甜面酱保温发酵过程中挥发性成分的动态变化

左 勇,叶碧霞,杨小龙,傅 彬,张 晶

(四川理工学院生物工程学院，四川自贡 643000)



甜面酱保温发酵过程中挥发性成分的动态变化

左 勇,叶碧霞,杨小龙,傅 彬,张 晶

(四川理工学院生物工程学院，四川自贡 643000)

本文采用顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术(HS-SPME/GC-MS)研究甜面酱在保温发酵过程中不同阶段的风味物质组成情况,并对风味成分的相对含量进行主成分分析。结果表明,在甜面酱保温发酵过程中,主要挥发性风味成分包括醇类9种,酯类20种,醛类10种,酚类2种,酮类1种,呋喃2种,烷烃类2种,其他化合物类3种,共49种,经主成分分析综合评价,发酵7周(49 d)的甜面酱风味最佳。

甜面酱,风味成分,顶空固相微萃取,气相色谱-质谱联用,主成分分析

甜面酱作为发酵调味品[1],含有多种还原糖、小分子多肽和氨基酸的同时还富含多种有机酸以及易挥发性的呈香物质[2],因其口感独特、色泽鲜美,深受消费者青睐。目前,同时蒸馏萃取法(SDE)、溶剂萃取法[3]和固相微萃取法(SPME)等方法较多的应用于挥发性物质的提取。顶空固相微萃取技术(HS-SPME)[4]因其操作简便且香气物质损失少以及检出的易挥发性化合物不发生变化等优点,被广泛地应用于食品中挥发性风味物质的分析研究[5-7]。甜面酱风味物质提取与分析的工艺优化方面相关研究较多报道[8-12],而对其在不同发酵时间段的风味物质组成变化的研究相对较少,左勇[13]等人利用同时蒸馏萃取技术分析了甜面酱不同发酵阶段的挥发性成分组成,总共检测出41种风味物质,并确定酯类物质为主要的风味物质,风味物质为保温发酵过程中积累,由于发酵不同阶段成分组成差别较大,仅通过化合物的种类和含量的直观分析不能有效的说明各化合物对面酱风味的影响。

主成分分析法[14]作为多元分析法中的一种,通过对原始数据进行降维处理,以较少的综合指标概括存在于大量数据中的信息,在食品风味成分分析[15-17]领域有广泛应用。本研究利用顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术(HS-SPME/GC-MS)对甜面酱在保温发酵过程中不同发酵时间段的风味物质进行提取与分析,结合SPSS软件对风味成分的原始数据进行主成分分析,以期获得甜面酱在整个保温发酵阶段的主要风味物质。同时,经综合评价,确定风味最佳的发酵时期。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甜面酱样品 四川省自贡市某食品厂,从拌盐水入池起开始取样,计作0 d。保温发酵周期通常60 d,因保温发酵过程中一周进行一次倒醅,经过预实验发现设置一周的取样间隔时间与前期设置密集一些的取样测定结果相差不大,故设置样品采集时间为:0、7、14、21、35、49、56、60 d,分别编号为1～8。

50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头、手动SPME进样器、15 mL顶空瓶以及电热磁力搅拌器 美国Supelco公司;6890N-5979B气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 测定方法 样品处理[10-12]:称取4 g甜面酱样品和1 g氯化钠于盛有6 mL蒸馏水的15 mL顶空瓶中,60 ℃水浴平衡5 min,待萃取头吸附60 min后将其移至气相色谱的高温汽化室中解析5 min,进行GC-MS分析。萃取头老化:萃取头在GC进样口于270 ℃老化5～10 min,插入装有平衡5 min的样品顶空瓶中,于60 ℃水浴保温60 min后,进行GC-MS分析。

1.2.2 GC-MS条件 色谱条件[18]:柱型采用Agilent DB-Wax毛细管色谱柱60 m×250 μm×0.25 μm;手动无分流进样,进样口温度为250 ℃;程序升温:初始温度40 ℃,保留3 min,以2 ℃/min的速率升至60 ℃,再以6 ℃/min的速率升至250 ℃,保留5 min;检测器温度250 ℃;载气为He,流速1 mL/min。质谱条件:EI离子源,电子能量70 eV,扫描范围10～450 u,离子源温度230 ℃,接口温度250 ℃。

1.3 分析方法

化合物定性方法[19]:由GC-MS得到的谱图,经计算机在(NIST05)标准谱库的检索及参照已发表的文献资料,确定出挥发性风味成分。仅当匹配度纯度>800的鉴定结果才予以报道。

