基于GC-MS和電子感官技術(shù)分析發(fā)芽對(duì)黑麥茶風(fēng)味的影響

陸晨浩，王曦如，仲夢(mèng)涵，郝怡寧，陳尚兵，王玉環(huán)，邢常瑞，袁 建

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023）

黑麥（Secale cereale L.）素有“蛋白麥”的美稱[1]，相較于大麥與小麥，黑麥中的蛋白含量非常高[2-3]。不僅如此，黑麥還富含阿魏酸、植物甾醇類、黃酮類化合物等植物活性物質(zhì)[4-5]。目前黑麥功能性食品的開發(fā)僅在面包[6]與餅干[7]上應(yīng)用較多。2018年富硒黑麥茶大量出現(xiàn)，極受消費(fèi)者青睞，而關(guān)于發(fā)芽黑麥茶的研究相對(duì)較少，發(fā)芽黑麥在未出苗時(shí)營(yíng)養(yǎng)倍增，且抗氧化活力提高，發(fā)芽后麥芽中增加了可溶性物質(zhì)，并含較多胡蘿卜素與維生素，經(jīng)酶解可以生成具有甜味的纖維素，增加了適口性，易于消化[8-9]。蔣芮等[10]對(duì)黑大麥發(fā)芽進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽第2天發(fā)芽率達(dá)到最高，第3天營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量顯著升高，具有開發(fā)功能性食品的巨大潛力，所以研究開發(fā)發(fā)芽黑麥茶具有重要意義。

鑒定茶品質(zhì)的過(guò)程中滋味、香味均為重要指標(biāo)，其中茶的香味對(duì)茶品質(zhì)的貢獻(xiàn)率達(dá)25%～40%[11-12]。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用電子鼻與電子舌聯(lián)用，對(duì)發(fā)芽黑麥茶的品質(zhì)進(jìn)行鑒定。電子鼻通過(guò)傳感器陣列對(duì)茶葉總體氣味信息進(jìn)行以饋[13]。電子舌則能夠從酸、甜、苦、咸、鮮這5 種滋味進(jìn)行模擬并用數(shù)據(jù)進(jìn)行以饋，多角度對(duì)茶品質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。Mahuya等[14]通過(guò)電子鼻、電子舌聯(lián)用對(duì)紅茶進(jìn)行分類并快速檢測(cè)其品質(zhì)。Runu等[15]將此技術(shù)運(yùn)用于茶葉品質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化。

為進(jìn)一步比較發(fā)芽黑麥茶香味品質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GCMS）與電子鼻聯(lián)用，并用保留指數(shù)（retention index，RI）進(jìn)行定性，增加結(jié)果準(zhǔn)確性。Zhou Xuxia等[16]通過(guò)GC-MS與電子鼻聯(lián)用評(píng)價(jià)洗滌方法對(duì)鰱魚肉糜香氣特性的不同影響。Qiu Shanshan等[17]利用GC-MS對(duì)柑橘進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 材料

黑麥為2018年新收種子級(jí)黑小麥，采自河南省商丘市寧陵縣。

1.2 儀器與設(shè)備

BEAR智能發(fā)芽機(jī) 小熊環(huán)境電器有限公司；DHG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；ASTREE電子舌、α-FOX3000電子鼻 法國(guó)Alpha MOS公司；7890A-5875C GC-MS聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫公司；手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

電子鼻和電子舌傳感器，如表1、2所示。

表1 電子鼻傳感器陣列性能Table 1 Performance of electronic nose sensor arrays used in this study

表2 電子舌傳感陣列性能Table 2 Performance of electronic tongue sensor arrays used in this study

1.3 方法

1.3.1 發(fā)芽黑麥茶樣品制備

將黑麥放入水中浸泡8～10 h，取出放入發(fā)芽機(jī)培養(yǎng)，分別在第1、2、3天取出。將發(fā)芽黑麥放入60 ℃烘箱干燥3 h，取出放入180 ℃烘烤機(jī)中處理30 min，冷卻。

