油条风味物质的顶空固相微萃取条件优化及成分分析

王永倩，刘卫光，高杰，钟昔阳

油条风味物质的顶空固相微萃取条件优化及成分分析

王永倩，刘卫光，高杰，*钟昔阳

（合肥工业大学食品科学与工程学院，安徽合肥230009）

以油条为研究对象，采用单因素试验和正交试验优化了顶空固相微萃取油条风味物质的操作条件，并结合气相色谱-质谱对油条的挥发性风味物质组成进行了分析。结果表明，最佳的萃取条件为CAR/PDMS萃取头，70℃水浴萃取40min，解析时间5min。油条皮中共检测出82种风味物质，其中醛类23种、酮类5种、醇类7种、酸类2种、酯类3种、碳氢类化合物16种、杂环类12种、烷基吡嗪类12种、含氮和硫类化合物2种；醛类为油条的主要风味成分。

油条；风味化合物；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱；条件优化

风味是评价食品品质的一个重要指标，对帮助理解食品的品质特性及提高食品品质起到关键作用[1-2]。近年来，围绕食品风味国内外开展了广泛而深入的研究，蒸馏萃取、超临界流体萃取、顶空固相微萃取、气相色谱-质谱等多项技术和手段已成功应用于食品风味物质的提取和组成分析[3-5]。其中，顶空固相微萃取技术因其灵敏度高、简单快速、高效便携、无溶剂、无污染且易于与其他仪器联用等优点，在实际食品风味分析中应用更为广泛[6-8]。

油条是一种传统油炸面制食品，因其具有良好的风味口感特征而深受消费者喜爱。当前，国内外关于油条品质的研究大多集中于油条专用粉、油条中丙烯酰胺含量等方面[9-10]，针对油条风味物质的研究报道则相对较少[11]，尤其是关于油条挥发性风味物质提取条件的优化研究尚未见报道。

因此，首先采用固相微萃取法对油条的挥发性风味物质进行提取，分析研究萃取头种类和萃取条件对提取油条风味成分效果的影响，优化获取油条挥发性风味物质的提取条件，并在此基础上，结合气相色谱-质谱技术进一步分析油条的风味物质组成，为深入了解油条产品品质特征提供一定的理论知识基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金龙鱼一级营养大豆油，益海嘉里（安徽）粮油工业有限公司提供；中裕小麦粉（水分12.54%，蛋白质12.09%，淀粉73.28%，灰分0.48%，脂肪1.04%），滨州中裕食品有限公司提供；食盐，安徽省盐业总公司提供；无铝膨松剂，安琪酵母股份有限公司提供。

1.2 仪器与设备

SM-986S型和面搅拌机，顶厨电器科技有限公司产品；LHS-150HC-II恒温恒湿培养箱，上海一恒科技有限公司产品；YF-25型电热功能油炸锅，瑞安市一方机械制造有限公司产品；57330U型固相微萃取手柄、25mLEPA/VOA螺口样品瓶及DVB/CAR/ PDMS，PDMS/DVB，CAR/PDMS固相微萃取头，美国Supelco公司产品；HH-2型恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司产品；SCIONTQ型气质联用仪，布鲁克公司产品；DB-WAX型毛细管色谱柱，Agilent公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 油条的制备

将原料按以下配比：小麦粉400g，无铝膨松剂10g，食盐6g，称质量后依次放入和面机中低转速混匀1min，取240mL蒸馏水分次加入，且以中高转速搅拌4min，揉成表面均匀光滑的面团，于恒温恒湿箱（32℃，相对湿度60%±3%）中醒发4h，切条制坯，于190±2℃条件下炸制2min后捞出，冷却沥油备用[12]。

