CN114324694A - 一种大麦茶香气成分和口感品质的分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，利用电子鼻和顶空固相微萃取‑气相‑质谱联用(HS‑SPME‑GC‑MS)分析技术对不同炒制工艺下大麦茶中的香气成分进行检测分析，对测试结果进行PCA主成分分析和LDA线性判别分析，获得大麦茶中挥发性香气物质的气味强度指纹图谱，能够快速地对不同炒制温度的大麦茶的香气品质进行判别和分析；利用电子舌技术对大麦茶的口感进行评价，分析方法快速、简单、准确度高，能够对不同炒制程度加工的大麦茶中香气成分的变化进行有效区分和量化分析，对其口感进行评价，客观的评价大麦茶的香气品质。
Description
技术领域
本发明属于香气物质检测技术领域，具体涉及一种大麦茶香气成分和口感品质的分析方法。
背景技术
大麦(Hordeum vulgare L.)是世界上最古老的谷类作物之一，是世界第四大谷类作物。大麦富含酚酸、黄酮、甾醇、木酚素、酚醇、叶酸等功能成分，具有抗糖尿病、抗癌、预防心血管疾病、抗氧化、降低胆固醇等作用，是营养成分和功能成分的完美结合。
大麦主要用作啤酒工业原料、畜牧业饲料和食品加工原料。大麦茶由大麦的籽粒加工制成，被公认为一种健康食品。随着人们生活水平日益提高以及对代用茶的研究逐渐增多，大麦茶的饮用价值逐渐凸显。大麦茶具有防暑止渴、助消化、降血糖、缓解疲劳的作用。大麦茶以其独特的香气和有益的功效在亚洲和欧洲越来越受欢迎，尤其在中国、日本和韩国广为流行。
目前国内关于大麦茶的研究主要集中在大麦茶或大麦茶饮料的制备方法，对于大麦茶中的香气成分和口感品质检测报道几乎没有。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，获得大麦茶中挥发性香气物质的气味强度指纹图谱，能够快速的对不同炒制温度的大麦茶的香气品质进行判别和分析，能够对不同炒制程度加工的大麦茶中香气成分的变化进行有效区分和量化分析，对其口感进行评价，分析方法快速、简单、准确度高，重复性好、灵敏度高，客观地评价了大麦茶的香气品质。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，包括以下步骤：
1)炒制大麦茶
将大麦倒入电加热滚筒内，于160～300℃炒制20～40min，保存备用；
2)判别大麦茶香气品质
称取步骤1)炒制好的大麦茶样品3～5g置于容器中，封口，室温下静置0.5～2h后利用电子鼻对大麦茶的香气品质进行检测，每个样品准备3-6个平行；
所述电子鼻含有10个不同的金属氧化物传感器，组成传感器阵列，对苯类芳香物质、氮氧化合物、氨类化合物、氢气、烷烃芳香化合物、短链烷烃化合物、无机硫化物、醇醚醛酮类化合物、有机硫化物芳香成分及长链烷烃成分物质进行含量测定；
对测试结果进行PCA主成分分析和LDA线性判别分析气味强弱的对比及气味成分的差异；
3)分析大麦茶中的香气成分
称取步骤1)炒制的大麦茶样本，转移至顶空进样瓶中，加入葵酸乙酯的乙醇溶液，进行顶空固相微萃取HS-SPME后，进行气相-质谱联用GC-MS分析，每个样品3-6个平行；
萃取条件：30～60℃的恒温条件下，震荡10～20min，顶空萃取30～60min；色谱条件：恒流流速0.8～1.2mL/min，溶剂延迟1.5～2min；程序升温：40～60℃保持3～5min，以5℃/min升至150～200℃，保持2～5min，以10℃/min升至220℃，保持0min；质谱条件：质量扫描范围：m/z 20-650；
定性分析：各组分经NIST.11Library标准谱库进行检索分析，确认挥发性成分；
定量分析：通过Aglient数据分析软件，以各组分峰面积占总峰面积的百分比来表示各种挥发性成分的相对含量；
4)分析大麦茶口感
分别称取步骤1)中炒制的样品置于容器中，添加烧开的纯净水，密封膜封口浸泡3～5min后过滤出茶汤，待温度降至室温后利用电子舌设备对大麦茶茶汤的酸味、苦味、涩味、苦味回味、涩味回味、鲜味、丰富性和咸味进行检测；
数据处理：以参比溶液为无味点，参比溶液由KCl和酒石酸组成味觉值，故酸味的无味点为-13，咸味的无味点为-6，以此为基准，对数据进行分析，当样品的味觉值低于无味点时说明样品无该味道，结果用雷达图表示。
进一步，步骤2)中，电子鼻的检测方法采用直接顶空吸气法，将进样针头直接插入含样品的密封样品杯中，采样时间为1～3秒/组，传感器自清洗时间为100～200s，传感器归零时间为5～10s，样品准备时间为5～10s；进样流量为400～600mL/min，分析采样时间为100～200s。
