郫县豆瓣酱香气萃取方法优化与其成分表征

唐源,于明光,王宝松,王莹,宋焕禄*

(北京工商大学 食品与健康学院,北京,100048)

摘 要 为研究不同萃取方法对豆瓣酱香气富集效果的影响,采用固相微萃取(solid phase micro-extraction, SPME)、搅拌棒吸附萃取(stir bar sorptive extraction, SBSE)、溶剂辅助风味蒸发(solvent-assisted flavor evaporation, SAFE)结合全二维气相色谱-嗅闻-质谱(two-dimensional gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry, GC×GC-O-MS)对不同郫县豆瓣酱样品(Y1和Y2)的香气进行全面表征。结果表明,与SPME、SAFE方法相比,SBSE从豆瓣酱中富集的香气化合物的种类更全面,可从Y1和Y2样品中分别鉴定出39和33种香气化合物,明显多于其他两种萃取方法。这说明SBSE更适合豆瓣酱中香气化合物的富集。香气提取物稀释分析和气味活性值(odor activity value, OAV)的计算结果表明,己醛、庚醛、1-辛烯-3-酮、2,5-二甲基吡嗪、二甲基三硫醚、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、3-甲基丁酸、α-萜品醇和4-乙基愈创木酚的风味稀释因子≥9,且OAV≥1,对豆瓣酱整体香气起主要贡献作用。该研究为郫县豆瓣酱风味研究和品质改善提供理论支撑。

关键词 郫县豆瓣酱;全二维气相色谱-嗅闻-质谱;萃取方法;香气化合物稀释分析;气味活性值

郫县豆瓣酱源于四川,是中国著名的地理标志性产品,作为一种调味品,其色泽红亮,香气独特,被誉为“川菜之魂”[1]。豆瓣酱通常由辣椒和蚕豆两大原料经微生物发酵和晒缸工艺制成[2]。风味是反应豆瓣酱整体质量的重要指标,明确豆瓣酱中的关键香气化合物对其后续工业化生产的质量把控有重要意义[3]。目前,国内外对豆瓣酱香气研究所用的萃取方法可以归结为3类,以固相微萃取(solid phase micro-extraction, SPME)和搅拌棒吸附萃取(stir bar sorptive extraction, SBSE)为代表的非溶剂萃取的萃取方式,以溶剂辅助风味蒸发(solvent-assisted flavor evaporation, SAFE)为代表的有溶剂辅助的萃取方式,以同时蒸馏萃取(simultaneous distillation extraction, SDE)为代表的蒸馏萃取方式[4-5]。乔鑫等[6]采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(solid phase micro-extraction- gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)对工业化生产豆瓣酱和传统酿造豆瓣酱的挥发性成分进行分析,分别鉴定出39和38种挥发性化合物;ZHAO等[7]采用SBSE与GC-MS联用,并结合气相色谱-嗅闻(gas chromatography-olfactometry,GC-O)技术,结果显示,乙酸和苯乙醛等化合物对豆瓣酱香气有重要贡献;ZHANG等[8]采用SDE-GC-O-MS与香气化合物稀释分析(aroma extraction dilution analysis, AEDA)结合,鉴定出22种香气化合物,其中4-乙基愈创木酚、苯甲醛和2,5-二甲基吡嗪等化合物的风味稀释(flavor dilution, FD)因子较高,是豆酱中的关键香气物质;LI等[9]使用SAFE与SPME两种萃取方法与GC-O-MS联用,结合AEDA在豆瓣酱中共鉴定出苯乙醇、3-甲基丁酸等13种FD≥2的香气活性化合物。这些研究表明采用不同的萃取方法会导致鉴定出的关键香气化合物的种类和数量存在差异,从而影响豆瓣酱的特征香气表征的全面性和准确性。同时,关于豆瓣酱的特征香气能否被上述方法最大程度萃取也鲜有报道,只有选择合适的方法才能萃取出种类更为全面的香气化合物,最大限度地反映样品的真实香气特征[10]

本研究首先对比不同萃取方法对豆瓣酱香气的提取效果,筛选出更适合豆瓣酱样品香气物质的萃取方法;然后基于筛选出的萃取方法,结合AEDA解析各香气化合物的贡献程度,明确豆瓣酱中关键的香气活性化合物;最后对关键香气活性化合物进行定量分析并计算气味活性值(odor activity value, OAV),进一步表征豆瓣酱的香气特征。研究将为豆瓣酱风味特征的全面解析提供理论支持与指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品Y1和Y2,鹃城牌郫县豆瓣酱公司,样品信息如下:

