三种市售牛奶巧克力气味活性化合物的对比及其与感官知觉的关系

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(1.北京工商大学分子感官科学实验室,北京 100048； 2.中粮营养健康研究院有限公司,北京 100020)

三种市售牛奶巧克力气味活性化合物的对比及其与感官知觉的关系

刘建彬1,刘梦娅1,何聪聪1,宋焕禄1,*,王冶2,郭佳2

(1.北京工商大学分子感官科学实验室,北京 100048； 2.中粮营养健康研究院有限公司,北京 100020)

应用DHDA和顶空感官鉴评对三种市售牛奶巧克力的主要气味活性化合物进行了鉴定和对比。共有23种主要气味活性化合物被鉴定。定量数据及感官鉴评数据应用主成分分析法(PCA)进行了分析。结果表明,巧克力A除在己醛(青草香)、戊基呋喃(甜香)、三甲基吡嗪(坚果香)有较高浓度水平,其它化合物浓度水平都较其它两种品牌巧克力都要低；巧克力C在2-壬酮(甜香、蜜香)、乙酸(酸香、尖刺)、四甲基吡嗪(烤香,焦香)、苯甲醛(苦杏仁香)、2-甲基丙酸(腐臭)、呋喃甲醇(药香)、3-甲基丁酸(酸臭)、乙酸苯乙酯(花香、蜜香)、苯甲酸异戊酯(甜香、花香)这些化合物浓度指标上都比其它两种品牌巧克力要高且较突出；而B巧克力的呈强烈黑巧克力香的3-甲基丁醛(麦芽香、可可香)含量尤为突出,且具有较高含量的二甲基吡嗪类(爆米花香)、糠醛(土豆香)、苯甲醇(药香)、苯乙醇(玫瑰香)、苯并噻唑(橡胶味)、乙酰基吡咯(坚果香),其它的一些呈烤香、坚果香的物质含量也较高。结合感官鉴评数据进行相关性分析表明,在牛奶巧克力中,3-甲基丁醛、苯乙醇主要贡献黑巧克力香韵,乙酸、2-甲基丙酸,3-甲基丁酸主要贡献酸香韵,四甲基吡嗪、乙酸苯乙酯主要贡献烤/坚果香韵。另外,清甜香韵和奶香韵与其它香韵有明显负相关作用。

牛奶巧克力,气味活性化合物,感官知觉,对比,主成分分析(PCA)

牛奶巧克力于1876年由Daniel Peter发明,自从商品化以后,占据着重要的巧克力市场[1]。牛奶巧克力由蔗糖、可可液、可可脂、乳粉、磷脂及增香剂经精磨、精炼、调温等工艺制造而成,特别的原料和制造工艺造就了牛奶巧克力特别的风味。许多因素会影响牛奶巧克力的风味特征。原料方面,低含量的蔗糖会增加牛奶巧克力的烤香,而蔗糖含量过高会导致奶香、焦糖香的增加[2]。不同类型乳粉的使用也会导致牛奶巧克力风味的变化[3]。制造工艺方面,精炼和回火会明显致使巧克力粒径的减小和更细腻的口感[4],而基体的改变会导致气味化合物更好的挥发[5]。气味是组成食品风味特征的重要方面,不同的气味特征造成了不同牛奶巧克力产品的特性,很大程度上影响了人们的消费选择。气味是由极少数挥发性气味活性物质共同作用产生的,气味特征的改变从根本上是由于这些化合物的变化而产生的。阐明气味活性化合物的变化对于气味的变化具有极大的指导作用。 但是,国内外关于牛奶巧克力气味化合物的报道很少。仅有Petra Schnermann等[6]主要采取溶剂萃取的方法对牛奶巧克力中关键气味化合物的鉴定。而且,关于牛奶巧克力中气味活性化合物的定量研究,及其与感官知觉间的关系尚无报道。本文采用GC-MS,GC-O技术,对三种市售牛奶巧克力的主要气味活性化合物进行鉴定、定量和对比分析。并通过感官鉴评评价其感官知觉。应用主成分分析法(PCA)进行分析得出两者的相关性。探究分子组成与感官知觉之间的关系,为牛奶巧克力的风味设计提供指导,为巧克力产品分类鉴定提供可行的手段。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

三种品牌市售中等甜度牛奶巧克力(A,B,C) 均由中粮营养中粮营养健康研究院有限公司提供；2-甲基-3-庚酮、C6-C22系列烷烃及相关香料标准品(表3) 均购自西格玛公司；其它试剂(分析纯)均购自北京化学试剂公司。

