GC-IMS-Based Analysis of the Effect of Frying Temperature on Volatile Flavor Substances in Highland Barley Tsampa Flour
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摘要: 为明确不同炒制温度及粒色对青稞糌粑粉挥发性风味物质（Volatile organic compounds，VOCs）的影响，采用气相色谱-离子迁移谱（Gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）对黑青稞芶芒紫（BHB）、白青稞昆仑-15（WHB）在不同炒制温度（160、180、200、220和240 ℃）下糌粑粉中VOCs进行分析。结果表明，受试样品中共检测出62种化合物，可准确识别的有44种有机物，包含19种醛类、10种醇类、5种酮类、5种酯类、4种吡嗪类和1种呋喃类；炒制对糌粑粉VOCs的组成具有显著影响，随着炒制温度的升高，醇类VOCs总量呈逐渐下降的趋势，醛类、酮类、酯类、吡嗪类、呋喃类VOCs则呈增加的趋势；吡嗪类、醛类和酮类是青稞糌粑粉VOCs的特征性和主要的风味物质，在较高温度（220、240 ℃）下炒制有利于其产生；WHB中VOCs随炒制温度的变化更加显著，除呋喃类VOCs外，其他类化合物相对变化量均高于BHB；由主成分分析可知BHB和WHB糌粑粉风味存在显著差异，可以分为两种不同的风味类型。本研究有望为青稞糌粑粉生产技术规范的制定提供理论依据。
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关键词:
- 气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS） /
- 青稞糌粑粉 /
- 青稞品种 /
- 炒制温度 /
- 挥发性风味物质(VOCs)
Abstract: To clarify the effects of different frying temperatures and grain colors on volatile organic compounds (VOCs) in highland barley (HB) tsampa flour, gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS) was used to analyze the VOCs in two types of HB with two colors, Goumangzi and Kunlun-15. The VOCs were analyzed at different frying temperatures (160, 180, 200, 220 and 240 ℃). The results showed that a total of 62 compounds was detected, among which 44 organic compounds could be accurately identified, including 19 aldehydes, 10 alcohols, 5 ketones, 5 esters, 4 pyrazines and 1 furan. Frying had a significant effect on the composition of VOCs in tsampa flour, with the increase of frying temperature, the total amount of alcohol VOCs tended to decrease gradually, while aldehydes, ketones, esters, pyrazines and furans VOCs tended to increase. Pyrazines, aldehydes and ketones were the characteristic and main flavor substances of HB tsampa flour, and frying at higher temperature (220, 240 ℃) was favorable to their production. The variation of VOCs with frying temperature was more significant in WHB, except for furan VOCs, the relative changes of other compounds were higher than those in BHB. The principal component analysis showed that there were significant differences in the flavor of BHB and WHB tsampa flour, which could be classified into two different flavor types. This study was expected to provide a theoretical basis for the development of technical specifications for the production of highland barley tsampa flour. -
青稞（Highland barley，HB）作为高原特有的粮食作物具有“三高两低”的营养成分优势，含有多酚[1]、黄酮、β-葡聚糖[2-4]等多种功能性成分，具有极高的生理活性价值，因此被食品科学界学者广泛关注[4-7]。青稞传统食品糌粑是由青稞全籽粒炒制后磨粉而得到的一种具有地方特色的全谷物食品，极大的保留了青稞中的营养成分，具有极高的营养价值。
炒制是青稞糌粑制作的重要环节，可极大改善青稞的风味、色泽以及加工特性[8-9]。杨希娟[10]探究了炒制温度对青稞糌粑粉糊化度和色度的影响，随着炒制温度的升高，糌粑粉的糊化度逐渐升高色度L*值逐渐下降，当温度达到120 ℃时，糊化度达到最大值。而适中的淀粉糊化度是获得淀粉质食品期望质量（适口性、消化性等）的必要条件。张文刚等[11]对10个不同品种青稞炒制后挥发性风味成分进行鉴定研究，同时比较了昆仑-15炒制前后风味物质的变化情况，发现炒制前后挥发性成分种类和相对含量存在明显差异，炒制后香气种类更加丰富。张垚等[12]在同一温度下不同炒制时间对青稞糌粑的挥发性风味成分进行鉴定研究，明确了105 ℃炒制时的最适时间。目前青稞糌粑已实现工业化生产，但相关研究主要集中在糌粑加工工艺及产品质量控制和糌粑粉炒制时间及炒制前后挥发性风味物质的变化，然而，炒制温度对青稞糌粑粉挥发性风味化合物组成以及变化趋势的影响有待进一步研究。
