酸水解玉米蛋白调味粉中非挥发性风味物质的同时测定

刘晓慧1，许丽娟1,*，李永歌2，刘会双1，杨雪娟2，孙宝山1，刘 江1，魏 然2

（1.保定出入境检验检疫局，河北 保定 071000；2.保定味群食品科技股份有限公司，河北 保定 071000）

摘 要：采用衍生化与气相色谱-质谱联用技术分析酸水解玉米蛋白调味粉甲醇提取液中的非挥发性风味物质，并优化衍生化条件。最佳衍生化条件为盐酸羟胺-无水吡啶质量浓度3.0 μg/mL、甲醇提取液用量250 μL，衍生温度70 ℃、衍生时间20 min。采用气相色谱-质谱联用对不同样品中的非挥发性风味物质进行分析，共分离鉴定出62 种物质，用山梨醇为内标物对化合物进行了定量，其中氨基酸、酸类、糖类、醇类和内酯类物质对风味贡献较大。

关键词：酸水解玉米蛋白调味粉；气相色谱-质谱联用；甲醇提取；衍生化；非挥发性风味组分

Simultaneous Determination of Non-Volatile Flavor Substances in Acid-Hydrolyzed Corn Protein Powder

LIU Xiaohui1, XU Lijuan1,*, LI Yongge2, LIU Huishuang1, YANG Xuejuan2, SUN Baoshan1, LIU Jiang1, WEI Ran2

(1. Baoding Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Baoding 071000, China;

2. Baoding Way Chein Food Industrial Co. Ltd., Baoding 071000, China)

Abstract: The non-volatile flavor substances of acid-hydrolyzed corn protein powder were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) after derivatization. The optimal derivatization conditions were determined as follows:
3.0 μg/mL hydroxylamine hydrochloride in anhydrous pyridine, 250 μL of the methanol extract, and reaction at 70 ℃ for 20 min.
A total of 62 compounds were isolated and identified from three different batches of sample. Quantitative analysis with sorbitol as the internal standard showed amino acids, acids, sugar, alcohol and lactone to largely contribute to the ?avor.

Key words: hydrolyzed corn protein powder; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); methanol extraction; derivatization; non-volatile flavor components

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201608027

中图分类号：TS264.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2016）08-0152-07

引文格式：

刘晓慧, 许丽娟, 李永歌, 等. 酸水解玉米蛋白调味粉中非挥发性风味物质的同时测定[J]. 食品科学, 2016, 37(8): 152-158.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201608027. http://www.spkx.net.cn

LIU Xiaohui, XU Lijuan, LI Yongge, et al. Simultaneous determination of non-volatile flavor substances in acid-hydrolyzed corn protein powder[J]. Food Science, 2016, 37(8): 152-158. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201608027. http://www.spkx.net.cn

酸水解玉米蛋白调味粉是由玉米蛋白作为蛋白质源经盐酸水解得到的，气味清新、浓郁，是一种具有水解玉米蛋白调味粉特有的植物清香、清爽的氨基酸香味以及浓郁的类肉汤香气的食品调味料[1]。有研究指出玉米蛋白粉被用鸡精、鸡粉的生产过程中可以显著增强其鸡肉风味[2]，并具有浓郁的美拉德特征香味。

已有的文献报道多采用不同的检测手段测定样品中的有机酸、氨基酸、脂肪酸和糖类等物质含量[3-8]，Marica等[3]用氨基酸分析仪和美国分析化学家协会方法分析得出水解植物蛋白调味粉中非挥发性物质主要是氨基酸，此外还含有少量的油脂和痕量的游离脂肪酸。Eriksen等[4]对水解植物蛋白中的非挥发性物质进行研究发现二酮哌嗪对风味没有贡献，苯乙胺的存在对风味有一定的贡献；且首次发现了2-氨基-4-（2-呋喃基）巴豆酸。Margit等[5]研究表明大豆酶水解蛋白和用葡萄糖热处理的酶水解蛋白富含小肽和氨基酸，而酸水解蛋白具有更浓烈的肉汤、酱油气味和口味特征。

