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GC-O与GC-MS联用法鉴定香竹竹叶中关键气味活性物质



全 文 :  收稿日期: 2009-03-20
基金项目:中央高校基本科研业务专项资金资助 ( 2009QNA6018)
GC-O与 GC-M S联用法鉴定香竹
竹叶中关键气味活性物质
杨 超1 张海静 1 杨 旭 1 吕 玉 1
宋焕禄 1*  陆柏益 2 张 英 2
( 1.北京工商大学化学与环境工程学院 ,北京 100048; 2.浙江大学生物系统工程与食品科学学院 ,杭州 310029)
摘 要 实验运用 SDE方法对香竹竹叶中挥发性物质进行提取 ,利用 GC-O与 GC-MS联用的法方对其
中气味活性物质进行定性分析 ,共鉴定出 29种气味活性物质。研究发现 ,对香竹竹叶的特征性气味起关
键性作用的化合物种类主要有醇 ( 9种 )、醛 ( 9种 )、萜类化合物 ( 5种 )、酮 ( 3种 )、酯类 ( 2种 )和含硫化合
物 ( 2种 )。 香竹竹叶中重要的气味活性化合物为 2-甲基丁醛 (黑巧克力味 ) ,嘧啶 (刺激味 ,辛辣味 ) , 2-甲
基噻吩 (刺鼻汽油味 ) ,己醛 (青草味 ) ,糠醛 (烤香、肉香 ) , 3-己烯醛 (青草味 ) , 1-庚烯 -3-醇 (青草味、刺激
味 ) ,乙二硫醚 (刺激味、咸菜味 ) , 3-甲硫基丙醛 (煮土豆味、煮肉味 ) , 2-甲基 -3-呋喃硫醇 (甜香 ) ,辛醛 (花
香 ,绿草 ,橘皮味 ) ,橙花醇 /香叶醇 (橘子味、花香 )。
关键词 香竹 ; SDE; GC-O; GC-MS; AEDA;气味活性物质
The Identif ication of Aroma-active Compounds of
Chimonocalamus delicatus Hsueh et Yi by
the Cooperation of GC-O and GC-MSMethod
Yang Chao
1  Zhang Haijing1  Yang Xu1  Lv Yu1
Song Huanlu
1*   Lu Boyi2  Zhang Ying2
( 1. Col leg e of Ch emical& Envi ronmental Engin eering, Bei jing Tech nology
and Business Universi ty, Bei jing 100048, China;
2. Sch ool of Bios ys tems Engineering and Food Science, Zh ejiang Univ ersi ty, Hangzhou 310029, Zh ejiang, China)
Abstract  The volati le compounds of Chimonocalamus del icatus Hsueh et Yi leaves w ere
ex t racted using SDE method. The aroma-activ e compounds w ere identi fied by the
coopera tion of GC-O and GC-M S Method, and ranked by AEDA method. To tally, 29
kind o f compounds w ere sepa ra ted and identified, including alcohols ( 9 kinds ) ,
aldehydes( 9 kinds) , terpenes( 5 kinds) ketones( 3 kinds) , esters( 2 kinds) and sulfides
( 2kinds ) . Of which , the key aroma-activ e compounds w ere 2-methylbutanal ( dark
choco la te ) , py ridine ( pungent ) , 2-methylthiophene ( g aso line-like ) , hexanal ( g rassy ) ,
furfuran ( ca ramel、 mea t ) , 3-hexenal ( g rassy ) , l-hepten-3-ol ( g rassy, pungent ) , diethy l
sul fide ( pungent , pickle ) , 2-methylpropanal ( boi led potato , boi led mea t ) , 2-methyl-3-
furanthio l( sweet ) , octanal( f rui ty , g reen, o range peel) and nerol /geranial (ci t ric, flo ral) .
