基于电子鼻和GC-MS分析3种市售大豆组织蛋白中挥发性豆腥味物质

徐文，余小贞，张雪儿，杜沁岭，何贵萍，贾冬英*

(1.四川大学 轻工科学与工程学院，成都 610065；2.成都市棒棒娃实业有限公司，成都 611731)

大豆组织蛋白(textured soybean protein，简称TSP)是以低温脱脂豆粕、大豆浓缩蛋白或大豆分离蛋白为主要原料，以其他植物蛋白(谷朊粉、豌豆蛋白)等为辅料，采用高温挤压成型等方法制成的具有纤维网状结构和咀嚼感的蛋白制品[1]。TSP不仅富含优质蛋白，而且具有多孔的组织结构以及较好的吸水性和吸油性[2]，同时不含胆固醇，因此是肉类的最佳替代品，也可作为优质蛋白质原料用于各种肉制品和植物肉产品的加工。在肉制品中添加TSP可降低产品中胆固醇和饱和脂肪酸含量，提高其营养价值和降低生产成本[3]。然而，TSP存在的豆腥味限制了其在肉制品中的广泛应用。

豆腥味是大豆制品特有的不良风味，主要源于大豆中不饱和脂肪酸在脂肪氧化酶催化下分解成醛类、醇类、酮类等有异味的小分子化合物[4]。已有研究显示，大豆及其制品中的豆腥味物质主要包括醛类、醇类、酮类、呋喃类等化合物[5]，其中正己醛是最主要的腥味物质，1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、正己醇、2-戊基呋喃等物质次之，这些豆腥味物质分别被描述为青草味、青涩味、土腥味、生豆味和油脂味[6]。由于豆腥味是由多种化合物刺激人类嗅觉产生的综合效应，因此很难全面准确概括其风味特征。电子鼻是模拟人体嗅觉感官开发的一种新兴智能感官分析仪器，可克服感官评价中主观因素的影响[7]，定性表征食品的气味构成特点。GC-MS联用仪可快速分析多组分混合物中的挥发性风味物质，具有灵敏度高、结果准确可靠的特点[8]。目前，国内外有关电子鼻和GC-MS联用仪联合用于食品风味物质分析的报道日益增多，如调味汁、酱油和酒类等[9-11]。

目前，关于豆乳、豆粉、豆浆中的腥味物质研究有一定报道，但有关大豆组织蛋白中的豆腥味物质研究却鲜见报道。基于此，本文中首次采用电子鼻与GC-MS仪联用技术分析了3种市售TSP样品中的挥发性物质，通过风味活度值确定其关键挥发性豆腥味物质，以期为大豆组织蛋白的生产及其在肉制品、植物肉和复合调味品中的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1号TSP样品(大豆分离蛋白、谷朊粉、食用小麦淀粉、低温脱脂豆粕和大豆浓缩蛋白，挤压温度150 ℃，淡黄色)、2号TSP样品(低温脱脂豆粕，挤压温度180～190 ℃，褐色)、3号TSP样品(低温脱脂豆粕和谷朊粉，挤压温度150 ℃，浅黄色)：均为市售产品；甲醇和1,2-二氯苯：国产分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

DVB/CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；气相色谱-质谱联用仪、SH-Rxi-5Sil MS色谱柱 美国安捷伦公司；FOX 4000型电子鼻 法国Alpha MOS公司。

1.3 实验方法

1.3.1 电子鼻分析

将TSP样品粉碎后过40目筛，取1 g样品放入10 mL顶空瓶中，加盖密封后进行电子鼻测定。检测参数为顶空产生时间600 s、顶空加热温度60 ℃、进样体积1 mL/s、数据采集时间120 s、数据采集延迟180 s。每种样品重复测定5次。利用电子鼻自带软件对所得数据进行主成分分析(PCA)。

1.3.2 挥发性物质的测定

采用顶空固相微萃取结合GC-MS法测定TSP中的挥发性物质[12]。将3 g样品粉碎后放于萃取瓶中，加入5 μL浓度为10 μg/mL 的1,2-二氯苯作为内标，选择DVB/CAR/PDMS萃取头于50 ℃下萃取30 min。

