劉振宇，付永霞，張 凡，胡錦蓉，沈 群

（中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院 國家果蔬加工工程技術研究中心植物蛋白與谷物加工北京市重點實驗室 北京 100083）

小米有許多營養(yǎng)和醫(yī)療功能。新鮮小米含有12.3%的蛋白質、60.9%的碳水化合物、4.3%的脂肪、8.0%的粗纖維、3.3%的礦物質[1]。在某些情況下，小米在輔助治療II 型糖尿病和心血管疾病方面具有潛在的功能[2]。此外，根據(jù)1596年李時珍撰寫的《本草綱目》記載，小米還可以改善脾胃功能。由于消費者對健康食品的需求日益增長，可以預期，小米將被更廣泛地用作煎餅、粥、營養(yǎng)粉和其它以小米為基礎的食品的重要原料。綠豆是東南亞各國廣泛種植的一種豆類，蛋白質含量高，淀粉含量中等，脂肪含量低。綠豆的高營養(yǎng)價值和緩解慢性疾病的保健功效引起了消費者的興趣，被認為是開發(fā)健康食品的良好原料[3]。風味是食品最重要的品質特征之一。其中，對特定食品風味起主導作用的化合物被稱為該食品的特征風味化合物（Key odor compounds）[4]。小米香氣的揮發(fā)性成分主要有烴類、芳烴類、醛類、酮類、酯類、酸類、醇類、烯及烯醇類、雜環(huán)化合物等幾大類物質[5]。

高靜壓技術（HHP）是一種非熱加工技術，被廣泛用于滅活食品中的某些酶和微生物，以提高食品質量和安全。HPP 可以誘導大分子的構象和功能發(fā)生變化，從而改善食品的營養(yǎng)特性[6-7]。高靜壓對果蔬制品揮發(fā)性風味化合物成分的影響研究較多，而對谷物尤其是綠豆粉和小米粉的揮發(fā)性風味化合物成分影響的研究鮮有報道。程麗萍等[8]研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理雖使燕麥調(diào)味汁中香氣物質的含量和種類降低，但優(yōu)于熱處理對燕麥調(diào)味汁香氣成分的影響。Oey 等[9]發(fā)現(xiàn)經(jīng)高靜壓處理的橙汁的味道被認為比傳統(tǒng)的熱巴氏殺菌橙汁更好。楊曉苗[10]研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理既滿足澄清蘋果汁的殺菌要求，又能保持其最佳品質。此外，劉敬科等[11]將谷子脫殼后精制，從所得小米制作的小米粥中共鑒定出51 種化合物，包含16 種醛類、10種醇類、3 種酮類、15 種碳氫類 （烷類和烯類）、5種雜環(huán)類和2 種其它類物質，其中醛類物質含量最高（占總量的40.57%），其次是碳氫類（占總量的33.27%），提示醛類物質可能是其重要的風味特征物質。Attar 等[12]發(fā)現(xiàn)綠豆的主要香氣成分是己醇（3.234×10-6）、苯甲醇（2.060×10-6）、γ-丁內(nèi)酯（1.857×10-6）、2-甲基-2-丙烯醛（1.633×10-6）和戊醇（1.363×10-6）。綠豆的主要風味物質為醛類，在煮制綠豆粥時，己醛、辛醛、壬醛和癸醛的含量增加，這可以通過以下事實來解釋：盡管酶在熱處理過程中被破壞，但高溫加速了自催化過程，而非酶促催化過程，可以賦予小米清香、脂香和柑橘等香氣特征[13]。本試驗通過固相微萃取和氣相色譜-質譜聯(lián)用法對不同高靜壓處理后小米粉和綠豆粉的揮發(fā)性風味化合物與加熱處理進行對比研究，旨在闡明小米粉和綠豆粉高靜壓處理前、后揮發(fā)性風味化合物的變化規(guī)律，為高靜壓在小米制品和綠豆制品中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆，內(nèi)蒙古赤峰；小米，山西晉谷21 號；丙酸丙酯（純度99%），SIGMA 公司；己烷（色譜純級），北京邁瑞達科技公司；氯化鈉（分析純級），北京化工廠。