Key words  Chimonocalamus del icatus; SDE; GC-O; GC-M S; AEDA; Aroma-activ e
compounds
第 28卷 第 4期
2 0 0 9年 1 1月        竹 子 研 究 汇 刊JO URNAL O F BAMBOO RESEARCH        
Vol. 28, No. 4
Nov. , 2 0 0 9
  香竹 (Chimonocalamus delicatus Hsueh et
Yi)别名黑灰竹 ,被子植物门 ,双子叶植物纲 ,禾
本目 ,竹亚科 ,香竹族 ,香竹属 ,本种现仅见于云
南金平县 ,海拔 1 400— 2 000 m山区 ,常与阔叶
树混生 [1 ]。其食用特点为笋味佳 ,且因其具有特
殊的清香气味 ,云南当地人民常把稻米、野鸡等
食材放入竹筒中 ,蒸制或烤制出具有浓郁地方
特色的竹筒饭、竹筒烤鸡等佳肴。利用香竹做出
的饭菜既清香扑鼻 ,又具有很高的营养价值。近
些年来 ,人们利用香竹独特的香气 ,开发出许多
特色产品 ,如竹汁酒、竹香米、用于粽子与竹筒
饭的制作、提取其有效成分用于药品中 [2 ]。目
前 ,对于香竹香气的认识多只限于感官方面 ,缺
乏科学依据 ,单纯利用 GC-M S分析其中的挥
发性成分也存在很大的弊端。利用 GC-O与 GC-
M S相结合的方法 ,可以比较有针对性的分析
出香竹中的特征性气味化合物 ,为开发新的、具
有特色的香竹产品 ,提高人们的生活水平奠定
坚实的基础。
目前 ,对于复杂的天然物质的香气成分的
检测主要采用机器检测 ,如 GC-M S、 HPLC-M S
与感官检测 ,如 GC-O(气相色谱-气味鉴定法 )。
在挥发性物质的检测中 GC-M S因其方便、快
捷、分离效率高 ,一直以来都发挥着极其重要的
作用。 但是 ,在众多挥发性物质之中 ,只有一部
分具有气味活性 ( Aroma-activ e) ,且有些气味
活性物质阈值较低 ,无法被 GC-M S检出 [3 ]。 自
从 20世纪 60年代以来 , Fuller等直接嗅闻从
GC中分离出来的组分 [4 ] ,逐渐发展到今天成熟
的 GC-O检测技术 ,这一技术作为目前最为完
善的人工感官检测技术 ,很好地解决了这一问
题。即用 MS将挥发性物质分离 ,再用人工感官
检测技术识别 ,对确定其特征香味化合物及其
强度进行鉴定。目前 ,国外已将 GC-O检测技术
广泛应用于对酒类 [ 5~ 7]、乳制品 [ 8~ 10]、肉制
品 [11~ 15 ]等关键风味化合物的研究。
本实验采用同时蒸馏提取 ( SDE)方法提取
香竹竹叶中的挥发性物质 ,再利用 GC-O与 GC-
M S联用方法 ,对香竹竹叶的气味活性物质进
行分离和鉴定 ,再应用呈味成分稀释方法
( AEDA法 )分析出对其气味贡献较大的成分。
1 材料和方法
1. 1 材料与仪器
1. 1. 1 材料 香竹竹叶: 将香竹竹叶子剪成 1
cm2的小片 ,备用。
1. 1. 2 试剂 乙醚 (分析纯 )北京化学试剂公
司 ;正戊烷 (分析纯 )北京化学试剂公司 ;无水
Na2 SO4 ,北京化学试剂公司甲醇 ( HPLC纯 ) ,
美国 Fisher公司 ,系列正构烷烃 ( C6 -C22 ,色谱
纯 )北京化学试剂公司。
1. 1. 3 仪器与设备 气相色谱 6890N,美国
Agilent公司 ;质谱 5975C,美国 Agilent公司 ;嗅
觉检测器 ODP2,德国 Gerstal公司 ; Tenax柱 ,
填料为聚 ( 2, 6-二苯基 -p-苯烯基氧化物 ) ,规格
为 80目、 200 mg、 80 mm× 3 mm,德国 Gerstal
公司 ; SDE(同时蒸馏提取装置 )美国 Kno tes公
司 ; TDS3 /TDSA2(热脱附系统 ) ,德国 Gerstal
公司 ; DKB-501A超级恒温水浴槽 ,上海精宏实
验设备有限公司。毛细管柱: HP-5, 30 m× 0. 25
mm× 0. 25μm,美国 J& W公司 ; DB-Wax , 30
m× 0. 25 mm× 0. 25μm,美国 J& W公司。
1. 2 方法