气相色谱-质谱联用仪(7890A-7000B) 美国安捷伦公司；Sniffer 9000嗅闻仪 德祥科技有限公司；Atomx自动吹扫捕集浓缩仪 美国特利丹公司。

1.2吹扫捕集及动态顶空稀释分析(DHDA)

2.0g巧克力样品粉粹后,与1μL 2-甲基-3-庚酮(1.632μg/μL,溶于正戊烷)混合后放置于25mL顶空瓶中。动态顶空分析由一台自动吹扫捕集浓缩仪进行,样品瓶下50℃平衡40min后,在40mL/min氮气流量下分别吹扫25、5、1、0.2min作为动态顶空稀释分析。吹扫出的挥发性化合物经Tenax捕集阱富集浓缩。经5min干燥氮气除水后250℃热解析2min进入GC-MS系统进行分析。

1.3仪器条件

所有样品经DB-WAX柱(30m × 0.32mm × 0.25m;Agilent)进行分析。柱温箱升温程序为：起始温度40℃,保持3min,然后以5℃/min的升温速度升温到200℃,再以10℃/min的升温速度升温到230℃保持3min。载气为(He),恒定流速为1.2mL/min,进样口温度250℃,压力14.87psi。在质谱中,使用电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量70eV,传输线温度280℃,离子源温度为230℃,四极杆温度为150℃,溶剂延迟设定为3min,质量扫描范围m/z 55～500。嗅觉检测器：接口温度为200℃。为了防止实验员鼻腔干燥,嗅评检测时通入湿润的氮气。

1.4感官鉴评

按照GB/T-12313-1990[7]要求,感官鉴评小组由经过嗅闻训练7名成员构成(3男4女)。为了避免口感对气味知觉的影响,本实验采取顶空鉴评法[8]。每次鉴评操作如下：2g巧克力样品置于顶空瓶中密封,50℃水浴40min后,鼻孔紧凑瓶口深呼吸进行嗅评。气味指标由训练时商议产生,包括：黑巧克力香、奶香、烤香/坚果香、青/甜香、刺激/酸香,鉴评标准和相关标准物见表2。评分设五个标度从1～5表示气味增强。四个样品随机编号,每个样品评分三次取平均值。同一样品同一指标任意平行二次评分相差不超过2个标度。

1.5香气化合物的鉴定与定量

所有化合物的鉴定由NIST 2.0谱库,标准化合物保留指数(RI)[9]以及嗅闻数据比对进行鉴定。为了确定含量,一系列含有所有主要气味化合物的梯度稀释液(10000、1000、100、10ppb)在平衡前添加到基体样品中。每种化合物浓度根据所获得的一系列峰面积标准曲线进行确定。2-甲基-3-庚酮添加到其中作为校正因子。每种样品经三组平行计算取平均值。

1.6数据分析

获得的三种巧克力的气味化合物定量数据及感官鉴评数据均由SPSS 19(IBM)进行主成分分析(PCA)。

2 结果与讨论

2.1主要气味活性化合物的确定

本次共从三种牛奶巧克力中鉴定出25种主要气味活性化合物,见表1。除了特别的2-戊基呋喃、苯甲酸异戊酯及苯并噻唑,其余化合物在以往可可产品气味化合物鉴定中均有报道[6,10-14],这种差别由于不同的提取手段或吸附材料引起的。这些主要气味化合物包括被描述为典型可可香、巧克力香的3-甲基丁醛；具有坚果香、烤香二甲基吡嗪类、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪及乙酰基吡咯；呈酸香韵的乙酸、3-甲基丙酸、丁酸及3-甲基丁酸；呈甜香韵、花蜜香韵的2-壬酮、乙酸苯乙酯、苯甲酸异戊酯、苯乙醇；呈青香韵的己醛、壬醛。另外,其它气味化合物1-辛烯-3酮(蘑菇香)、2,3-丁二酮(奶酪香)、呋喃甲醇(药香)、苯甲醛(苦杏仁香)也在本次鉴定中被发现。这些化合物在三中牛奶巧克力中的DHDA 稀释因子均≥5,是决定牛奶巧克力顶空气味的主要气味活性化合物。

在这些化合物中,3-甲基丁醛(麦芽香,可可香),2,3-丁二酮(奶酪香),己醛(青草香),1-辛烯-3-酮(蘑菇香),2,3-二甲基吡嗪(爆米花香),三甲基吡嗪(坚果香),乙酸(酸香,尖刺),四甲基吡嗪(烤香,焦香),苯甲醛(苦杏仁香),3-甲基丁酸(酸臭),乙酸苯乙酯(蜜香,花香)在DHDA稀释因子25～125,被认为对牛奶巧克力冲击性气味有重要的贡献。特别的,由于2,3-丁二酮,1-辛烯-3-酮极低的浓度和阈值[12],在总离子流色谱图中没有峰被发现,所以无法进行定量分析。