化合物定量方法:采用峰面积归一化法对甜面酱中的各挥发性组分进行定量分析,求得各组分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 总离子流图

不同发酵时间段的甜面酱样品通过顶空固相微萃取技术处理后经气相色谱-质谱联用仪检测,所获得的总离子流色谱图结果见图1。

图1 不同时期甜面酱样品中挥发性成分的GC-MS总离子流色谱图Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile components in sweet flour paste during fermentation

从图1可以看出,随着发酵时间的进行,甜面酱中挥发性的风味成分逐渐增多。在保温发酵2～7周左右,甜面酱中的风味组分的种类相对较丰富,检出的挥发性成分达26种,其中从种类和含量上来看,酯类物质作为此阶段的主要风味组成,醇类以及醛类物质在这一时期也得到大量积累,呋喃类化合物开始形成。推测该阶段是大分子物质分解为小分子物质的主要时期,源自于制曲阶段接种的米曲霉分泌的多种酶类[20]在该时期起主要作用。淀粉酶在此阶段将原料中的淀粉水解为葡萄糖、麦芽糖以及极限糊精等小分子,参与到各类合成反应中。原料中的蛋白质在中性和碱性蛋白酶的作用下被分解为可溶性的不同大小的肽类,酸性蛋白酶作为一类肽酶则进一步将小分子肽类分解为游离氨基酸[21],经脱氨基作用可以生成各类高级醇类化合物进而参与酯化反应合成酯类化合物,故使得该时间段的挥发性风味成分增加。发酵后期,高盐、偏酸性发酵条件使得酶活力下降,挥发性风味成分种类有所下降,从而达到配伍和谐。

2.2 图谱解析结果

通过气-质联用分析,甜面酱整个保温发酵过程的8个不同阶段,检测出的挥发性风味物质有:0 d有5种、7 d有5种、14 d有13种、21 d有13种、35 d有19种、49 d有27种、56 d有24种、60 d有23种,共有化合物49种,其中醇类9种,酯类20种,醛类10种,酚类2种,酮类1种,呋喃2种,烷烃类2种,其他化合物类3种。在相同的分析条件下,发酵时间的不同,样品的风味组成种类和含量差异均较大。苯乙醇作为醇类检测出的较高含量的物质具有玫瑰香气,该气味物质在甜面酱保温发酵14 d左右出现,随着发酵时间的进行含量逐渐增加,在甜面酱成熟后期趋于消失,故推测该香气物质通常作为合成其他类香味化合物的前体物质,这与孟鸳等[1]人的研究结果一致。棕榈酸乙酯是此实验检测出的唯一一种在整个发酵过程中一直存在的挥发性化合物,其在甜面酱制曲阶段结束,保温发酵的开始阶段就已经出现,随着发酵时间的进行,其含量也逐渐增加,在发酵49 d左右,其相对含量达到最大约为36.03%。在发酵后阶段,随着面酱发酵成熟,其含量又逐渐降低,达到配伍协调。可卡醛在甜面酱保温发酵2周左右出现,此时相对含量较低约0.05%,随着发酵进行其相对含量一直增加,在发酵成熟时达到20.63%,约为其初始含量的400倍。糠醛具有果香、酯香以及焦糖香气,张玉玉[22]等人在对其他面酱类的挥发性香气成分的研究中也检测出,说明糠醛对面酱的香气有一定贡献。但过量醛类物质的存在会引起食品的酸败以及苦涩味等[23-24]。酯类物质作为甜面酱的主体风味成分,这与左勇[13]等人通过同时蒸馏萃取方式所检测出的酯类物质是主要风味组成的结果一致,同时也与金华勇[25]等人确定的酯类在挥发性风味物质中相对含量最高,其中又以棕榈酸乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯为主的研究结果一致。本文采取的顶空固相微萃取提取甜面酱中的挥发性成分,所得结果中酯类物质提取种类最多。这与孟鸳[7]等人提出的顶空固相微萃取法有利于提取酯类及烃类等易挥发性化合物的实验结果一致。通过面积归一化法求得各类化合物的相对百分含量,结果如表1所示。

表1 甜面酱发酵过程中主要挥发性物质的相对含量

Table 1 Relative contents of volatile components in sweet flour paste during fermentation