1.2 儀器與設備

SY88-TH 型實驗礱谷機，韓國雙龍公司；HHP/15L 型高靜壓設備，包頭科發(fā)高壓科技有限責任公司；BCD-252CKX 型冰箱，河南新飛電器有限公司；GC-7890A/MS-5975C 型氣相色譜質譜，安捷倫科技公司；PC-420 型恒溫磁力攪拌器，美國Corning 公司；手動SPME 進樣器、15 mL 樣品瓶，美國Supelco 公司；DVB/CAR/PDMS （兼性）-50/30 μm 固相微萃取萃取頭，美國Supelco 公司；ACCULAB ALC-110.4 型電子天平，德國Sartorius公司；10 mL 手動進樣針、石英玻璃毛細管柱，美國Agilent 公司；DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm），美國J&W Scientific 公司；15 cm×21 cm PET-PE 復合真空袋，河北滄州市眾信塑業(yè)有限公司；LGJ-100 型冷凍干燥機，北京松源華興科技發(fā)展有限公司；雙室真空封口機，北京日上科技有限公司；FDV 型高速粉碎機，北京環(huán)亞天元儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 綠豆粉和小米粉的制備

1.3.1.1 綠豆粉制備 將赤峰產(chǎn)綠豆用萬能粉碎機粉碎后，過100 目篩，得到綠豆原粉（淀粉含量：42.33%），置于干燥皿中備用。

1.3.1.2 小米粉制備 將小米從礱谷機的喂料斗通過上砂盤的中心區(qū)喂入下砂盤，旋轉540°脫殼3 次，根據(jù)稻谷粒度的大小調(diào)節(jié)上、下砂盤的間隙。軋距應小于稻谷的長度，而大于稻谷的寬、厚度。用萬能粉碎機粉碎后過100 目篩，得到小米原粉（淀粉含量：45.50%），置于干燥皿中備用。

1.3.2 綠豆粉和小米粉的高靜壓處理 分別準確稱取30 g 綠豆粉和小米粉若干份，分別加入到100 mL 去離子水中配制成30 g/mL 的懸浮液，裝入聚丙烯薄膜袋中用真空充氣包裝機進行包裝。將包裝好的懸浮液在室溫下（25±2）℃靜置24 h，充分搖勻后放入高壓設備壓力腔內(nèi)，分別在300，450，600 MPa 高壓下處理20 min，加壓處理時高溫腔溫度保持在25 ℃，高壓設備以10 MPa/s 左右的速度升壓。樣品經(jīng)高壓處理后，置于-40 ℃冰箱中速凍，冷凍干燥后用多功能粉碎機粉碎，過100目篩后置于干燥皿中待測。

1.3.3 綠豆粉和小米粉沖調(diào)乳的制備 分別將綠豆粉和小米粉樣品與蒸餾水按質量比1∶7 的比例混合，用電磁攪拌器混合均勻，作為風味提取樣品，備用。

1.3.4 綠豆粉和小米粉風味成分的提取 取5 g綠豆粉和小米粉制成綠豆粉和小米粉沖調(diào)乳，每次取混合均勻的5 mL 沖調(diào)乳，并加入0.5 mg Na-Cl 到15 mL 的樣品瓶中，向其中加入4 μL 丙酸丙酯（2 μg/mL）和一個小型磁力攪拌子，迅速用帶有聚四氟乙烯隔墊的樣品瓶蓋擰緊后放入水浴鍋中加熱，水浴鍋放在磁力攪拌器之上，用60 ℃水浴攪拌加熱20 min，待樣品瓶中的氣、液相風味物質達到平衡后，將已老化的CAR/AB/PDMS 萃取頭插入樣品瓶的上部頂空位置，F(xiàn)iber 距離樣品液面0.5～1.0 cm，在60 ℃下萃取40 min，待樣品瓶中風味物質達到氣-固和氣-液平衡后，將Fiber 拔下迅速插入GC 進樣口，進行GC 分析。