Y1:二荆条辣椒、晒瓣子等,晒缸制作,发酵3年;Y2:二荆条辣椒、美国红辣椒、烘瓣子等,晒场条池制作,发酵1个月。在分析之前所有样品均储存在实验室冰箱内(4 ℃)。

无水乙醚、无水Na2SO4、NaCl(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;正己烷、正构烷烃(C8~C25)、2-甲基-3-庚酮、己醛、庚醛、1-辛烯-3-酮、2,5-二甲基吡嗪、二甲基三硫醚、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、3-甲基丁酸、α-萜品醇和4-乙基愈创木酚(色谱纯),美国Sigma公司;氦气(99.999 0%)、氮气(99.999 2%)和液氮(99.999 0%),北京氦普北分气体工业有限公司。

1.2 仪器与设备

GC-MS包括7890A型气相色谱和7000型质谱,美国Agilent公司;极性DB-WAX毛细管柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm),美国J&W Scientific公司;ODP4型嗅闻仪,德国Gerstel公司;GC×GC-MS包括8890A型气相色谱和5977型质谱,美国Agilent公司;SSM1800固态调制器,中国上海J&X Technologies公司,使用2根色谱柱,DB-Wax色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),美国J&W Scientific公司和DB-17毛细管柱(1.85 m×0.18 mm,0.18 μm),美国J&W Scientific公司;Sniffer 9100型嗅闻仪,瑞士Brechbuhler公司;多功能自动进样器(multi-purpose autosampler, MPS)、热脱附系统(thermo-desorption unit, TDU)、PTV冷却型进样口(cool injection system , CIS)和玻璃衬管,德国Gerstel公司;溶剂辅助风味蒸发装置,德国Glasblaserei Bahr公司;Vigreux柱(10 cm×1 cm),北京半夏科技发展有限公司;HN200氮吹仪,济南海能仪器股份有限公司。

1.3 香气萃取方法

1.3.1 SPME

取2 g豆瓣酱、8 g超纯水和1 g NaCl于20 mL顶空瓶中,加入1 μL 2-甲基-3-庚酮(0.816 μg/μL),55 ℃平衡20 min,然后插入75 μm CAR/PDMS/DVB萃取头,吸附40 min。吸附结束后在GC进样口230 ℃下解析5 min。每种样品重复3次。

1.3.2 SBSE

参考并根据实际情况优化ZHAO等[7]的SBSE萃取法。取2 g豆瓣酱、8 g超纯水和1 g NaCl于40 mL顶空瓶,加入1 μL 2-甲基-3-庚酮(0.816 μg/μL)。随后加入搅拌棒萃取器(PDMS涂层,长10 mm,厚度0.5 mm),在55 ℃下设定转速120 r/min,萃取90 min,萃取结束后用超纯水清洗晾干,转移到玻璃热脱附管中进行解析。每种样品重复3次。

1.3.3 SAFE

取25 g豆瓣酱,加入10 μL 2-甲基-3-庚酮(0.816 μg/μL),使用100 mL乙醚进行萃取,180 r/min搅拌2 h(4 ℃),重复2次,合并有机相,在40 ℃的真空环境下进行SAFE蒸馏,将所得馏出物用Na2SO4(无水)干燥,使用Vigreux柱浓缩至10 mL,然后氮吹至500 μL,进样1 μL。每种样品重复3次。

1.4 气相色谱-质谱参数

1.4.1 GC分析条件

色谱柱:DB-WAX(30 m×0.25 mm, 0.25 μm);不分流模式进样;载气为99.999%氦气,流量1 mL/min,压力15.71 kPa;升温程序:初始温度50 ℃,然后以3 ℃/min的速率升温至230 ℃。

1.4.2 GC×GC分析条件

SPME和SBSE进样,不分流模式;液体进样,采用分流模式,分流比9∶1;载气为99.999%氦气,流量1 mL/min,压力15.71 kPa;进样口温度230 ℃,两根色谱柱分别为DB-Wax色谱柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm)和DB-17毛细管柱(1.85 m×0.18 mm, 0.18 μm);柱温箱升温程序:初始温度50 ℃,然后以3 ℃/min的速率升温至230 ℃;固态调制器测定的冷区温度-50 ℃,加热区的入口和出口温度分别为70、160 ℃;调制周期4 s。

TDU升温程序:初始温度50 ℃,维持1 min,后以100 ℃/min升至280 ℃,维持5 min。

CIS升温程序:超低温液氮先将CIS温度迅速降到-80 ℃,待TDU解吸完成之后,再以10 ℃/min升到250 ℃,维持1 min。

1.4.3 MS条件

电子轰击(electronic ignition,EI)离子源,电离能量70 eV;离子源温度230 ℃,四杆温度150 ℃,扫描模式为全扫模式,溶剂延迟4 min,质量范围m/z 40~350。