气相色谱-离子迁移率光谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）是一种将气相色谱技术与离子迁移谱技术相结合的新兴的检测技术。采用GC-IMS技术进行检测样品不需要前处理，这最大程度的保留了样品本身的风味物质，简化了分析过程，可实现快速检测，且其灵敏度更高，检测限更低[13]。规避了电子鼻（E-nose）、气相色谱-质谱（GC-MS）、气相色谱-嗅闻-质谱联用仪（GC-O-MS）等传统检测检测方法耗时长、预处理方式复杂以及灵敏度较低的弊端[13-15]。这种技术目前已经应用于多种食品风味物质鉴别，特征性风味物质筛选等研究，但很少用于快速分析青稞糌粑的挥发性风味化合物从而调控糌粑加工参数。
本研究选用青海和西藏两地高产品种黑青稞芶芒紫和白青稞昆仑15号为实验材料，芶芒紫是西藏地区制作糌粑最常用的青稞品种，而昆仑15号是青海省的大宗品种，这两种青稞具有一定的地域代表性。采用GC-IMS法分析青稞在不同炒制温度下主要的挥发性风味物质组成情况和变化，明确不同温度对青稞糌粑风味特性的影响，为青稞糌粑加工以及青稞烘烤食品的研究与开发提供理论依据，对促进青稞糌粑加工技术的科学化、规范化发展具有重要意义。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
黑青稞芶芒紫（BHB） 产地西藏，2021年由西藏农学院提供4 ℃下储藏；白青稞昆仑15号（WHB） 产地青海，2021年由青海省农林科学院提供4 ℃下储藏；石油醚、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、亚甲基蓝指示剂、氢氧化钠、乙醇 国药集团化学试剂北京有限公司；甲基红指示剂、溴酚蓝指示剂 北京索莱宝（Solarbio）科技有限公司；所有试剂 均为国产分析纯。
CT293旋风磨 丹麦FOSS分析仪器有限公司；PB-1D3米麦水分计 日本KETT凯特；LXJ-IIB离心机 上海安亭科学仪器厂；恒温水浴锅 北京陆希科技有限公司；SCR-301咖啡烘焙机 韩国GENE CAFÉ公司；SP-Max 2300A酶标仪 上海闪谱生物科技有限公司；FlavourSpec®气相色谱-离子迁移谱仪 德国G.A.S mbH公司。
1.2 实验方法
1.2.1 青稞样品基本营养组分测定
水分、灰分、脂肪、蛋白质、膳食纤维含量分别参照国家标准规定方法GB 5009.3-2016《食品中水分的测定》、GB 5009.4-2016《食品中灰分的测定》、GB/T 5009.6-2016《食品中脂肪的测定》、GB 5009.5-2016《食品中蛋白质的测定》、GB 5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》进行测定；总淀粉和β-葡聚糖含量测定采用Megazyme试剂盒，具体方法见试剂盒说明。
1.2.2 青稞糌粑粉制备
参照传统糌粑的炒制工艺[10,16]进行，分别取黑、白青稞籽粒各500 g，等分成5份，每份100 g。清洗干净后于通风处晾晒至干燥，后对其进行润麦处理，调节水分含量在18%~20%，然后分别在160、180、200、220、240 ℃炒制2 min，炒制后的青稞籽粒用旋风磨粉碎成粒度60目的青稞粉备用。黑青稞在不同炒制温度下所得样品以B160、B180、B200、B220、B240表示，白青稞以W160、W180、W200、W220、W240表示。
称取黑青稞、白青稞籽粒各100 g，清洗干净后于通风处晾晒至干燥，用旋风磨粉粹成粒度60目的青稞粉备用。黑青稞所得样品以B0表示，白青稞以W0表示。
1.2.3 青稞糌粑粉挥发性风味化合物GC-IMS分析
参照并修改丁超等[17]的方法：称取1 g青稞粉装入20 mL顶空瓶中，60 ℃孵化15 min后进样测试，样品设置3次重复。采用自动顶空进样方式，进样体积500 μL，进样针温度85 ℃，孵化转速500 r/min。
GC条件：MXT-5色谱柱（15 m×0.53 mm，膜厚1 μm），柱温60 ℃。
载气流速程序：初始流速2 mL/min，保持2 min；8 min内线性升至10 mL/min，然后10 min内线性升至100 mL/min，然后10 min内线性升至150 mL/min。
IMS条件：IMS温度45 ℃；漂移气（E1）和载气（E2）均为氮气（纯度≥99.999%），漂移气流速150 mL/min。
气相色谱条件见表1。
表 1 气相色谱条件Table 1. Conditions of gas chromatography时间（min） E1（漂移气）（mL/min） E2（载气）（mL/min） R 0 150 2 Rec 2 150 2 − 10 150 10 − 20 150 100 − 30 150 150 Stop VOCs相对变化量的计算：
R(%)=TN×100 式中：R为某种挥发性风味物质的相对变化量，%；T为处理后该挥发性风味物质的峰体积，a.u.；N为未处理该挥发性风味物质的峰体积，a.u.。
1.3 数据处理
采用与GC-IMS配套的分析软件对样品挥发性风味化合物进行多角度采集和分析。通过NIST数据库和IMS数据库进行定性分析；采用Reporter插件直接对比样品之间的谱图差异；采用Gallery Plot插件进行指纹图谱对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；使用Origin 2022对样品进行主成分分析。采用SPSS 23.0和Microsoft Excel 2010进行数据分析处理。
2. 结果与分析
2.1 青稞主要化学成分
图1为BHB芶芒紫和WHB昆仑-15籽粒的表观图，可以看到这个品种的青稞拥有不同的粒色，这可能是BHB中含有更高的花青素等多酚类化合物引起的。由表2可知，BHB和WHB中粗脂肪、总淀粉、蛋白质、膳食纤维、灰分含量无显著性差异（P>0.05），而β-葡聚糖、总酚含量存在显著差异（P<0.05）。这些物质是炒制风味形成的物质基础和影响因素，由于品种、土壤、气候条件、栽培技术等条件的不同，青稞炒制后的特征香气的前体物质种类、含量、组成会有一定的差异[11]。
表 2 青稞原料的营养成分（g/100 g）Table 2. Nutritional composition of raw HB (g/100 g)样品 粗脂肪 总淀粉 蛋白质 β-葡聚糖 可溶性膳食纤维 不可溶性膳食纤维 总酚 灰分 BHB 1.75±0.16a 56.50±0.09a 10.43±0.30a 4.73±0.05a 8.64±0.07a 19.42±0.13a 2.67±0.05b 5.66±0.16a WHB 1.66±0.15a 53.95±1.71a 10.86±0.13a 5.60±0.47b 8.74±0.06a 19.16±0.16a 2.32±0.05a 5.56±0.76a 注：同组不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。 2.2 GC-IMS测定不同粒色不同炒制温度下挥发性成分变化