1.3.2 样品的制备

将油炸后的油条样品取其皮剪碎并混匀[11]，称取相应质量的油条样品于25mL样品瓶中，聚四氟乙烯垫密封，备用。

1.3.3 SPME-GC-MS检测方法

（1）检测方法。将装置好的固相微萃取装置插入到样品瓶中，按相应条件进行顶空萃取，于250℃条件下解析，各萃取头首次使用时需在250℃气相色谱进样口老化1h。

（2）色谱条件。色谱柱：DB-WAX型毛细管色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm）；升温程序：起始柱温30℃，保持4min；然后以5℃/min升至170℃，保持2min；再以10℃/min升至230℃，保持5min；进样口温度250℃，载气为He，流速0.8mL/min；恒压40kPa，不分流进样。

（3）质谱条件。电子轰击（EI）离子源；电子能量为70eV；离子源温度和接口温度分别为200，250℃；质量扫描范围为45～450m/z。

（4）化合物定性与定量。试验结果采用布鲁克GC-MSsolution工作站和NIST11library数据库自动匹配检索与人工匹配相结合的方式，确定各风味物质成分；化合物相对百分含量采用峰面积归一化法计算，每组试验最少重复3次，所得结果以平均值±标准差形式表示，试验数据利用MicrosoftExcel软件进行处理分析，并运用Origin8.5绘制相应图表。

1.4 试验设计

1.4.1 单因素试验

在样品质量5g，萃取温度70℃，萃取时间40min，解析时间5min条件下，分别研究DVB/CAR/PDMS，PDMS/DVB，CAR/PDMS3种萃取头对油条风味物质萃取效果的影响[5]。

采用上述最佳萃取头，在萃取时间40min，萃取温度70℃，解析时间5min条件下，研究样品质量3，4，5，6，7g对油条风味物质萃取效果的影响。

采用上述最佳萃取头和样品质量，在萃取温度70℃，解析时间5min条件下，研究萃取时间20，30，40，50，60min对油条风味物质萃取效果的影响。

采用上述最佳萃取头、样品质量及萃取时间，在解析时间5min条件下，研究萃取温度50，60，70，80，90℃对油条风味物质萃取效果的影响。

综合单因素试验结果，选择不同种类萃取头、样品质量、萃取时间及萃取温度作为4个影响因素，采用L9（34）进行正交试验，确定油条风味萃取的最佳条件。

萃取条件优化正交试验因素与水平设计见表1。

表1 萃取条件优化正交试验因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取头种类对油条风味物质萃取效果的影响萃取头种类对萃取效果的影响见图1。

图1 萃取头种类对萃取效果的影响

由图1可知，3种萃取头对油条风味物质组成成分的萃取效果有着明显差异性。CAR/PDMS萃取头的萃取效果明显高于DVB/CAR/PDMS和PDMS/DVB萃取头的萃取效果，不仅总峰个数相对最多，分离得到的化合物最为全面，且其总峰面积也最大，油条各风味物质成分的风味丰度也最强；PDMS/DVB萃取头则萃取效果最差，可能是因为PDMS/DVB萃取头纤维涂层主要针对于痕量挥发性化合物的吸附和解析，更适合于极性挥发性物质、胺类、胺基芳香类化合物等的萃取；而DVB/CAR/PDMS则主要针对C3-C20化合物的分离，对油条风味的萃取效果则相对较差，可能与它们对于一些特征风味化合物的灵敏度和选择性差异有关[6，8，13]。因此，宜选择CAR/ PDMS萃取头。

2.1.2 样品质量对油条风味物质萃取效果的影响

样品质量对油条风味物质萃取效果的影响见图2。

图4 萃取温度对油条风味物质萃取效果的影响

图2 样品质量对油条风味物质萃取效果的影响

由图2可知，随着样品质量的增加，萃取效果明显呈现上升趋势，但可能受样品瓶容积等因素影响，样品质量达到5～6g时，其萃取效果最佳，且相对变化不大；样品质量大于6g，萃取效果明显下降。样品质量过低，会使得部分低质量浓度和较难挥发性风味化合物不易被萃取头吸附萃取，并进一步影响样品总体风味结果的分析。因此，样品质量宜选择5～6g。