1.4.4 嗅闻仪条件

传输线温度280 ℃,嗅闻口温度200 ℃,通入湿润的N2气保持实验员鼻腔湿润。实验员准确记录嗅闻到的气味特征和出现时间。

1.5 定性分析

通过质谱图(MS)、保留指数(retention index,RI)、嗅闻结果(olfactometry,O)和标准化合物(standard compound,STD)对比鉴定郫县豆瓣酱中的香气化合物。化合物的保留指数则通过正构系列烷烃(C8~C25)的保留时间计算得到,RI值计算如公式(1)所示:

(1)

式中:n,系列烷烃中碳原子个数;Tn,正构烷烃Cn的保留时间,min;Ta,样品中化合物a的保留时间(化合物a的保留时间在CnCn+1之间),min。

1.6 AEDA

通过调节分流比(0、1∶3、1∶9、1∶27、1∶81等)进行AEDA分析,直到实验员在嗅闻口闻不到任何气味时停止稀释,得到相应的FD定义为1、3、9、27、81等。香气化合物的FD因子越高,该化合物对食品整体香气贡献就越大。

1.7 香气活性化合物定量分析

根据AEDA的结果,使用GC-MS对豆瓣酱香气活性化合物(FD≥9)进行精确定量[11],将标准品梯度稀释,根据加入标准品溶液的浓度与其经仪器分析得到的峰面积之间的关系,绘制标准曲线,然后在相同实验条件下对豆瓣酱样品进行检测,将测得的香气化合物的峰面积带入对应标准品的标准曲线,即可得到豆瓣酱样品中对应物质质量分数,以μg/kg为单位计算。所有分析重复3次。

1.8 OAV的计算

OAV定义为香气化合物浓度与阈值之比,可验证香气化合物对样品特征香气的贡献程度。按公式(2)计算:

(2)

式中:ρa,化合物a的质量浓度,μg/kg;ρ(OTa),化合物a在水中的阈值,μg/kg。

1.9 数据处理

样品中香气化合物的含量均以平均值±标准差表示。采用Microsoft Excel 2016对数据进行统计分析,柱状图由Origin 2018软件进行绘制。

2 结果与分析

2.1 三种萃取方法的效果对比

为避免使用单个样品的实验偶然性和片面性,本研究选用2种发酵时长差异较大的豆瓣酱样品。3种前处理方法结合GC×GC-O-MS在Y1和Y2中共鉴定出香气化合物45种,如表1所示。其中,醇类11种、酸类9种、醛类7种、酯类6种、酮类4种、酚类3种、吡嗪类2种、吡咯类1种和含硫化合物2种。Y1中共检测到香气化合物45种,SPME、SBSE和SAFE分别提取到香气化合物33、39和24种。其中,3-甲基丁醛、2/3-二甲基丁酸乙酯和二甲基三硫醚等9种香气化合物仅通过SBSE富集后被感官人员所嗅闻到,明显高于SPME(3种)和SAFE(1种)萃取方式中特有的香气化合物。Y2中共检测到香气化合物36种,SPME、SBSE和SAFE分别提取到香气化合物25、33和26种。与Y1相同,采用SBSE富集到的可被嗅闻到的香气化合物的种类最为丰富,同时特有化合物的种类也最多。这说明,不同萃取方法对于豆瓣酱中的香气化合物的萃取效果有较大差异[12]。因此,针对不同的样品选择适合的香气萃取方法是必要的。从萃取的香气化合物数量上来看,对于豆瓣酱样品,萃取效果依次为:SBSE、SPME、SAFE,这可能是因为SAFE制样操作复杂、耗时长造成了香气化合物的损失[13],SBSE的吸附剂涂层量比SPME大,因此SBSE具有更大的样品容量和更好的重现性[14]。因此,相比于SPME和SAFE,SBSE是更适合豆瓣样品香气化合物富集的有效方法。

表1 不同萃取方法下豆瓣酱的香气化合物萃取结果

Table 1 Identification results of aroma compounds in bean paste samples by different extraction methods

编号名称CASRI/DB-WAXY1Y2鉴定方法13-甲基丁醛590-86-3922SBSESPME、SBSEMS/RI/O22-甲基丁酸乙酯7452-79-11 045SBSESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O33-甲基丁酸乙酯108-64-51 061SBSESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O4己醛66-25-11 081SPME、SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O/STD5异丁醇78-83-11 096SPME、SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O6乙酸异戊酯123-92-21 123SPME、SBSESPME、SBSEMS/RI/O7庚醛111-71-71 171SPME、SBSEndMS/RI/O/STD83-甲基丁醇123-51-31 202SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O