不同炒制温度处理的青稞糌粑粉GC-IMS谱图如图2所示。图中红色谱带为反应离子峰，颜色越深表示峰信号越强。由图2可直观的看到BHB和WHB挥发性化合物组分存在着明显差异，炒制温度同样也显著影响着青稞糌粑粉中挥发性物质的组成。图3为差异对比图，观察图3a可知，当以B0对照BHB糌粑粉样本谱图为背景参照时，5个温度炒制所得的样品谱图中或多或少都会出现红色斑点，即BHB经过160、180、200、220、240 ℃五个温度炒制处理后VOCs均有不同程度的增多，其中经240 ℃炒制处理后VOCs增加的最多。观察图3b可知，以W0对照WHB糌粑粉样本谱图为背景参照时，W180谱图中会出现大量的蓝色斑点，即WHB在180 ℃炒制时会有大量VOCs有不同程度的减少，但随着选取炒制温度的升高，这种现象明显减少，并伴有部分VOCs不同程度增多。
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图 2 不同粒色不同炒制温度青稞糌粑粉的气相色谱-离子迁移谱谱图注：X轴：相对迁移时间；Y轴：气相保留时间；峰强度经软件降维以点代表，点越大颜色越深表示峰信号越强。Figure 2. GC-IMS spectra of HB tsampa flour with different grain colors and different frying temperatures![]()
图 3 不同炒制温度糌粑粉的气相色谱-离子迁移谱差异图注：a为以B0作参照黑青稞（BHB）糌粑粉差异谱图；b为以W0作参照白青稞（WHB）糌粑粉差异谱图。Figure 3. Differences in GC-IMS spectra of HB tsampa flour at different frying temperatures2.3 指纹图谱分析
图4是使用Gallery Plot插件得出的BHB和WHB糌粑粉全样品的指纹图谱，可知在不同温度炒制不同粒色青稞糌粑粉VOCs的信息，共检测出62种化合物，其中能够准确识别出的有44种有机物，包含19种醛类、10种醇类、5种酮类、5种酯类、4种吡嗪类和1种呋喃类。其主要成分为醛类、醇类、酮类、酯类，这与青稞挥发性成分组成的相关研究结论一致[11]。图4a和图4b分别是不同炒制温度BHB和WHB糌粑粉挥发性有机物指纹图谱。从图4中VOCs信号峰的强弱可知，图中A区域显示正己醇、1-戊烯-3-醇、乙酸乙酯、1-戊醇单体和二聚以及异戊醇峰强度随着炒制温度的升高而减小，醇类物质是青稞籽粒本身所具有的VOCs[18]，使青稞籽粒具有清香、醇香、果香的风味特点。B区域显示2,3-二甲基吡嗪、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪、甲基吡嗪、三甲基吡嗪峰强度随着炒制温度的升高而增大，尤其在较高温度下炒制时其峰强度增大更加明显，这使得炒制后的青稞糌粑粉具有一定的坚果香、焙烤香[11]，形成炒制后青稞糌粑粉主要的特征性风味。吡嗪类VOCs主要是加热反应的产物，随着选取炒制温度的升高反应加剧，使得产生更多的吡嗪类化合物[19-21]。在这两个区域中，BHB和WHB表现出相似的变化趋势，但是变化程度存在一定差异，WHB中醇类VOCs的减少要明显强于BHB。
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图 4 黑青稞（a）和白青稞（b）糌粑粉中VOCs的指纹图谱Figure 4. Fingerprints of VOCs in BHB tsampaflour (a) and WHB tsampa flour (b)2.4 挥发性物质变化分析
由于GC-IMS对不同VOCs的检测灵敏度不同，简单的利用归一法[22]计算相对含量是不准确的，所以采用计算相对变化量来研究VOCs的变化趋势，结果见表3和表4。
表 3 不同炒制温度下不同粒色青稞糌粑粉各类挥发性化合物的相对变化量Table 3. Relative changes of VOCs in HB tsampa flour with different grain colors under different frying temperatures挥发性化合物 相对变化量（%） B0 B160 B180 B200 B220 B240 W0 W160 W180 W200 W220 W240 醛 100.00 133.92 169.80 174.31 175.85 182.74 100.00 112.26 218.05 222.03 217.67 218.02 酮 100.00 90.81 97.14 96.82 99.62 106.41 100.00 111.10 118.65 119.07 116.21 118.77 醇 100.00 93.53 89.00 84.06 83.53 75.86 100.00 75.06 69.72 64.51 56.08 50.86 酯 100.00 89.12 98.39 109.53 132.01 151.32 100.00 69.22 103.35 123.11 146.46 164.60 吡嗪 100.00 147.22 164.05 169.77 189.05 186.67 100.00 87.23 125.43 159.28 234.68 380.48 呋喃 100.00 206.53 274.30 247.89 285.93 253.51 100.00 184.00 199.97 207.14 224.89 227.07 注：以未炒制青稞为对照组，将其VOCs设为100%，不同炒制温度下的VOCs在其基础上的变化量为相对变化量，以百分数表示。 