)味物質(zhì)含量依舊存在一定差異，其中，己醛、正己醇、2-戊基呋喃為馬鈴薯生鮮面中相對含量最高的3 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；2-戊基呋喃、己醛、反-2-壬烯醛為馬鈴薯掛面中相對含量最高的3 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。香葉基丙酮含量只存在于馬鈴薯面條中，與配料中是否添加馬鈴薯全粉直接相關(guān)。

因馬鈴薯全粉不含面筋蛋白，其含量的增加會提高面條斷條率，從而影響面條品質(zhì)。因此，在面條制作加工中馬鈴薯全粉添加量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。本研究雖然鑒定了馬鈴薯生鮮面和掛面的主要風(fēng)味物質(zhì)，但若將其應(yīng)用于改良馬鈴薯面條風(fēng)味的實踐生產(chǎn)上，需進一步明確這些物質(zhì)對面條整體風(fēng)味的貢獻度以及對面條風(fēng)味可接受度的影響。