HS-SPME-GC-MS法分析苏打饼干中挥发性风味成分

杨萌 ，秦磊磊，覃先武 ，罗必英 ，陈少锋

1.安琪酵母股份有限公司（宜昌 443000）；2.酵母功能湖北省重点实验室（宜昌 443003）；3.三峡公共检验检测中心（宜昌 443000）

苏打饼干是由小麦粉、苏打粉和黄油等材料制作而成的食品[1]，营养成分较高，可以中和过多的胃酸，易消化吸收，深受广大消费者的喜爱。苏打饼干在制作过程中需要加入酵母发酵，使其组织更加蓬松。与此同时，发酵过程中酵母代谢产生的挥发性物质赋予苏打饼干独特的香味[2]。随着人们对生活水平要求越来越高，风味成为食品品质的一个重要考量因素，因此关于风味饼干的研究越来越多。崔瑞鑫等[3]将猴头菇粉加入苏打饼干中提升其风味，添加量7.5%时，添加猴头菇粉的苏打饼干比普通苏打饼干增加18种不同的风味物质。王雨萌等[4]发现文冠果饼干中含有丰富的酯类及不饱和醛类，风味更加有层次。顶空固相微萃取（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）是使用最多的样品前处理方法[5-7]，通过带有吸附剂涂层的萃取头对挥发性化合物进行富集，结合气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrum，GC-MS）技术可实现对富集到的化合物进行定性及定量分析，该方法简便快捷，被广泛应用于科研中[8-9]。

采用HS-SPME结合GC-MS对奶盐味苏打饼干中挥发性成分进行定性及定量检测，分析其中的风味物质及香气特征，找出其特征香气及关键香气化合物。为风味苏打饼干的产品开发提供理论依据及数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苏打饼干奶盐味（卡夫食品有限公司）；4-甲基-2-戊酮（阿拉丁）；GC-MS（7890B-5977B，Agilent）；固相微萃取吸附头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS，美国Supelco）。

1.2 样品处理

采用顶空固相微萃取法对苏打饼干的挥发性气味化合物进行提取和富集。在萃取瓶中加入2 g苏打饼干屑，和1 μL 4-甲基-2-戊酮内标，质量浓度为4.005 g/L，立即用带有硅橡胶垫的瓶盖密封，放入GC-MS仪器上自动进行旋转振荡，于50 ℃平衡30 min，用DVB/CAR/PDMS复合萃取头在50 ℃下萃取30 min，待吸附结束后进样，在250 ℃进样口推出吸附头，解析5 min，用GC-MS检测其中挥发性化合物。

1.3 GC-MS条件

色谱条件：毛细管色谱柱HP-INNOWAX，柱长60 m，内径0.25 mm，液膜厚度0.25 μm，载气为高纯氦，载气流速1.66 mL/min；进样口温度250 ℃。柱温：初温40 ℃保持3 min，以5 ℃/min速率升至200℃，以10 ℃/min速率升至250 ℃，保持3 min。

质谱条件：EI源，扫描范围40~500 Da，四极杆温度150 ℃，离子源温度230 ℃，传输线温度250 ℃。

1.4 挥发性成分定性及定量分析

将图谱中峰的质谱图与NIST17库中的物质质谱图进行比对，保留匹配度大于80的化合物，找出苏打饼干的气味物质组成，按式（1）计算化合物相对于内标的浓度。

式中：Ci为未知物的质量分数，μg/kg；Si为未知物的峰面积；SA为内标物的峰面积；CA为内标物的质量分数，μg/kg。

1.5 OAV的计算

每一种挥发性风味物质在样品中呈现的强度不一样，化合物对整体气味的作用效果是由浓度和阈值共同影响[10]。化合物对整体气味的贡献程度与浓度呈正比，与阈值呈反比[11]。采用香气活度值（odor activity value，OAV）代表苏打饼干的挥发性物质对主体风味贡献程度[12]。当OAV＜0.1时，说明该物质对样品香气贡献较小，当0.1≤OAV＜1时，说明该物质对整体香气起到修饰作用，当OAV≥1时，说明该物质是样品的关键香气活性化合物[13]。OAV按式（2）计算。

式中：Ci为计算出的挥发性成分质量分数，μg/kg；Ti为挥发性成分的阈值，μg/kg。

2 结果与分析

2.1 苏打饼干香气成分检测

采用顶空固相微萃取对苏打饼干中的气味成分进行检测，得到总离子流色谱图，如图1所示。苏打饼干的GC-MS图谱经过NIST17库比对定性后，将挥发性成分按照物质的种类进行分类统计。