1. 2. 1  SDE方法 取香竹竹叶样品 50 g ,放入
1 000 mL圆底烧瓶中 ,加入 500 mL蒸馏水 ,置
于电热套中 ;提取溶剂为 30 mL正戊烷与 30
mL乙醚的化合物 ,同时蒸馏提取的条件为温
度为 40℃ ,提取 3 h。提取结束后 ,溶剂相用无水
Na2 SO4吸水 ,放入分液漏斗中分液 ,过滤 ,将蒸
馏液放入冰箱中冷冻 ,无小冰晶析出 ,方可进行
下一步操作 (否则应重复上述过程 )。于 40℃水
浴箱中 ,用 Vigreux柱浓缩至 1. 5 mL左右 ,制
成香竹竹叶溶剂提取物原液。
1. 2. 2  GC-O与 GC-M S联用方法 取样液 2
μL(溶剂提取物原液及其系列稀释物 )分别做
毛细管柱为 HP-5与 DB-Wax的两组实验 ,样品
经 GC分离后 ,分别进入质谱检测器 ( M S)与嗅
觉检测器 ( ODP2)进行检验 ,分流比为 1∶ 1。由
3名有经验的感官评价员 ,在一天时间内 (应保
持 GC的工作条件及状态尽可能一致 ,才可使
保留时间尽量接近 )进行 ODP嗅闻检测。当至
少有两名感官评价员在同一保留时间嗅到相同
41 第 4期 杨 超等   GC-O与 GC-M S联用法鉴定香竹竹叶中关键气味活性物质    
气味时 ,方可记录于最终结果 ,以供进一步分
析。感官评价员在每次嗅闻过程中应记录好保
留时间、描述气味特点及气味的强度。
1. 2. 3  GC-O与 GC-M S的分析条件  ( 1) GC
条件: HP-5毛细管柱:载气为氦气 ,流速为 1. 0
m L· min-1。升温程序为: 初温 35℃ ,保持 2 min,
以 5℃· min-1到 200℃ ,停留 0. 00 min,再以 10℃
· min-1到 250℃停留 5. 00 min。DB-Wax毛细管
柱:载气为氦气 ,流速为 1. 0 mL· min-1。升温程
序为: 初温: 35℃ ,保持 2 min,以 5℃· min-1到
200℃ ,停留 0. 00 min,再以 10℃· min-1到 230℃
停留 5. 00 min。 ( 2) M S的条件:电离方式为 EI,
离子源温度为 200℃ ,电子能量为 30 eV ,扫描质
量范围为 32~ 650 amu。
1. 2. 4  AEDA方法 将香竹竹叶原液用乙醚
按体积比 1∶ 3, 1∶ 9, 1∶ 27等逐步进行稀释 ,
直到感官评价员在 ODP出口闻不到气味为止 ,
每种物质的能鉴别出来的最终稀释的对数
Log3 FD为其气味稀释因子 ( Flavo r Di lution
facto r, )即 FD因子。每次稀释后取稀释样液 2
μL,按 1. 2. 2中所述步骤进行检测 ,稀释样液只
做 DB-Wax柱分离即可。
1. 2. 5 化合物定性方法  ( 1)挥发性化合物经
MS自动检出 ,对照质谱库 ( NIST libra ry) ,检
验方法记为“质谱”。 ( 2)经 ODP2的同一保留时
间 RT值的化合物气味特征 ,利用系列正构烷
烃 ( C6-C22 )换算成 RI值。通过实验所得的 RI
值 ,与相关文献 (和 数据库以及 Rychlik M的
风味数据表 [16 ] )进行比较 ,以判断各个化合物 ,
检验方法记为“ RI值”与“气味性质”。 RI值计
算公式: RIa= 100Xn+ 100X ( ta-tn ) / ( tn+ 1-tn )。
实验中 ,既可以通过质谱检测 ,也可以通过 RI
值与气味性质检测的化合物为含量较高的气味
活性物质。而那些只能通过 RI值与气味性质检
测的物质为含量较低的气味活性物质 ,无法被
质谱检出 ,但因其阈值较低 ,含量很少就可以对
样品的气味有很大的贡献 ,它们的作用同样不
可小觑。表 1为经鉴定方法 ( 1)、 ( 2)确定的香竹
竹叶中的气味活性化合物。
表 1 香竹竹叶同时蒸馏提取液中的气味活性化合物
Tab. 1  Aroma-active component of Chimonocalam us delicatus Hsueh et Yi leav es ext racted by SDE m ethod
序号
No.
