板栗及其膨化制品的挥发性香气成分分析

王文艳，刘凌，吴娜，张晓磊，2

1(中国食品发酵工业研究院，北京，100027)

2(国家食品质量监督检验中心，北京，100027)

板栗及其膨化制品的挥发性香气成分分析

王文艳1，刘凌1，吴娜1，张晓磊1，2

1(中国食品发酵工业研究院，北京，100027)

2(国家食品质量监督检验中心，北京，100027)

采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术对生板栗粉、煮板栗和3种膨化板栗制品的挥发性香气成分进行分离鉴定。共鉴定出68种挥发性物质，初步认定吡嗪类物质中的甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪;呋喃类物质中的 2-戊基呋喃、γ-丁内酯、2-糠醇、2，5-二氢-3，5-二甲基-2-呋喃酮和γ-辛内酯及芳香族类物质中的苯甲醛是板栗的特征风味物质。煮制可提升板栗的香气。膨化板栗片的膨化加工方式对其香气成分影响显著，挤压膨化板栗片的香气物质组成和煮板栗比较相似，微波膨化板栗片中易产生具有枯焦气息的2，4-二叔丁基苯酚，油炸膨化板栗片的挥发性成分最复杂，醛类物质较多。

板栗，膨化板栗制品，挥发性香气成分，顶空固相微萃取(HS-SPME)，气相色谱-质谱(GC/MS)

板栗口感为甜、糯，并带有柔和的特殊香气，前人对板栗的香气成分研究很少，国内外相关文献屈指可数且涉及的范围很有限。Morini和Maga[1］采用GCMS联用法检测烤板栗和煮板栗的二氯甲烷提取物的挥发性成分，分别初步定性出了33个和30个挥发性成分。Sabine Krist等[2］采用顶空SPME和GC-MS联用法分析测定意大利烤板栗的挥发性风味物质，认为丁烷，戊烷，己烷，庚烷的单萜烯类和衍生物是起重要作用的香气化合物;γ-丁内酯(12.8%)，γ-松油烯(9.2%)，糠醛(6.3%)，甲醛(7.2%)，4-甲基-2-戊酮(5.3%)的相对百分含量较高，可能对烤板栗的风味也起一定的作用。叶兴乾等[3］采用GC/MS色谱法分析了糖炒栗子醇提取物中芳香成分，鉴定出27种芳香成分，主要成分有5-羟基糠醛、糠醛、羟基二氢麦芽酚、糠醇、十六酸及一些呋喃类化合物，多是板栗炒制过程中由美拉德反应形成的风味物质。弓志青等[4］研究了超高压处理对即食板栗仁风味成分的影响。由于前人在这方面的研究相对单一，不同学者的研究结果也存在较大差异，目前板栗的特征风味成分尚不明确，有待进一步探讨。膨化板栗制品是一种新开发的产品，检测其挥发性香气成分有利于对其进行风味评价。

本课题采用顶空固相微萃取(HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用技术(GC/MS)检测生、熟2种板栗原料和3种膨化板栗制品的挥发性香气成分，研究板栗及其膨化制品的挥发性香气组成，探索其特征香气成分，对开发风味浓郁的板栗新产品有一定的指导意义。

1 材料和方法

1.1 材料

原料:板栗;板栗生粉;木薯淀粉;食用大豆油。

仪器:气相色谱-质谱联用仪，岛津 GC/MSQP2010 Plus;电子天平;固相微萃取装置，美国SUPELCO公司，备有85 μmPA萃取头;DSE-25型同向啮合双螺杆挤压机，德国布拉本德公司;QZF-6050型真空干燥箱，上海一恒科技有限公司;G80F23N1PM8型微波炉，格兰仕公司。

1.2 方法

1.2.1 真空冻干板栗生粉的制备

将板栗去壳去衣后，切成薄片，在-18℃冰箱中预冻12 h，取出后放入真空冻干机中，待完全干燥后取出粉碎即为真空冻干板栗粉。

1.2.2 煮板栗粉的制备

板栗带壳煮制30 min后捞出，剥壳去衣得到板栗仁，用小刀将板栗仁削成薄薄的碎片，在真空干燥箱中70℃下干燥3 h，粉碎机粉碎后即为煮板栗粉。

1.2.3 微波和油炸膨化板栗片的制备

以板栗粉和木薯淀粉为主要原料，混匀后加水揉搓成圆柱状，静置1 h使天冬酰胺酶充分作用于底物，蒸煮40 min后将坯料在4℃老化18 h，然后取出坯料切成薄片，75℃下预干燥2 h后在密闭容器内均湿20 h，最后采用微波膨化或油炸至板栗片膨松颜色金黄。

