HP-SPME-GC-MS結(jié)合ROAV分析新疆不同小麥品種面粉主要揮發(fā)性成分

毛紅艷,于 明,祖力皮牙·買買提,岳 麗

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,新疆烏魯木齊 830091)

小麥?zhǔn)莾H次于玉米的第二大糧食作物,全球年總產(chǎn)約7 490×108kg。2020 年我國小麥種植面積2 338×104hm2,產(chǎn)量1 340×108kg,我國已成為世界最大的小麥生產(chǎn)國[1-2]。新疆是我國西北重要的小麥優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),小麥?zhǔn)切陆谝淮蠹Z食作物,2020年種植面積為106.9 ×104hm2,產(chǎn)量58.21×108kg,新疆小麥生產(chǎn)在新疆糧食生產(chǎn)和糧食安全中占有重要地位[3-4]。

頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)主要用于樣品中揮發(fā)性組分的檢測,方便快捷且十分靈敏,并能對(duì)含量較低、揮發(fā)性低的物質(zhì)進(jìn)行富集,因此在揮發(fā)性物質(zhì)的檢測研究中運(yùn)用最多[5]。目前,國內(nèi)外關(guān)于利用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析小麥[6]、玉米[7]、大米[8-9]、水果[10]等揮發(fā)性成分的研究較多,且已把揮發(fā)物作為谷物儲(chǔ)藏品質(zhì)檢測的重要指標(biāo)之一。

在小麥揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)檢測方面,早在1972年,Lorenz[11]和Youngs[12]研究發(fā)現(xiàn),小麥粉中主要含有低分子醛類,而烴類化合物在小麥粉中含量很少。近年來,國內(nèi)學(xué)者也對(duì)小麥中揮發(fā)性成分進(jìn)行了研究,袁 建等[4]分析了不同儲(chǔ)藏條件下小麥粉揮發(fā)性成分變化;燕 雯等[13]利用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)定性定量分析了黃淮地區(qū)3種不同筋力小麥品種面粉和麩皮中的香氣成分;任國寶等[14]分析了小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉及其饅頭制品的揮發(fā)性物質(zhì);王才才等[15]研究了不同出粉率小麥粉揮發(fā)性物質(zhì)。

本研究選取新疆12個(gè)小麥品種,以固相微萃取法提取小麥面粉揮發(fā)性成分,利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)小麥面粉中揮發(fā)性成分與相對(duì)含量進(jìn)行分析,以探討新疆不同小麥品種面粉揮發(fā)性成分和含量差異,以期為提高和改善小麥制品的風(fēng)味提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以新春26(XC26)、新春37(XC37)、新春43(XC43)、新春48(XC48)、糧春1201(LC1201)、糧春1354(LC1354)、新冬18號(hào)(XD18)、新冬20(XD20)、新冬22(種植在兩個(gè)不同環(huán)境,XD22A,XD22B)、新冬53(XD53)、新冬57(XD57)、新冬60(XD60)為研究材料,于2021年收獲成熟籽粒備用。

1.2 方 法

1.2.1 制粉

用德國布拉本德公司小型實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)按AACC26-21A方法制得小麥面粉。

1.2.2 揮發(fā)性成分檢測

采用固相微萃取方式對(duì)樣品中的揮發(fā)性成分進(jìn)行提取。稱取5 g 小麥面粉,置于20 mL帶有硅膠墊帽的萃取瓶中,密封,于65 ℃水浴靜置10 min;50/30 μm DVB/CAR/PDMS纖維頭萃取50 min后插入GC進(jìn)樣口,在進(jìn)樣口解吸附 5 min,采用GC-MS-TQ8040 NX三重四極桿型氣質(zhì)聯(lián)用儀檢測分析。

GC條件:HP-5色譜柱 (30 m×0.25 mm, 0.25 um);起始溫度 30 ℃,保持 5 min,以5 ℃·min-1升至230 ℃,保持5 min;進(jìn)樣口溫度230 ℃;載氣為高純氮?dú)?流速為1.0 mL·min-1。