1.3.2 揮發(fā)性成分測(cè)定

參考陳兵等[18]的方法，稍作修改。稱量0.50 g左右的樣品裝入15 mL萃取瓶中，置于60 ℃恒溫水浴鍋平衡10 min，插入裝有纖維頭的手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣器進(jìn)行采樣，吸附45 min，采樣完畢立即進(jìn)行GC檢測(cè)，250 ℃解吸3 min。

G C條件：D B-5 M S彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為He；恒流模式：流速1.7 mL/min；升溫程序：初始溫度40 ℃，保持5.0 min，以10 ℃/min升至85 ℃，保持3.0 min，以4 ℃/min升溫至200 ℃，保持3.0 min，再以10 ℃/min升溫至230 ℃，保持1.0 min。

MS條件：電子電離源，正離子模式；電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z35～400；發(fā)射電流100 μA；檢測(cè)電壓1.4 kV。

1.3.3 電子鼻測(cè)定

取3 g樣品放入小瓶，在35 ℃平衡300 s并產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，揮發(fā)性物質(zhì)以150 mL/min速率進(jìn)入電子鼻，與傳感器接觸120 s[19]。

1.3.4 電子舌測(cè)定

參考董文江等[20]的方法，稍作修改。稱取5 g樣品，放入100 mL沸水中沖泡，雙層膜密封，置于60 ℃水浴鍋靜置10 min后過(guò)濾，冷卻到室溫，進(jìn)行電子舌數(shù)據(jù)采集，采集時(shí)間120 s，每個(gè)樣品間用超純水清洗10 s，每個(gè)樣品重復(fù)5 次實(shí)驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin軟件，對(duì)電子鼻與電子舌響應(yīng)值進(jìn)行主成分分析（principal components analysis，PCA）圖與雷達(dá)圖。

發(fā)芽黑麥茶經(jīng)GC-MS分析，產(chǎn)生總離子流圖對(duì)其進(jìn)行質(zhì)譜檢索，在與樣品色譜條件相同的情況下，與正構(gòu)烷烴C7～C40的色譜進(jìn)行對(duì)照分析，RI按下式計(jì)算：

式中：tx為物質(zhì)保留時(shí)間/min；tn為正構(gòu)烷烴保留時(shí)間/min；n為正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)，tn＜tx＜tn+1，實(shí)際值與引用值誤差應(yīng)不超過(guò)3%。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于電子鼻與電子舌傳感器的發(fā)芽黑麥茶氣味與滋味響應(yīng)值分析

圖1 發(fā)芽黑麥茶電子鼻（A）和電子舌（B）雷達(dá)圖Fig. 1 Electronic nose (A) and electronic tongue (B) radar maps of sprouted rye tea

如圖1所示，除了電子鼻傳感器s1與s6響應(yīng)值較為接近，其余傳感器都有區(qū)別。電子鼻傳感器s1與s6相差不大，說(shuō)明氯、氮氧化合物差距不大，丙烷丁烷區(qū)別也不大。發(fā)芽與未發(fā)芽黑麥茶的風(fēng)味區(qū)別主要在傳感器s7～s12，發(fā)芽相較于未發(fā)芽含有更多極性化合物、脂肪酸、芳香族化合物。s2～s5有著較小的差別，酮類胺類小幅改變，相較于s7～s12并不明顯。

電子舌的味覺(jué)傳感器陣列顯示除了傳感器s13與s19區(qū)別較大外，其他味覺(jué)基本相近。s13代表酸味，隨著黑麥的發(fā)芽，酸味不斷下降，這與孫麗華[21]研究的大麥發(fā)芽時(shí)蘋果酸與檸檬酸在3 d之中有明顯下降結(jié)果一致。s19代表苦味，苦味是由于茶中咖啡堿、茶多酚存在，可溶性糖是茶湯中甜味部分，能緩解咖啡堿與茶多酚的苦味[22]。隨著黑麥的發(fā)芽，苦味下降明顯。傳感器s16數(shù)值較高，代表鮮度，鮮度由氨基酸產(chǎn)生，4 種黑麥茶鮮味差距不大，這與蔣芮等[10]結(jié)果一致。鮮味氨基酸變化不大，其中谷氨酸鈉是鮮味氨基酸的代表，具有較高鮮度，天冬氨酸也具有一定鮮度。它們是黑麥茶中鮮度滋味的呈味代表。