1.2.4 挤压膨化板栗片的制备

采用DSE-25型同向啮合双螺杆挤压机:螺杆外径(D)为25 mm;螺杆长径比为20∶1;挤压机加工各区域长度:喂料区4D，Ⅰ区6D，Ⅱ区6D，Ⅲ区4D，Ⅳ区2D，Ⅴ区5D，模孔为矩形(2 mm×20 mm)，Ⅰ区到Ⅴ区的加工温度分别为70℃、90℃、110℃、130℃和150℃。物料喂入速度为40 g/min，螺杆转速160 r/min，物料含水率提前24h预调整为17%。挤压过程的扭矩为(85.04±0.69)N·m;压力为(29.44±0.99)bar。挤压样品在高火条件下微波20 s后即为挤压膨化板栗片。

1.2.5 顶空-固相微萃取(HS-SPME)条件

准确称取2.0 g粉碎后的样品于20 mL顶空瓶中，旋紧瓶盖，将固相微萃取装置插入顶空瓶，在40℃水浴中保温萃取60 min，随后将萃取头取出，直接供GC/MS分析。

1.2.6 GC/MS分析条件

色谱条件:所用色谱柱为CP-WAX57CB毛细管柱(50 m×0.25 mm i.d.×0.2 μm)，载气为氦气，流速1.0 mL/min，柱温采用程序升温，初温35℃，保持3 min后以3℃/min升至80℃，再以9℃/min升至200℃，保持20min。进样口温度为230℃，不分流进样1 min。

质谱条件:MS电离方式为EI，电子能量70eV，离子源温度230℃，质谱扫描范围35～500 amu，质谱分析用数据库为NIST08库。

2 结果与分析

2.1 板栗原料及膨化板栗片挥发性香气成分的检测结果

利用NIST08谱库对各组分峰的MS图谱作检索，将可能的结果与MS标准图谱作比较，并结合组分峰的色谱保留规律加以确认，采用面积归一化法定量，这5种样品的定性、定量结果见表1和表2。

表1 生熟板栗原料中挥发性组分HS-SPME-GC/MS分析结果及呈味分析

续表1

续表1

表2 3种膨化板栗片中挥发性组分HS-SPME-GC/MS分析结果及呈味分析

续表2

续表2

由表1和表2可知，在5种样品中，共鉴定出68种物质，包括醇类(17种)、醛类(15种)、酮类(10种)、呋喃类(7种)、酸类(6种)、酯类(5种)、芳香族(3种)和吡嗪类(5种)等8类化合物;这68种物质中有29种在板栗原料及相关制品挥发性性成分检测的各种文献中出现过，为表1和表2序号后带*标注的物质。

由表1可知，真空冻干板栗粉和煮板栗这生、熟两种原料中分别鉴定出40种和33种风味物质，共55种物质包括醇类15种，醛类12种，酸类6种，酯类5种，酮类8种，芳香族类2种，呋喃类6种和吡嗪类1种;共同的香气成分共有18种包括醇类6种，醛类5种，酸类1种，酮类2种，及呋喃类4种。

表2可知，3种不同膨化方式制备的膨化板栗片中共鉴定出50种物质，醇类13种，醛类13种，酸类4种，酯类1种，酮类8种，芳香族类2种，呋喃类4种和吡嗪类5种。其中油炸膨化、微波膨化和挤压膨化板栗片中分别鉴定出38种、25种和33种风味物质，3者共同的香气成分有12种包括醇类6种，酸类1种，醛类1种，酮类3种及呋喃类1种。

5种样品均检出的挥发性组分有8种，包括3种醇类(正戊醇、雪松醇、2，2＇-氧代二乙醇)，1 种醛类(壬醛)，1种酸类(乙酸)，2 种酮类(羟基丙酮、3-壬烯-2-酮)和1种呋喃类(二氢-2(3H)-呋喃酮)。