气相升温程序：进样口温度250 ℃；始温35 ℃保持5 min，以3 ℃/min上升至80 ℃，然后以4 ℃/min上升至120 ℃，再以10 ℃/min上升至230 ℃，保持8 min。载气(He)流速1.0 mL/min，不分流。质谱条件：电子轰击离子源，温度为230 ℃，接口温度为280 ℃。按照下式计算TSP中挥发性物质含量。

1.3.3 风味活性值的计算

风味活性值(odor activity value，OAV)是挥发性风味物质的浓度与其在水中阈值的比值[13]，其计算公式为：OAV=C/T。式中：C表示挥发性风味物质的浓度(μg/kg)；T表示挥发性风味物质在水中的阈值(μg/kg)。

1.3.4 统计分析

重复测定的实验结果以平均值±标准差表示，采用SPSS 26.0软件对实验结果进行统计分析，并使用Origin 2021软件作图。

2 结果与讨论

2.1 电子鼻对3种TSP样品的气味分析

3种市售TSP样品对电子鼻18个传感器的信号强度(响应值)大小见图1中A，即气味雷达图。可以看出，3种TSP样品整体气味轮廓大致相同，但其在10个传感器，即TA/2、T40/1、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、P40/1、P10/2、P10/1和T30/1处的信号强度存在一定差异，响应值大小依次为3号、2号和1号，表明它们的气味物质构成不尽相同。

PCA将电子鼻检测结果进行转化和降维，确定贡献率最大和最主要的因子，从而有效区分样品间的差异[14]。3种TSP样品的电子鼻主成分分析结果见图1中B。可以看出，电子鼻主成分累计贡献率(PC1为91.06%，PC2为8.17%)为99.23%，大于80.0%，表明电子鼻分析能够反映TSP样品气味的整体信息。3个样品在横坐标上的距离相对较接近，但相互间完全无重叠，表明其挥发性物质有一定的差异。PC1的贡献率远大于PC2，说明样品在横坐标上距离越大，其差异性越大[15]。1号与3号样品在横坐标上相距较远，2号与3号TSP相距最近，表明1号与3号TSP样品的挥发性物质差异最大。由以上分析可得，PCA法可将3种市售大豆组织蛋白的气味进行区分，且1号与3号样品的气味差异明显。

2.2 TSP样品中的挥发性物质

为了进一步研究3种TSP样品挥发性物质的差异，采用GC-MS法定量测定了其挥发性物质。3种TSP样品中挥发性物质的种类和含量见表1。

表1 TSP样品中挥发性物质及其含量Table 1 The volatile compounds and their content in TSP samples

续 表

由表1可知，3种样品中，共检测出69种挥发性物质，包括醇类、醛类、酮类、酯类、烃类、呋喃类等，其中醛类、呋喃类、酮类和醇类为其主要挥发性物质，且醛类物质的种类最多(高达10种)；共检测出10种常见挥发性豆腥味物质[16]，即1-戊醇、正己醛、正己醇、庚醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、2-壬烯醛、癸醛，这些物质分别呈类青草味、强烈青草味、红酒味、昆虫味、蘑菇味、豆腥味、青草味、生豆味、脂腊味、辛辣味[17]；3号样品挥发性豆腥味物质的含量最高，1号样品的含量最低，这可能与这两种TSP样品生产时所用的原料组成不同有关。1号TSP样品的主要挥发性物质为醛类和呋喃类，分别占总含量的52.7%和33.7%，其中2-正戊基呋喃(63.94 μg/kg)为其含量最高的挥发性豆腥味物质。2号TSP样品的主要挥发性物质为醛类和醇类，分别占总含量的48.1%和22.9%，其中正己醛(119.44 μg/kg)为其含量最高的挥发性豆腥味物质。正己醛被认为是豆腥味的主要成分，其含量可反映大豆制品豆腥味的强弱。3号TSP样品的主要挥发性物质为呋喃类和醛类，分别占总含量的54.8%和27.8%，其中2-正戊基呋喃(372.05 μg/kg)为其含量最高的挥发性豆腥味物质。

