2種鮮食黑糯玉米營養組分及香氣的比較

項雅科, 楊夢蝶, 孫海斕, 席嘉佩, 陳 瀟, 趙立艷

(南京農業大學食品科技學院,南京 210018)

鮮食玉米是指收獲和食用幼嫩玉米籽?；蝓r果穗的玉米品種,主要有鮮食甜玉米、糯玉米、甜糯玉米等類型,鮮食玉米不僅比普通玉米具有更高的種植效益,并且在口感上具有甜、糯、嫩、香等特點,深受消費者的喜愛[1]。黑糯玉米因其籽粒呈烏黑、紫黑色和藍黑色而得名,與普通黃、白糯玉米相比,黑糯玉米的蛋白質和脂肪含量較高,同時富含多種氨基酸和各種人體必需的微量元素,其中被稱為“抗癌之王”的硒元素含量是普通玉米的3.0～8.5倍[2]。此外,黑糯玉米種皮中富含普通玉米沒有的水溶性黑色素花色苷,具有抗氧化、抗炎、抗衰老等功效[3]。

揮發性風味是決定鮮食玉米食用和加工的重要指標之一,風味物質的種類、含量及其相互作用共同決定著玉米的風味。對風味物質進行分析的關鍵在于揮發性成分的提取,由于頂空固相微萃取技術集采樣、萃取、濃縮和進樣于一體,操作簡單,是目前用于提取鮮食玉米揮發性風味物質的主要技術。國內外學者對鮮食玉米揮發性風味物質進行了大量研究,發現鮮食玉米的風味物質主要由醇類、酯類、醛類和酮類等物質組成。褚能明等[4]采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術測定鮮食玉米的揮發性風味物質,檢出的風味物質有醇類、烴類、雜環類、酮類、醛類、酯類和酸類。Zhang等[5]采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術對玉米的風味物質進行了檢測與分析,發現正己醛、1-辛烯-3-醇、癸醛和2-戊基噻唑是玉米的特征性風味物質。近年來人們對玉米風味的研究多集中在不同處理方式和儲藏過程對玉米品質及風味的研究,針對不同品種鮮食黑糯玉米風味物質的檢測和對比分析研究較少。

連黑甜糯2110和蘇科糯1505均為江蘇省農科院新培育的鮮食黑糯玉米,蘇科糯1505主要在江蘇省各地種植,而連黑甜糯2110在江蘇省和海南省均有種植。本研究主要對海南產地和江蘇產地的連黑甜糯2110,以及江蘇產地的蘇科糯1505的營養成分進行測定,同時采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用法對鮮食玉米的揮發性風味物質進行鑒定和比較,結合偏最小二乘判別法分析和OAV值選擇鮮食黑糯玉米的特征呈味揮發性風味物質,旨在為鮮食黑糯玉米的品種鑒定和產地溯源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗原料

本次實驗的鮮食黑糯玉米樣品分別為海南產地和江蘇產地的連黑甜糯2110,以及江蘇產地的蘇科糯1505,樣品信息詳見表1。

表1 鮮食黑糯玉米樣品信息表

1.1.2 主要試劑

2-辛醇(純品型≥0.99);鹽酸、硫酸、硼酸、石油醚、硝酸、氫氧化鈉、氯化鈉、硫酸銅、亞甲基藍、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、冰乙酸等試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

DHG-9143BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風干燥箱,JYL-C022E料理機,KQ-250數控超聲波清洗器,SZF-06A脂肪測定儀,SX-4-10馬弗爐,Multiwave Pro微波消解儀,iCP Qc電感耦合等離子體質譜儀,TSQ 9000三重四級桿氣質聯用儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 營養成分測定

水分的測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》,蛋白質測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》,脂肪測定參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》,灰分測定參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》,淀粉測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》,總糖測定參照GB/T 15672—2009《食用菌中總糖含量的測定》,還原糖測定參照GB 5009.7—2016《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》,礦物質元素含量測定參照GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》。