MS條件:EI源,電離能量70 eV,離子源溫度230 ℃,四級(jí)桿溫度150 ℃,掃描范圍20～600 amu,全掃描;無溶劑延遲;標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧。

1.2.3 相對(duì)氣味活度值測定

根據(jù)ROAV定義,對(duì)樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣味活度值(ROAVmax)為100,其他揮發(fā)性成分的ROAV按下式計(jì)算[16]:

公式中,TA為各組分感覺閾值 (μg·kg-1),Tstan為貢獻(xiàn)最大組分感覺閾值 (μg·kg-1);CA為各組分相對(duì)含量(%),Cstan為貢獻(xiàn)最大組分相對(duì)含量(%)。感覺閾值通過查閱相關(guān)書籍[17-18]獲得,相對(duì)含量為GC-MS檢測分析獲得。

1.3 數(shù)據(jù)分析

揮發(fā)性成分根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)譜圖NIST17檢索結(jié)果并結(jié)合相對(duì)保留時(shí)間進(jìn)行鑒定,采用峰值面積歸一法統(tǒng)計(jì)分析各化合物相對(duì)含量。用Excel 2007 和SPSS Statistics 23.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥品種面粉中揮發(fā)性成分種類分析

由表1可見,12個(gè)小麥品種面粉中,共鑒定出143種揮發(fā)性化合物,其中包括烷烴類50種,烯烴類8種,醛類13種,醇類28種,酮類16種,酯類7種,酸類4種,苯類9種,其他化合物8種。由圖1可以看出,XD18鑒定出57種揮發(fā)性化合物,XD22A鑒定出66種,XD53鑒定出67種,XD22B鑒定出60種,XD20鑒定出65種,XD57鑒定出75種,XD60鑒定出66種,XC26鑒定出43種,XC37鑒定出50種,XC43鑒定出61種,XC48鑒定出56種,LC1201鑒定出45種,LC1354鑒定出58種。12個(gè)品種中,含烷烴類成分最多的是XD57,含醛類和醇類成分最多的是XD18,XD57和XD20則酮類成分含量較多。

表1 不同小麥品種面粉中揮發(fā)性成分及其相對(duì)含量Table 1 Volatile components from different wheat flours and their relative content %

(續(xù)表1 Continued table 1)

(續(xù)表1 Continued table 1)

圖1 不同小麥品種面粉中揮發(fā)性成分種類堆積圖Fig.1 Accumulation diagram of volatile components in different wheat flours

2.2 不同小麥品種關(guān)鍵揮發(fā)性成分分析

揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)樣品整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度與其相對(duì)含量和感覺閾值有關(guān),當(dāng)其相對(duì)含量一定時(shí),感覺閾值越低的化合物越容易被嗅覺器官感知。12個(gè)小麥品種面粉中發(fā)現(xiàn)已報(bào)道感覺閾值的揮發(fā)性物質(zhì)34種[17-18],本研究只對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行分析。ROAV值越大,揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)樣品風(fēng)味的貢獻(xiàn)越大,ROAV≥1的揮發(fā)性物質(zhì)是樣品的主體風(fēng)味化合物,0.1≤ROAV

由表2可見,ROAV大于0.1的揮發(fā)性物質(zhì)有12種。其中,己醛、壬醛、反-2-辛烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-正戊基呋喃共7種化合物的ROAV≥1,為關(guān)鍵性揮發(fā)性化合物;正己醇、1-壬醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-辛烯-2-酮、γ-壬內(nèi)脂5種化合物對(duì)小麥面粉揮發(fā)性氣味有重要的修飾作用(0.1