续表1

注:nd表示未检出。

编号名称CASRI/DB-WAXY1Y2鉴定方法9正戊醇71-41-01 252SBSESBSEMS/RI/O103-羟基-2-丁酮(乙偶姻)513-86-01 284SPME、SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O111-辛烯-3-酮4312-99-61 310SPME、SBSEndMS/RI/O/STD122,5-二甲基吡嗪123-32-01 326SBSEndMS/RI/O/STD13乳酸乙酯97-64-31 337SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O14正己醇111-27-31 341SPME、SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O15二甲基三硫醚3658-80-81 377SBSEndMS/RI/O/STD16壬醛124-19-61 387SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O/STD17乙酸64-19-71 438SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O18糠醛98-01-11 452SPME、SBSE、SAFESPME、SBSEMS/RI/O191-辛烯-3-醇3391-86-41 453SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O/STD205-甲基-2-乙基吡嗪13925-08-11 486SBSEndMS/RI/O21苯甲醛100-52-71 492SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O/STD222-壬醇628-99-91 532SPME、SBSESBSEMS/RI/O23丙酸79-09-41 533SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O242,3-丁二醇513-85-91 538SPME、SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O25反-2-壬烯醛18829-56-61 541SPME、SBSESPME、SBSEMS/RI/O26正辛醇111-87-51 550SPME、SBSEndMS/RI/O273-甲基丁酸503-74-21 630SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O/STD28丁酸107-92-61 634SPME、SBSESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O29α-萜品醇98-55-51 685SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O/STD303-甲硫基丙醇505-10-21 712SAFESAFEMS/RI/O31苯乙酸乙酯101-97-31 757SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O323-甲基-1,2-环戊二酮765-70-81 778SBSEndMS/RI/O33己酸142-62-11 807SPME、SBSE、SAFESBSE、SAFEMS/RI/O34二氢-β-紫罗兰酮17283-81-71 851SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O35愈创木酚90-05-11 859SPMESPMEMS/RI/O36苯甲醇100-51-61 862SPME、SAFESPME、SAFEMS/RI/O37苯乙醇60-12-81 909SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O38庚酸111-14-81 952SPMEndMS/RI/O392-乙酰基吡咯1072-83-91 977SPME、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O40辛酸124-07-22 027SPME、SBSESPME、SBSEMS/RI/O414-乙基愈创木酚2785-89-92 031SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O/STD42γ-壬内酯104-61-02 039SPME、SBSE、SAFESPME、SBSE、SAFEMS/RI/O434-乙基苯酚123-07-92 150SPME、SBSESPME、SBSEMS/RI/O44壬酸112-05-02 171SPMESPME、SBSEMS/RI/O452-苯乙酸103-82-22 518SBSEndMS/RI/O

2.2 豆瓣酱香气化合物分析

不同萃取方法下2个豆瓣酱样品中各类香气化合物的数量如图1-a、图1-b所示。2个豆瓣酱样品中,采用3种提取方法得到的醇类、醛类、酸类和酯类化合物数量较多,酮类、酚类、吡嗪类、吡咯类和含硫化合物数量较少。Y1中检测到的各类化合物数量普遍多于Y2,这可能是因为Y1的发酵时间较长,而豆瓣酱的香气主要在后熟发酵过程中产生[15]。原料中的蛋白质、淀粉和脂肪等大分子物质分解生成各类小分子风味前体物,继而在多种微生物的共同作用下生成酚类、醛类、酮类、醇类等小分子风味物质,从而形成了豆瓣酱的典型风味特征。

a-Y1中香气化合物数量;b-Y2中香气化合物数量

图1 三种萃取方法在Y1和Y2中富集的香气化合物数量

Fig.1 Quantity of aroma compounds in Y1 and Y2 enriched by three extraction methods

醇类化合物是酯化反应的重要前体物,主要由不饱和脂肪酸氧化降解产生,对郫县豆瓣整体风味有重要贡献,在食品中常呈甜香气味[16]。在Y1和Y2中检测到的醇类化合物数量最多。2,3-丁二醇、1-辛烯-3-醇和3-甲基丁醇等化合物在Y1和Y2中均被检出。据报道,这些醇类香气化合物不仅存在于中国豆瓣酱[17]中,也存在于日本味噌[18]和韩国大酱[19]中,是豆类发酵食品中常见的香气化合物。

醛类化合物主要呈现青草、柑橘等气味,通常由脂肪氧化和Strecker降解产生[20]。醛类化合物阈值较低,对豆瓣酱的整体香气有较大贡献。其中,3-甲基丁醛、壬醛和糠醛等醛类化合物在2种豆瓣酱样品中均被检出,这与前人报道豆瓣酱的香气化合物结果相似[21]