表 4 不同温度炒制不同粒色青稞糌粑粉挥发性化合物组成的变化Table 4. Variation of VOCs single component of HB tsampa flour with different grain color by frying at different temperatures挥发性化合物 相对变化量（%） B0 B160 B180 B200 B220 B240 W0 W160 W180 W200 W220 W240 正壬醛 100.00 77.61 81.80 80.85 68.31 74.98 100.00 69.11 82.51 81.18 78.57 71.08 苯乙醛 100.00 144.40 292.20 276.73 301.42 327.07 100.00 96.50 328.75 334.96 384.81 386.56 乙酸正己酯（M） 100.00 79.21 99.31 105.11 105.73 126.37 100.00 72.55 121.77 127.76 142.74 135.02 乙酸正己酯（D） 100.00 134.90 194.02 190.87 282.11 314.27 100.00 76.07 72.72 74.11 92.29 81.92 2-戊基呋喃 100.00 206.53 274.30 247.89 285.93 253.51 100.00 184.00 199.97 207.14 224.89 227.07 2-庚烯醛（E） 100.00 83.89 110.87 104.13 100.14 100.63 100.00 86.08 191.76 174.00 179.27 177.16 己醛（M） 100.00 81.30 81.07 87.67 84.48 85.62 100.00 88.62 105.68 103.13 99.51 100.05 己醛（D） 100.00 66.62 121.28 109.85 101.36 94.60 100.00 53.02 184.14 175.81 160.17 146.27 1-戊醇（M） 100.00 86.09 64.23 55.75 49.21 39.91 100.00 109.11 86.27 68.67 50.91 36.47 1-戊醇（D） 100.00 86.21 54.25 42.04 34.31 30.98 100.00 117.76 75.07 52.88 31.16 21.31 戊醛（M） 100.00 70.33 104.61 107.80 76.20 66.59 100.00 68.02 275.11 266.65 146.19 192.65 戊醛（D） 100.00 75.62 211.62 230.05 151.03 167.10 100.00 78.96 676.28 720.15 363.48 563.03 1-戊烯-3-醇 100.00 79.97 73.19 74.92 77.67 77.19 100.00 122.47 92.76 96.82 69.62 70.26 2-甲基丁醛（M） 100.00 104.47 77.03 71.71 67.67 58.95 100.00 140.22 93.00 81.16 68.39 62.35 2-甲基丁醛（D） 100.00 417.32 568.60 611.98 635.00 673.78 100.00 401.49 934.26 990.79 1000.34 1027.96 3-甲基丁醛（M） 100.00 142.83 115.44 109.52 106.11 104.51 100.00 185.19 125.79 112.05 100.10 100.02 3-甲基丁醛（D） 100.00 402.50 515.50 531.64 526.80 534.99 100.00 403.51 949.94 1011.58 1026.43 990.32 乙酸乙酯（M） 100.00 81.66 66.32 62.37 58.47 54.26 100.00 69.44 60.04 61.00 58.39 57.39 乙酸乙酯（D） 100.00 62.77 57.25 57.50 59.06 57.58 100.00 38.93 40.61 41.31 40.14 45.46 2-丁酮（M） 100.00 124.97 128.53 124.27 117.56 104.78 100.00 128.34 121.96 116.34 107.50 95.05 2-丁酮（D） 100.00 133.72 193.56 206.16 237.44 255.03 100.00 170.15 282.18 302.58 316.52 348.06 2-甲基丙醛 100.00 147.93 192.45 287.79 510.05 860.06 100.00 76.96 192.30 343.62 617.51 1065.46 2-丙酮 100.00 79.76 77.01 75.21 74.02 79.80 100.00 101.59 99.64 97.22 93.25 93.76 乙醇（M） 100.00 100.05 95.35 94.00 90.51 86.85 100.00 74.83 68.99 66.32 59.51 54.91 乙醇（D） 100.00 85.54 75.24 56.02 36.51 31.72 100.00 67.35 70.42 68.58 85.96 87.50 乙酸甲酯 100.00 95.42 101.72 139.58 175.77 217.25 100.00 82.62 192.26 266.07 342.78 426.86 2,3-二甲基吡嗪 100.00 173.75 227.72 232.68 302.10 351.15 100.00 120.60 235.62 348.67 620.09 1072.28 （E）-2-己烯醛 100.00 112.19 128.60 136.45 133.35 139.26 100.00 85.39 114.31 105.68 108.92 106.55 异戊醇 100.00 81.86 64.38 65.67 62.95 55.72 100.00 59.53 49.74 43.21 36.68 34.62 2-糠醛 100.00 140.41 161.80 152.77 139.75 159.56 100.00 112.10 222.01 287.86 331.22 382.11 苯甲醛（M） 100.00 148.04 166.95 197.53 178.42 190.86 100.00 134.08 245.10 236.08 222.57 193.32 苯甲醛（D） 100.00 110.59 131.05 101.89 101.59 93.99 100.00 137.17 425.07 505.93 526.78 359.44 2-庚酮（M） 100.00 119.78 133.11 128.24 131.39 147.90 100.00 145.17 143.47 165.06 155.65 159.70 2-庚酮（D） 100.00 119.69 173.48 169.01 192.42 239.79 100.00 150.55 169.10 217.36 231.71 265.88 庚烯醛（M） 100.00 104.65 159.79 167.68 234.81 220.71 100.00 41.34 142.11 142.56 141.74 128.05 庚烯醛（D） 100.00 36.23 128.16 105.16 98.11 