2.3 不同小麥品種關(guān)鍵揮發(fā)性成分主成分分析

采用主成分分析法對(duì)不同小麥品種面粉中揮發(fā)性物質(zhì)的ROAV進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)PC1方差貢獻(xiàn)率為57.6%,PC2方差貢獻(xiàn)率為29.5%,二者合計(jì)達(dá)87.1%(>85%),可以較好地反映原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息。由圖2可以看出,春小麥品種距離較近,說明春小麥品種的揮發(fā)性具有相似性;冬小麥品種則較分散,其中XD60、XD53、XD20、XD18、XD22A距離較近,說明這5個(gè)品種揮發(fā)性成分具有相似性,XD22B、XD57距離較近,說明這兩個(gè)品種揮發(fā)性成分具有相似性。

圖2 不同小麥面粉主要揮發(fā)性成分PCA分析Fig.2 PCA analysis of the volatile components in different wheat flours

12個(gè)品種風(fēng)味物質(zhì)的ROAV相關(guān)性分析結(jié)果(表3)表明,春小麥品種之間具有極顯著相關(guān)性,冬麥品種XD60、XD53、XD20之間具有極顯著相關(guān)性,XD22B與XD57具有極顯著相關(guān)性。冬小麥、春小麥之間相關(guān)性系數(shù)較低。XD22A與XD22B間相關(guān)性不顯著,說明栽培環(huán)境對(duì)風(fēng)味物質(zhì)影響較大。相關(guān)性分析與PCA分析高度一致。

表3 品種間揮發(fā)性風(fēng)味組分的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of volatile flavor components of different varieties

2.4 不同小麥品種關(guān)鍵揮發(fā)性成分聚類分析

通過聚類結(jié)果(圖3)可知,在歐氏距離10.0處將不同小麥品種聚為4類,第一類為XC37、XC43、XC48、LC1201、LC1354,第二類為XD22A、XD20、XD18、XD60,第三類為XD53、XD57,第四類為XD22B。總體趨勢為春小麥聚為一類,冬麥聚為一類,表明冬小麥、春小麥之間揮發(fā)性物質(zhì)存在一定差異。與主成分分析和相關(guān)性分析結(jié)果基本一致。

圖3 不同小麥面粉主要揮發(fā)性成分聚類分析Fig.3 Dendrogram of the volatile compounds for different wheat flour samples

3 討 論

食品的揮發(fā)性成分是其風(fēng)味的主要來源,含量占比極低,但其是決定食品風(fēng)味品質(zhì)的重要因素之一[20]。小麥粉特有的風(fēng)味是醛類、醇類、酯類、烯烴類、烷烴類和雜環(huán)類物質(zhì)等相互作用產(chǎn)生的綜合氣味[21]。本研究表明,供試小麥品種面粉中揮發(fā)性化合物以烴類、醇類種類最多,這與胡貴喜等[22]研究結(jié)論一致。燕 雯等[13]發(fā)現(xiàn)黃淮地區(qū)3種不同筋力小麥面粉香氣成分主要以烴類、醇類、酯類和羧酸類為主。小麥粉揮發(fā)性成分中烴類、醛類、醇類主要是由脂類的氧化或分解而形成的;酮類主要是糖類或蛋白質(zhì)的降解,也可能是微生物引起上述揮發(fā)性成分的變化[6]。通常烴類、醇類化合物具有較高的芳香閾值,對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)較小,但可以作為風(fēng)味形成的底物[23-24]。酮類大部分具特殊香氣,低碳原子醛具有刺激性風(fēng)味,中等分子質(zhì)量醛則具有清香、脂肪香風(fēng)味[25,14]。研究發(fā)現(xiàn),小麥粉中羥基化合物含量較多且閾值較低,可能是小麥粉中主體呈香物質(zhì)[26]。ROAV分析結(jié)果表明,己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇為新疆小麥面粉共有主體揮發(fā)性物質(zhì),己醛具有蘋果、青草香,壬醛具有玫瑰、柑橘香,1-辛烯-3醇具有谷物的泥土氣味。正己醇、1-壬醇、3-辛烯-2-酮為新疆小麥面粉重要輔助性風(fēng)味物質(zhì),正己醇微帶酒香、果香和脂肪氣息,1-壬醇具有類似桔子、甜橙氣息,3-辛烯-2-酮具有泥土樣水果香氣。這6種化合物構(gòu)成了新疆小麥面粉的整體風(fēng)味。