化合物中文名称
Chinese name of
th e com pound
气味性质 b
Smel l
R. I值 a
DB-5 DB-w ax FD因子
鉴定方法
Iden tif ication
meth od s
1 乙酸乙酯 水果味 614 < 800 1 质谱 , RI,气味
2 1-丁醇 花香 ,水果甜味 634 1 质谱 , RI,气味
3 2-甲基丁醛 黑巧克力味 640 914 3 RI,气味
4 2, 3-戊二酮 果香 ,黄油味 670 1 质谱 , RI,气味
5 1-戊烯 -3-酮 汽油味、刺激味 683 904 1 RI,气味
6 嘧啶 刺激味 ,辛辣味 722 1195 3 质谱 , RI,气味
7 戊醇 刺鼻酒精味 ,果味 750 1256 1 质谱 , RI,气味
8 2-甲基 -1-丁醇 果酒味 755 1 质谱 , RI,气味
9 2-甲基噻吩 刺鼻汽油味 759 1093 3 RI,气味
10 3-己酮 塑料 竹子 791 929 2 质谱 , RI,气味
11 己醛 青草 ,绿叶 795 1024 3 质谱 , RI,气味
12 顺 -3-己烯醛 绿叶 ,草味 800 1024 1 质谱 , RI,气味
13 2-戊烯醇 刺鼻、油漆味 802 1195 1 质谱 , RI,气味
14 糠醛 烤香、肉香 810 1349 3 质谱 , RI,气味
15 3-己烯醇 (叶醇 ) 刺激、青草味 858 1256 2 质谱 , RI,气味
16 2-己烯醛 (青叶醛 ) 绿叶 ,青草味 ,杏仁味 863 1110 2 质谱 , RI,气味
17 2-甲基 -3-呋喃硫醇 甜香 868 3 质谱 , RI,气味
18 2-庚烯醛 油腻 ,塑料味 878 1200 1 质谱 , RI,气味
19 戊酸乙酯 果香味 900 2 质谱 , RI,气味
20 ( E, E) -2, 4-庚二烯醛 油腻 ,干草味 912 1476 1 质谱 , RI,气味
21 1-辛烯 -3-醇 蘑菇味 975 1271 2 RI,气味
22 β-蒎烯 松节油、松脂气味 990 1 质谱 , RI,气味
23 β-水芹烯 柑橘味 998 1 RI,气味
24 辛醛 花香 ,绿草 ,橘皮味 1005 1287 3 质谱 , RI,气味
25 二丙基二硫 鱼肠味、汽油味 1022 1119 2 质谱 , RI,气味
26 橙花醇 /香叶醇 橘子味、花香 1247 1778 3 RI,气味
27 植醇 草、清香 1303 1373 1 质谱 , RI,气味
28 月桂醇 刺激 ,油腻味 1650 1422 2 RI,气味
29 ( E, Z) -2, 6-壬二烯醛 绿叶 ,黄瓜味 1590 3 质谱 , RI,气味
   a表 1根据经 GC的 HP-5毛细管柱的流出时间排序 ; b气味特征为 ODP出口嗅闻到的化合物气味特征
42    竹 子 研 究 汇 刊 第 28卷 
2 结果与讨论
通过 HP-5毛细管柱分离 ,利用 MS的 FID
火焰监测器检出的挥发性化合物共 103种 ,而
通过 DB-Wax毛细管柱分离 ,利用质谱 ( M S)的
FID火焰监测器检出的挥发性化合物共 127
种 ,但大多数挥发性化合物都没有气味特征或
对气味的贡献很少。 表 1所示为香竹竹叶同时
蒸馏提取中 ODP-2检测出的气味活性化合物 ,
综合 HP-5与 DB-Wax的实验结果 ,总结如下:
气味活性物质总计 29种 ,其中有 22种经 MS检
出。 ODP实验结果显示 ,组成香竹特殊香气的
气味性质多为 ,青草味 ,水果味 ,汽油味 ,油漆