90.71 100.00 25.03 196.48 205.85 195.88 164.63 丁醛 100.00 82.30 76.68 71.13 63.29 60.89 100.00 78.77 84.54 89.85 89.92 102.22 2-甲基-1-丙醇（M） 100.00 99.71 87.05 77.22 70.02 62.48 100.00 54.02 68.33 68.23 68.53 66.68 2-甲基-1-丙醇（D） 100.00 100.21 93.13 85.64 78.55 74.27 100.00 70.70 184.04 204.70 227.94 208.13 2,3-二甲基-5-乙基吡嗪 100.00 143.48 162.81 172.81 222.75 273.05 100.00 87.24 103.65 111.35 150.03 307.40 正己醇 100.00 57.77 64.42 59.05 71.40 62.27 100.00 34.11 33.89 41.11 37.69 37.65 甲基吡嗪 100.00 123.78 125.43 116.82 101.05 89.42 100.00 106.06 175.01 225.71 267.76 324.57 三甲基吡嗪 100.00 153.27 169.75 182.19 206.38 195.14 100.00 64.77 58.46 52.52 55.09 93.58 1-辛烯-3-醇 100.00 127.05 146.84 143.12 160.26 140.03 100.00 80.17 95.45 79.45 66.70 57.38 注：以未炒制青稞为对照组，将其VOCs设为100%，不同炒制温度下的VOCs在其基础上的变化量为相对变化量，以百分数表示；M表示该物质为单体，D表示该物质为二聚体。 醇类VOCs随着炒制温度的增加其总量逐渐降低，在240 ℃炒制时，BHB和WHB分别为各自对照组的75.86%和50.86%。青稞糌粑粉中检测出的醇类物质主要有1-戊醇、1-戊烯-3-醇、乙醇、异戊醇、2-甲基-1-丙醇、正己醇、1-辛烯-3-醇。醇类物质是青稞籽粒本身所具有的挥发性风味化合物，使青稞籽粒具有清香、醇香、果香的风味特性。随着选取加热温度的升高醇类物质的含量不断减少，这一方面由于热处理使得醇类物质发生氧化、酯化反应[23]；另一方面在加热时间不变的情况下，随着炒制温度的升高醇还原酶失活加剧，阻碍酶促反应的醇的生成。有意思的是，研究发现WHB中醇类挥发性物质降低的情况要明显高于BHB，1-戊烯-3-醇、乙醇、正己醇、1-辛烯-3-醇在WHB糌粑粉挥发性物种中明显减少，而1-辛烯-3-醇在BHB糌粑粉挥发性物质中呈增加的趋势，在220 ℃炒制时，1-辛烯-3-醇为对照组的160.26%，可能是由于炒制过程中BHB中的以亚油酸及亚麻酸为主的不饱和脂肪酸经脂肪氧化酶催化转变而成的[24]。而醇类物质赋予青稞糌粑粉清香、花香、香草香，使得BHB糌粑粉保留了更多与青稞原籽粒本身相近的风味。
醛类和酮类是植物中产生芳香气味的主要的挥发物，醛类其主要由脂质氧化降解所得[25-26]，阈值普遍较低，对青稞糌粑粉总体风味有重要影响。随炒制温度的升高醛类VOCs的含量逐渐增加，240 ℃炒制时BHB和WHB分别增加到218.02%、182.74%。青稞糌粑粉中检测到的醛类物质主要包括正壬醛、苯乙醛、2-庚烯醛（E）、己醛（M）、己醛（D）、戊醛（M）、戊醛（D）、2-甲基丁醛（M）、2-甲基丁醛（D）、3-甲基丁醛（D）、3-甲基丁醛（D）、2-甲基丙醛、（E）-2-己烯醛、2-糠醛、苯甲醛（M）、苯甲醛（D）、庚烯醛（M）、庚烯醛（D）、丁醛。青稞中的脂肪在高温炒制后产生热降解反应，形成高级醛类，赋予糌粑粉愉快的香气。2-庚烯醛（E）、己醛（D）、戊醛（D）、庚烯醛（D）均表现出先减少后增加的趋势，在160 ℃炒制时其含量下降，BHB分别为对照组的83.89%、66.62%、75.6%、36.23%，在较高温度下炒制后含量明显上升，并且普遍高于对照组，WHB体现出相似的趋势。而2-甲基丁醛（D）具有可可香、奶酪香，其含量随着炒制温度的升高逐渐增加，BHB和WHB糌粑粉在240 ℃时分别为对照组的673.78%、1027.96%。2-甲基丙醛具有巧克力香、香蕉香[11]，对青稞糌粑粉风味的形成具有重要意义，其在WHB中有着最大的变化量，在160 ℃时仅为对照组的76.96%，但后随温度的升高而升高，在240 ℃时达到对照组的1065.46%。可见，在较低温度下炒制对青稞糌粑粉风味形成具有一定的负面影响，不利于高级醛类的生成和积累。苯乙醛、2-甲基丙醛、2-糠醛含量的增加有利青稞糌粑粉风味的形成，赋予青稞糌粑粉蜂蜜香、焦糖香、烘烤香和果香等香味。
酮类VOCs大多是不饱和脂肪酸的受热氧化和降解产物[23]，BHB中酮类VOCs随温度的升高呈先降低后升高的趋势，在160 ℃时为对照组的90.81%，在240 ℃达到106.415%。WHB酮类VOCs呈现先增加并趋于稳定，增加到116%~119%。不同品种青稞酮类VOCs变化存在差异，这与先前的研究保持结果一致[11]。青稞糌粑粉中检测出的酮类物质主要包括2-丁酮（M）、2-丁酮（D）、2-丙酮、2-庚酮（M）、2-庚酮（D）。甲基酮化合物阈值较低，大多带有令人愉悦的水果及奶油清香，香味优异持久[27-28]，是青稞糌粑粉风味主要贡献组分。由表4可知，较高温度下2-庚酮含量明显升高，在高温（200~240 ℃）下炒制对甲基酮类VOCs的形成有益。醛类和酮类作为青稞糌粑粉中占比最多的两种VOCs，其对青稞糌粑粉风味具有重要贡献，为形成更多具有良好风味的酮类和醛类VOCs应选取220 ℃左右的高温炒制，以避免低温炒制引起的酮类VOCs的损失，从而影响青稞糌粑粉整体风味。这可能是由于在较低温度下炒制时脂质氧化所分解产生的某些醛类、酮类的量要小于其降解和参与其他化学反应的量，而随着选取炒制温度的升高后者的速率要明显高于前者，从而使得高温炒制有利于酮类和醛类VOCs的积累。
酯类VOCs主要产生于酸类和醇类物质的酯化反应，多呈花香和果香味[23]。随着炒制温度的增加其总量逐渐增加，在240 ℃炒制时，BHB和WHB分别为对照组的151.32%和164.60%。青稞糌粑粉中检测到的醛类物质主要包括乙酸正己酯（M）、乙酸正己酯（D）、乙酸乙酯（M）、乙酸乙酯（D）、乙酸甲酯，其中乙酸乙酯（M）随着炒制温度的升高含量不断降低，在240 ℃时BHB、WHB分别降低为对照组的54.26%、57.39%。而乙酸正己酯、乙酸甲酯均表现出随着炒制温度的升高含量先降低后上高的趋势，BHB、WHB在160 ℃炒制时乙酸正己酯（M）分别降低到79.21%、72.55%，在240 ℃炒制时分别增加到126.37%、135.02%；乙酸甲酯具有青草香，BHB、WHB在160 ℃炒制时其含量分别降低到95.42%、82.62%，在240 ℃炒制时分别增加到217.25%、426.86%。不同温度炒制对WHB糌粑粉中酯类VOCs的影响要显著高于BHB，在这可能是主要由于以青稞品种差异因素为主的氨基酸及脂肪组成不同而造成的[11]。可以发现在较高温度下炒制有利于酯类VOCs的形成和积累，对青稞糌粑粉风味的形成具有积极作用。