分类物质名称保留时间(min)相对百分含量(%)0d7d14d21d35d49d56d60d酯类棕榈酸乙酯423964142864944411774360323731709亚油酸乙酯2388300639458484255674311216亚麻酸乙酯3721200243191155000481-亚油酸单甘油酯38940001800000邻苯二甲酸二丁酯42130003500000反油酸乙酯464500062000028021油酸乙酯46299000082210714403291正己酸乙酯2038500000381250410辛酸乙酯267650000039000山梨酸乙酯287530000479464184086苯乙酸乙酯34620000037127081049肉豆蔻酸乙酯391150000079285178109α-戊基-γ-丁内酯392780000040000十五酸乙酯40740000048113068048庚酸乙酯2407100000021002，8-十一烯酸甲酯3559900000061009-十六碳烯酸乙酯426800000130042063硬脂酸乙酯45822000000390240月桂酸乙酯35544000000007019棕榈酸异丁酯44154000000028018醇类1-辛醇3018509800000004-甲基-1-戊醇249100430000001-辛烯-3-醇272850102300016100异戊醇2016800059011124300反式-2-辛烯-1-醇31261000961390000苯乙醇36928001061042635982500乙醇7044000019840200DL-β-乙基苯乙基乙醇3820300000015002-十四醇385770000000012醛类可卡醛397680000503821745318532063(E)-2-庚烯醛239440000190000反-2-辛烯醛2685000112196000苯乙醛31913000131241148284255苯甲醛29224000000480520532-苯基巴豆醛373630000111126179123糠醛27672000000627986165-羟甲基糠醛4683100000005005-甲基呋喃醛3033000000064076可可醛249350000000254酚类4-乙基愈创木酚391511740000000对乙烯基愈疮木酚416712084709512001686170000酮类3-辛酮2135202160880390000呋喃类2-正戊基呋喃19962000140210046002-苯基苯并呋喃359310000003900烃类(-)-g-杜松烯3443300500000006-氢萘-4，7-二甲基3430000000017其他类3-甲硫基丙醇332850000003302602-乙酰基吡咯3797300000023043041糠酸甲硫醇酯2990100000056023023

由表1可得知,甜面酱在不同发酵阶段,挥发性成分的组成差异较大,因而不能简单地依据化合物的种类和含量来说明其对面酱风味的影响,故选取该49种化合物作为主成分分析的变量,借助SPSS软件进行统计分析。

主成分个数的确定有不同的标准:通过因子的累计方差贡献率,通常选择累计贡献率应达到80%以上;再者,由特征值确定,一般选取大于1的特征值。表2反映的是各成分的特征值以及贡献率。

表2 主成分的特征值以及贡献率

Table 2 Eigenvalues and contribution rates of principal components

主成分特征值贡献率(%)累计贡献率(%)11933239454394542103772117960633357911181772450445829351818025365974698927162994611095381722634619100

表3 主成分载荷矩阵

Table 3 Loading matrix of principal components

实验号挥发性化合物各主成分在各变量的载荷主成分1主成分2主成分3主成分41棕榈酸乙酯0987-00420105-00742亚油酸乙酯-0397-0260082102943亚麻酸乙酯-0457-02110811029041-亚油酸单甘油酯-0332-0148034806915邻苯二甲酸二丁酯-0332-0148034806916反油酸乙酯-01240303034906997油酸乙酯0995-0055003500098正己酸乙酯0888-0452-0011-00369辛酸乙酯-0014-02020567-070610山梨酸乙酯0731-03380326-042711苯乙酸乙酯0996-0021-0003-000212肉豆蔻酸乙酯0997-0026-0010000613α-戊基-γ-丁内酯-0014-02020567-070614十五酸乙酯0989-00380069-008715庚酸乙酯0778-0540-01770176162，8-十一烯酸甲酯0778-0540-01770176179-十六碳烯酸乙酯0936-0032-0155020418硬脂酸乙酯0897-0232-0168015919月桂酸乙酯027908890038007120棕榈酸异丁酯0395084100140040211-辛醇-0301-0054-0458-0345224-甲基-1-戊醇-0339-0106-06070003231-辛烯-3-醇-0218-0193-0642003124异戊醇0679-065601640019

续表

表4 标准化后主成分得分

Table 4 Standardized principal component scores

发酵天数(d)主成分1得分主成分2得分主成分3得分主成分4得分综合得分Y49d8469-4303-10510932292556d36323682-0071-0008269460d1768585602530384245035d-0156-16083379-3739-043014d-3612-117620713662-132821d-3141-118017640576-14990d-3274-0427-2728-1825-22937d-3686-0842-36170017-2517