又，步骤3)中，HS-SPME的萃取条件是：30～60℃的恒温条件下，震荡10～20min，震荡速度为400～500rpm，震荡方式为：5s开，2s关；用50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头插入样品顶空部分，顶空萃取30～60min，于250℃下解析5min。
优选地，步骤3)中的气相色谱条件是：HP-5ms毛细管柱，载气为纯度不小于99.999％的高纯氦气，恒流流速0.8～1.2mL/min，进样口温度250℃，不分流进样，溶剂延迟1.5～2min；程序升温：40～60℃保持3～5min，以5℃/min升至150～200℃，保持2～5min，以10℃/min升至220℃，保持0min。
又，步骤3)中，质谱条件是：电子轰击离子源(EI)，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，电子能量70eV，扫描方式为全扫描模式(SCAN)，质量扫描范围：m/z 20-650。
进一步，步骤3)中，葵酸乙酯的乙醇溶液浓度为0.002～0.04mg/mL。
又，步骤3)中，进行定量分析的成分为11类化合物，包括：烃类、酯类、吡嗪类、醛类、醇类、吡啶类、酮类、呋喃类、嘧啶类、萘类和苯酚类化合物。
又，步骤4)中，电子舌检测的测试用液：参比溶液包括氯化钾30mM和酒石酸0.3mM；负极清洗液包括盐酸100mM和乙醇30vol％；正极清洗液宝括氢氧化钾10mM、氯化钾100mM和乙醇30vol％。
本发明的大麦茶香气成分和口感品质的分析方法用于大麦茶的炒制工艺、风味研究和进一步的产品开发过程。
本发明利用电子鼻和顶空固相微萃取-气相-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)分析技术对大麦茶中的香气成分进行检测分析，获得大麦茶中挥发性香气物质的气味强度指纹图谱，能够快速的对不同炒制温度的大麦茶的香气品质进行判别和分析；利用电子舌技术对大麦茶的口感进行评价，分析方法快速、简单、准确度高，能够对不同炒制程度加工的大麦茶中香气成分的变化进行有效区分和量化分析，对其口感进行评价，客观的评价了大麦茶的香气品质，对于大麦茶中的香气成分鉴定和大麦茶的口感品质具有重要意义。
本发明中，电子鼻系统含有10个不同的金属氧化物传感器，组成传感器阵列，分别是：W1C，用于检测苯类芳香成分；W5S，检测氮氧化合物；W3C，检测氨类和芳香成分；W6S，检测氢气；W5C，检测烷烃芳香成分；W1S，检测甲烷等短链烷烃；W1W，检测无机硫化物；W2S，检测醇醚醛酮类；W2W，检测芳香成分和有机硫化物；W3S，检测烷烃类尤其是长链烷烃类成分。
本发明具有如下有益效果：
本发明根据大麦茶中的挥发性香气物质的含量特点，采用直接顶空吸气法，设定了合适的电子鼻检测条件，获得大麦茶中挥发性香气物质的气味强度指纹图谱，通过对不同温度炒制的大麦茶的香气品质进行主成分和线性判别分析，能够快速的对不同炒制温度的大麦茶的香气品质进行判别和分析，使不同炒制工艺的大麦茶在气味上的差异良好地展现出来并进行区分。
本发明基于顶空固相微萃取和气相色谱－质谱联用法测定大麦茶中挥发性成分，分析方法快速、简单、准确度高，能够对大麦茶中挥发性成分和相对含量进行定性定量分析，为大麦茶香气品质的评价提供技术指导。
本发明利用电子舌技术对大麦茶的口感进行检测，能够快速对不同炒制工艺的大麦茶口感进行评价。
本发明将电子鼻、顶空固相微萃取气相色谱－质谱和电子舌技术相结合，能够对不同炒制程度加工的大麦茶中香气成分的变化进行有效区分和量化分析，对其口感进行评价，客观的评价了大麦茶的香气品质，从而明确了大麦茶中的挥发性香味成分，为大麦茶的炒制工艺、风味研究和进一步的产品开发提供理论依据。
附图说明
图1为本发明实施例中不同炒制温度处理的大麦茶的香气品质的PCA主成分分析图，其中，X轴为第一主成分对气味的贡献程度，Y轴为第二主成分对气味的贡献程度。
图2为本发明实施例中不同炒制温度处理的大麦茶的香气品质的LDA线性判别分析图，其中，X轴为第一主成分对气味的贡献程度，Y轴为第二主成分对气味的贡献程度。