花色苷含量的測定采用pH示差法,參照DB32/T 1463—2009《藍莓中花色苷含量的檢測》并稍作修改,由于花色苷中發色團結構的轉化是pH值的函數,所以可以通過測定2個pH值下的吸光值之差來確定花色苷的含量:

式中:A=(A510 nm-A700 nm)pH1.0-(A510 nm-A700 nm) pH4.5;MW是花色苷(以矢車菊素-3-葡萄糖苷計)的摩爾質量(449.2 g/mol);V是總的提取液體積/mL;DF是樣品的稀釋倍數;ε是矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾吸收系數(26 900);m是樣品的質量/g;b是比色皿厚度/cm。

1.3.2 香氣組分的萃取

采用固相微萃取技術萃取鮮食黑糯玉米中的揮發性風味物質。準確稱量3 g鮮食黑糯玉米樣品和0.5 g NaCl置于20 mL頂空瓶中,并加入20 μL濃度為0.81 μg/mL的2-辛醇作為內標,在60 ℃條件下平衡15 min,然后用SPME萃取頭(50/30 μm,DVB/CAR/PDMS)頂空萃取30 min,再插入GC進樣口,250 ℃解析5min。所有樣品均使用相同的提取方法與檢測條件,重復檢測3次。

1.3.3 香氣組分的解析

色譜條件:HP-5MS型毛細管柱(30.00 m×0.25 mm),初始柱溫為40 ℃保持5 min,以5 ℃/min升至150 ℃,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持10 min,氦氣流量為1 mL/min,不分流進樣。質譜條件:電子轟擊離子源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,掃描范圍(m/z)33～550 aum。

1.3.4 香氣成分的定性定量及OAV計算

樣品中未知揮發性成分經色譜分離后,所得質譜信息經NIST08譜庫檢索及資料分析,對未知揮發性風味物質進行定性分析,采用半定量方法確定各檢出物的相對含量:

式中:Cx為檢出物質量分數;Ci為內標物質量分數;Ax為檢出物的色譜峰面積;Ai為內標物的色譜峰面積。

對各種揮發性風味物質定量后,依據參考文獻中各揮發性物質在水中的氣味閾值計算OAV:

式中:Cx為檢出物質量分數;OAVx為檢出物氣味活度值;OTx為檢出物在水中的氣味閾值/mg/kg。

1.4 數據分析

2 結果與分析

2.1 鮮食黑糯玉米營養成分測定結果

不同鮮食黑糯玉米樣品的基本營養成分測定結果如表2所示,與常見谷物相比,鮮食黑糯玉米的蛋白質質量分數高于水稻(6.81%),脂肪質量分數高于水稻(0.55%)、大麥(1.30%)、小麥(2.47%)和高粱(3.46%)灰分質量分數高于水稻(0.19%)、大麥(0.62%)和高粱(0.84%)[6],與普通的糯玉米相比[7],鮮食黑糯玉米不僅有更高的蛋白質和脂肪含量,而且黑糯玉米種皮中富含普通玉米所沒有的天然水溶性色素花色苷,具有抗氧化、清除自由基、降血脂等多種生物活性,表明與水稻、大麥和高粱等常見糧食作物和普通糯玉米相比,鮮食黑糯玉米具有更高的營養價值。由表2可知,同一品種不同產地的鮮食黑糯玉米(1#和2#)在灰分、淀粉、總糖和花色苷含量上有顯著性差異(P<0.05),這可能是由于溫度、光照、土壤等栽培條件不同導致的;相同產地不同品種的鮮食黑糯玉米(2#和3#)在灰分、淀粉、總糖、還原糖和花色苷含量上有顯著性差異(P<0.05),而在蛋白質和脂肪含量上沒有顯著性差異(P>0.05),說明產地和品種均會對鮮食黑糯玉米的灰分、淀粉、總糖和花色苷含量產生影響,同時不同品種的鮮食黑糯玉米還原糖含量差異較大。