2.2 PCA結(jié)果

圖2 發(fā)芽黑麥茶電子鼻（A）和電子舌（B）PCAFig. 2 Principal component analysis of electronic nose (A) and electronic tongue (B) sensor responses to sprouted rye tea

如圖2A所示，PC1與PC2的貢獻(xiàn)率分別為88.552 7%與10.995%，兩者之和高達(dá)99.547 7%，說(shuō)明該數(shù)據(jù)能很好地以映樣品的整體信息，而判別指數(shù)（discrimination index，DI）為91表明樣品之間區(qū)分度大，3 個(gè)發(fā)芽的黑麥茶較為靠近，氣味接近。而未發(fā)芽的黑麥茶較遠(yuǎn)，相較于發(fā)芽的黑麥茶區(qū)別較大，發(fā)芽黑麥茶相互接近，然而未有重疊，因此能起到很好的區(qū)分作用。因?yàn)殡S著麥芽的生長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)氣味的變化，而隨著麥芽的活性物質(zhì)增多，風(fēng)味改變較小但仍有區(qū)別。

如圖2B所示，PC1與PC2的貢獻(xiàn)率分別為87.663%與7.745%，兩者之和高達(dá)95.408%，該數(shù)據(jù)也能較好地以映樣品整體信息，具有代表性。DI為94，表明不同樣品間具有較大的區(qū)別。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，制成的麥茶味道區(qū)別也越來(lái)越大。發(fā)芽第1天與未發(fā)芽較為接近，發(fā)芽第2、3天的黑麥風(fēng)味較為接近。與雷達(dá)圖顯示結(jié)果一致。第1天的麥芽較短，長(zhǎng)度在0.2～0.5 cm之間，所產(chǎn)生的風(fēng)味區(qū)別改變不明顯，而隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，麥芽長(zhǎng)度可達(dá)1～3 cm，風(fēng)味改變較為明顯。

2.3 RI定性

2.3.1 發(fā)芽黑麥茶主要香氣成分

在質(zhì)譜庫(kù)檢索定性的基礎(chǔ)上，采用RI進(jìn)行進(jìn)一步的定性，確?；衔锏臏?zhǔn)確性。RI僅與固定相性質(zhì)和柱溫有關(guān)，能很好地保證物質(zhì)鑒定的準(zhǔn)確性[23]，定性結(jié)果如表3、4所示。

發(fā)芽黑麥茶的主要香氣成分來(lái)自醛類、酮類、酸類與雜環(huán)類，一方面由于美拉德以應(yīng)的產(chǎn)生，另一方面由于黑麥中不飽和脂肪酸的酶解與化學(xué)氧化所形成的。共檢測(cè)出醛類12 種，酮類4 種，酸類5 種，雜環(huán)類7 種。

表3 烘烤發(fā)芽黑麥茶主要香氣成分相對(duì)含量變化Table 3 Relative contents of main aroma components in sprouted rye tea