图3为本发明实施例中不同炒制温度处理的大麦茶口感品质电子舌测试的雷达分析图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例中的电子鼻：德国Airsense PEN3；气相色谱-质谱联用仪：Agilent 7890B-5977B；电子舌：日本INSENT，TS-5000Z；测试材料为“花30”品种的大麦籽粒收获后炒制成的大麦茶，由上海市农业科学院生物技术研究所植物细胞工程研究室提供。
实施例不同炒制温度下大麦茶中香气成分和口感品质的评价
1.大麦茶的炒制工艺
分别将10公斤大麦倒入温度为160℃、240℃和300℃的电加热滚筒内进行炒制，炒制时间30min，将炒制好的大麦茶室温冷却，置于密封袋中保存备用，依次编号为1#、2#和3#大麦茶样品。
2.电子鼻判别不同炒制温度处理的大麦茶的香气品质
分别称取不同炒制温度下的5g样品置于100mL的烧杯中，双层保险膜封口，室温下静置1h后上机测试，每个样品准备3个平行；直接顶空吸气法，直接将进样针头插入含样品的密封样品杯中，电子鼻进行测定。
所用的电子鼻系统含有10个不同的金属氧化物传感器，组成传感器阵列，分别是：W1C，用于检测苯类芳香成分；W5S，检测氮氧化合物；W3C，检测氨类和芳香成分；W6S，检测氢气；W5C，检测烷烃芳香成分；W1S，检测甲烷等短链烷烃；W1W，检测无机硫化物；W2S，检测醇醚醛酮类；W2W，检测芳香成分和有机硫化物；W3S，检测烷烃类尤其是长链烷烃类成分。
采用直接顶空吸气法，将进样针头直接插入含样品的密封样品杯中，采样时间为1秒/组；传感器自清洗时间为100秒；传感器归零时间为5秒；样品准备时间为5秒；进样流量为400mL/min；分析采样时间为100s。
对测试结果进行PCA主成分分析和LDA线性判别分析，结果参见图1-图2。
PCA主成分分析结果：第一和第二主成份贡献率达到99.615％，基本上涵盖了样本的大部分原始信息，其中第一主成分(X轴)的贡献率为99.217％，第二主成分(Y轴)的贡献率为0.39％。
由图1可见，炒制不同程度的大麦茶在气味上的差异可通过电子鼻测试，并很好的展示出样品挥发性成分的整体差异。从三个样品在图中的分布并结合传感器响应值可见，1#的挥发性气味最弱，与2#、3#在气味上的差异很大，而炒制程度不同的2#和3#两者在挥发性气味上的差异则很小，在图中二者重叠，可见两者气味之间的差异不大，很难完全区分开来。
由LDA线性判别分析可见，在LDA分析中样品被最大限度的区分开来，从图中可见样品之间的挥发性成分区分更加明显，趋势与PCA相似，同样可见1#的气味与2#、3#差异很大，此时2#和3#可以完全区分。
3.HS-SPME-GC-MS分析大麦茶中的香气成分
分别称取不同炒制温度下样本的2g，转移至20mL顶空进样瓶中，加入20μL葵酸乙酯(0.002mg/mL，乙醇配制)，用于HS-SPME-GC-MS分析。
萃取条件：60℃恒温条件下，震荡15min，震荡速度为450rpm(5s开，2s关)，50/30μmDVB/CAR/PDMS萃取头插入样品顶空部分，顶空萃取40min，于250℃下解析5min，然后进行GCMS分离鉴定。
萃取头Fiber萃取前在Fiber Conditioning Station中老化2h，采样前后分别在Fiber Conditioning Station中加热解吸去杂10min。
色谱条件：HP-5ms毛细管柱：30m×0.25mm×0.25μm，Agilent J&W Scientific，Folsom，CA，USA；载气为纯度不小于99.999％的高纯氦气，恒流流速1.0mL/min，进样口温度250℃，不分流进样，溶剂延迟1.5min。程序升温：40℃保持3min，以5℃/min升至150℃，保持2min，以10℃/min升至220℃，保持0min。
质谱条件：电子轰击离子源(EI)，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，电子能量70eV。扫描方式为全扫描模式(SCAN)，质量扫描范围：m/z 20-650。
各组分经NIST.11Library标准谱库进行检索分析，确认挥发性成分，得出定性分析结果。通过采用Aglient数据分析软件，以各组分峰面积占总峰面积的百分比来表示各种挥发性成分的相对含量，得到定量分析结果。
从上述3个大麦茶样本中鉴定了93个，11种挥发性成分，主要包括烃类、酯类、吡嗪、醛类、醇、吡啶、酮、呋喃、嘧啶、萘和酚类。
在3种大麦茶样本中鉴定了93个挥发性化合物，根据挥发性化合物的化学性质，将其分为11类：烃类46个、酯类18个、吡嗪类8个、醛类6个、醇类5个、吡啶类3个、酮类3个、呋喃类2个、嘧啶类2个、萘类2个、苯酚类1个，详见表1。