表2 鮮食黑糯玉米營養成分表(以干基計)

2.2 鮮食黑糯玉米礦物質元素含量測定結果

玉米中含有豐富的礦物質元素,測定了不同鮮食黑糯玉米的礦物質元素含量(表3)。鉀是鮮食黑糯玉米中含量最高的元素,連黑甜糯2110(1#和2#)中的鉀元素含量均顯著高于蘇科糯1505(3#)中的鉀元素含量。鈣是人體骨骼和牙齒的重要組成物質,攝入不足會導致骨質疏松[8],1#中的鈣元素顯著高于2#,而2#和3#中的鈣元素含量沒有顯著性差異(P>0.05)。鋅元素是生物體中多種酶和重要蛋白質的結構輔助因子,參與機體的各種代謝,蘇科糯1505(3#)的鋅元素含量顯著高于連黑甜糯2110(1#和2#)。鐵是人體中血紅蛋白的重要組成成分,參與氧氣和二氧化碳的運載和交換[7],在生命活動中發揮著重要作用,硒元素在促進人體健康成長和發育方面作用顯著,是人體必需的微量元素之一,不僅可以提升人體免疫力,還對部分疾病有防御作用[9],鮮食黑糯玉米1#、2#和3#均含有較高含量的鐵和硒元素,且沒有顯著性差異。

表3 鮮食黑糯玉米礦物質元素含量表(以干基計)/mg/kg

測定了鮮食黑糯玉米1#、2#和3#中4種重金屬含量(表4),4種元素鉻、砷、鎘和鉛含量均低于 GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的要求(鉻<1.0 mg/kg,砷<0.5 mg/kg,鎘<0.1 mg/kg,鉛<0.2 mg/kg),說明鮮食黑糯玉米1#、2#、3#均可以放心食用。

表4 鮮食黑糯玉米重金屬元素含量表(以干基計)/mg/kg

2.3 鮮食黑糯玉米揮發性風味物質相對含量及OAV分析結果

鮮食黑糯玉米中揮發性風味物質種類多樣,含量豐富,采用頂空固相微萃取氣相色譜質譜聯用法對鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的揮發性風味物質進行測定,結果如表5所示,共鑒定出44種揮發性風味物質,可分為醇類、酯類、醛類、酮類、酚類、烴類和其他類,其中酯類、醛類和酮類物質在鮮食黑糯玉米的揮發性風味物質中占據較大比例,鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的酯類、醛類和酮類物質總質量分別占總風味物質的77.61%、59.43%和65.49%,對鮮食黑糯玉米的風味有較大貢獻。

續表5

醇類物質的前體物質主要是多不飽和脂肪酸,一般是脂質氧化而成的一類閾值較高的揮發性風味物質,當濃度足夠高時可對風味起重要貢獻作用[10]。鮮食黑糯玉米中共鑒定出6種醇類物質,與1#和2#相比,3#中正戊醇、1-戊烯-3-醇、正己醇和1-辛烯-3-醇含量顯著性增加(P<0.05),這些醇類物質主要貢獻甜香、果香和蔬菜香氣。1-辛烯-3-醇是煮熟的紫玉米的特征性風味物質之一,并對樣品的整體風味有較大貢獻[11],鮮食黑糯玉米中1-辛烯-3醇的含量為2.66～13.80 mg/kg。

酯類物質一方面可以通過醇與有機酸的酯化反應化學合成,另一方面游離氨基酸也為酯類風味物質的合成提供了豐富的原料[12]。蘇科糯1505中的酯類物質種類較少,只有己酸乙酯(12.96 mg/kg)和γ-壬內酯(8.88 mg/kg)2種。乙酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯和棕櫚酸乙酯是2種產地連黑甜糯2110(1#和2#)共有的風味物質,主要貢獻果香、甜香、蠟香和脂肪香氣,其中2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯在2種黑糯玉米中含量較高,分別為56.37 mg/kg和90.96 mg/kg。己酸乙酯是2種江蘇產地黑糯玉米(2#和3#)特有的物質,而棕櫚酸甲酯是海南產地黑糯玉米(1#)特有的酯類物質,兩者貢獻果香、甜香和椰香香氣。