从表2可以看出,第1主成分的贡献率为39.454%,第2主成分的贡献率为21.179%,第3主成分的贡献率为11.817%,第4主成分的贡献率为9.351%,前4个成分的累计贡献率为81.802%,已经达到80%以上,能够比较客观地反映甜面酱发酵过程中挥发性物质的变化趋势,因此选取前面4个主成分进行分析。所得的4个主成分载荷矩阵如表3所示。

每一主成分所包含的各因子的载荷系数反映了甜面酱中各挥发性成分对该主成分的影响。由表3可以得知,第1主成分与棕榈酸乙酯、油酸乙酯、正己酸乙酯、苯乙酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、十五酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、硬脂酸乙酯、苯乙醇、苯甲醛、2-苯基巴豆醛、3-甲硫基丙醇和糠酸甲硫醇酯高度正相关。第2主成分与月桂酸乙酯、棕榈酸异丁酯、可卡醛、糠醛以及5-甲基呋喃醛高度正相关。第3主成分与亚油酸乙酯以及亚麻酸乙酯高度正相关。第4主成分与反油酸乙酯和辛酸乙酯高度正相关。故,可以认为棕榈酸乙酯、油酸乙酯、正己酸乙酯、苯乙酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、十五酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、硬脂酸乙酯、月桂酸乙酯、棕榈酸异丁酯、亚油酸乙酯、亚麻酸乙酯、反油酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙醇、3-甲硫基丙醇、苯甲醛、2-苯基巴豆醛、可卡醛、糠醛、5-甲基呋喃醛和糠酸甲硫醇酯是甜面酱整个发酵过程中主要的挥发性风味物质。

各主成分的得分是通过对各特征向量数据中心化和标准化后求得,以每个主成分所对应的特征值占所提取的主成分总的特征值之和的比例作为权重,计算主成分综合得分,即Y值,再根据Y值大小对发酵不同时间的面酱进行排序,如表4所示。

综合得分的高低反映了不同发酵时间段的面酱嗅闻强度,得分越高则说明此阶段样品所包含的气味物质越接近甜面酱整个发酵过程中主要的香味物质,即表明此阶段甜面酱的香气最为浓郁。由表4可以获知,发酵7周(49 d)左右的甜面酱经综合分析评价,其综合得分最高。因此,综合评价整个发酵过程中,经发酵7周(49 d)的甜面酱风味最佳。

3 结论

采用固相微萃取结合气-质联用技术对保温发酵生产甜面酱整个发酵过程中不同发酵时间段的挥发性成分进行分析,共检测出49种主要风味成分。其中,酯类物质是主要的风味物质,共20种,其次醇类9种、醛类10种、酚类2种、酮类1种、呋喃2种、烷烃类2种和其他化合物类3种构成了甜面酱的风味主体。同时,经主成分分析综合评价,发酵7周(49 d)的甜面酱风味最佳。采用SPSS主成分分析软件对原始数据进行降维处理,揭示具体的风味成分对面酱主体风味的贡献大小,获得甜面酱在整个保温发酵阶段的关键性风味物质组成,为主成分分析法进一步应用到分析面酱的风味成分提供了一定的支撑。

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Dynamic changes in volatile components in sweet flour paste during the insulation fermentation

ZUO Yong,YE Bi-xia,YANG Xiao-long,FU Bin,ZHANG Jing

(College of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong 643000,China)

Volatilecompoundsinsamplescollectedatdifferentstagesduringtheinsulationfermentationofsweetflourpastewereanalyzedbytheheadspacesolid-phasemicroextraction(HS-SPME)combinedwithgaschromatography-massspectrometry(GC-MS).Themajorvolatileflavorcompoundsduringthewholeinsulationfermentationprocessincluded9alcohols,20esters,10aldehydes,2phenols,1ketone,2furans,2alkanesand3othercompoundsasdemonstratedbyprincipalcomponentanalysis(PCA)oftheirrelativecontents.Morevolatilecompoundsweredetectedastheinsulationfermentationproceeded.PCAanalysissuggestedthatthebestflavorofsweetflourpastewasachievedafter7weeks(about49d)ofinsulationfermentation.

sweetflourpaste;volatilecomponents;headspacesolid-phasemicroextraction(HS-SPME);gaschromatography-massspectrometry(GC-MS);principalcomponentanalysis(PCA)

2016-03-18

左勇(1972-)，男，硕士，教授，主要从事食品生物技术方面的研究，E-mail：sgzuoyong@tom.com。

四川省教育厅重大培育项目(15CZ0022)；2015大学生创新创业训练计划项目(y2015011)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)19-0314-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.053