1.3.5 綠豆粉和小米粉風味成分的檢測 用DB-5 毛細管柱檢測柱，氦氣（99.999%純度）作為載氣，流速為1.0 mL/min，不分流。

色譜條件：進樣口溫度250 ℃，柱箱升溫程序為：起始溫度均為50 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升到160 ℃，保持3 min，然后再以10 ℃/min 升到240 ℃，保持10 min。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.6.1 定性分析 根據(jù)GC-MS 總離子流圖中的出峰時間和對總離子流圖中各峰的離子掃描，進行NIST08.L 譜庫檢索，再根據(jù)檢索到的物質與檢測到物質的匹配度，結合查閱相關參考資料來定性。本試驗結果分析中鑒定的匹配度均大于80。

1.3.6.2 定量分析 以添加丙酸丙酯作為標準品，根據(jù)峰面積或相對百分含量計算各揮發(fā)性化合物的含量。

2 結果與討論

2.1 不同高靜壓處理對綠豆粉揮發(fā)性成分的影響

用SPME 來富集綠豆粉樣品的香氣，再用GC-MS 對香味組分進行分析。圖1為綠豆粉原樣以及分別經(jīng)過300，450 MPa 和600 MPa 處理后的綠豆粉中揮發(fā)性成分的質譜總離子流圖。

圖1 不同高靜壓處理綠豆粉的揮發(fā)性成分GC-MS 總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile compounds in mung bean powder under different high hydrostatic pressure treatment

從表1可以看出不同高靜壓處理綠豆粉各揮發(fā)性成分相對含量及其變化，未處理綠豆粉中含有41 種揮發(fā)性化合物成分，經(jīng)300 MPa 處理后揮發(fā)性成分減少了22 種，經(jīng)450 MPa 處理后綠豆粉中揮發(fā)性成分只有15 種，然而經(jīng)600 MPa 處理后，綠豆粉中揮發(fā)性成分增加到25 種。由此可見高靜壓對綠豆粉揮發(fā)性風味化合物有一定的影響。

表1 不同高靜壓處理綠豆粉揮發(fā)性成分及相對含量鑒定表Table 1 The volatile compounds and relative contents in mung bean powder under different high hydrostatic pressure treatment

（續(xù)表1）

表2則分類比較了不同高靜壓處理綠豆粉揮發(fā)性成分的差別。高靜壓處理過程可以促進或抑制酶反應和化學反應，300 MPa 和450 MPa 處理會使綠豆粉揮發(fā)性物質含量減少甚至消失，尤其是對綠豆風味起關鍵作用的醛類物質，不利于改善綠豆粉整體風味。600 MPa 處理會使一些揮發(fā)性成分濃度增加甚至合成新的物質如具有弱甜香和米香味的十八碳醛。Jones 等[14]研究發(fā)現(xiàn)在200～600 MPa 壓力和室溫下處理可以間接改變一些風味化合物的含量并擾亂白葡萄中風味成分的整體平衡，與本試驗結果一致。

表2 比較不同高靜壓處理綠豆粉揮發(fā)性成分相對含量及種類數(shù)變化Table 2 Comparison on relative contents and varieties of volatile components in mung bean powder under different high hydrostatic pressure treatment

未處理綠豆粉中含有的主要揮發(fā)性物質是醛類，相對含量高且閾值低，是綠豆粉中風味的重要貢獻者。有（E）-2-己烯醛、苯甲醛、壬醛、十三醛、十四醛和十六醛6 種。其中，十六醛（棕櫚醛）和十四醛（肉豆蔻醛）含量最高，含量分別為108.68×10-4mg/kg 和20.77×10-4mg/kg，是綠豆粉的特征青草香氣成分。微量的醛類在食品中可使香氣更加醇厚，且醛類具有清香、油脂香的風味[15]，對綠豆粉風味有貢獻。經(jīng)過300 MPa 高壓處理后，綠豆粉中C10 以下的醛類物質含量略有降低，十三碳醛和十四碳醛消失，十六碳醛含量顯著降低，可能是因為高壓誘導綠豆原粉中的油酸被氫過氧化物降解而形成的[16]；450 MPa 壓力處理下，（E）-2 己烯醛含量略有回升，其中（E）-2 己烯醛的形成與細胞破壞有關，已被報道其對大米的堅果氣味有一定的貢獻[17]。而具有苦杏仁味的苯甲醛、以及C10 以上的飽和醛消失，說明低壓處理（350 MPa和450 MPa）可能會抑制綠豆粉整體風味。然而，當壓力達到600 MPa 后，（E）-2-己烯醛、苯甲醛含量與低壓力處理后綠豆粉相比含量降低，說明不良氣味降低。十四碳醛和十六碳醛重新出現(xiàn)，說明600 MPa 處理與較低壓力相比有利于改善綠豆粉整體風味。十八碳醛呈現(xiàn)弱甜香和米香味[18]。所有的熱處理，尤其是加壓蒸煮，都會增加苯甲醛的含量，這可能是因為這種化合物是通過Strecker降解產(chǎn)生的[5]。蒸煮前、后的綠豆粉中揮發(fā)性物質也會發(fā)生明顯改變，這可能與脂質氧化和來自其它類型反應的化合物有關。