表1 采用动态顶空稀释分析法从三种牛奶巧克力中鉴定出的主要气味活性化合物

2.2感官鉴评

对三种品牌牛奶巧克力的五个气味指标进行感官鉴评。经过排除无效数据取平均值得出各巧克力的香气感官鉴评结果。作香气轮廓雷达图如图1所示。A,B,C三种品牌巧克力的气味轮廓有着显著的差异。由图中可以清晰地看出：B品牌巧克力具有比较突出的黑巧克力香,但奶香与清甜香较弱,体现出其黑巧克力香浓郁而牛奶气味不足的特点；C巧克力具有较强的烤香/坚果香、酸香与清甜香,整体气味轮廓有着比较平衡的特点；A品牌巧克力只有奶香及清甜香相对比较突出,整体气味较淡。这些香韵的差异会直接对巧克力的风味特征,对消费者接受度产生影响。而且,这些风味差异是由它们之间不同的气味化合物含量引起的。

图1 三种牛奶巧克力气味轮廓雷达图

2.3气味物质定量比较

由于2,3-丁二酮,1-辛烯-3-酮这两种化合物在总离子流图中没有峰被发现,无法进行定量。应用标准化合物标准曲线对除这两种物质以外的23种气味活性化合物进行定量。结果见表3,每组数据均是3次平行实验的平均值。可以得出,巧克力A除在己醛(青草香,129.～2287ppb)、戊基呋喃(甜香,98.7～249.5ppb)、三甲基吡嗪(坚果香,82.5～112.7ppb)有较高浓度水平,其它化合物浓度水平较其它两种品牌巧克力都要低；巧克力C在2-壬酮(甜香、蜜香,37.3～163.4ppb)、乙酸(酸香、尖刺,785～74056.1ppb)、四甲基吡嗪(烤香,焦香,474.8～528.5ppb)、苯甲醛(苦杏仁香,110.5～340.8ppb)、2-甲基丙酸(腐臭,25.8～137.9ppb)、呋喃甲醇(药香,81.8～100.6ppb)、3-甲基丁酸(酸臭,348.0～518.4ppb)、乙酸苯乙酯(花香、蜜香,33.4～33.6ppb)、苯甲酸异戊酯(甜香、花香,26.2～42.0ppb)这些化合物浓度上都比其它两种品牌巧克力要高；而B巧克力的呈强烈黑巧克力香的3-甲基丁醛(麦芽香、可可香,111.0～200.0ppb)含量尤为突出,且具有较高含量的二甲基吡嗪类(爆米花香,19.0～112.3ppb)、糠醛(土豆香,18.0～141.6ppb)、苯甲醇(药香,33.0～33.7ppb)、苯乙醇(玫瑰香,46.0～87.7ppb)、苯并噻唑(橡胶味,2.8～109.4ppb)、乙酰基吡咯(坚果香,36.7～38.8ppb),其它的一些呈烤香、坚果香的物质含量也较高。

表2 感官鉴评指标

表3 主要气味活性化合物的含量

利用主成分分析(PCA)对23种定量化合物进行分析得出的PCA双标图(图2)可以很清晰的得出气味化合物与三种巧克力的差异关系。其中,PC1占有58.66%的差异度,PC2占有39.4%的差异度。由图可知,三种巧克力气味化合物有着明显的差异且相同品牌的巧克力在图中落到了同一区域。在气味化合物上,根据样品与物质之间的角度关系,己醛、戊基呋喃、三甲基吡嗪含量与A巧克力正相关(呈锐角)；丁酸、乙酰基吡咯、苯甲醇、2,5-二甲基吡嗪、苯乙醇、3-甲基丁醛与巧克力B正相关；3-甲基丁酸、苯甲酸异戊酯、呋喃甲醇、四甲基吡嗪、乙酸苯乙酯与巧克力C正相关。值得注意的是,巧克力B与C之间的化合物2,3,-二甲基吡嗪、糠醛、苯并噻唑、苯酚与B品牌巧克力的相对角度更小,从而体现出与巧克力B更大的正相关,相同的,乙酸、2-甲基丙酸、苯甲醛体现出与巧克力C更大的正相关。而2-壬酮体现出与巧克力A、C都比较大的相关性(角度相同)。三种巧克力气味活性化合物有明显的群集性的区别关系,这为进一步对与感官知觉的关系的描述提供了数据线索。