醛酮類風味物質的生成主要與脂質氧化、還原糖降解、美拉德反應等多種反應有關[13]。醛酮類物質的種類和含量是揮發性風味物質總量中占比最大的,鮮食黑糯玉米1#、2#和3#中的醛酮類風味物質分別為18、12和12種。海南產地鮮食黑糯玉米(1#)區別于江蘇產地鮮食黑糯玉米(2#和3#)特有的醛酮類物質為2-己烯醛、3-環己烯-1-甲醛、苯乙醛、2,6-壬二烯醛、3-辛烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-酮,主要貢獻果香、堅果、甜香、脂肪、藥草、蘑菇香氣。值得注意的是,甲基庚烯酮是江蘇產地連黑甜糯2110特有的風味物質,同時也是渝糯930號的主要揮發性風味成分之一[4]。

酚類物質具有特殊的芳香氣味,均呈弱酸性,在環境中易被氧化,所以在玉米儲藏過程中對玉米風味會有一定的貢獻[14]。只在2種產地的連黑甜糯2110(1#和2#)中鑒定到了酚類物質有2,4-二叔丁基苯酚,并且含量較低,分別為12.66 mg/kg和0.03 mg/kg。烴類物質是由高級脂肪酸碳鏈斷裂或脫羧產生的[15],一般來說,飽和烴類具有較高的閾值,因此對整體風味的貢獻并不大[16]。在2種產地的連黑甜糯2110(1#和2#)中有二甲基二硫醚檢出,而另一品種黑糯玉米蘇科糯1505(3#)中未檢出,有研究表明:玉米經燙漂處理后含硫化合物占比最大,其中主要物質為二甲基硫醚,是貢獻煮熟玉米香氣的關鍵揮發性物質[17],由熱不穩定的化合物S-甲基甲硫氨酸磺酸鹽分解產生[17]。3-甲基呋喃在鮮食黑糯玉米1#、2#和3#中的含量有顯著性差異(P<0.05),分別為16.21、20.92、19.92 mg/kg,同時其在甜玉米汁和糯玉米汁中均有檢出[18]。

OAV(氣味活度值)是評價香氣化合物重要性的一個指標,一般認為OAV≥1的物質對樣品的整體風味有重要貢獻,且OAV值越大,則表示該香氣化合物對樣品風味的貢獻越大[12],表6表明,鮮食黑糯玉米中一共有19種物質的OAV≥1,其中鮮食黑糯玉米1#、2#和3#分別有17、12、12種物質的OAV≥1。鮮食黑糯玉米1#、2#、3#共有的特征性風味物質有:1-辛烯-3-醇、異戊醛、戊醛、正己醛、2-辛烯醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛和3-羥基-2-丁酮,海南產地鮮食黑糯玉米(1#)區別于江蘇產地鮮食黑糯玉米(2#和3#)特有的特征性風味物質為:2-己烯醛、庚醛、2,6-壬二烯醛、3-辛烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-酮,主要貢獻果香、藥香、脂香、甜香等香氣,蘇科糯1505(3#)區別于連黑甜糯2110(1#和2#)特有的特征性風味物質為己酸乙酯,是果香、甜香的主要貢獻者。