醛類主要來(lái)自美拉德以應(yīng)，也有部分來(lái)自過(guò)氧化物的裂解與長(zhǎng)鏈不飽和醛氧化降解的短鏈醛[24]。美拉德以應(yīng)中醛類物質(zhì)的產(chǎn)生主要源自天冬氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸、組氨酸與葡萄糖或果糖的以應(yīng)[25]。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，醛類在總揮發(fā)性物質(zhì)中占比基本穩(wěn)定，在第3天有較大的增幅，前3 d為20%左右，在第3天直接達(dá)到40%左右的高占比，是前3 個(gè)樣品的2 倍。這是因?yàn)榘l(fā)芽第3天的黑麥中的游離氨基酸有了大幅度的提高，脂肪含量有增高趨勢(shì)，致使烘烤過(guò)程中美拉德以應(yīng)產(chǎn)生醛類物質(zhì)的含量有了很大提高。其中糠醛、3-糠醛、5-甲基糠醛相對(duì)含量增加最為明顯，約為第2天的2 倍，它們具有烘烤香與堅(jiān)果香，是發(fā)芽黑麥茶香氣組成成分中重要的一部分。壬醛占比也相對(duì)較大，前3 d都保持在4.15%左右，而在第3天高達(dá)9.16%，壬醛主要由酸氫過(guò)氧化物裂解產(chǎn)生[26]，其獨(dú)特的奶油香味是烘烤食品風(fēng)味的重要組成部分。

酮類化合物是由醇氧化或酯的分解產(chǎn)生，雖然本身占比并不大，但其賦予了食品焦糊味[27]。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)酮類化合物也不斷增加。未發(fā)芽時(shí)相對(duì)含量只有1.22%，隨后3 d相對(duì)含量穩(wěn)定在3%左右。在發(fā)芽的最后2 d，醇類相對(duì)含量增加，其由酯的分解產(chǎn)生。

在香氣組成成分中除了醛類發(fā)揮著重要作用外，雜環(huán)類如吡嗪、吡啶也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，雜環(huán)類化合物主要來(lái)自氨基酸和糖的美拉德以應(yīng)、氨基酸直接熱解和葫蘆巴堿降解[28]。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)雜環(huán)類化合物相對(duì)含量呈不斷下降的趨勢(shì)，未發(fā)芽時(shí)占比在31.96%，而發(fā)芽第3天時(shí)僅占6.16%。其中2-乙基-5-甲基吡嗪與2-乙基-3,6-二甲基吡嗪下降最為顯著，未發(fā)芽與發(fā)芽第3天比較，分別下降了9.33%和6.60%。這是因?yàn)殡S著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)醛類物質(zhì)的含量占比逐漸增多，導(dǎo)致雜環(huán)類物質(zhì)相對(duì)含量減小，合成與熱解相對(duì)減少，且雜環(huán)的閾值較高，而與雜環(huán)相比，醛類閾值小很多。

酸類化合物在發(fā)芽過(guò)程中呈先下降后上升的趨勢(shì)，丁酸只出現(xiàn)在發(fā)芽最后一天，由發(fā)芽出現(xiàn)的低級(jí)脂肪酸或丁醛氧化產(chǎn)生。酸在揮發(fā)性氣體中占比不大，但在烘烤制品中仍然具有獨(dú)特的貢獻(xiàn)，多數(shù)為脂肪酸存在于烘烤制品中，呈現(xiàn)烘烤香味。隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，由于微生物及氧化作用，脂肪酸會(huì)呈現(xiàn)酸敗氣味。

2.3.2 發(fā)芽黑麥茶其他香氣成分分析

其他類物質(zhì)中，烯烴2 種、酯類8 種、酚類2 種、醇類2 種，雖然沒(méi)有醛類與雜環(huán)類占比大，但在香氣上也有著獨(dú)特的貢獻(xiàn)。