豆瓣酱中的酸类物质有微生物降解、原料酶解、脂肪水解等多种来源[7]。在2种豆瓣酱样品中共检测出了乙酸、3-甲基丁酸等9种酸类香气化合物,这些酸类物质在豆制品发酵产品中较为常见[18],在食品中产生汗酸味、腐臭味等不愉快气味。

2.3 香气活性化合物分析

Y1中检测到的香气化合物总数高于Y2(表1),且2个样品中SBSE法检测到的香气化合物数量高于SPME和SAFE。为较为全面地分析郫县豆瓣酱中香气活性化合物,故选用SBSE法对香气特征更为丰富的Y1进行AEDA,通过逐渐缩短提取时间达到稀释效果。结果如表2所示,39种香气活性化合物在Y1中被检出,其中11种化合物被认为是重要的香气活性化合物(FD≥9)。

表2 SBSE法对Y1样品香气活性化合物的AEDA结果

Table 2 AEDA results of aroma active compounds in Y1 by SBSE

编号名称香气特征FD编号名称香气特征FD13-甲基丁醛麦芽味 322-甲基丁酸乙酯水果味333-甲基丁酸乙酯水果味14己醛青草味7295异丁醇指甲油味36乙酸异戊酯橡胶味17庚醛青草味2783-甲基丁醇指甲油味19正戊醇水果味3103-羟基-2-丁酮(乙偶姻)奶油味1111-辛烯-3-酮蘑菇味729122,5-二甲基吡嗪坚果味913乳酸乙酯水果味114正己醇消毒水味115二甲基三硫醚洋葱味24316壬醛柑橘味8117乙酸酸味118糠醛坚果味1191-辛烯-3-醇蘑菇味81205-甲基-2-乙基吡嗪烘烤121苯甲醛杏仁味81222-壬醇霉味123丙酸酸味1242,3-丁二醇奶油味325反-2-壬烯醛肥皂味126正辛醇肥皂味3273-甲基丁酸腐臭味928丁酸酸味329α-萜品醇木香味2730苯乙酸乙酯花香3313-甲基-1,2-环戊二酮焦糖味132己酸酸臭味333二氢-β-紫罗兰酮花香味134苯乙醇花香335辛酸汗酸味3364-乙基愈创木酚烟熏味8137γ-壬内酯椰子味3384-乙基苯酚烟熏味3392-苯乙酸花香1

Y1中各类化合物FD因子如图2所示。Y1中醇类和酸类香气活性化合物个数较多,然而香气贡献率不高,两者不呈正相关,可能是因为醇类、酸类化合物阈值普遍比较大,故对豆瓣酱的整体香气的贡献度较低[22]。但1-辛烯-3-醇较为特殊(FD=81),表现出类似蘑菇香气,这可能是由于其为不饱和醇,其阈值低于饱和醇,易被人感知[23],1-辛烯-3-醇在封闭式和开放式发酵的豆瓣酱中均被鉴定为关键香气活性化合物[24],对豆瓣酱特征香气有较大贡献。含硫化合物为二甲基三硫醚(FD=243),能赋予豆瓣酱肉香、洋葱等香气,推测来源于豆瓣酱中添加的蒜等香辛料[25]。4-乙基愈创木酚(FD=81)呈烟熏味,在豆瓣酱中通常相对含量较高[26],是豆瓣酱后熟发酵的重要关键香气成分。

图2 Y1中各类化合物的FD

Fig.2 FD factors of various compounds in Y1

2.4 豆瓣酱中关键化合物的定量分析与OAV分析

采用外标法对AEDA得到的11个关键香气活性化合物进行定量分析,结果如表3所示,所有香气物质标准曲线相关性系数R2均介于0.992 2~0.998 1,线性良好,Y1中3-甲基丁酸和2,5-二甲基吡嗪含量较高。3-甲基丁酸通常被认为由亮氨酸分解产生,是发酵制品中常见的挥发性化合物[27]。吡嗪类化合物主要来源于原料中蛋白质和氨基酸的热分解和美拉德反应,2,5-二甲基吡嗪是美拉德反应的重要产物,能赋予食品浓郁的坚果香气[28]。然而,Y1中3-甲基丁酸和2,5-二甲基吡嗪的FD因子和OAV较低,其原因是这2种化合物的气味阈值较高,难以被人们感知,因此,单独分析香气化合物含量的多少并不能说明该物质对食品整体香气的贡献。

表3 豆瓣酱关键香气活性化合物定量结果和OAV

Table 3 Quantitative results and OAVs of key aroma active compounds in bean paste