图2 三种牛奶巧克力中 主要气味化合物含量主成分分析载荷图

2.4主要气味化合物与感官知觉的关系

将三种巧克力的气味化合物定量数据与感官数据结合经主成分分析(PCA)作图如图3所示。由图可知,牛奶巧克力的烤香/坚果香香韵主要与四甲基吡嗪、苯甲酸异戊酯、乙酸苯乙酯、呋喃甲醇、3-甲基丁酸落在坐标系同一区域,有明显正相关。而且,这些物质还与清甜香有正相关关系,可以推测,这些物质含量的改变将直接影响牛奶巧克力清甜香与烤/坚果香之间的转变。C品牌牛奶巧克力有着最明显的酸香,而由图3可知,在牛奶巧克力中,酸香与其中的乙酸、2-甲基丙酸和3-甲基丁酸有极大的相关性。同时,苯甲醛也落在这一区域,它的含量也对酸香韵有影响。黑巧克力香是巧克力中最重要的香韵,由数据可知,此香韵主要与3-甲基丁醛与苯乙醇有关,而且,2,5-二甲基吡嗪、2,3,-二甲基吡嗪、丁酸、糠醛的含量也对黑巧克力香韵有重要的影响。

各种香韵有着很明显的相互作用。奶香韵显示只与2-壬酮的含量相关。但是,牛奶巧克力的奶香韵依次与黑巧克力香韵、酸香韵、烤/坚果香韵、清甜香韵呈负相关作用,即后者香韵的减弱会导致前者香韵的增强。

图3 三种牛奶巧克力气味化合物 与感官知觉主成分分析载荷图

3 结论

三种市售牛奶巧克力无论从气味活性化合物和感官知觉上都有着明显的区别。巧克力B主要由黑巧克力香韵浓郁的特点,巧克力C烤香/坚果香、酸香、清甜香均较强。物质水平上,黑巧克力香韵主要由3-甲基丁醛与苯乙醇贡献；烤/坚果香主要由四甲基吡嗪、乙酸苯乙酯、3-甲基丁酸贡献；酸香主要由乙酸与2-甲基丁酸贡献；清甜香与奶香主要由其它香韵交互产生。其它物质如二甲基吡嗪类、2-壬酮、苯甲醛、糠醛、苯甲醇、乙酰基吡咯的含量的改变会对香韵产生影响,导致不同香韵互相的转变。这些数据很好地体现了牛奶巧克力中气味物质-感官知觉之间的量效关系。

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Comparison of aroma-active compounds among three types of commercial milk chocolate:relationship to sensory perception

LIUJian-bin1,LIUMeng-ya1,HECong-cong1,SONGHuan-lu1,*,WANGYe2,GUOJia2

(1. Laboratory of Molecular Sensory Science,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China; 2. COFCO Nutrition and Health Research Institute Co.,Ltd,Beijing 100020,China)

Applied of dynamic headspace dilution analysis(DHDA)and headspace sensory evaluation,the prominent aroma-active compounds of three types of commercial milk chocolate were identified and compared. A total of 23 odorants were identified. All the data obtained from the quantification and sensory evaluation was analyzed by principal component analysis(PCA). The results showed that chocolate A had the relatively higher content of hexanal(grassy),furan,2-pentyl-(sweety),Pyrazine and trimethyl-(nutty),while chocolate B had the higher content of 2-methyl butanal(cocoa-like),pyrazine,-dimethyl(popcorn-like),furfural(potato-like),benzyl alcohol(medicine-like),phenethyl alcohol(rosy),benzothiazole(rubber-like)and acetylpyrrole,(nutty). Chocolate C predominated in the content of 2-methyl butyric acid(fecal),isoamyl benzoate(sweety,honey-like),furfuryl alcohol(medicine-like),tetramethylpyrazine(roast-like)and phenethyl acetate(honey-like,floral). The correlation analysis showed that 2-methyl butanal and benzyl alcohol mainly contribute to the chocolate-like aroma of milk chocolate,while acetic acid,2-methyl propionic acid and 3-methyl butyric acid mainly contribute the acid-like aroma,tetramethylpyrazine and phenethyl acetate mainly contribute to roast-like/nutty flavor. In addition,the intensity of sweety and milky of milk chocolate exhibited a noteworthy negative correlation compared to other note.

milk chocolate;aroma-active compounds;sensory perception;comparison;principal component analysis(PCA)

2013-07-15 *通讯联系人

刘建彬(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：食品风味化学。

TS274

：A

：1002-0306(2014)01-0299-05