2.2 板栗的煮制对其风味物质的影响

由图1和图2可知，真空冻干板栗生粉和煮板栗的挥发性香气成分各类物质的含量和种类的差异比较显著。与板栗生粉相比，板栗煮熟后其挥发性香气成分中新检出了具有坚果香气的2种芳香族物质和1种吡嗪类物质，呋喃类物质的相对含量也有所增加，这应该是蒸煮过程中发生美拉德反应形成的;同时还新检出了5种酯类物质，相对含量为6.81%，分析原因可能是板栗中所含的脂肪酸发生酯化作用产生的;而板栗生粉中的6种酸类物质除了乙酸外，其余5种在煮板栗中均未检出，可能是因为这些中链脂肪酸在蒸煮过程中发生了氧化作用。板栗煮制后醇类物质的种类变化不大，含量显著增加，主要是雪松醇、2，2’氧代二乙醇和2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇的比例增加明显(参见表1)，可能是由脂肪酸的氢过氧化物的分解或醛类物质的降解产生[5］。醛类物质种类和含量急剧减少，是由于在热作用下发生了降解;但酮类风味物质的种类数和百分含量基本没有变化。总体来看板栗煮制对提高板栗的香气十分有利，主要体现在芳香族类、吡嗪类和呋喃类这些对板栗风味贡献极大的物质上。

图1 煮制对板栗原料各类风味物质含量的影响

图2 煮制对板栗原料各类风味物质种类的影响

2.3 加工方式对膨化板栗制品风味物质的影响

3种膨化板栗片制备的原料配方完全相同，仅添加了木薯淀粉1种辅料，图3和图4的检测结果显示，它们的挥发性风味物质因膨化方式不同而呈现显著的差异。

图3 膨化方式对板栗片各类风味物质含量的影响

图4 膨化方式对板栗片各类风味物质种数的影响

这3种膨化板栗片制品中微波膨化板栗片的挥发性香气成分的数量最少为25种，这是由于它的受热方式比较特殊，不同于油炸和挤压板栗片。微波膨化板栗片的受热是由内向外进行的，产生的香气成分从内部向外部挥发时遭遇表面相对较低的温度，会随着水蒸汽的析出而有所损失[6］。此外微波膨化板栗片中检出了相对含量高达80%的芳香族类物质2，4-二叔丁基苯酚，它具有枯焦气息，是食品中常用的抗氧化剂。除去2，4-二叔丁基苯酚外其它各类物质的相对含量和其它两种膨化板栗片样品相差不大。微波膨化板栗片由于受热时间短，物料的中心温度高，美拉德反应产生的吡嗪类物质种类较多，也产生了较多的2，4-二叔丁基苯酚这一芳香族化合物。

油炸膨化板栗片的挥发性香气成分种类较丰富，为38种，其中醛类物质种类和含量均远高于另外两种膨化方式制备的板栗片，未检出酯类和芳香族类物质，吡嗪类物质只检出1种，含量也明显低于另外2种板栗片样品。油炸膨化板栗片的风味物质和油炸用油的种类、脂肪酸组成、油炸温度、油炸时间以及油炸后板栗片的保藏方式、保藏时间均有关。由于使用了含丰富风味物质的食用油做加热介质，一方面，油炸过程中多种物质会发生氧化作用等复杂的化学反应，从而生成了较多的醛类物质，包括油炸食品的特征香气物质2，4-癸二烯醛;另一方面食用油可能也会引入一些香气物质到油炸膨化板栗片中;所以油炸板栗片的风味物质丰富、油炸香气浓郁，和微波和挤压膨化板栗片及煮板栗的风味相差较大。

在这3种膨化板栗片制品中挤压膨化板栗片各类风味物质的种类及相对含量总体上和煮板栗比较相似(参见表1和表2)，尤其是醇类物质、酸类物质和吡嗪类物质。挤压板栗片的醇类物质中以雪松醇、2，2’氧代二乙醇和2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇的比例较高和煮板栗粉相当;二者的主要酸类物质均是乙酸，所占比例都比较大。二者吡嗪类物质中都主要是四甲基吡嗪，所占比例基本一样。