碳氫化合物和苯衍生物在谷物揮發(fā)性化合物中是常見的。綠豆原粉中烷、烯烴類化合物是種類最豐富的揮發(fā)性化合物，共含有24 種，其中17 種為烷烴，6 種為烯烴，1 種為炔烴。經(jīng)過壓力處理后烷烴種類數(shù)和含量顯著減小，二十碳以上的烷烴消失，可能是因為壓力作用使長鏈的烷、烯烴發(fā)生裂化作用，分裂成小分子烴。大部分的烯烴和炔烴都消失，而十一碳三烯和3-十四碳烯經(jīng)300 MPa和450 MPa 處理后含量顯著降低，經(jīng)600 MPa 處理后含量略有升高。600 MPa 處理后產(chǎn)生了1-十四烯，與醛類物質隨壓力變化規(guī)律幾乎一致。游玉明等[19]研究超高壓處理對柚子酒香氣成分的影響，發(fā)現(xiàn)柚子酒在400 MPa 壓力、25 ℃條件下處理30 min 后，長鏈烷烴類化合物消失，與本試驗結果一致，然而其變化機理還有待于進一步研究探索。綠豆粉中烷、烯烴類化合物含量并不高，而且一般碳氫類物質的閾值較高，可能對氣味影響不大，而種類數(shù)較多時對風味整體協(xié)調(diào)性有一定的貢獻[20]。

酯類由低級飽和脂肪酸與醇類反應生成[14]，具有各種果實香味。在未處理綠豆粉中含有3 種酯類化合物，α，α-二甲基苯乙醇丁酸酯、碳酸二辛酯和6-十四烯基硫酸丁酯。經(jīng)過高壓處理后碳酸二辛酯和6-十四烯基硫酸丁酯消失，綠豆粉揮發(fā)性化合物中幾乎不能檢測到酯類化合物的存在。相關研究表明，高壓對綠豆中分解酯的酶有激活或鈍化作用[21]；另一方面是酯在高壓下發(fā)生水解而減少[22]。然而，α，α-二甲基苯乙醇丁酸酯含量卻呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在600 MPa 下最高為0.25×10-4mg/kg，呈現(xiàn)淡淡的茶香[20]。同樣綠豆粉經(jīng)過所有熱處理導致酯類化合物降解完全損失。

在未處理綠豆粉中只檢測到1 種酮類化合物，香葉基丙酮含量為0.31×10-4mg/kg，酮類物質一般具有奶油風味或果蔬香味，閾值高于同分異構的醛，因此對風味有一定的貢獻[23]。香葉基丙酮具有清香、果香、木香，可能對綠豆粉的風味特征有貢獻[24]。經(jīng)過高壓處理雖能夠使香葉基丙酮消失，而在600 MPa 處理后又出現(xiàn)，有利于綠豆粉的整體風味協(xié)調(diào)性。除加壓烹飪外，所有熱處理均使綠豆粉中酮含量增加[25]。據(jù)報道，化合物6-甲基-5-庚烯-2-酮加熱處理后可能作為番茄紅素等類胡蘿卜素氧化裂解的產(chǎn)物[26]。同時檢測到1 種醇類，即薄荷醇在300 MPa 處理后產(chǎn)生。