杂环类化合物主要以吡嗪类和呋喃类为主，吡嗪类VOCs随着炒制温度的增加其总量不断增加，在240 ℃时BHB、WHB分别增加到186.67%、380.48%，主要包括2,3-二甲基吡嗪、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪、甲基吡嗪、三甲基吡嗪；吡嗪类物质由氨基酮（氨基酸与α、β-丁二酮通过Strecker降解反应成氨基酮）缩合和氧化生成[29]，主要表现出坚果香、烤花生香，对青稞糌粑粉风味的形成起到积极的作用，被普遍认为是青稞糌粑粉的特征性风味化合物。炒制温度对BHB、WHB糌粑粉中吡嗪类物质变化趋势的影响存在差异。WHB糌粑粉中2,3-二甲基吡嗪变异幅度大，随着炒制温度的升高相对含量不断增加，在240 ℃达到对照组的1072.28%，是其炒制后变幅最大的VOCs之一。BHB糌粑粉也呈增加的趋势，但在240 ℃达到对照组的351.15%。而甲基吡嗪、三甲基吡嗪在两种青稞糌粑粉中表现出不同的变化规律，甲基吡嗪在BHB糌粑粉中随着炒制温度的升高呈先上升后下降的趋势，在180 ℃达到最大值，在240 ℃降低到89.42%；而WHB糌粑粉中随着炒制温度的升高不断升高，在240 ℃时增加到324.57%。三甲基吡嗪在BHB糌粑粉中随着炒制温度的升高而增加，在220 ℃时增加到206.38%，在240 ℃稍微有所下降；而在WHB糌粑粉中则先降低后有所升高，在200 ℃时降低到52.52%，在240 ℃又增加到93.58%。这可能是由于BHB和WHB中氨基酸组成不同而造成的差异。呋喃类VOCs随着炒制温度的增加其总量不断增加趋于稳定，BHB、WHB最高分别增加到285.93%、227.07%，主要是2-戊基呋喃。呋喃主要通过糖的脱氢或热解反应产生[30]，表现出令人愉悦的甜味。2-戊基呋喃具有黄油香、花香、果香[31]，炒制后其含量有明显的增加，BHB、WHB最高分别增加到285.93%、227.07%，较高温度炒制有利于2-戊基呋喃的形成。大量的杂环类化合物的形成有利于青稞糌粑粉风味特征的形成，在较高温度下炒制对杂环类化合物的形成有积极的作用。
2.5 主成分分析
图5为BHB和WHB糌粑粉在不同温度炒制下VOCs的PCA图，其中图5a为BHB的PCA图，图5b为WHB的PCA图，图5c为BHB和WHB全样品的PCA图。由图5a和图5b可知，不同炒制温度的青稞糌粑粉风味呈现差异，未炒制（0 ℃）、160、180、200、220、240 ℃分散于四个象限中，其中未炒制（0 ℃）和160 ℃分别位于第一象限和第三象限，180和200 ℃在一个象限中位于第四象限，220和240 ℃在一个象限中位于第二象限，说明180和200 ℃差异较小，220和240 ℃差异较小，与未炒制（0 ℃）和160 ℃存在较大差异。炒制温度的差异显著影响着青稞糌粑粉的风味类型。由图5c可知，B0和B160位于第三象限，B180、B200、B220、B240位于第一象限，W0和W160位于第四象限，W180、W200、W220、W240位于第二象限，BHB和WHB分别位于不同的象限，说明BHB和WHB糌粑粉存在显著差异，可以分为两种风味类型。
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图 5 青稞糌粑粉的PCA（主成分分析）图注：a为BHB的PCA图；b为WHB的PCA图；c为全样品的PCA图。Figure 5. PCA (principal component analysis) plots of HB tsampa flour2.6 相似性分析
如图6用欧式距离表示的不同温度炒制下青稞糌粑粉样品间的相似度，样品横向距离越接近，表明样品间VOCs组成越相似。由图6可知，BHB和WHB在未处理时就存在较大的欧式距离，表明不同粒色青稞原粉VOCs存在一定的差异，随着炒制温度的升高BHB和WHB距离逐渐增大，W240和B240存在最大的欧式距离。同时研究也发现随着炒制温度的升高BHB差距变化减小，B220和B240存在最小的欧式距离。此外，WHB相较于BHB在不同温度下炒制VOCs的变化情况要明显比BHB强烈，WHB样品间的欧式距离要大于BHB样品间的欧式距离，说明WHB在炒制时可能存在更多的化学变化。
3. 结论
本研究采用GC-IMS对不同炒制温度下两种粒色青稞的VOCs进行了检测，共鉴定出44种VOCs，包含19种醛类、10种醇类、5种酮类、5种酯类、4种吡嗪类和1种呋喃类。不同炒制温度下青稞糌粑粉VOCs存在较大差异，随着炒制温度的升高，醇类VOCs会有显著的减少，醛类、酮类、酯类、吡嗪类、呋喃类VOCs都有不同程度的增加，在较高温度下炒制时更有利于青稞糌粑粉中主要风味物质和特征性风味物质的形成。黑、白两种不同粒色青稞糌粑粉VOCs同样也存在加大差异，BHB糌粑粉中醇类VOCs比BHB损失少，更多的保留了籽粒原有的香型，BHB和WHB中吡嗪类VOCs的变化规律存在加大差异，并且WHB糌粑粉中VOCs受温度影响程度要明显高于BHB，这可能是由于BHB和WHB中氨基酸、脂肪酸组成不同而造成的。该研究揭示了青稞糌粑粉炒制温度对其风味物质的影响规律，为青稞糌粑粉加工技术规范的制定提供理论支撑。
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图 2 不同粒色不同炒制温度青稞糌粑粉的气相色谱-离子迁移谱谱图
注：X轴：相对迁移时间；Y轴：气相保留时间；峰强度经软件降维以点代表，点越大颜色越深表示峰信号越强。
Figure 2. GC-IMS spectra of HB tsampa flour with different grain colors and different frying temperatures
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图 3 不同炒制温度糌粑粉的气相色谱-离子迁移谱差异图
注：a为以B0作参照黑青稞（BHB）糌粑粉差异谱图；b为以W0作参照白青稞（WHB）糌粑粉差异谱图。
Figure 3. Differences in GC-IMS spectra of HB tsampa flour at different frying temperatures
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图 4 黑青稞（a）和白青稞（b）糌粑粉中VOCs的指纹图谱
