張慧玲，王志偉，周中凱

(天津科技大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457)

藜麥?zhǔn)且环N原產(chǎn)于南美洲安第斯山區(qū)的抗逆植物，是一種營養(yǎng)價值極高的“類全谷物”[1]，適宜人類食用的全營養(yǎng)食品[2]，在西部省份廣泛種植．我國山西靜樂縣成功地引種藜麥，2012年，靜樂縣藜麥種植面積達到86公頃，總產(chǎn)量23.4萬kg，種植面積位列非原產(chǎn)地國家第二位，僅次于美國[3]．相比于普通農(nóng)作物秸稈，其含有較高的粗蛋白(8%)、粗脂肪含量(1.5%～2%)，能夠作為優(yōu)良的飼草料資源，但并未得到充分利用．目前，以食草牲畜為主的“節(jié)糧型”畜牧業(yè)高速發(fā)展，且秸稈類粗飼料的開發(fā)利用越來越受到人們關(guān)注，由于此類粗飼料一般存在體積大、適口性差等缺點，動物對其消化吸收率較低，因此對秸稈作一定的前處理很有必要．

通過借鑒蒸汽爆破(以下簡稱汽爆)、微貯對玉米秸稈加工的文獻報道，本課題組前期已系統(tǒng)研究了汽爆、發(fā)酵對藜麥秸稈理化指標(biāo)的影響[4]，發(fā)現(xiàn)汽爆及發(fā)酵加工方法顯著降解了木質(zhì)纖維素含量，將秸稈纖維成分有效轉(zhuǎn)化為可溶物，可溶性糖含量顯著增加，提高了秸稈的營養(yǎng)價值．從營養(yǎng)學(xué)角度上看，風(fēng)味也是飼料感官及飼用品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，為了進一步探討汽爆、發(fā)酵對秸稈風(fēng)味的影響及風(fēng)味化合物的變化規(guī)律，優(yōu)化工藝參數(shù)，本研究采用頂空固相微萃取法(HS-SPME)提取不同汽爆條件及發(fā)酵后秸稈飼料中的揮發(fā)性風(fēng)味成分，并采用氣相色譜–質(zhì)譜(GCMS)聯(lián)用定性分析其成分構(gòu)成．

1 材料與方法

1.1 材料

同一時期收割的藜麥秸稈風(fēng)干，水分為 10%～12%，粉碎至長度 2～3cm，保存于密閉的塑料袋．vm88秸稈分解劑，吉林唯美生物飼料科技有限公司．

固相微萃取手動進樣手柄、DVB/CA/PDMS(2cm，50/30μm)纖維頭，美國 Supelco 公司；QP2010Ultra型氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國 Varian公司；QBS–2008型蒸汽爆破設(shè)備(汽爆容積5L)，鶴壁正道生物能源有限公司；BSA623S型電子分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；高速多功能粉碎機，上海緣沃工貿(mào)有限公司；呼吸膜發(fā)酵飼料專用袋，浙江蒼南縣金壩包裝工藝品廠．

1.2 方法

1.2.1 藜麥秸稈汽爆處理

將切碎的藜麥秸稈加水至含水率為50%[5]，分別稱取 200g樣品加入到汽爆反應(yīng)器中，依次在 0.5、1.0、1.5MPa壓力汽爆，保壓時間均為 5min．處理完成后，快速打開反應(yīng)器底部的球閥將物料取出，自然曬干、粉碎．

1.2.2 藜麥秸稈微生物發(fā)酵處理

營養(yǎng)液制備：根據(jù)秸稈分解劑制作營養(yǎng)液的方法按照1﹕100的比例縮小．取2g分解劑與500g玉米粉裝進呼吸膜發(fā)酵飼料專用袋中，并加入 1500g溫水?dāng)嚢杈鶆?，封口，密封發(fā)酵5d，出現(xiàn)酒香味即可．

生物發(fā)酵：分別取3種壓力汽爆處理后的秸稈粉及原秸稈粉 100g，加入 10%營養(yǎng)液(即 10g)，裝入發(fā)酵袋中，攪拌均勻，封口并密封發(fā)酵7d．

1.2.3 頂空固相微萃取操作方法

稱取1g樣品于15mL氣相頂空瓶中，70 ℃恒溫水浴30min，將SPME針頭穿過樣品瓶密封隔墊，于樣品瓶頂空部分伸出固相萃取頭，靜置萃取 30min，收回固相萃取頭，取出萃取裝置，待氣相色譜儀處于準(zhǔn)備狀態(tài)后，將 SPME針頭插入進樣口，伸出固相萃取頭，250℃解吸15min．下次取樣前，首先將SPME萃取頭在250℃老化30min[6]．