2.2 不同高靜壓處理對小米粉揮發(fā)性成分的影響

采用SPME 來富集小米粉樣品的香氣，再用GC-MS 對香味組分進行分析。圖2為小米粉原樣，分別經(jīng)過300，450 MPa 和600 MPa 處理后的小米粉中揮發(fā)性成分的質譜總離子流圖。

圖2 不同高靜壓處理小米粉的揮發(fā)性成分GC-MS 總離子流圖Fig.2 GC-MS total ion chromatogram of volatile compounds in foxtail millet powder under different pressure treatment

從表3可以看出不同高靜壓處理小米粉各揮發(fā)性成分相對含量及其變化，未處理小米粉含有7 種主要揮發(fā)性成分，經(jīng)高靜壓處理后，小米粉中揮發(fā)性成分種類顯著增加。300 MPa 處理后，小米粉中的揮發(fā)性成分新增了12 種；經(jīng)450 MPa 處理后，與300 MPa 壓力條件相比，5 種揮發(fā)性成分未檢出，而新產(chǎn)生了1 種風味化合物——2，6-雙（1，1-二甲基）-2，5-環(huán)己二烯-1，4-二酮；當壓力增至600 MPa 時，又有13 種揮發(fā)性化合物未檢出。由此可見高靜壓對小米粉揮發(fā)性風味化合物有一定的影響。

表3 不同高靜壓處理小米粉關鍵揮發(fā)性成分及相對含量鑒定表Table 3 The volatile compounds and relative contents in foxtail millet powder under different pressure treatment

構成小米粉風味的揮發(fā)性成分主要有醛類、烴類、芳香烴類化合物。其中醛類含量最高，醛類一般具有奶油、脂肪、草香以及清香等氣味，且它們的閾值較低，這可能與小米粉的風味特征密切相關。未處理小米粉中含有的主要醛類化合物是己醛，經(jīng)300，450 MPa 處理后，己醛含量增加，并產(chǎn)生了庚醛和壬醛；當壓力達到600 MPa 后，己醛含量顯著降低，降為0.25×10-4mg/kg，顯著低于未處理小米粉（0.98×10-4mg/kg），此時小米粉中檢測不到庚醛和壬醛的存在。

原小米粉中可檢測到4 種烷烴，含量為0.21×10-4mg/kg，大多是含碳量在C12～C16 之間的烷烴。經(jīng)過300 MPa 處理后，烷、烯烴類含量和種類顯著增加，含碳量在C12～C16 之間的烷烴含量增加，同時新增了3-乙基-2-甲基-（Z）-1，3-己二烯、十一基環(huán)戊烷、十七烷、2，6，11，15-四甲基十六烷和二十八烷；當壓力達到450 MPa 后，與300 MPa 處理后的小米粉相比，烷、烯烴含量和種類相對減少，可以檢測到3-乙基-2-甲基-（Z）-1，3-己二烯、十三烷、十四烷、十六烷和十七烷；而當壓力達到600 MPa 后，長鏈的烷、烯烴消失，只能檢測到十三烷和十四烷，且含量相對較低。碳氫類化合物閾值較高，種類和含量變化較大，對小米粉的香味主要起到輔助作用[27]。

未處理小米粉中可以檢測到2 種芳香烴類化合物，分別為萘和2-乙基-1，4-二甲基苯，且含量相對較低。當壓力分別達到300 MPa 和450 MPa后，新增了1-甲基萘、丁羥甲苯、五甲基苯，且總含量由0.31×10-4mg/kg 分別變?yōu)?.90×10-4mg/kg和1.37×10-4mg/kg。而且300 MPa 和450 MPa 壓力處理會產(chǎn)生2-甲氧基乙酸十二酯、2，6-雙（1，1-二甲基）-2，5-環(huán)己二烯-1，4-二酮和薄荷醇3種物質，酮類物質一般具有奶油風味或果蔬香味，閾值比同分異構的醛類物質略高，因此對小米風味有一定的貢獻[28]。