Figure 4. Fingerprints of VOCs in BHB tsampaflour (a) and WHB tsampa flour (b)
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图 5 青稞糌粑粉的PCA（主成分分析）图
注：a为BHB的PCA图；b为WHB的PCA图；c为全样品的PCA图。
Figure 5. PCA (principal component analysis) plots of HB tsampa flour
表 1 气相色谱条件
Table 1 Conditions of gas chromatography
时间（min） E1（漂移气）（mL/min） E2（载气）（mL/min） R 0 150 2 Rec 2 150 2 − 10 150 10 − 20 150 100 − 30 150 150 Stop 
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表 2 青稞原料的营养成分（g/100 g）
Table 2 Nutritional composition of raw HB (g/100 g)
样品 粗脂肪 总淀粉 蛋白质 β-葡聚糖 可溶性膳食纤维 不可溶性膳食纤维 总酚 灰分 BHB 1.75±0.16a 56.50±0.09a 10.43±0.30a 4.73±0.05a 8.64±0.07a 19.42±0.13a 2.67±0.05b 5.66±0.16a WHB 1.66±0.15a 53.95±1.71a 10.86±0.13a 5.60±0.47b 8.74±0.06a 19.16±0.16a 2.32±0.05a 5.56±0.76a 注：同组不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。
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表 3 不同炒制温度下不同粒色青稞糌粑粉各类挥发性化合物的相对变化量
Table 3 Relative changes of VOCs in HB tsampa flour with different grain colors under different frying temperatures
挥发性化合物 相对变化量（%） B0 B160 B180 B200 B220 B240 W0 W160 W180 W200 W220 W240 醛 100.00 133.92 169.80 174.31 175.85 182.74 100.00 112.26 218.05 222.03 217.67 218.02 酮 100.00 90.81 97.14 96.82 99.62 106.41 100.00 111.10 118.65 119.07 116.21 118.77 醇 100.00 93.53 89.00 84.06 83.53 75.86 100.00 75.06 69.72 64.51 56.08 50.86 酯 100.00 89.12 98.39 109.53 132.01 151.32 100.00 69.22 103.35 123.11 146.46 164.60 吡嗪 100.00 147.22 164.05 169.77 189.05 186.67 100.00 87.23 125.43 159.28 234.68 380.48 呋喃 100.00 206.53 274.30 247.89 285.93 253.51 100.00 184.00 199.97 207.14 224.89 227.07 注：以未炒制青稞为对照组，将其VOCs设为100%，不同炒制温度下的VOCs在其基础上的变化量为相对变化量，以百分数表示。
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表 4 不同温度炒制不同粒色青稞糌粑粉挥发性化合物组成的变化
Table 4 Variation of VOCs single component of HB tsampa flour with different grain color by frying at different temperatures
挥发性化合物 相对变化量（%） B0 B160 B180 B200 B220 B240 W0 W160 W180 W200 W220 W240 正壬醛 100.00 77.61 81.80 80.85 68.31 74.98 100.00 69.11 82.51 81.18 78.57 71.08 苯乙醛 100.00 144.40 292.20 276.73 301.42 327.07 100.00 96.50 328.75 334.96 384.81 386.56 乙酸正己酯（M） 100.00 79.21 99.31 105.11 105.73 126.37 100.00 72.55 121.77 127.76 142.74 135.02 乙酸正己酯（D） 100.00 134.90 194.02 190.87 282.11 314.27 100.00 76.07 72.72 74.11 92.29 81.92 2-戊基呋喃 100.00 206.53 274.30 247.89 285.93 253.51 100.00 184.00 199.97 207.14 224.89 227.07 2-庚烯醛（E） 100.00 83.89 110.87 104.13 100.14 100.63 100.00 86.08 191.76 174.00 179.27 177.16 己醛（M） 100.00 81.30 81.07 87.67 84.48 85.62 100.00 88.62 105.68 103.13 99.51 100.05 己醛（D） 100.00 66.62 121.28 109.85 101.36 94.60 100.00 53.02 184.14 175.81 160.17 146.27 1-戊醇（M） 100.00 86.09 64.23 55.75 49.21 39.91 100.00 109.11 86.27 68.67 50.91 36.47 1-戊醇（D） 100.00 86.21 54.25 42.04 34.31 30.98 100.00 117.76 75.07 52.88 31.16 21.31 戊醛（M） 100.00 70.33 104.61 107.80 76.20 66.59 100.00 68.02 275.11 266.65 146.19 192.65 戊醛（D） 100.00 75.62 211.62 230.05 151.03 167.10 100.00 78.96 676.28 720.15 