表6 鮮食黑糯玉米特征性揮發性風味物質OAV值

2.4 不同品種鮮食黑糯玉米香氣物質的多元統計分析結果

為了更直觀地顯示不同鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的揮發性風味物質含量的差異,對其進行標準化處理后進行聚類熱圖分析[19],結果如圖1所示,聚類熱圖橫向聚類結果反映鮮食黑糯玉米1#、2#和3#風味物質的含量差異關系,每一小方格代表一種揮發性風味物質,顏色由淺到深代表含量由低到高。3組鮮食黑糯玉米樣品被分成了兩大類,海南產地的連黑甜糯2110(1#)是一大類,江蘇產地的連黑甜糯2110(2#)和蘇科糯1505(3#)是一大類,可能是由于鮮食黑糯玉米風味物質的形成受當地光照、土壤、氣候等因素的影響導致的。此外,海南產地的連黑甜糯2110(1#)中酯類物質和醛類物質含量較高,如苯乙酸乙酯、γ-壬內酯、棕櫚酸甲酯、2-己烯醛、庚醛、3-環己烯-1-醛、苯乙醛和2,6-壬二烯醛等,這些物質主要貢獻果香、奶香、蠟香和堅果香氣;江蘇產地的連黑甜糯2110(2#)中正己醇、甲基庚烯酮和異戊烯醛含量較高,這些物質主要呈現果香、柑橘、甜香香氣;己酸乙酯、異戊醛、戊醛、正己醛、2-壬烯醛、正戊醇和1-辛烯-3-醇等物質在蘇科糯1505(3#)中含量較高,主要貢獻甜香、蠟香、脂肪、果香和蔬菜香氣。

偏最小二乘法判別分析(PLS-DA)是一種常見的檢驗樣本組間差異的方法,此方法是根據分組方案,弱化組內樣本差異,突出組間樣本差異,更便于發現組間樣本的差異性[20]。采用PLS-DA模型對鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的香氣物質含量進行比較分析,以第一主成分和第二主成分為橫縱坐標建立樣品和揮發性風味物質的得分圖和載荷圖見圖2。1#、2#和3#在主成分1上可以明顯地區分開,2#在主成分2上可以與其他樣品區分開,載荷值較大的物質在該主成分的區分上貢獻較大,正己醛、3-環己烯-1-甲醛和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯在第一主成分的載荷值較大,2-庚酮、正己醇和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇異丁酯在第二主成分的載荷值較大。通過變量重要性投影(VIP)分析每一個變量對PLS-DA模型的總體貢獻度,以VIP=1為閾值,通常認為VIP值大于1的物質是模型的重要標志物,VIP值越大,說明該物質在判別過程中貢獻越大,在樣品之間的差異越顯著[21],由圖2c可知,共有10種風味物質的VIP值大于1,包括1種醇類,2種酯類,4種醛類,2種酮類和1種烴類,但這并不全是鮮食黑糯玉米1#、2#和3#的標志性物質,結合OAV分析結果可知,共有4種化合物被鑒定為具有氣味貢獻的標記物,分別為:正己醛、庚醛、2-庚酮和3-辛烯-2-酮,標記物的確定在鮮食黑糯玉米鑒定和區分品種以及產地溯源方面有很大的應用前景。

圖1 不同鮮食黑糯玉米聚類熱圖分析

圖2 不同鮮食黑糯玉米PLS-DA分析

3 結論

鮮食黑糯玉米營養豐富,不同品種鮮食黑糯玉米中灰分、淀粉、總糖和花色苷的含量有顯著差異(P<0.05)。鮮食黑糯玉米礦物質元素種類繁多、含量豐富,鐵、鋅、硒等礦物質元素含量較高且沒有顯著差異(P>0.05)。采用HS-SPME-GC-MS對不同鮮食黑糯玉米的揮發性風味物質進行測定,共鑒定出44種揮發性風味物質,且在風味物質種類和含量方面有較大差異,其中特征性風味物質包括1-辛烯-3-醇、異戊醛、戊醛、正己醛、2-辛烯醛、壬醛、2-壬烯醛、癸醛和3-羥基-2-丁酮;結合OAV和PLS-DA法確定了正己醛、庚醛、2-庚酮和3-辛烯-2-酮可以作為區分不同鮮食黑糯玉米的標志性化合物。本研究表明了不同產地和品種鮮食黑糯玉米在營養成分、礦物質元素和風味物質方面的差別,為鮮食黑糯玉米品種的鑒定和產地的溯源提供參考。