从以上研究现状来看，均是采用不同的方法对酸水解植物蛋白中氨基酸、有机酸、脂肪酸和糖类等物质进行测定，操作步骤繁琐、耗时长，不利于组分的快速分析；而衍生化-气相色谱-质谱联用技术可以快速同时获得有机酸、氨基酸、糖类、脂肪酸、糖醇类等物质组成[9-14]，操作简单、耗时少，是快速获得酸水解玉米蛋白调味粉中非挥发性物质组成的有效方法。本研究采用盐酸羟胺肟化和N,O-双（三甲基硅烷基）乙酰胺＋三甲基氯硅烷（N,O-bis(trimethylsiyl)acetamide＋chlorotrimethylsilane，BSTFA＋TMCS）（99∶1，V/V）三甲基硅烷化衍生-气相色谱-质谱联用的方法对酸水解玉米蛋白粉中的非挥发性风味组分进行分析鉴定，并优化衍生化条件，以期为进一步研究酸水解玉米蛋白粉中非挥发性物质的种类及含量提供数据和理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

酸水解玉米蛋白调味粉 保定味群食品科技股份有限公司。

硅烷化试剂BSTFA-TMCS（99∶1） 美国Supelco公司；甲醇、吡啶（均为色谱纯），氯化钠、盐酸羟胺（均为分析纯） 天津市科密欧化学试剂有限公司；甘油、肌醇、亮氨酸、苯丙氨酸、焦谷氨酸、苏氨酸、缬氨酸、乳酸、乙酰丙酸均为分析纯。

GCMS-QP2010Plus气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；DB-5MS色谱柱 美国Supelco公司；TGL-16均质仪 北京海光仪器公司；山梨醇 德国Dr. Ehrenstorfer公司；TGL-16高速冷冻离心机 北京瑞利分析仪器公司。

1.2 方法

1.2.1 样品前处理

非挥发性风味物质提取：准确称取2.000 g样品，置于100 mL塑料离心管内，加入40 mL甲醇和内标物，以7 000 r/min的速率均质1 min，加入1.5 g氯化钠，用同样的转速再次均质1 min，置于－20 ℃冰箱过夜。

肟化和衍生化处理：将盛有待处理液离心管放入冷冻离心机3 000 r/min离心5 min后，移取上清液250 μL，氮气吹干；加入3.0 μg/mL盐酸羟胺-无水吡啶溶液200 μL，旋涡混匀，水浴（70 ℃）加热30 min；待冷却至室温后，加入BSTFA-TMCS（99∶1）硅烷化试剂100 μL，水浴（70 ℃）加热20 min[8]，冷却至室温；加入100 μL无水吡啶，过0.45 μm尼龙膜，上机测定。

1.2.2 优化试验设计

1.2.2.1 单因素试验

选取不同因素分别进行单因素试验，以非挥发性物质数量为主要考察指标，确定甲醇提取液用量（50、100、250、300、500 μL）、盐酸羟胺-无水吡啶溶液质量浓度（1.0、2.0、3.0、5.0、10 μg/mL）、硅烷化衍生时间（5、20、30、40、60 min）、衍生后冷藏时间（0、6、18、24、48 h）。考察其中单一因素条件时，固定其他因素条件不变。每组试验重复3 次。

1.2.2.2 正交试验

根据单因素试验结果，分别选取甲醇提取液用量（A）、盐酸羟胺-无水吡啶溶液浓度（B）、硅烷化衍生时间（C）、衍生后冷藏时间（D）4 个因素，每个因素选取3 个水平，采用L16（45）正交试验进行最优条件的筛选，结果以检测出的非挥发性物质数量为标准进行分析。

1.2.3 色谱和质谱分析条件

DB-5MS色谱柱，载气为氦气，流速1.19 mL/min。分流进样，分流比25∶1。进样口温度250 ℃。程序升温：70 ℃，保持5 min，然后以5 ℃/min升到280 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升到310 ℃保持2 min。电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃，接口温度250 ℃，扫描方式为Scan模式，扫描速率0.02 s/次，质量扫描范围m/z 45～600。