图1 苏打饼干挥发性风味成分总离子流图

不同类物质在整体风味物质中的占比如图2所示。苏打饼干中共检出30种风味化合物，其中：醇类物质6种，占总物质的40.09%，含量最高；其次为酸类物质共7种，占比29.25%，酯类物质共6种，占比19.88%，醛类物质共4种，占比3.92%，其他杂环类物质共3种，占比3.38%，酮类物质共3种，占比2.89%，醚类物质1种，占比0.59%，30种挥发性化合物呈现的气味各不相同，共同组成苏打饼干的风味，见表1。

表1 苏打饼干气味物质组成

图2 不同种类物质的相对含量占比

由表1可知，物质中含量最高的为醇类物质，苏打饼干为发酵类饼干，酵母发酵代谢产生大量醇类，其中苯乙醇含量最高，由苯丙氨酸代谢而来[14-15]，苯乙醇为玫瑰花香味，也是发酵香味的重要组成成分，可使饼干具有浓郁的发酵香气[16]。芳樟醇在饼干中的含量为9.92 ng/g，具有甜嫩新鲜的花香，似铃兰香气[17-18]，可以赋予饼干甜香味。

酸类物质虽然可以提升样品风味，但是过高的酸类物质会导致样品气味过于刺激，使得感官评分下降[19]。苏打饼干中含量较高的酸类物质为乙酸和己酸，含量分别为362.73 ng/g和109.17 ng/g，但是乙酸和己酸的阈值均较高，因此闻起来也并不刺激，反而适量的酸类物质可以使饼干的气味更加丰富。

酯类物质由低级饱和脂肪酸和醇类物质反应形成，具有水果香，香气持久浓郁[20]，苏打饼干中含有的酯类物质比较丰富，其中辛酸乙酯、癸酸乙酯、丙位壬内酯的含量均大于100 ng/g，对饼干整体气味的贡献很大。

醛类物质大多为脂肪氧化反应转化而来[21]，可使饼干的香气更加醇厚，有助于呈现出发酵香味。其中，苯甲醛含量最高，为29.61 ng/g，具有杏仁气味，使饼干的坚果味香韵更加强烈。

饼干中还检测到含氮杂环类物质，这一类具有浓郁的烤坚果的香味[22]，大部分来源于还原糖与氨基酸之间的美拉德反应[3]，苏打饼干中检测出2-甲基吡嗪及2-乙酰基吡啶，呈现爆米花香味及果仁香味，在饼干中的含量分别为12.07 ng/g及50.30 ng/g，这2种物质使饼干的谷物香气更浓郁。

2.2 挥发性成分香气活度值分析

对苏打饼干中挥发性物质的OAV计算结果进行综合分析，结果见表2。

表2 挥发性风味物质的OAV值

OAV大于1的物质共有10种，数值由高到底分别为反式-2, 4-癸二烯醛、芳樟醇、癸酸乙酯、辛酸乙酯、丙位壬内酯、甲基壬烯甲酮、壬醛、2-乙酰基吡啶、苯乙醇、丁位癸内酯，这些物质对整体气味的贡献程度较大，是小苏打的关键香气活性成分。其中，反式-2, 4-癸二烯醛呈强烈的鸡肉香和鸡油味，使苏打饼干的气味更加温润咸香。癸酸乙酯、辛酸乙酯、丙位壬内酯为对整体气味贡献较大的酯类，辛酸乙酯和癸酸乙酯有果味及甜香味，丙位壬内酯和丁位癸内酯具有使苏打饼干奶香更香浓[23]。甲基壬基甲酮和壬醛呈现柑橘味及青味，使整体气味更加清新。苯乙醇使饼干具有发酵的香味。2-乙酰基吡啶具有爆米花的气味，使饼干具有浓郁的谷物香气。0.1≤OAV＜1的物质有7种，其中数值较大的为甜香味的4-烯丙基苯甲醚、甲基庚烯酮和香叶基丙酮，OAV在0.5~1，使小苏打的整体香气更加香甜丰富，对整体气味起到修饰作用。综上所述，饼干中的主要香型为鸡肉香、发酵香、奶味、甜味及谷物香，5种香韵共同构成饼干的整体香气。

3 结论

通过顶空固相微萃取结合GC-MS法分析苏打饼干中的香气成分，共检测出风味化合物30种，以醇、酸、酯类化合物为主，通过OAV值计算对化合物的香气贡献进行评估，找到OAV＞1的关键香气活性化合物共10种，包括反式-2, 4-癸二烯醛、芳樟醇、癸酸乙酯、辛酸乙酯、丙位壬内酯、甲基壬烯甲酮、壬醛、2-乙酰基吡啶、苯乙醇、丁位癸内酯。这些化合物使苏打饼干呈现鸡肉香、发酵香、奶味、甜味及谷物香，构成饼干的主体香韵。通过对苏打饼干特征香气物质及香韵的研究，可为企业进行苏打饼干相关风味产品的开发提供数据支持。