对照组应用疝环充填式疝修术：去下腹斜切口，逐层切开腹外斜肌腱膜，分离上下两片腹外斜肌腱膜，显露联合腱，并切开提睾肌以及精索内筋膜，分开疝囊周围组织，高位结扎疝囊，并进行完整封闭疝囊重建，最后缝合切口。

2.1.3 萃取时间对油条风味物质萃取结果的影响

萃取时间对油条风味物质萃取效果的影响见图3。

图3 萃取时间对油条风味物质萃取效果的影响

由图3可知，随萃取时间的延长，油条样品的总峰面积和总峰个数明显增加，样品挥发性风味物质逐渐被萃取头纤维涂层所吸附。但受样品基质、待测物挥发性、分子的扩散速率及其分配系数等动力学因素的影响[4，14]，当萃取时间为40min时，各物质竞争吸附达到吸附平衡，其萃取效果较佳；超过40min时，其萃取效果呈下降趋势。因此，40min为最佳萃取时间。

2.1.4 萃取温度对油条风味物质萃取效果的影响

萃取温度对油条风味物质萃取效果的影响见图4。

萃取温度的选择对样品风味物质的萃取具有双重效果。由图4可知，随萃取温度的升高，总峰面积明显增大，分子热运动加快，样品中的挥发性小分子更易被萃取吸附，大大缩短了样品风味物质萃取的平衡时间；但随萃取温度的持续升高，风味物质在萃取头纤维涂层与基质中的分配系数开始降低[4]，萃取头纤维涂层的吸附速度低于易挥发小分子的分散速度，纤维涂层对分析物的总体吸附量减少，总峰面积开始减小；此外，过高的萃取温度也可能会使样品中的油脂再次受热氧化，增加其氧化产物的比例或产生新的氧化产物。这可能是在萃取温度达到80℃之后，样品风味的总峰个数有增加趋势的原因之一。而在70～80℃时其总峰面积出现了降低趋势，可能是由于在加热过程中一些化合物进一步分解成了小分子物质所致，故萃取温度选70℃左右较佳。

2.2 正交试验结果与分析

油条风味物质萃取正交试验结果见表2，正交试验对总峰面积和总峰个数影响的极差分析见表3，正交试验方差分析（以总峰面积和总峰个数为指标）见表4。

表2 油条风味物质萃取正交试验结果

由表2和表3可知，分别以总峰面积和总峰个数作为油条风味萃取效果的参考指标时，各因素对油条风味萃取效果的影响强度大小分别依次为A＞D＞C＞B和A＞D＞B＞C，即萃取头种类＞萃取温度＞萃取时间＞样品质量、萃取头种类＞萃取温度＞样品质量＞萃取时间，且二者最优结果均为A3B2C2D2，而正交试验的最优结果为A3B1C3D2。由表4方差分析结果可知，萃取头种类对油条样品风味物质的总峰面积和总峰个数均影响显著，其余3个因素指标则不显著，综合极差分析结果可知，样品质量和萃取时间对油条风味物质的萃取效果影响相对较小。另经进一步试验验证，组合A3B2C2D2（12.05×109，92个）优于A3B1C3D2（11.09×109，90个），且结合单因素试验结果的最佳水平，试验确定最佳组合为A3B2C2D2。即5g样品以CAR/PDMS萃取头于70℃水浴萃取40min，可以达到较好的油条风味萃取效果。

表3 正交试验对总峰面积和总峰个数影响的极差分析

表4 正交试验方差分析（以总峰面积和总峰个数为指标）

2.3 挥发性风味物质分析

油条风味物质成分见表5，油条样品的挥发性风味物质总离子色谱见图5。

采用已选定萃取油条风味物质组成的最佳条件对油条样品的风味物质进行提取，并结合气相色谱-质谱（GC-MS）对其进行分析，油条风味化合物的总离子色谱图和成分组成分别如图5和表5所示，共检测出82种挥发性风味物质，其中醛类物质的种类（23种）和相对百分含量（63.38%）均最高，其次是杂环类化合物（12种，21.09%）、碳氢类化合物（16种，6.34%）及烷基吡嗪类化合物（12种，5.38%）。