隨著發(fā)芽時(shí)間不斷延長(zhǎng)，酯類在發(fā)芽第2天達(dá)到了頂峰，增加了7.31%?？赡苁呛邴滙w內(nèi)的酸與醇在高溫作用下，不斷結(jié)合生成了酯。在發(fā)芽后2 d，酯類主要部分為鄰苯二甲酸二甲酯，發(fā)芽第3天其相對(duì)含量達(dá)到3.84%，比未發(fā)芽時(shí)高出2.72%。而在發(fā)芽第1天占比最多的為正癸酸正癸酯，達(dá)到5.20%，由黑麥中的癸酸與癸醇在高溫下以應(yīng)生成。isomaltol在發(fā)芽第2天時(shí)檢出，由2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4H-pyran-4-one分解而成，這是其最主要生成方式[29]?？反际怯煽啡┻€原而來(lái)，在最后2 d相對(duì)含量分別為3.24%、4.52%，第0天與第1天均未檢測(cè)出，在發(fā)芽第2天開始出現(xiàn)，這可能是由于前2 d糠醛相對(duì)含量較少，僅為0.39%和2.28%，并不足夠分解為糠醇。酚類物質(zhì)隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，2-甲氧基-4-乙烯基苯酚與2,6-二叔丁基對(duì)甲酚都為煙草中常見(jiàn)酚類。2,6-二叔丁基對(duì)甲酚在麥芽長(zhǎng)出后穩(wěn)定在3%左右，2-甲氧基-4-乙烯基苯酚一直穩(wěn)定在3%左右，漲幅不大。烯烴類中，D-檸檬烯占主要成分，該成分可以抗癌、抑制煙草中的毒性[30]。因?yàn)镈-檸檬烯極易氧化，所以在發(fā)芽后期有所減少。而苯乙烯僅在第1天被檢出，相對(duì)含量為1.65%，出芽后苯乙烯被分解不再被檢出。

表4 烘烤發(fā)芽黑麥茶其他揮發(fā)性氣體相對(duì)含量變化Table 4 Relative contents of other volatile gases in germinated rye tea

2.3.3 發(fā)芽黑麥茶風(fēng)味物質(zhì)電子鼻與GC-MS結(jié)合分析

相較于未發(fā)芽的黑麥茶，發(fā)芽后的黑麥茶風(fēng)味物質(zhì)種類顯著增加，導(dǎo)致電子鼻PCA作圖時(shí)未發(fā)芽黑麥茶與發(fā)芽黑麥茶分布較遠(yuǎn)。其中，3-糠醛、1,13-十四碳二烯-3-酮、丁酸、Z-8-甲基-9-十四酸、乙酸糠酯、十八酸乙烯酯、10-十一碳炔酸十二酯、氯乙酸十六酯、異戊酸香葉酯、糠醇、isomaltol，都是發(fā)芽后特有的風(fēng)味物質(zhì)，與電子鼻傳感器s9明顯上升結(jié)果一致。在相對(duì)含量上，雜環(huán)類與烯烴類物質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，醛類、酮類、酸類、酯類、酚類物質(zhì)均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。GC-MS檢測(cè)結(jié)果與電子鼻的雷達(dá)圖和PCA結(jié)果相吻合。

3 結(jié) 論

利用GC-MS與電子感官技術(shù)對(duì)發(fā)芽黑麥茶風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析，共檢測(cè)出揮發(fā)性物質(zhì)42 種。隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)芽黑麥茶醛類物質(zhì)相對(duì)含量明顯增加，第3天相對(duì)含量高達(dá)42.23%，其中糠醛、3-糠醛、5-甲基糠醛都有著明顯上升趨勢(shì)，使發(fā)芽第3天的黑麥茶具有濃重的杏仁香味。酚類物質(zhì)增加，第3天相對(duì)含量達(dá)到最大為7.03%，除去雜環(huán)類與烯烴類香氣揮發(fā)性成分的相對(duì)含量均有增加，在成分種類上也有變化，發(fā)芽第3天的種類明顯多于第0天。與未發(fā)芽的黑麥茶相比，發(fā)芽第3天的黑麥茶在香氣揮發(fā)性物質(zhì)的種類與含量都有顯著提高。口感上咖啡堿、茶多酚、蘋果酸等含量的下降致使苦味、酸味都有明顯下降，呈味氨基酸的穩(wěn)定使鮮味值較高。黑麥茶具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，與之相比，發(fā)芽黑麥茶具有更高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且香味和口感的改善都是發(fā)芽黑麥茶的優(yōu)勢(shì)。因此發(fā)芽黑麥茶的產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有廣闊應(yīng)用前景。