363.48 563.03 1-戊烯-3-醇 100.00 79.97 73.19 74.92 77.67 77.19 100.00 122.47 92.76 96.82 69.62 70.26 2-甲基丁醛（M） 100.00 104.47 77.03 71.71 67.67 58.95 100.00 140.22 93.00 81.16 68.39 62.35 2-甲基丁醛（D） 100.00 417.32 568.60 611.98 635.00 673.78 100.00 401.49 934.26 990.79 1000.34 1027.96 3-甲基丁醛（M） 100.00 142.83 115.44 109.52 106.11 104.51 100.00 185.19 125.79 112.05 100.10 100.02 3-甲基丁醛（D） 100.00 402.50 515.50 531.64 526.80 534.99 100.00 403.51 949.94 1011.58 1026.43 990.32 乙酸乙酯（M） 100.00 81.66 66.32 62.37 58.47 54.26 100.00 69.44 60.04 61.00 58.39 57.39 乙酸乙酯（D） 100.00 62.77 57.25 57.50 59.06 57.58 100.00 38.93 40.61 41.31 40.14 45.46 2-丁酮（M） 100.00 124.97 128.53 124.27 117.56 104.78 100.00 128.34 121.96 116.34 107.50 95.05 2-丁酮（D） 100.00 133.72 193.56 206.16 237.44 255.03 100.00 170.15 282.18 302.58 316.52 348.06 2-甲基丙醛 100.00 147.93 192.45 287.79 510.05 860.06 100.00 76.96 192.30 343.62 617.51 1065.46 2-丙酮 100.00 79.76 77.01 75.21 74.02 79.80 100.00 101.59 99.64 97.22 93.25 93.76 乙醇（M） 100.00 100.05 95.35 94.00 90.51 86.85 100.00 74.83 68.99 66.32 59.51 54.91 乙醇（D） 100.00 85.54 75.24 56.02 36.51 31.72 100.00 67.35 70.42 68.58 85.96 87.50 乙酸甲酯 100.00 95.42 101.72 139.58 175.77 217.25 100.00 82.62 192.26 266.07 342.78 426.86 2,3-二甲基吡嗪 100.00 173.75 227.72 232.68 302.10 351.15 100.00 120.60 235.62 348.67 620.09 1072.28 （E）-2-己烯醛 100.00 112.19 128.60 136.45 133.35 139.26 100.00 85.39 114.31 105.68 108.92 106.55 异戊醇 100.00 81.86 64.38 65.67 62.95 55.72 100.00 59.53 49.74 43.21 36.68 34.62 2-糠醛 100.00 140.41 161.80 152.77 139.75 159.56 100.00 112.10 222.01 287.86 331.22 382.11 苯甲醛（M） 100.00 148.04 166.95 197.53 178.42 190.86 100.00 134.08 245.10 236.08 222.57 193.32 苯甲醛（D） 100.00 110.59 131.05 101.89 101.59 93.99 100.00 137.17 425.07 505.93 526.78 359.44 2-庚酮（M） 100.00 119.78 133.11 128.24 131.39 147.90 100.00 145.17 143.47 165.06 155.65 159.70 2-庚酮（D） 100.00 119.69 173.48 169.01 192.42 239.79 100.00 150.55 169.10 217.36 231.71 265.88 庚烯醛（M） 100.00 104.65 159.79 167.68 234.81 220.71 100.00 41.34 142.11 142.56 141.74 128.05 庚烯醛（D） 100.00 36.23 128.16 105.16 98.11 90.71 100.00 25.03 196.48 205.85 195.88 164.63 丁醛 100.00 82.30 76.68 71.13 63.29 60.89 100.00 78.77 84.54 89.85 89.92 102.22 2-甲基-1-丙醇（M） 100.00 99.71 87.05 77.22 70.02 62.48 100.00 54.02 68.33 68.23 68.53 66.68 2-甲基-1-丙醇（D） 100.00 100.21 93.13 85.64 78.55 74.27 100.00 70.70 184.04 204.70 227.94 208.13 2,3-二甲基-5-乙基吡嗪 100.00 143.48 162.81 172.81 222.75 273.05 100.00 87.24 103.65 111.35 150.03 307.40 正己醇 100.00 57.77 64.42 59.05 71.40 62.27 100.00 34.11 33.89 41.11 37.69 37.65 甲基吡嗪 100.00 123.78 125.43 116.82 101.05 89.42 100.00 106.06 175.01 225.71 267.76 324.57 三甲基吡嗪 100.00 153.27 169.75 182.19 206.38 195.14 100.00 64.77 58.46 52.52 55.09 93.58 1-辛烯-3-醇 100.00 127.05 146.84 143.12 160.26 140.03 100.00 80.17 95.45 79.45 66.70 57.38 注：以未炒制青稞为对照组，将其VOCs设为100%，不同炒制温度下的VOCs在其基础上的变化量为相对变化量，以百分数表示；M表示该物质为单体，D表示该物质为二聚体。
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