（续表5）

图5 油条样品的挥发性风味物质总离子色谱

通过计算各风味化合物的相对气味活度值（ROAV），可进一步确定食品样品的主要风味物质成分[15]；ROAV值越大，该风味物质对油条的总体风味贡献越大。一般认为，ROAV≥1的风味化合物为样品关键风味成分，而0.1≤ROAV＜1的风味化合物则对油条的总体香气具有主要辅助修饰作用，0.01≤ROAV＜0.1的风味化合物对样品的总体香气起间接修饰作用，ROAV＜0.01则对整体风味贡献度较小。由表5各风味物质的ROAV值可知，油条主要关键风味物质（ROAV≥1）有5种，分别为（E）-2-壬烯醛、（E, Z）-2,6-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4 -壬二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛。其中，2,4-癸二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛为同分异构体，不再重复计算，二者均具有较强的风味强度[1]，是油条的主要关键风味成分，这与李超文等人[11]研究结果一致。主要辅助风味化合物（0.1≤ROAV＜1）共6种，分别为3-甲基丁醛、壬醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E）-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪。2-乙基-3,5-二甲基吡嗪是其主要辅助修饰风味；此外，对油条总体风味起重要辅助修饰作用的风味化合物（0.01≤ROAV＜0.1）主要有2-甲基丁醛、己醛、庚醛、苯乙醛、辛醛、（E）-2-庚烯醛、2,3-辛二酮、2-甲基吡嗪、2-正戊基呋喃、（+）-柠檬烯、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚等。

由以上分析结果可知，采用优化后的萃取条件和方法，检出的风味物质种类较李超文等人[11]的研究相对更为丰富和全面，尤其是（E,Z）-2,6-壬二烯醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2-甲基丁醛、2,3-辛二酮、（+）-柠檬烯、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚等油条主要风味物质首次被检出。一方面，在新的理论依据基础上重新确定了油条的主要特征风味物质，与李超文等人[11]的研究结果存在一定的差异性。即研究肯定了（E,E）-2,4-癸二烯醛、1-辛烯-3-醇、3-甲基丁醛对油条风味的贡献作用，但并不认为糠醛、糠醇亦是油条的主要风味物质，反而认为（E,E）-2,4-壬二烯醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪等新增物质对油条挥发性风味物质的形成有着重要作用，是油条的主要特征风味物质。

另一方面，由油条各挥发性风味物质的ROAV值分析结果可知，醛类化合物是油条总体风味的主要成分。其风味物质成分主要以不饱和醛为主，（E,E）-2,4-癸二烯醛、（E,Z）-2,6-壬二烯醛和（E,E）-2,4-庚二烯醛等不饱和双烯醛分别为13-亚油酸、9-亚麻酸和12-亚麻酸氢过氧化物的裂解产物；（E）-2-癸烯醛和（E）-2-壬烯醛等不饱和单烯醛分别为9-油酸和9-亚油酸氢过氧化物的裂解产物；（E）-2-庚烯醛和（E）-2-辛烯醛则分别为12-亚油酸和11-亚油酸氢过氧化物的裂解产物；己醛、庚醛等饱和直链醛大多为13-亚油酸和11-亚油酸的氢过氧化物的裂解产物，可分别赋予食品一定的清香味、果香味和面包香味；它们大多来自于油脂的氧化降解[16-17]，因其较低的风味感觉阈值而赋予油条以特殊的油炸香味。不同的脂肪酸组成可氧化产生不同的风味香气，而大豆油的脂肪酸组成主要以亚油酸为主[18]，这可能是（E,E）-2,4-癸二烯醛成为油条关键主体风味化合物的主要原因之一。