序号化合物标准曲线(y×106)R2样品含量/(μg/kg)阈值/(μg/kg)OAV1己醛y=1.006 2x+14.2760.995 334.33±1.800.5682庚醛y=1.254 6x+5.727 10.994 818.38±2.292.8631-辛烯-3-酮y=1.028 7x+6.501 80.994 22.44±0.050.0366742,5-二甲基吡嗪y=1.018 6x+2.763 80.992 8174 9±122.31 70015二甲基三硫醚y=1.291 2x+8.617 20.995 14.97±0.250.1496壬醛y=2.004 5x+8.440.994 125.17±4.961.12271-辛烯-3-醇y=2.839 8x+1.418 10.996 719.42±0.571.5128苯甲醛y=1.559 2x+0.6790.998 1412.0±23.44241793-甲基丁酸y=0.723 4x+1.086 20.998 1233 5±151.71 200110α-萜品醇y=1.954 1x+19.5120.994 157.06±5.194.612114-乙基愈创木酚y=0.851 5x+194.210.992 2394.8±27.511624

OAV是评价香气化合物香气强弱以及样品香气贡献度大小的重要指标之一,OAV≥1,表明该化合物对豆瓣酱整体风味具有贡献,数值越大表示贡献越大[29]。Y1中己醛(FD=729,OAV=68)和1-辛烯-3-酮(FD=729,OAV=67)对豆瓣酱的整体香气贡献较大,分别为豆瓣酱提供了青草味和蘑菇味。己醛是豆制品中常见的化合物,是豆浆、豆腐等豆制品中豆腥味的主要来源[30],也是评估油脂氧化程度的重要指标,在肉制品、乳制品等食品原料中均有应用[31]。己醛和1-辛烯-3-酮主要来自于花生四烯酸和亚油酸等不饱和脂肪酸的氧化[32],豆瓣酱中的脂肪主要来源于蚕豆、辣椒等植物性原料,含量约为12.25%,脂质经微生物代谢分解成脂肪酸等小分子物质,为豆瓣酱中己醛和1-辛烯-3-酮等香气活性化合物形成提供了原料[33]

3 结论

本研究使用GC×GC-O-MS结合SPME、SBSE和SAFE三种萃取方法对豆瓣酱的香气进行全面的解析,并比较了不同萃取方法富集豆瓣酱样品的香气化合物的适宜程度。结果表明,使用SBSE法对豆瓣酱香气化合物的萃取更全面,采用SBSE-GC×GC-O-MS,在Y1中共检测出39种香气活性化合物,经过计算FD因子和OAV,筛选出其中11种关键香气化合物,分别为己醛、庚醛、1-辛烯-3-酮、2,5-二甲基吡嗪、二甲基三硫醚、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、3-甲基丁酸、α-萜品醇和4-乙基愈创木酚,对豆瓣酱的青草味、烟熏味和蘑菇味等香气有较大贡献。本研究筛选出了一种适合豆瓣酱的香气化合物萃取方法,明确了豆瓣酱中的关键香气化合物,可以作为改进豆瓣酱生产工艺的理论依据。

参考文献

[1] 李幼筠. “郫县豆瓣”剖析[J].中国酿造, 2008, 27(11):83-86.

LI Y J.Analysis of “pixian soybean paste”[J].China Brewing, 2008, 27(11):83-86.

[2] LI M Y, FAN W L, XU Y.Comprehensive identification of short and medium-sized peptides from Pixian broad bean paste protein hydrolysates using UPLC-Q-TOF-MS and UHPLC-Q exactive HF-X[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2022, 70(27):8288-8299.

[3] LU Y H, YANG L Z, YANG G H, et al.Insight into the fermentation of Chinese horse bean-chili-paste[J].Food Reviews International, 2021, 37(7):683-705.

[4] ZHAO S, NIU C T, YANG X H, et al.Roles of sunlight exposure on chemosensory characteristic of broad bean paste by untargeted profiling of volatile flavors and multivariate statistical analysis[J].Food Chemistry, 2022, 381:132115.

[5] 赵聪, 范文来, 徐岩.乙醚萃取法分析郫县豆瓣酱重要香气成分[J].食品科学, 2021, 42(12):184-188.

ZHAO C, FAN W L, XU Y.Analysis of important aroma components in Pixian bean paste by diethyl ether extraction[J].Food Science, 2021, 42(12):184-188.

[6] 乔鑫, 付雯, 乔宇, 等.豆酱挥发性风味物质的分析[J].食品科学, 2011, 32(2):222-226.

QIAO X, FU W, QIAO Y, et al.GC-MS analysis of volatile compounds in soybean paste[J].Food Science, 2011, 32(2):222-226.

[7] ZHAO C, FAN W L, XU Y.Characterization of key aroma compounds in Pixian broad bean paste through the molecular sensory science technique[J].LWT, 2021, 148:111743.