不同小麥品種有其特征風(fēng)味,不同的水土、氣候、栽培措施、儲(chǔ)藏時(shí)間等條件下,即使相同品種其風(fēng)味也會(huì)不同[13]。從成分及含量差異可以區(qū)分出來不同的產(chǎn)地,這為作物的產(chǎn)地區(qū)分提供了一種較為簡便的方法[27]。Starr[28]研究表明,英國、澳大利亞、法國和丹麥等國家小麥粉揮發(fā)性物質(zhì)存在顯著差異,地方品種中峰面積較高的是醇類、酯類和呋喃類。胡喜貴[22]研究發(fā)現(xiàn),不同來源小麥之間的香氣成分存在一定差異,小麥儲(chǔ)存時(shí)間、自身遺傳特性、產(chǎn)區(qū)氣候生態(tài)因子以及是否存在控制香氣合成關(guān)鍵基因等可能造成揮發(fā)性成分差異。本研究發(fā)現(xiàn),春小麥與冬小麥品種揮發(fā)性物質(zhì)存在一定差異,部分揮發(fā)性物質(zhì)只在冬麥樣品中檢測到,如2-丁基-2-辛烯醛、1-戊醇、6-甲基-3,5-戊二烯-2-酮等;部分揮發(fā)性物質(zhì)只在春麥樣品中檢測到,主要有β-松油醇、2,4-二乙基庚烷-1-醇、1,3,5-苯三醇、四氫薰衣草醇、2-乙基-1-己醇、1-碘癸烷、2,6,10-三甲基十三烷、十八烷、8-甲基十七(碳)烷、碘代十六烷 、4-甲基十四烷、正三十烷、二十烷等;但由于這些物質(zhì)感覺閾值較高,含量較低,因此對(duì)整體風(fēng)味貢獻(xiàn)不大。

在供試小麥面粉中,檢測到十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、三氯甲烷、甲苯、鄰二甲苯、均三甲苯等有害物質(zhì)。燕 雯等[13]研究表明,在小麥粉中存在對(duì)人體有一定的毒副作用的化學(xué)物質(zhì),如三氯甲烷、對(duì)苯二酚、甲苯、十二烷、十三烷、十四烷、辛酸和苯酚等物質(zhì);胡喜貴等[27]發(fā)現(xiàn),小麥粉中存在少量十一烷、十二烷、十三烷、環(huán)己醇等物質(zhì)。王才才等[15]研究發(fā)現(xiàn),小麥粉中存在相對(duì)含量較多的苯環(huán)類物質(zhì),如二甲苯、三甲苯、萘等,這些物質(zhì)均存在毒性且越接近皮層相對(duì)含量越高,這可能是在種植過程中使用殺蟲、除草劑以及施肥造 成的。

4 結(jié) 論

采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜質(zhì)聯(lián)用分析新疆12個(gè)小麥品種面粉,共鑒定出143種揮發(fā)性化合物,其中烷烴類50種,烯烴類8種,醛類13種,醇類28種,酮類16種,酯類7種,酸類4種,苯類9種以及8種其他化合物;通過ROAV法確定小麥面粉中主要揮發(fā)性物質(zhì)有12種:己醛、壬醛、反-2-辛烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇、2-正戊基呋喃、正己醇、1-壬醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-辛烯-2-酮、γ-壬內(nèi)脂;不同新疆小麥品種面粉樣品揮發(fā)性物質(zhì)構(gòu)成不同,冬小麥、春小麥面粉揮發(fā)性物質(zhì)存在明顯差異。