1.2.4 非挥发性风味组分的定性定量分析

化合物经计算机在NIST 08谱库进行检索，对相似度不低于70%的化合物进行定性鉴定；以山梨醇为内标物，通过样品中某物质在总离子流色谱图中的峰面积与内标物的峰面积之比计算该物质的含量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 甲醇提取液用量的确定

图 1 甲醇提取液用量对衍生化效果的影响

Fig.1 Effect of methanol extract volume on derivatization ef?ciency

由图1可知，随着甲醇提取液用量的增加，衍生化得到的非挥发性风味物质逐渐增多，但是当用量达到250 μL以后，衍生化效果增长缓慢，且样品量过大易引起色谱柱饱和，故选取250 μL为甲醇提取液的最佳用量。

2.1.2 盐酸羟胺-无水吡啶溶液质量浓度的确定

图 2 盐酸羟胺-无水吡啶溶液质量浓度对衍生化效果的影响

Fig.2 Effect of concentration of hydroxyla mine hydrochloride-in anhydrous pyridine on derivatization ef?ciency

由图2可知，随着盐酸羟胺-无水吡啶溶液质量浓度的增加，衍生化得到的非挥发性风味物质逐渐增多，但是当质量浓度达到3.0 μg/mL以后，衍生化效果增长缓慢，故选取3.0 μg/mL为盐酸羟胺-无水吡啶溶液最佳质量浓度。

2.1.3 硅烷化衍生时间的确定

图 3 硅烷化衍生时间对衍生化效果的影响

Fig.3 Effect of silylation time on derivatization ef?ciency

由图3可知，随着硅烷化衍生时间的延长，衍生化得到的非挥发性风味物质数量呈现先增多后减少的趋势；当衍生时间为20 min，出现峰值，故选取20 min为最佳硅烷化衍生时间。

2.1.4 衍生后冷藏时间的确定

图 4 衍生后冷藏时间对衍生化效果的影响

Fig.4 Effect of post-derivatization refrigeration time on
derivatization ef?ciency

由图4可知，随着衍生后冷藏时间的延长，衍生化得到的非挥发性风味物质数量逐渐减少，可以得出存放时间越长衍生化得到的物质越少的结论，故选择衍生化完成后直接进样，不对其进行冷藏保存。

2.2 正交试验结果

表 1 正交试验设计及结果

Table 1 Orthogonal array design with experimental results

由表1可知，对提取出的非挥发性组分个数影响较大的是D（衍生后冷藏时间），冷藏时间越长，检测到的物质种类越少，可能是由于随着存放时间的延长，含水量增加，导致硅烷化产物降解，不能被仪器检测到；其次是A（甲醇提取液用量）、B（盐酸羟胺-无水吡啶溶液质量浓度），而C（硅烷化衍生时间）对其影响相对较小，即影响主次顺序为：D＞A＞B＞C。肟化和硅烷化衍生的最优条件为A3B4C2D1，即：甲醇提取液50 μL，氮气吹干；加入3.0 μg/mL羟胺-无水吡啶溶液200 μL，旋涡混匀，水浴（70 ℃）加热30 min；待冷却至室温后，加入BSTFA-TMCS（99∶1）硅烷化试剂100 μL，水浴（70 ℃）加热20 min，冷却至室温[8]；加入100 μL无水吡啶，过0.45 μm尼龙膜，上机测定。

2.3 方法回收率和重复性实验结果

利用正交试验确定的最佳肟化和硅烷化衍生条件，加入山梨醇为内标物，使在上机检测时的质量浓度为50 μg/mL；加入甘油、肌醇、亮氨酸、苯丙氨酸、焦谷氨酸、苏氨酸、缬氨酸、乳酸、乙酰丙酸标准溶液，使得上机检测时加入标准物质的量在30 μg/mL，重复6 组实验进行回收率验证实验，各物质回收率见表2。