[8] ZHANG Y, LI X, LO C K, et al.Characterization of the volatile substances and aroma components from traditional soypaste[J].Molecules, 2010, 15(5):3421-3427.

[9] LI Z H, DONG L, JEON J, et al.Characterization and evaluation of aroma quality in doubanjiang, a Chinese traditional fermented red pepper paste, using aroma extract dilution analysis and a sensory profile[J].Molecules, 2019, 24(17):3107.

[10] 王逍君, 孟琦, 宋焕禄.基于Mono Trap方法对酱油气味活性成分的分析[J].食品科学技术学报, 2021, 39(5):93-100.

WANG X J, MENG Q, SONG H L.Analysis of odor-active compounds of soy sauce by mono trap method[J].Journal of Food Science and Technology, 2021, 39(5):93-100.

[11] 刘皓月, 李萌, 朱庆珍, 等.3种萃取方法炸蒜油特征风味的比较分析[J].食品科学, 2020, 41(12):180-187.

LIU H Y, LI M, ZHU Q Z, et al.Comparison of three extraction methods used to determine the characteristic flavor of garlic frying oil[J].Food Science, 2020, 41(12):180-187.

[12] 杨晓璇, 李阳, 马宁, 等.酱油中挥发性风味物质的气相色谱-离子迁移谱分析[J].中国酿造, 2021, 40(3):149-154.

YANG X X, LI Y, MA N, et al.Determination of volatile flavor substances in soy sauce based on gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].China Brewing, 2021, 40(3):149-154.

[13] LIU C, YANG P, WANG H L, et al.Identification of odor compounds and odor-active compounds of yogurt using DHS, SPME, SAFE, and SBSE/GC-O-MS[J].LWT, 2022, 154:112689.

[14] HAUSER B, POPP P, KLEINE-BENNE E.Membrane-assisted solvent extraction of triazines and other semi-volatile contaminants directly coupled to large-volume injection-gas chromatography-mass spectrometric detection[J].Journal of Chromatography A, 2002, 963(1-2):27-36.

[15] 刘志伟, 谭兴和, 姚曙光.豆瓣酱的研究进展及发展方向[J].中国调味品, 2011, 36(3):13-16.

LIU Z W, TAN X H, YAO S G.Technology present situation and development directions of pea sauce[J].China Condiment, 2011, 36(3):13-16.

[16] ZHANG M, CHEN X, HAYAT K, et al.Characterization of odor-active compounds of chicken broth and improved flavor by thermal modulation in electrical stewpots[J].Food Research International, 2018, 109:72-81.

[17] ZHANG X A, WEI J P, ZHAO S Y, et al.Flavor differences between commercial and traditional soybean paste[J].LWT, 2021, 142:111052.

[18] KUMAZAWA K, KANEKO S, NISHIMURA O.Identification and characterization of volatile components causing the characteristic flavor in miso (japanese fermented soybean paste) and heat-processed miso products[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(49):11968-11973.

[19] KIM M K, LEE K G.Defining gu-soo perception in Doenjang (fermented soybean paste) using consumer tests with limited sensory modality and instrumental analysis[J].Food Chemistry, 2018, 267:210-216.

[20] ZHAO J, WANG M, XIE J C, et al.Volatile flavor constituents in the pork broth of black-pig[J].Food Chemistry, 2017, 226:51-60.

[21] LIN H B, LIU Y, HE Q, et al.Characterization of odor components of Pixian Douban (broad bean paste) by aroma extract dilute analysis and odor activity values[J].International Journal of Food Properties, 2019, 22(1):1223-1234.

[22] 徐远芳, 张祺玲, 黄高柳, 等.电子鼻结合HS-SPME-GC-MS分析辐照对甲鱼预制菜挥发性风味成分的影响[J].核农学报, 2022, 36(10):1953-1963.

XU Y F, ZHANG Q L, HUANG G L, et al.Analysis of irradiation on volatile flavor compounds in pre-prepared soft-shelled Turtle by electronic nose and HS-SPME-GC-MS[J].Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2022, 36(10):1953-1963.

[23] WANG H L, YANG P, LIU C, et al.Characterization of key odor-active compounds in thermal reaction beef flavoring by SGC × GC-O-MS, AEDA, DHDA, OAV and quantitative measurements[J].Journal of Food Composition and Analysis, 2022, 114:104805.

[24] DING W W, LIU Y, PENG C B, et al.Characterization of volatile compounds between industrial closed fermentation and traditional open fermentation doubanjiang-meju[J].European Food Research and Technology, 2021, 247(8):2067-2077.

