甲基戊酸的甲基位置对其香气强度的影响

刘玉平，尹德才，李 宁,2，孙宝国，陈海涛,*

(1.北京工商大学化学与环境工程学院，北京 100048；2.陕西科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710021)

甲基戊酸的甲基位置对其香气强度的影响

刘玉平1，尹德才1，李 宁1,2，孙宝国1，陈海涛1,*

(1.北京工商大学化学与环境工程学院，北京 100048；2.陕西科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710021)

采用3点选配法(3-AFC)并结合最优估计阈值(BET)法对这甲基戊酸的3种同分异构体——2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸阈值进行计算，得到3种香料的阈值分别为63.49、0.886、0.713mg/kg。同时，使用电子鼻对3种化合物的香气强度进行比较，在10、100、1000mg/kg的溶液，3种化合物的香气强度由强到弱的顺序为4-甲基戊酸＞3-甲基戊酸＞2-甲基戊酸，这与3种化合物的阈值测试情况吻合。结论：甲基位置对甲基戊酸的香气强度有影响，随着甲基与羧基距离的增加，甲基戊酸的香气强度逐渐增强。

甲基戊酸；香气强度；阈值；3点选配法检验(3-AFC)；最优估计阈值(BET)

甲基脂肪酸是羧酸类食用香料中比较重要的一类，它们不仅香气特征明显，而且多数香气强度大于同碳的直链脂肪酸的香气强度，因此在香料香精行业引起重视。目前食品中允许使用的70多种羧酸类食用香料中甲基脂肪酸就有20多种。甲基戊酸包括2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸3种同分异构体，它们是美国食品香料与萃取物制造者协会(FEMA)认为安全(GRAS)的食品香料[1-3]，也是我国食品添加剂使用卫生标准GB 2760—2007《食品添加剂使用卫生标准》中规定的允许使用的食品香料[4]。在合成香料和调配香精的过程中，发现甲基脂肪酸中甲基的位置对脂肪酸的香气强度有一定影响，而香料化合物的香气强弱一般可以通过测定香料的阈值的方法来判断[5-10]。近年来随着传感器技术的发展，人们研制出了电子鼻，并将其应用于食品及相关领域[11-14]。本实验对3种甲基戊酸的香气阈值进行测定，并采用电子鼻对这3种香料的香气强度进行比较，证实甲基的位置对甲基戊酸的香气强度有一定影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸 上海爱普香料公司；娃哈哈饮用纯净水 天津冠芳可乐饮料有限公司。

1.2 仪器与设备

Fox4000型电子鼻[内置18个T/P和LY类型金属氧化物传感器(LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2)组成传感器阵列，载气为零空气]、Alphasoft V11操作及数据处理软件系统[带有PCA(主成分分析)，DFA(辨别因子分析)等多变量统计分析功能] 法国Alpha MOS公司；HS100顶空自动进样器(顶空加热温度最高200℃)美国PerkinElmer公司；Parker 78-40零空气发生器(零空气中总烃含量＜0.1mg/kg，二氧化碳含量＜1mg/kg，水蒸气含量＜1mg/kg) 美国Balston公司；1000mL移液枪 芬兰Biohit公司。

1.3 方法

1.3.1 3种香料的香气阈值的测定

将3种香料分别用纯净水稀释成含量为0.1、1、10、100、1000mg/kg的溶液，挑选5名经过训练的评价员，参照GB/T 22366—2008《感官分析 方法学 采用3点选配法(3-AFC)测定嗅觉和风味觉察阈值的一般导则》[15]，对这3种香料的香气阈值进行初步测定，找出3种香料香气阈值的大概范围。

在初步测定结果基础上，对3种香料的水溶液进一步稀释，每种化合物配成6个不同稀释度的样品。评价时每次给评价员3个样品，其中两个为纯净水的空白样，一个为稀释成香料溶液，让评价员从中选出一个不同的样品。样品的含量采用从低到高的顺序，对得到的结果采用最优估计阈值(BET)法进行处理，得到3种香料的香气阈值。

1.3.2 采用电子鼻对这3种香料的香气强度进行比较

使用移液枪准确量取分别为1、10、100、1000mg/kg的3种样品的溶液5mL，装入10mL样品瓶中(共计12个)，将样品瓶放入电子鼻的样品盘中，对这些样品进行气味测定。测定时，每个样品重复测定5次，取其中4个相关性比较好的结果进行数据处理。

1.3.3 香气强度标准曲线的绘制

用电子鼻在最小回归定量分析模式(partial least square，PLS)下，以1、10、100、1000mg/kg的4-甲基戊酸的香气强度建立气味强度标准曲线，作为基准，对2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的10、100、1000mg/kg溶液样品进行测量，对比3种香料化合物的香气强度并计算2-甲基戊酸和3-甲基戊酸气味强度值。

2 结果与分析

2.1 3种香料的香气阈值

经过5名评价员的初步评价，在含量分别为0.1、1、10、100、1000mg/kg的5个溶液中，2-甲基戊酸含量为10、100、1000mg/kg的样品溶液全部能够被辨认出，0.1mg/kg溶液的不能辨认，而1mg/kg的溶液只有部分评价员能够辨认，因而确定用来测定2-甲基戊酸香气阈值含量为0.1、0.5、1、2、4、8mg/kg，18个评价员评价的结果见表1。

表1 2-甲基戊酸评价数据处理Table 1 Data processing for evaluating the aroma intensity of 2-methylvaleric acid

3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的含量分别为1、10、100、1000mg/kg的样品全部能够被评价员辨认出，而0.1mg/kg溶液的只有部分评价员能够辨认，因而确定用来测定3-甲基戊酸和4-甲基戊酸香气阈值为0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1mg/kg。18个评价员评价的结果见表2、3。