3种TSP样品中的挥发性物质不同是其所用原料和挤压工艺不同所致。虽然2号TSP样品中仅使用了低温脱脂豆粕一种原料，但其豆腥味物质的含量却低于额外添加了谷朊粉的3号TSP样品，这可能与二者生产时采用的挤压温度不同有关。因为2号TSP样品生产时采用更高的挤压温度(180～190 ℃)会造成脱脂豆粕中部分不耐热的挥发性豆腥味物质的损失，从而降低其豆腥味。

2.3 TSP样品中的关键挥发性豆腥味物质

OAV值是表征挥发性风味物质中关键呈味物质的一种重要方法[18]，可以用来衡量某种挥发性物质对产品整体风味的贡献大小。若OAV≥1则说明该物质能被感知，其值越大，对产品的呈味越重要[19]。3种TSP样品中不良挥发性物质的OAV值见表2。

表2 TSP样品中主要挥发性豆腥味物质OAV值Table 2 The OAV values of main volatile beany compounds in TSP samples

由表2可知，3号TSP样品中不良风味物质和关键挥发性豆腥味物质的种类最多(分别为8种和6种)，1号次之(分别为7种和4种)，2号最少(分别为5种和4种)，这与3种TSP样品所用的原料和挤压温度不同有关。1号TSP样品的关键挥发性豆腥味物质为正己醛、2-正戊基呋喃、反-2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇；2号TSP样品的关键挥发性豆腥味物质为1-辛烯-3-醇、正己醛、2-壬烯醛和癸醛；3号TSP样品的关键挥发性豆腥味物质为2-正戊基呋喃、正己醛、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3-醇、庚醛和反-2-辛烯醛。其中，正己醛、1-辛烯-3-醇和2-正戊基呋喃分别是3种样品中含量最大的挥发性豆腥味物质。正己醛来源于脂肪氧化酶催化的多不饱和脂肪酸降解过程[20]，具有强烈的青草味，是产生豆腥味的主要物质；其含量越多，产品的豆腥味越大[21]。2-正戊基呋喃是豆制品中典型的豆腥味物质，来源于特殊的光氧反应[22]。反-2-壬烯醛也是通过类似光氧反应生成的。1-辛烯-3-醇是大豆中常见的异味物质，具有土腥味[23]，产生于大豆成熟过程[24]和储存加工过程以及亚油酸和单线态氧介导的特殊光氧化反应。反-2-辛烯醛和癸醛可能来源于低温脱脂豆粕的挤压过程。以上这些物质的存在使得TSP样品具有不良风味。

3种样品中关键挥发性豆腥味物质的组成和含量均不同，这与所用原料和挤压条件不同有关。张岚等[25]发现采用非膨化高湿挤压的大豆组织蛋白中均未检出正己醛、2-正戊基呋喃及酮类等不良风味物质，表明高湿挤压技术可以降低大豆组织蛋白的不良风味。1号TSP样品的关键挥发性豆腥味物质有4种，但其含量最低，这可能是由于其配料中添加的小麦淀粉、谷朊粉等其他辅料对豆腥味具有一定的稀释作用。

3 结论

本研究中采用电子鼻与GC-MS仪联用技术分析了3种不同原料和挤压温度生产的TSP样品的挥发性豆腥味物质，通过风味活性值(OAV)分析确定其关键挥发性豆腥味物质。电子鼻分析结果显示：3种TSP样品的气味存在一定差异且1号和3号样品气味差异明显，2号和3号样品差异较小。3种样品中，共检测出69种挥发性物质，主要为醛类、呋喃类、酮类和醇类，包括10种常见挥发性豆腥味物质；3号TSP样品含有最多种类和最高含量的挥发性豆腥味物质；3种TSP样品的关键豆腥味物质种类和构成不同，1号、2号和3号TSP样品中贡献最大的关键挥发性豆腥味物质分别为正己醛、1-辛烯-3-醇和2-正戊基呋喃。因此，不同原料和挤压工艺生产的TSP具有不同的挥发性豆腥味物质构成和特征。