2.4 板栗的特征香气成分分析

对板栗原料及其膨化制品的挥发性风味物质分别按醇类、醛类、酸类、酯类、酮类、芳香族类、呋喃类和吡嗪类这八类物质分别进行讨论。

挥发性化合物中的醇类主要来自脂肪氧化，饱和醇由于其风味阈值(500～20000μg/kg)较高，对板栗的风味影响不大，而不饱和醇的风味阈值较低，对风味的形成有一定作用[7］。在板栗原料及其膨化制品中均检测出且相对含量较高的醇类物质主要为雪松醇和 2，2＇-氧代二乙醇，其中 2，2＇-氧代二乙醇 Sabine Krist等[2］在烤板栗中也有检出，它们可能会对板栗的风味有一定的贡献。

醛类物质一般认为是由油脂的自动氧化产生[8］，一般阈值较低，多具有果香、青香、脂肪香或油炸香，如2-癸烯醛，2，4-壬二烯醛是由不饱和脂肪酸的过氧化反应生成[9］。壬醛在5种样品中均有检出，己醛、2-丁基-2-辛烯醛在板栗生粉中的相对含量很高，它们可能板栗及其膨化制品的风味有一定的贡献。

在板栗原料及其膨化制品中检测的酸类物质主要有乙酸和己酸。乙酸几乎存在于所有的植物种子中，不是板栗中特有的挥发性成分，己酸香味阈值很高为3mg/kg。一般酸类物质的香味阈值均较大，故可知酸类物质对板栗的风味贡献不大。

在板栗原料及其膨化制品中检测的酯类物质共有5种，主要是在煮板栗中检出的，含量均不高，其中以棕榈酸甲酯和油酸甲酯的2.18%和2.24%相对较高，且酯类物质的香味阈值较高，对风味的影响不大。

酮类化合物可能是醇的氧化产物，也可能是酯类分解的产物[10］。在5种样品中酮类物质的种类共10种，相对较丰富，但相对百分含量均不高多数在3%以下。5个样品中均检出的风味物质有羟基丙酮和3-壬烯-2-酮，羟基丙酮是美拉德反应的中间产物，3-壬烯-2-酮具有愉快的果香香韵，它们可能是板栗及其膨化制品的风味物质。

在5种样品中芳香族类化合物的种类很少，只有苯乙烯、2，4-二叔丁基苯酚和苯甲醛3种，其中苯乙烯在微波和挤压膨化板栗片及煮板栗粉3个样品中检出，其中煮板栗中的相对含量较高为13.6%。微波和挤压膨化板栗片样品中检测出了2，4-二叔丁基苯酚，它具有枯焦气息，在微波膨化样品中的相对百分含量很高，为79.16%。煮板栗中检出了苯甲醛(5.44%)，它具有坚果香气，香气阈值为3mg/kg，且弓志青，朱丹宇和刘春泉[4］在板栗仁中也检出了苯甲醛，它可能是其中一种使板栗具有特殊坚果香气的物质。

板栗原料及其膨化制品样品中共检出7种呋喃类物质:2-戊基呋喃、γ-丁内酯、2-糠醇、二氢-5-乙基-2(3H)-呋喃酮、2，5-二氢-3，5-二甲基-2-呋喃酮、γ-辛内酯和γ-壬内酯;前3种物质具有甜香、焦糖香、面包香、咖啡香，叶兴乾，金亦之和邹建凯[3］在糖炒板栗中也有检出，并认为它们是糖炒板栗中的特征风味化合物。呋喃类物质是板栗及其膨化制品在热加工过程中美拉德反应的第一阶段、Strecker降解及最后阶段的主要产物，2，5-二氢-3，5-二甲基-2-呋喃酮在煮板栗粉中检出，相对百分含量为9.77%，具有焦糖香，很可能是煮板栗中的重要风味物质。γ-辛内酯在真空冻干板栗生粉中检出，含量为0.7%，口味甜，香味持久，常用于坚果、椰子、奶油等食用香精，故推测其可能对板栗的风味有一定的作用。因此可知，呋喃类物质中的 2-戊基呋喃、γ-丁内酯、2-糠醇、2，5-二氢-3，5-二甲基-2-呋喃酮和γ-辛内酯对板栗及其膨化制品的风味影响重大，可能是其特征风味物质。