1.2.4 氣相色譜–質(zhì)譜檢測條件

色譜條件：色譜柱為 VF–5ms(30m×0.25mm×0.25μm)，固定相為聚乙二醇，載氣為高純氦氣(99.999%)，流量 1.0mL/min，進樣口溫度 250℃，分流比5﹕1．初始爐溫40℃保持3min，以4℃/min升至150℃，保持1min，再以8℃/min 升至250℃，保持 6min．

質(zhì)譜條件：電子電離源，電子能量 70eV，離子源溫度 220℃，接口溫度 280℃，相對分子質(zhì)量掃描范圍 43～500，調(diào)諧文件為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧，數(shù)據(jù)采集為全掃描模式，無溶劑延遲．

對檢測結(jié)果的定性分析，以計算機檢索 NIST11譜庫、人工解析圖譜，結(jié)合相似度并參考有關(guān)文獻，共同確定揮發(fā)性成分，揮發(fā)性成分相對含量采用面積歸一化法．

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈揮發(fā)性成分分析

原秸稈及不同汽爆條件處理的秸稈初始時總離子流色譜圖如圖1所示．

圖1 汽爆前后秸稈的揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS分析總離子流圖Fig. 1 GC-MS chromatograph of volatile flavor components of four kinds of straw before and after steam explosion

由圖 1可以看出，與原秸稈相比，汽爆處理顯著地改變了秸稈揮發(fā)性風(fēng)味成分．從表 1的分析結(jié)果可以看出：原秸稈中鑒定出 76種揮發(fā)性風(fēng)味成分，包括醇類22種、酮類13種、醛類18種、酯類10種、芳香類 6種、烴類 3種及其他類 4種．同時結(jié)果顯示，3種不同汽爆條件也會導(dǎo)致風(fēng)味成分在數(shù)量及相對含量上存在顯著性差異，其中0.5MPa汽爆樣品中鑒定出90種風(fēng)味成分，包括醇類24種、酮類24種、醛類18種、酯類4種、芳香類8種、酸類1種、烴類9種及其他2種；1.0MPa汽爆樣品鑒定出93種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括醇類 21種、酮類 19種、醛類 21種、酯類5種、酸類1種、芳香類14種、烴類10種及其他 2種；1.5MPa汽爆樣品中鑒定出 88種揮發(fā)性風(fēng)味成分，包括醇類15種、醛類24種、酮類15種、芳香類14種、酯類 3種、烴類 13種、酸類1種及其他3種．

表1 汽爆前后秸稈主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS分析結(jié)果Tab. 1 GC-MS analysis of the major volatile substances of four kinds of straw before and after steam explosion

續(xù) 表

在醇類風(fēng)味物質(zhì)中，1–壬醇在4種樣品中均檢測到，且占比例較高，具有類似于香茅油氣味，存在于甜橙、苦橙、柚和橡苔等精油中；正己醇在原樣(6.51%)中相對含量最高，其次為 0.5 MPa(0.57%)、1.0 MPa(0.18%)，在 1.5 MPa汽爆秸稈中未檢出，正己醇廣泛存在于柑橘類、漿果、茶葉、艾葉、薰衣草等的多種精油中[7]，無色透明，具有水果芬芳的香味；另外，在 3種汽爆秸稈中檢測到α-松油醇、2，4a，5，8a–四甲基–1，2，3，4，4a，7，8，8a–八氫萘醇等，而原樣中未檢出，這應(yīng)該是由于汽爆過程中木質(zhì)素發(fā)生少量的降解產(chǎn)生的．酯類在所檢成分占有較大比例，其中2，4a，5，8a–四甲基–1，2，3，4，4a，7，8，8a–八氫萘醇乙酸酯只在汽爆樣品中檢測到，可能是由木質(zhì)素降解的醇與酸酯化生成的．醛類物質(zhì)在所檢成分中占比例最高，1.0MPa及 1.5MPa相比其他 2種樣品數(shù)量多，其中壬醛含量最高，其次為己醛、癸醛，壬醛具有玫瑰、柑橘等香氣，有較強的油脂氣味，存在于紅茶、綠茶中；己醛是一種具有青草氣及蘋果香味的成分[8]，天然品存在于蘋果、草莓、茶葉中[9]．在酮類物質(zhì)中，植酮含量最高，其次為馬兜鈴?fù)?，具有青木香，僅在汽爆秸稈中檢測到．原秸稈中的芳香類物質(zhì)數(shù)量遠比汽爆處理后的少，汽爆樣品檢測到的芳香類成分的種類差別不大，其中 1.0 MPa汽爆樣品數(shù)量最多，但各成分相對含量存在差別，例如，苯甲醛含量最高，廣泛存在水果和蔬菜中[10]，主要以苷的形式存在于植物的莖皮、葉或種子中，具有苦杏仁味[11]；其次為苯乙醛、愈創(chuàng)木酚、苯乙醇．在汽爆秸稈中檢測到微量酸性成分(只有乙酸、己酸等)，而原樣中未檢出，主要是由于汽爆時，秸稈在高溫高壓蒸汽中，半纖維素組分部分降解，產(chǎn)生一些酸性物質(zhì)[12]．此外，在所檢成分中含有少量烯烴類及呋喃類化合物，其中 2–戊基呋喃、Β–瑟林烯含量較高，這些物質(zhì)大多具有芳香味，2–戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及類似蔬菜的香韻，天然存在于歐芹、咖啡、土豆片中．