在三个样品中分别鉴定出68种、66种和47种挥发性化合物，其中，烃类和酯类化合物含量最高。烃类化合物主要来源于美拉德反应的脂质降解，具有较高的阈值，因此它们对风味属性的影响很小。三个大麦茶样本中的烯烃含量都不高，对大麦茶香气的贡献很小。酯类具有果香或花香，是由羧酸和醇之间的酯化反应形成的。
三个样品中的酯类差异很大，只有两种成分相同，即2-甲基丁酸己酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯。吡嗪类具有烘烤和坚果香气，是加热过程中美拉德反应的产物。大麦茶1#中未检测到吡嗪，而大麦茶2#和3#中除了2,3-二乙基-5-甲基-吡嗪外，其他类型的吡嗪相同。
醛类具有青草、绿色、花香和甜美的香气。醛的阈值较低，对香气的贡献更大。大麦茶1#中的醛类与其他两种茶不同，而大麦茶2#和3#中的醛类基本相同；醇类具有植物香气。
酮类化合物具有花香、奶油香和果香。大麦茶1#中检测到的酮类包括2-十五酮和6,10,14-三甲基-2-十五酮，大麦茶2#中未检测到酮类，大麦茶3#检测到一种酮类成分，4-乙基-2-羟基环戊-2-烯-1-酮。
大麦茶2#和3#中含有更丰富的其他类型的化合物，如吡啶、嘧啶和呋喃。吡啶、嘧啶和呋喃是美拉德反应产物，这些含氮和氧且阈值较低的杂环化合物对烘焙风味的贡献很大；呋喃类化合物的可提供焦糖、咖啡和面包的香味。
综合数据显示，3种大麦茶具有不同的香气成分，这与电子鼻测试的结果一致。随着炒制的增加，烷烃、烯烃、酯和醇的含量降低，而芳烃、吡嗪和醛的含量则升高。烘烤导致大量形成吡嗪和呋喃化合物，使大麦茶具有更丰富的花香、烘烤和坚果香气。
4.电子舌分析大麦茶口感品质
分别称取3g样品置于250mL的烧杯中，添加150mL烧开的纯净水，保鲜膜封口浸泡3min后过滤出茶汤，待温度降至室温后上机测试。
电子舌的检测条件：直接顶空吸气，采样时间为1秒/组，传感器自清洗时间为100s，传感器归零时间为5s，样品准备时间为5s；进样流量为400mL/min，分析采样时间为100s。
参比溶液包括：氯化钾30mM和酒石酸0.3mM，负极清洗液包括：盐酸100mM和乙醇30vol％，正极清洗液宝括：氢氧化钾10mM、氯化钾100mM和乙醇30vol％
数据处理：以参比溶液(reference)为无味点，参比溶液由KCL和酒石酸组成味觉值，故酸味的无味点为-13，咸味的无味点为-6，以此为基准，对数据进行分析，当样品的味觉值低于无味点时说明样品无该味道，反之则有，结果用雷达图表示。
采用电子舌测试三种大麦茶中的味觉成分。大麦茶的味觉指标主要是苦味、苦味回味、鲜味和丰富性，根据3种大麦茶对传感器的响应值的绘制雷达图，参见图3。
从图3中可见，3种大麦茶样品的味觉趋势基本是一致的，但在苦味、苦味回味、鲜味等指标上存在明显的差异。苦味和苦味回味由大到小的顺序是大麦茶3#>大麦茶2#>大麦茶1#。鲜味方面由大到小为，大麦茶2#>大麦茶3#>大麦茶1#。根据GC-MS结果和电子鼻数据的PCA和LDA分析，可以很好地区分不同大麦茶的挥发性香气成分。
由GC-MS的结果可以看出，在大麦茶炒制过程中，温度的升高导致大量形成吡嗪和呋喃化合物，使大麦茶具有更丰富的花香、烘烤和坚果香气。但过高的炒制温度也会使挥发性成分种类和含量降低。大麦茶2#的香气比大麦茶1#的更丰富，香气成分含量高于大麦茶3#。此外，根据电子舌测试结果，大麦茶2#苦味适中，鲜味浓郁。综合结果来看，大麦茶2#风味口感最佳。
Claims (9)
1.一种大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，包括以下步骤：
1)炒制大麦茶
将大麦倒入电加热滚筒内，于160～300℃炒制20～40min，保存备用；
2)判别大麦茶香气品质
称取步骤1)炒制好的大麦茶样品3～5g置于容器中，封口，室温下静置0.5～2h后利用电子鼻对大麦茶的香气品质进行检测，每个样品准备3～6个平行；
所述电子鼻含有10个不同的金属氧化物传感器，组成传感器阵列，对苯类芳香物质、氮氧化合物、氨类化合物、氢气、烷烃芳香化合物、短链烷烃化合物、无机硫化物、醇醚醛酮类化合物、有机硫化物芳香成分及长链烷烃成分物质进行含量测定；
对测试结果进行PCA主成分分析和LDA线性判别分析气味强弱的对比及气味成分的差异；
3)分析大麦茶中的香气成分
称取步骤1)炒制的大麦茶样本，转移至顶空进样瓶中，加入葵酸乙酯的乙醇溶液，进行顶空固相微萃取HS-SPME后，进行气相-质谱联用GC-MS分析，每个样品3～6个平行；