吡嗪类物质是通过美拉德反应的斯特勒克降解反应途径形成的，美拉德反应的风味物质多产生于此途径。板栗原料及其膨化制品样品中共检出5种吡嗪类物质:甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪和四甲基吡嗪，其中前2种物质 Morini G，Maga J[1］和 Sabine Krist等[2］在板栗中也有检出，前3种物质均具有坚果香，焙烤香味，且其它坚果中(如榛子)也含有多种吡嗪类化合物，2，6-二甲基吡嗪常用于调配坚果香型的食用香精。可见吡嗪类物质是板栗原料及其膨化制品中的一类非常重要的风味物质，由于其多具有坚果香很可能是其特征风味物质。

综上所述，吡嗪类物质中的甲基吡嗪、2，3-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪;呋喃类物质中的 2-戊基呋喃、γ-丁内酯、2-糠醇、2，5-二氢-3，5-二甲基-2-呋喃酮和γ-辛内酯和芳香族类物质中的苯甲醛可能是板栗原料及其膨化制品特征风味物质。醛类物质中的己醛、2-丁基-2-辛烯醛和壬醛;酮类物质中的羟基丙酮和3-壬烯-2-酮以及醇类物质中的雪松醇和2，2＇-氧代二乙醇可能对板栗及其膨化制品的风味贡献较大。

3 结论

生熟2种板栗原料和3种膨化板栗制品中共鉴定出68种挥发性香气物质，包括醇类(17种)、醛类(15种)、酮类(10种)、呋喃类(7种)、酸类(6种)、酯类(5种)、芳香族类(3种)和吡嗪类(5种)等八类化合物。

吡嗪类物质(甲基吡嗪等)、芳香族类物质(苯甲醛)、呋喃类物质(2-戊基呋喃、γ-丁内酯等)可能是板栗的特征风味成分。醛类物质中的己醛、2-丁基-2-辛烯醛、壬醛;酮类物质中的羟基丙酮、3-壬烯-2-酮以及醇类物质中的雪松醇、2，2＇-氧代二乙醇等可能对板栗及其膨化制品的风味贡献较大。

板栗煮制后对提高板栗的香气十分有利，不同的膨化加工方式对膨化板栗片的香气成分影响显著。挤压膨化板栗片各类香气物质的种类及含量总体上和煮板栗比较相似;油炸板栗片的香气最复杂，油炸过程中可能引入了一些额外的香气成分并产生了较多的醛类物质;微波膨化板栗片在微波过程中易产生具有枯焦气息的芳香族化合物2，4-二叔丁基苯酚。

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ABSTRACTThe volatile flavor compounds of chestnut powder，boiled chestnut and three puffed chestnut products were determined by HS-SPME-GC/MS.Sixty eight kinds of volatile flavor compounds were identified.Four kinds of pyrazine(methylpyrazine，2，3-dimethyl pyrazine，2-ethyl-6-methyl pyrazine，2，6-dimethyl pyrazine)，five kinds of furans(2-pentyl furan，γ-Butyrolactone，2-furfuryl alcohol，2，5-dihydro-3，5-dimethyl-2-furanone，2(3H)-Furanone，5-butyldihydro-)as well as one kind of aromatic substances(Benzaldehyde)were initially identified as important aroma impact compounds.Chestnut aroma enhanced after cooking.Different puffing significantly influence aroma compositions of puffed chestnuts crisps.The aroma substance composition of extruded chestnut crisps and boiled chestnut are quite similar.A lot of 2，4-di-tert-butylphenol，which has paste flavor was generated in microwave puffing chestnut crisps.Volatile components of fried puffed chestnut crisps were the most complex which contained more aldehydes substances.

Key wordsChestnut，puffed chestnut foodstuff，volatile flavor compounds，headspace solid-phase microextraction，gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

Volatile Flavor Compounds of Chestnuts and Puffed Chestnut Products

Wang Wen-yan1，Liu Ling1，Wu Na1，Zhang Xiao-lei2
1(China National Research Institute of Food and Fermentation Industries，Beijing 100027，China)
2(China National Center for Food Quality Supervision and Testing，Beijing 100027，China)

硕士研究生(刘凌教授高级工程师为通讯作者)。

2012-03-27