2.2 汽爆前后不同秸稈中各類別含量的比較

不同秸稈各類別含量見表 2．在原樣(Y)中，醇、醛兩大類物質(zhì)為主要特征風(fēng)味，汽爆處理導(dǎo)致其含量下降，而酯類、酮類、芳香類含量上升，但汽爆強度并非越強越好，強度過高，糠醛含量增加，會產(chǎn)生不悅的味道，秸稈顏色會變暗[13]，且從表 1看出僅在1.5MPa壓力下，糠醛含量為 0.59%總之，從數(shù)量及種類上分析 1.0MPa汽爆秸稈揮發(fā)性成分最多且豐富，故在1.0MPa壓力下汽爆效果較好．

表2 汽爆前后4種秸稈揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS分析結(jié)果匯總Tab. 2 Summary of the volatile flavor components of four kinds of straw before and after steam explosion

2.3 發(fā)酵處理后秸稈揮發(fā)性成分分析

將上述汽爆后的秸稈再經(jīng)發(fā)酵處理，得到秸稈發(fā)酵后揮發(fā)性風(fēng)味成分 GC-MS分析總離子流，如圖 2所示．

4種秸稈發(fā)酵飼料的揮發(fā)性風(fēng)味成分數(shù)量及相對含量差異不大，說明其風(fēng)味大致相同．發(fā)酵處理后4種秸稈風(fēng)味成分的主要種類及相對含量見表 3．由表 3的分析結(jié)果可以看出：從YF中鑒定出91種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括醇類 17種、醛類 15種、酮類 8種、酯類35種、酸類1種、芳香類7種、烴類6種及其他2種；從0.5F中鑒定出86種揮發(fā)性風(fēng)味成分，包括醇類22種、醛類11種、酮類8種、酯類27種、酸類 2種、芳香類 8種、烴類 5種及其他 3種；從1.0F中鑒定出 93種揮發(fā)性風(fēng)味成分，包括醇類 20種、醛類15種、酮類8種、酯類28種、酸類3種、芳香類9種、烴類6種及其他4種；從1.5F中鑒定出97種風(fēng)味物質(zhì)，包括醇類 20種、醛類 15種、酸類 1種、酮類12種、芳香類11種、酯類27種、烴類7種及其他4種．

圖2 復(fù)合處理前后秸稈揮發(fā)性風(fēng)味成分 GC-MS分析總離子流圖Fig. 2 GC-MS chromatograph of volatile flavor components of straw before and after treatment

2.4 發(fā)酵處理后不同秸稈中各類別含量的比較

不同樣品中各類別含量見表 4．原秸稈及汽爆秸稈經(jīng)生物發(fā)酵后，其風(fēng)味物質(zhì)仍主要包括醇類、酯類、芳香類、醛類等，1.0F樣品所測風(fēng)味物質(zhì)較多．發(fā)酵過程中，秸稈中的糖經(jīng)秸稈分解劑中微生物代謝會產(chǎn)生醇類化合物，含羰基化合物(如酯類)則主要來源于高級醇氧化等[14]，故醇類、酯類物質(zhì)種類及相對含量增加．

表3 復(fù)合處理前后秸稈主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS分析結(jié)果Tab. 3 GC-MS analysis of the major volatile substances of straw before and after steam explosion before and after treatment