对18位评价员的评价结果进行处理，得到2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的阈值分别为63.49、0.886、0.713mg/kg。4-甲基戊酸的香气强度高于3-甲基戊酸和2-甲基戊酸，其中2-甲基戊酸的香气强度较弱。由上述阈值测定结果可以看出，甲基对甲基戊酸的香气强度有影响，随着甲基基团与羧基距离的增加，甲基戊酸的香气强度逐渐增强。

表2 3-甲基戊酸评价数据处理Table 2 Data processing for evaluating the aroma intensity of 3-methylvaleric acid

表3 4-甲基戊酸评价数据处理Table 3 Data processing for evaluating the aroma intensity of 4-methylvaleric acid

2.2 绘制PLS香味强度标准曲线

使用电子鼻对1、10、100、1000mg/kg不同气味强度的4-甲基戊酸进行检测，每个样品测定4次，根据4次结果建立PLS香味强度标准曲线，如图1所示。

图1 PLS香气强度标准曲线Fig.1 PLS standard curve of aroma intensity

由图1可知，PLS香气强度标准曲线的回归方程为Y=1.107X－3.0038，R2=0.9956。香气强度与电子鼻传感器信号之间具有良好的线性关系。

2.3 电子鼻测定香气强度

取1、10、100、1000mg/kg的2-甲基戊酸、3-甲基戊酸溶液作为待测样，用电子鼻根据其测得的含量，通过对比4-甲基戊酸的香气强度标准曲线，计算其不同含量溶液下的电子鼻测定的香气强度，两种香料化合物的4组样品的香气测定结果见表4。

由表4可以看出，当2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量为1000mg/kg时，它们的测量香气强度平均值分别为23.73和99.64，即此时2-甲基戊酸的香气强度与23.73mg/kg的4-甲基戊酸化合物香气强度一致，3-甲基戊酸的香气强度与99.64mg/kg的4-甲基戊酸化合物香气强度一致，故此含量下香气强度顺序为2-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸；同理，当2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量为100mg/kg时，它们的测量香气强度平均值分别为6.78和12.25，此含量下香气强度顺序为2-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸；当2-甲基戊酸和3-甲基戊酸溶液含量为10mg/kg时，它们的测量香气强度平均值分别为4.87和6.83，此含量下香气强度顺序为2-甲基戊酸＜3-甲基戊酸＜4-甲基戊酸。另外发现，当2-甲基戊酸和3-甲基戊酸的含量为1mg/kg时，它们的测量香气强度平均值分别为4.05和2.83，而此时4-甲基戊酸的香气强度仅为1，这与上面的结果相矛盾；出现这种现象有两方面的原因，一是当含量为10mg/kg时，已经接近电子鼻的检测限，当含量为1mg/kg时，电子鼻已经不能做出准确强度判断；另一方面的原因是得到的回归方程不适应于含量较低的情况。

综上所述当被测样品含量超过10mg/kg时，电子鼻测定的香气强度与评价员嗅闻的强度结果吻合，但是，对于被实验的3个样品而言，电子鼻嗅闻灵敏度要低于评价员的嗅闻灵敏度。

表4 电子鼻测定的不同含量溶液下3种甲基戊酸香气强度Table 4 Aroma intensities of three methylvaleric acids with various concentrations determined by electronic nose

3 结 论

用BET法对18位评价员的评价结果进行处理，得到2-甲基戊酸、3-甲基戊酸和4-甲基戊酸的阈值分别为63.49、0.886、0.713mg/kg。用电子鼻通过绘制PLS香味强度标准曲线的方法可以比对出3种香料化合物的香气强度由强到弱的顺序为4-甲基戊酸＞3-甲基戊酸＞2-甲基戊酸。甲基位置对甲基戊酸的香气强度有影响，随着甲基基团与羧基距离的增加，甲基戊酸的香气强度逐渐增强。

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Effect of Methyl Position on Aroma Intensity of Methylvaleric Acids

LIU Yu-ping1，YIN De-cai1，LI Ning1,2，SUN Bao-guo1，CHEN Hai-tao1,*
(1. School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China；2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)

2-Methylvaleric acid, 3-methylvaleric acid and 4-methylvaleric acid are three isomers of methylvaleric acids and all of them can be used in food. Their aroma intensities are different. In this work, the aroma thresholds of the three methylvaleric acids were evaluated by 3-AFC test to be 63.49, 0.886 mg/kg and 0.713 mg/kg, respectively. Meanwhile, their aroma intensities were also compared with the determined values by electronic nose. Results showed that the aroma intensities of the three flavor compounds from strong to weak were 4-methylvaleric acid, 3-methylvaleric acid and 2-methylvaleric acid at identical concentrations of 10, 100 mg/kg and 1000 mg/kg. The determined results by both methods were consistent. Therefore, the position of the methyl group exhibited an obvious effect on aroma intensity of methylvaleric acids and the aroma intensity was increased with the increase of distance between the methyl group and the carboxyl group.

methylvaleric acid；aroma intensity；threshold；three alternative forced-choice test (3-AFC test)；best estimated threshold

TS207.3

A

1002-6630(2010)20-0325-04

2010-06-30

北京市优秀人才培养资助项目(20081D0500300127)

刘玉平(1969—)，男，副教授，硕士，主要从事香料化学研究。E-mail：liuyp@th.btbu.edu.cn

*通信作者：陈海涛(1973—)，男，高级工程师，硕士，主要从事香料化学研究。E-mail：chenht@th.btbu.edu.cn