試驗測得所用小米粉中脂肪含量為5.71 g/100 g，一般脂肪中脂肪酸占95%～96%，國內(nèi)學者研究小米脂肪中不飽和脂肪酸含量高達85.54%[29]，因此小米粉中脂肪含量較高。高靜壓對脂肪氧化具有催化誘導作用，且與水分活度有關，當水分活性高于0.55 時，高靜壓可以抑制脂肪氧化；當水分活性在0.40～0.55 之間時，壓力對脂肪氧化有催化作用。高靜壓過程中小米粉揮發(fā)性風味化合物的變化可能與不飽和脂肪酸氧化降解有關。同時，高靜壓處理還會鈍化脂肪氧化酶的活性[30]。高壓對脂肪氧化酶的催化誘導作用和對脂肪氧化酶的鈍化作用相互博弈，造成了小米粉中揮發(fā)性風味化合物含量和種類的變化。由于未處理小米粉中揮發(fā)性風味化合物含量較少，且種類簡單，因此小米粉香氣不顯著。高靜壓處理對原小米粉揮發(fā)性風味化合物種類和數(shù)量有顯著的影響，然而與蒸煮小米和膨化小米粉相比，影響較小[31]。小米粉在高靜壓過程中，揮發(fā)性化合物不可避免的會發(fā)生一些變化，高靜壓處理伴隨著部分香味物質的損失以及新的香味物質的形成。

為了更清晰地分析，現(xiàn)將揮發(fā)性成分劃分為醛類、酮類、醇類、烷烯烴類、芳香烴類和酯類6類，表4分類對比了不同高靜壓處理后小米粉揮發(fā)性成分相對含量及種類數(shù)的差異。未處理小米粉含有揮發(fā)性風味成分較少，而且種類數(shù)也較少，其中醛類物質含量最豐富，而烷、烯烴類化合物種類最多。經(jīng)過較低壓力（300 MPa 和450 MPa）處理后，相應的各類化合物含量均略有增加，小米粉中的烷、烯烴類化合物主要以C17 以下的飽和烷烴為主，經(jīng)過高靜壓處理后烷、烯烴含量和種類數(shù)增加。然而當壓力達到600 MPa 后，揮發(fā)性風味化合物成分含量和種類顯著降低。梁茂雨等[32]發(fā)現(xiàn)，600 MPa 處理后，獼猴桃汁中酯類、醇類物質無論種類還是含量都顯著降低，而醛酮類、羧酸類和雜環(huán)類化合物無論種類還是含量均增加，這可能與高靜壓過程中，壓力每提高100 MPa，高壓室內(nèi)溫度會提高2～8 ℃，升溫會造成化合物的分解和氧化。小米粉中在600 MPa 處理后，揮發(fā)性風味化合物種類和含量均降低，可能與其氧化分解有關[33]。

表4 比較不同高靜壓處理小米粉揮發(fā)性成分相對含量及種類數(shù)變化Table 4 Comparison on relative contents and varieties of volatile components in foxtail millet powder under different pressure treatment

3 結論

未處理小米粉中主要有7 種揮發(fā)性風味化合物成分，且含量較低，經(jīng)過300 MPa 和450 MPa 較低壓力處理后，總揮發(fā)性風味化合物成分增加到了19 種和15 種，當壓力達到600 MPa 后，總揮發(fā)性化合物種類有所降低，降低至5 種，其含量也有了顯著降低。試驗測得小米粉中脂肪含量較高，因此高靜壓處理過程中小米粉揮發(fā)性風味化合物含量和種類的變化可能與高靜壓對脂肪氧化的催化誘導和對脂肪氧化酶的鈍化二者相互作用有關。

高靜壓處理會顯著改變綠豆粉揮發(fā)性風味成分的含量和種類。經(jīng)過高壓處理后，綠豆全粉揮發(fā)性風味成分含量和種類顯著改變。經(jīng)過300 MPa和450 MPa 處理后醛類物質種類變少，較低壓力下（E）-2 己烯醛和癸醛含量顯著降低，而具有苦杏仁味的苯甲醛、以及C10 以上的飽和醛消失，綠豆粉中的不良氣味減弱，生成具有果香、木香型的香葉基丙酮，可能對綠豆粉的特征風味有貢獻。經(jīng)600 MPa 壓力處理后綠豆粉的揮發(fā)性物質含量顯著升高，并且600 MPa 的壓力處理會使得樣品中對風味影響較大的醛類物質含量有明顯提升，有助于綠豆粉整體風味形成，綜合效果最佳。