2-甲基丁醛、3-甲基丁醛等支链醛、苯甲醛、苯乙醛、糠醛等芳香醛大多均来源于美拉德反应中重要途径氨基酸的Streker降解。2-甲基丁醛、3-甲基丁醛为异亮氨酸和亮氨酸经过Streker降解产生，具有坚果香、水果香风味；苯甲醛、苯乙醛则主要由芳香基氨基酸和二羰基化合物发生缩合反应形成席夫碱，席夫碱进行脱羧，加水分解反应，脱去1个分子的二氧化碳，从而形成比原来氨基酸少1个碳原子的醛[16]。因此，油条的主要风味物质大多为油脂的氧化降解产物[19]和美拉德反应产物。

杂环类化合物中2-正戊基呋喃因其较低的风味阈值而成为油条的主要风味物质，主要由亚油酸9-羟基自由基裂解产生的共轭二烯自由基和氧反应生成乙二烯氢过氧化物经烷氧自由基环化生成的产物。烷基吡嗪类亦在油条整体风味中占有较大比例，常赋予食品以焦香、烘烤香、坚果香及清香等香味。它们的风味阈值大都较高，仅2-乙基-3,5-二甲基吡嗪因其较低的风味阈值而对油条的整体风味有着重要贡献。烷基吡嗪可能是通过α-二酮与氨基酸反应来形成α-氨基酮，这些α-氨基酮与其他α-氨基酮缩合形成杂环化合物[16]。

醇类化合物一般来源于脂肪的二级氢过氧化物的降解或由羰基化合物还原生成。辛醇和1-辛烯-3-醇分别由油酸和亚油酸氧化裂解生成，有着较低的风味阈值，可分别赋予样品以坚果香和蘑菇香[16]。酮类、碳氢类、酸类以及酯类等风味化合物的感觉阈值大都较高，对油条的整体风味主要起修饰作用。

3 结论

通过单因素试验和正交试验优化得到了萃取油条挥发性风味化合物的最佳条件，并利用气质联用技术对其风味成分进行了分析。最终采用CAR/PDMS萃取头将5g样品于70℃水浴萃取40min，解析5min后经GC-MS共检测出82种风味物质，包含醛类23种、酮类5种、醇类7种、酸类2种、酯类3种、碳氢类化合物16种、杂环类12种、烷基吡嗪类12种、含氮和硫类化合物2种，整体风味物质种类更为丰富和全面，其中醛类为油条的主要风味物质成分。

此外，经ROAV值法确定出油条的主要风味物质可能为（E）-2-壬烯醛、（E,Z）-2,6-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、3-甲基丁醛、壬醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E）-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪等，且它们大多来自于油脂的氧化降解以及氨基酸和糖类的美拉德反应。

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OptimizationofHS-SPMEtoStudytheOdorantExtractsand AnalysisofFlavorCompositionfromYoutiao

WANGYongqian，LIUWeiguang，GAOJie，*ZHONGXiyang
（SchoolofFoodScienceandEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei，Anhui230009，China）

Theoperatedparametersofheadspacesolid-phasemicroextraction（HS-SPME）onYoutiaoarestudiedbysingle factorandorthogonalexperiments，andthecharacteristicofodorantextractsfromYoutiaoisfurtheranalyzedusinggaschromatograph-massspectrometry（GC-MS）.TheresultsshowthattheoptimalHS-SPMEconditionisestablishedbytheuseofa CAR/PDMSfiber，extractionat70℃for40minutes，anddesorptionfor5minutes.Atotalof82majorvolatilecompounds arefoundinYoutiaocrust，including23aldehydecompounds，5ketonecompounds，7alcoholcompounds，2acidcompounds，3estercompounds，16hydrocarboncompounds，12heterocycliccompounds，12alkylpyrazinecompounds，2nitrogen-andsulfur-containingcompounds.Amongthesecompounds，aldehydesarethemajorodorantextractsofYoutiao.

Youtiao；odorantcompounds；HS-SPME；GC-MS；optimization

TS213.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.037

1671-9646（2017）04b-0030-07

2017-03-21

国家自然科学基金项目（31271931）。

王永倩（1991—），女，硕士，研究方向为粮油资源综合利用。

*通讯作者：钟昔阳（1973—），男，博士，副教授，研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。