表 2 山梨醇和部分标准物质回收率

Table 2 Recovery rates of sorbitol and part of the standard materials

由表2可看出，6 次实验内标物和甘油、肌醇、乳酸、乙酰丙酸、亮氨酸等氨基酸的回收率均在69.5%～91.2%之间，符合回收率在60%～120%之间的要求，相对标准偏差在2.99%～4.98%范围内，均小于5%，该前处理方法操作稳定、重复性好，适用于对酸水解玉米蛋白调味粉中非挥发性风味组分的分析鉴定。

2.4 氯化钠用量的影响

在实验过程中发现基质对检测结果有很大的影响，加入氯化钠可以抑制基质效应，为了确定氯化钠的最佳用量，设计实验如下：称取6 份样品，每份2 g，进行提取和衍生后上机测定，以检测到的非挥发性物质数量为考察指标确定氯化钠的最佳加入量，结果如图5所示。

图 5 氯化钠加入量对衍生化效果的影响

Fig.5 Effect of sodium chloride amount on derivatization ef?ciency

从图5可以看出，检测到的非挥发性物质数量随着氯化钠加入量的增加呈现先增加后减小的趋势，在氯化钠加入量为1.5 g时，检测出的物质种类最多，这可能是由于在氯化钠加入量小于1.5 g时，随着其加入量的增加可以有效抑制基质对样品的影响；但当氯化钠的量达到一定值（1.5 g）以后，随着离子效应的增加，抑制氨基酸、酸类等物质在甲醇中的溶解性，使检出的物质数量减少，因此确定氯化钠的最佳加入量为1.5 g。

2.5 酸水解玉米蛋白调味粉中非挥发性风味物质的分离分析及鉴定

采用最佳前处理条件提取3 个批次（编号为1#、2#、3#）的酸水解玉米蛋白粉中非挥发性风味物质后，经过肟化和硅烷化衍生利用气相色谱-质谱对其中的组分进行分离鉴定和分析，不同样品的总离子流图见图6。对分离提取到风味物质的各个组分经NIST 08谱库检索及资料分析得到的挥发性风味物质名称，按照其物质峰面积与内标物山梨醇的峰面积的之比确定对各组分定量，并计算其含量，结果见表3。

图 6 1#（a）、2#（b）、3#（c）样品中非挥发性风味物质
成分总离子流图

Fig.6 Total ion current chromatograms of non-volatile flavor compounds in sample

表 3 酸水解玉米蛋白粉中非挥发性风味化合物的含量

Table 3 The concentrations of non-volatile flavor compounds in acid-hydrolyzed corn protein power

注：—.未检出。

从图6和表3可以看出，在3 个批次的共检测到氨基酸、氨基酸衍生物、糖类、酸类、酯类、醇类和其他类7 大类62 种物质，其中氨基酸所占比例最高，酸类和醇类物质次之。非挥发性组分的种类和含量在各批次样品中也有较大不同：共有物质18 种，包括9 种氨基酸，5 种酸类，氨基酸衍生物、糖类、酯类和醇类物质各1 种；两个样品共有的物质有9 种，其中1#和2#样品共有物质为丙氨基-脯氨酸、核糖醇、4-羟基苯甲酸、2,3-二羟甲基-1,4-丁二醇和2,2’-亚甲基双[6-（1,1-二甲基乙基）-4-甲基-]苯酚5 种物质，1#和3#样品共有物质为L-脯氨酸和甘氨酸2 种物质，2#和3#样品共有物质为乙醇酸和N-三氟乙酰丙氨酸2 种物质；各样品独有的样品物质共有32 种，其中氨基酸仅3#样品独有3 种、氨基酸衍生物（2#样品2 种、3#样品1 种）3 种，糖类仅1#样品独有2 种，酸类（1#样品7 种、2#样品3 种、3#样品5 种），酯类（1#和2#样品各1 种），醇类（2#和3#样品各2 种）4 种，其他类（2#样品2 种、3#样品4 种）6 种。计算共有各物质占全部非挥发性风味物质的比例，结果见表4。