萃取条件：30～60℃的恒温条件下，震荡10～20min，顶空萃取30～60min；
色谱条件：恒流流速0.8～1.2mL/min，溶剂延迟1.5～2min；程序升温：40～60℃保持3～5min，以5℃/min升至150～200℃，保持2～5min，以10℃/min升至220℃，保持0min；
质谱条件：质量扫描范围：m/z 20-650；
定性分析：各组分经NIST.11Library标准谱库进行检索分析，确认挥发性成分；
定量分析：通过Aglient数据分析软件，以各组分峰面积占总峰面积的百分比来表示各种挥发性成分的相对含量；
4)分析大麦茶口感
称取步骤1)中炒制的样品置于容器中，添加烧开的纯净水，密封膜封口浸泡3～5min后过滤出茶汤，待温度降至室温后利用电子舌设备对大麦茶茶汤的酸味、苦味、涩味、苦味回味、涩味回味、鲜味、丰富性和咸味进行检测；
数据处理：以参比溶液为无味点，参比溶液由KCl和酒石酸组成味觉值，故酸味的无味点为-13，咸味的无味点为-6，以此为基准，对数据进行分析，当样品的味觉值低于无味点时说明样品无该味道，反之则有,结果用雷达图表示。
2.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤2)中，电子鼻的检测方法采用直接顶空吸气法，将进样针头直接插入含样品的密封样品杯中，采样时间为1～3秒/组，传感器自清洗时间为100～200s，传感器归零时间为5～10s，样品准备时间为5～10s；进样流量为400～600mL/min，分析采样时间为100～200s。
3.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤3)中，HS-SPME萃取条件是：30～60℃的恒温条件下，震荡10～20min，震荡速度为400～500rpm，震荡方式为：5s开，2s关；用50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头插入样品顶空部分，顶空萃取30～60min，于250℃下解析5min。
4.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤3)中的气相色谱条件是：HP-5ms毛细管柱，载气为纯度不小于99.999％的高纯氦气，恒流流速0.8～1.2mL/min，进样口温度250℃，不分流进样，溶剂延迟1.5～2min；程序升温：40～60℃保持3～5min，以5℃/min升至150～200℃，保持2～5min，以10℃/min升至220℃，保持0min。
5.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤3)中，质谱条件是：电子轰击离子源(EI)，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，电子能量70eV，扫描方式为全扫描模式(SCAN)，质量扫描范围：m/z 20-650。
6.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤3)中，进行定量分析的成分为11类化合物，包括：烃类、酯类、吡嗪类、醛类、醇类、吡啶类、酮类、呋喃类、嘧啶类、萘类和苯酚类化合物。
7.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤3)中，葵酸乙酯的乙醇溶液浓度为0.002～0.04mg/mL。
8.根据权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法，其特征在于，步骤4)中，电子舌检测的测试用液：参比溶液包括氯化钾30mM和酒石酸0.3mM；负极清洗液包括盐酸100mM和乙醇30vol％；正极清洗液宝括氢氧化钾10mM、氯化钾100mM和乙醇30vol％。
9.如权利要求1所述大麦茶香气成分和口感品质的分析方法用于大麦茶的炒制工艺、风味研究和产品开发过程。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115553358A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-03 | 上海市农业科学院 | 一种大麦茶饮料及其制备方法 |
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