續(xù) 表

乙醇的含量在所測醇類物質(zhì)中比例最高，是秸稈酒香味的主要來源之一；在酯類成分中，棕櫚酸乙酯含量最多，呈微弱蠟香、果爵和奶油香氣，用于堅果類食品；其次為己酸乙酯，具有果香味的香料，是濃香型酒的主體香氣成分，同樣乙酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯也是常見的具有水果香味的食用香精[15]，其相對含量在 4種樣品中存在一定差異．此外，發(fā)酵后樣品的芳香味物質(zhì)在檢出風(fēng)味成分中所占比例有所提高，另外 1.0MPa、1.5MPa汽爆樣品經(jīng)發(fā)酵后產(chǎn)生了一些微量吡嗪類物質(zhì)，比如2–甲基吡嗪、2，6–二甲基吡嗪，具有堅果香、可可和咖啡的香氣特點[16]，類似于藜麥籽粒淡淡的堅果清香或者人參香；酸性物質(zhì)如乙酸在 YF、0.5F、1.5F飼料中檢出，說明其酸味較酒香味濃，發(fā)酵品質(zhì)較次，整體來說，1.0F發(fā)酵品質(zhì)較好，產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)較好．

表4 復(fù)合處理前后秸稈揮發(fā)性風(fēng)味成分GC-MS分析結(jié)果匯總Tab. 4 Summary of the volatile flavor components of straw before and after treatment

2.5 兩種處理方式之間風(fēng)味物質(zhì)的比較

由上述汽爆、發(fā)酵處理前后風(fēng)味物質(zhì)之間的比較，得出 1.0MPa汽爆秸稈得到的風(fēng)味成分較好，且1.0MPa汽爆秸稈經(jīng)發(fā)酵后氣味較好．兩種處理方式秸桿風(fēng)味成分組成如圖3所示．

圖3 兩種處理方式秸稈風(fēng)味成分組成Fig. 3 Composition of straw flavor ingredients after two treatments

由圖 3可知：原秸稈發(fā)酵(YF)后，醇類、醛類含量減少，但差異不大，酯類、芳香類物質(zhì)含量分別增加了 59.57%、6.73%，說明生物發(fā)酵處理可以改善秸稈的風(fēng)味；原樣(Y)與 1.0MPa汽爆秸稈相比，醛類物質(zhì)含量差異不大，汽爆秸稈中酯類、芳香類物質(zhì)含量依次增加了 25.66%、7.85%，雖醇類成分減少，但經(jīng)汽爆后產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)數(shù)量較多，故汽爆處理對改善秸稈飼用價值有潛力；此外1.0MPa汽爆秸稈再經(jīng)生物發(fā)酵處理(1.0F)后，共產(chǎn)生 93種風(fēng)味物質(zhì)，酯類、芳香類成分相比于原樣分別提高了 40.27%、12.02%，具有果香、草香、奶香等的風(fēng)味物質(zhì)含量增多，主要包括乙醇、乙酸乙酯、棕櫚酸乙酯、丙位壬內(nèi)酯、己醛等，同時產(chǎn)生吡嗪類等雜環(huán)化合物，使得飼料整體呈現(xiàn)特殊香味，并使飼養(yǎng)環(huán)境充滿濃郁的香味，動物則通過呼吸作用刺激嗅覺，以及利用飼料良好的風(fēng)味刺激味覺，再由大腦發(fā)出指令，促使消化液分泌和胃腸蠕動，產(chǎn)生食欲，啟動采食行為，還有產(chǎn)生的愈創(chuàng)木酚、苯甲醛、呋喃類等物質(zhì)有減緩飼料氧化的作用[17]，延長貯藏時間，提高飼料品質(zhì)．總之，秸稈經(jīng)1.0MPa汽爆與發(fā)酵復(fù)合處理后產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)及呈有的特殊氣味更有利于提高其適口性．

3 結(jié) 論

本實驗中采用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用方法檢測不同處理方式下藜麥秸稈的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要揮發(fā)性風(fēng)味成分包括醇類、酯類、芳香類、醛類、酮類、呋喃類、吡嗪類物質(zhì)等．結(jié)果表明，1.0MPa壓力汽爆及發(fā)酵的復(fù)合處理方式可以使秸稈飼料蓬松、柔軟，改善其口感提高其感官品質(zhì)，從而優(yōu)化其在動物飼料方面的應(yīng)用．