由表4可知，18 种共有物质在1#样品中的相对含量最低也达到了77.74%，2#和3#样品的相对含量均超过了90%，可以认为这18 种物质在一定程度上可以代表酸水解玉米蛋白调味粉的综合风味，对其进行了重点关注；而2 个样品共有物质和各样品独有的物质虽然种类较多，但是所占比例较小，尤其是重要的呈味氨基酸和有机酸类物质含量很低，所以不对其重点关注。

在分析18 种共有物质进行分析时发现，9 种氨基酸在3 个样品中所占比例在56.59%～76.71%范围内，其中亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸呈苦味，丙氨酸和苏氨酸呈甜、鲜味，羟脯氨酸、丝氨酸呈甜味，缬氨酸呈甜兼苦味，焦谷氨酸则有特殊的滋味和酸味[15-16]，均是重要的呈味物质；且苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸等是8 种人体必需氨基酸一半，它们在非挥发性风味组分中的比例在14.40%～20.68%之间，所以酸水解玉米蛋白调味粉作为复合调味料的后起之秀，广泛应用于鸡精、鸡粉的生产过程中，可以显著增强其风味，提升其鲜味[17]，同时补充一部分人体必需氨基酸。

表 4 共有非挥发性特征组分及其相对含量

Table 4 Non-volatile characteristic components and their relative contents in all three batches of samples

%

酸类物质既是呈香物质又是呈味物质，2-羟基丙酸（乳酸）稍有涩感、尖利，丁二酸（琥珀酸）有鲜味，乙酰丙酸等小分子的有机酸是重要的风味组分[18-26]；芳香族化合物一般阈值较低[18-21]，α-羟基苯丙酸为芳香酸的衍生物对风味有较大的贡献，磷酸的酸味爽快温和，但略有涩味[16]。甘油是玉米粕中脂肪的降解的产物，具有暖甜的味道[16]。肌醇是一种水溶性的B族维生素，有甜味，在植物体中与磷酸结合形成六磷酸酯（植酸），酸水解玉米蛋白粉中的肌醇和磷酸可能来自植酸的降解。甘露糖酸内酯可能来自氨基酸与肌醇之间的美拉德反应[16,27]，是在受热时间较短、温度较低条件下发生美拉德反应生成特征香气物质。

3 结 论

通过正交试验得到了甲醇提取液中酸水解玉米蛋白调味粉非挥发性物质肟化和硅烷化衍生的最佳条件：准确称取2.000 g样品，置于100 mL塑料离心管内，加入40 mL甲醇和内标物，以7 000 r/min的速率均质1 min，加入1.5 g氯化钠，用同样的转速再次均质1 min，置于
－20 ℃冰箱过夜。将盛有待处理液离心管放入冷冻离心机3 000 r/min离心5 min后，移取上清液250 μL，氮气吹干；加入3.0 μg/mL盐酸羟胺-无水吡啶溶液200 μL，旋涡混匀，水浴（70 ℃）加热30 min；待冷却至室温后，加入BSTFA-TMCS（99∶1）硅烷化试剂100 μL，水浴（70 ℃）加热20 min[8]，冷却至室温；加入100 μL无水吡啶，过0.45 μm尼龙膜，上机测定。

用甲醇提取3 个批次酸水解玉米蛋白调味粉中非挥发性物质，经肟化和衍生化后，进行气相色谱-质谱分析，共鉴定出有7大类62 种物质，经过综合分析确定对风味贡献较大的化合物主要氨基酸、酸类、醇类、糖类和内酯类物质，其中特征风味化合物主要有：亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、羟脯氨酸、苏氨酸、丝氨酸、缬氨酸、焦谷氨酸、乳酸、琥珀酸、乙酰丙酸、α-羟基苯丙酸、磷酸、甘油、肌醇和甘露糖酸内酯。

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