[25] AN K J, LIU H C, FU M Q, et al.Identification of the cooked off-flavor in heat-sterilized lychee (Litchi chinensis Sonn.) juice by means of molecular sensory science[J].Food Chemistry, 2019, 301:125282.

[26] 邓维琴, 陈功, 张其圣, 等.不同发酵时长郫县豆瓣酱品质对比研究[J].中国调味品, 2018, 43(11):78-84;88.

DENG W Q, CHEN G, ZHANG Q S, et al.A comparative study on quality of Pixian broad bean sauce with different fermentation time[J].China Condiment, 2018, 43(11):78-84;88.

[27] GANDEMER G.Lipids in muscles and adipose tissues, changes during processing and sensory properties of meat products[J].Meat Science, 2002, 62(3):309-321.

[28] DUN Q, YAO L, DENG Z Y, et al.Effects of hot and cold-pressed processes on volatile compounds of peanut oil and corresponding analysis of characteristic flavor components[J].LWT, 2019, 112:107648.

[29] YU M G, LI T, WAN S Y, et al.Study of aroma generation pattern during boiling of hot pot seasoning[J].Journal of Food Composition and Analysis, 2022, 114:104844.

[30] SHI X D, LI J Y, WANG S M, et al.Flavor characteristic analysis of soymilk prepared by different soybean cultivars and establishment of evaluation method of soybean cultivars suitable for soymilk processing[J].Food Chemistry, 2015, 185:422-429.

[31] MUNEKATA P E S, DOMNGUEZ R, FRANCO D, et al.Effect of natural antioxidants in Spanish salchichón elaborated with encapsulated n-3 long chain fatty acids in konjac glucomannan matrix[J].Meat Science, 2017, 124:54-60.

[32] 赵星贺, 黄佳, 刘玉平.固相微萃取结合气-质联用确定北京干黄酱中关键香气成分[J].食品与发酵工业, 2018, 44(3):266-272.

ZHAO X H, HUANG J, LIU Y P.Characterization of the key odorants in Beijing dry yellow soybean sauce by SPME-GC-MS-O[J].Food and Fermentation Industries, 2018, 44(3):266-272.

[33] 袁旭, 伍小宇, 李伟丽, 等.郫县豆瓣的营养、多酚含量与抗氧化活性评价[J].食品与发酵工业, 2018, 44(9):270-274.

YUAN X, WU X Y, LI W L, et al.Evaluation of nutrition, polyphenols and their antioxidant activities in Pixian bean paste[J].Food and Fermentation Industries, 2018, 44(9):270-274.

Optimization of aroma extraction methods and characterization of aroma component of Pixian bean paste

TANG Yuan, YU Mingguang, WANG Baosong, WANG Ying, SONG Huanlu*

(School of Food and Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

ABSTRACT To explore the effects of different extraction methods on the aroma components of Pixian bean paste, solid phase micro-extraction (SPME), stir bar sorptive extraction (SBSE) and solvent-assisted flavor evaporation (SAFE) combined with two-dimensional gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry (GC×GC-O-MS) were employed to comprehensively characterize the aroma active compounds of different Pixian bean paste samples (Y1 and Y2). The findings demonstrated that SBSE extracted a more comprehensive range of aroma compounds from Pixian bean paste than SPME and SAFE. 39 and 33 aroma compounds were identified from Y1 and Y2 samples by SBSE, which were significantly higher than those identified by the other two extraction methods. Therefore, SBSE is more suitable for extracting aroma compounds in Pixian bean paste. Furthermore, the results of aroma extraction dilution analysis (AEDA) and odor activity value (OAV) showed that hexanal, heptaldehyde, 1-octen-3-one, 2,5-dimethylpyrazine, dimethyl trisulfide, nonanal, 1-octen-3-ol, benzaldehyde, 3-methylbutyric acid, α-terpineol and 4-ethylguaiacol with flavor dilution factor ≥9 and OAV≥1 were identified as the key aroma active compounds. This study provides theoretical support for the flavor research and quality improvement of Pixian bean paste.

Key words Pixian bean paste; two-dimensional gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry (GC×GC-O-MS); extraction methods; aroma extraction dilution analysis (AEDA); odor activity value (OAV)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.034394

引用格式:唐源,于明光,王宝松,等.郫县豆瓣酱香气萃取方法优化与其成分表征[J].食品与发酵工业,2023,49(15):271-278.TANG Yuan, YU Mingguang, WANG Baosong, et al.Optimization of aroma extraction methods and characterization of aroma component of Pixian bean paste[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(15):271-278.

第一作者:硕士研究生(宋焕禄教授为通信作者,E-mail:songhl@th.btbu.edu.cn)

基金项目:北京工商大学2022年研究生科研能力提升计划项目

收稿日期:2022-11-22,改回日期:2023-01-03