味 ,刺激性气味 ,金属味及萜品醇气味等。 表 1
中显示的 FD因子越大 ,该中化合物对样品气
味的贡献就越大 ,其中 FD因子为 3的化合物有
2-甲基丁醛 (黑巧克力味 ) ,嘧啶 (刺激味 ,辛辣
味 ) , 2-甲基噻吩 (刺鼻汽油味 ) ,己醛 (青草味 ) ,
糠醛 (烤香、肉香 ) , 3-己烯醛 (青草味 ) , 1-庚烯 -
3-醇 (青草味、刺激味 ) ,乙二硫醚 (刺激味、咸菜
味 ) , 3-甲硫基丙醛 (煮土豆味、煮肉味 ) , 2-甲基
-3-呋喃硫醇 (甜香 ) ,辛醛 (花香 ,绿草 ,橘皮
味 ) ,橙花醇 /香叶醇 (橘子味、花香 ) ,表 1中其
他化合物根据其 FD因子从大到小 ,对样品气
味的贡献也就越来越少。
FD因子较高的物质赋予了香竹天然的青
草香气及水果香气 ,给人一种清新淡雅 ,超凡脱
俗的感觉。研究发现 ,硫醚类化合物在总体中占
有一部分含量 ,可通过质谱检出 ,且 FD因子均
较高。
3 结 论
近些年 来 , Jezussek M [ 17] 采用 GC-O,
AEDA法比较了不同种类熟棕米的风味活性
物质 ,江新业等人 [18 ]采用 SDE、 GC-O-M S、
AEDA对北京烤鸭中的风味化合物进行了鉴
定。众多实验表明 , GC-O及 GC-O与 GC-M S联
用技术日趋成熟 ,它能更好的诠释食品的气味
组成 ,分析出关键性风味活性物质及其含量。
在竹类的相关研究中 ,林凯 [19 ]运用气质联
机方法在淡竹竹叶挥发油中鉴定出 41种挥发
性化合物。 项伟、李玉媛 [ 20]利用气相色谱—质
谱—计算机联用仪 ( GC-M S-S)分析出灰竹挥
发油中主要含烯类化合物 ( 8种 )、醇类 ( 5种 )、
芳香烃类 ( 5种 ) ,其余为酯类、酸类、酮类和烷
烃类。毛燕 [ 21]等人用 GC-M S进行分离和分析
共分离出 53种主要成分 ,分别由 10种醇类化合
物 (含量 48. 61% ) , 17种醛类化合物 (含量
22. 26% ) , 5种酸类化合物 (含量 12. 38% )和 6
种萜类化合物。余爱农等 [22 ]利用 GC-M S法鉴
定结构并与计算机系统储存的已知物质的质谱
进行比较。共鉴定出 27个挥发性化合物 ,主要
挥发性成分有:十六烷、棕榈酸、十五烷、油酰
胺、十七烷、对乙酰基苯酚、 ( E) -植醇、 8-己基十
五烷、肉豆蔻酸、油酰胺等。 王学利 [ 23 ]等人用
GC-M S对箬竹叶挥发性成份进行了含量分析 ,
指出 4-乙烯基苯酚 , 3-己烯酸含量较高 ,醛类和
羧酸类化合物占有检出成分的很大比例。这些
实验的共同特点是对竹子气味的研究过程缺乏
感官评价这一重要分析手段 ,单纯利用仪器分
析手段导致测出的物质是挥发性化合物而非气
味活性物质 ,资料显示 ,许多高级烷烃显然没有
气味性质 ,且此种单一手段无法检出阈值较低
但气味特征明显的化合物 ,无法确定对该种食
品风味贡献最大的化合物。
Shih-Guei Fu
[24 ]等人利用 SPM E-GCO对
竹笋进行风味分析 ,主要风味活性物质有 2-庚
醇 ( 2-heptano l)、乙酸 ( acetic acid)、 3-甲硫基丙
醛 ( methional )、里哪醇 ( linaloo l)、 2, 6-壬二烯
醛 ( 2, 6-nonadienal )、 苯 乙 醛 ( Phenyl
acetaldeh yde)、苯酚 ( pheno l) ,与本实验结果具
有一定的相似性。
本实验运用 SDE方法、 GC-O与 GC-M S联
用技术和 AEDA方法 ,对香竹竹叶的特征性气
味活性化合物进行了定性及定量分析。 由表-1
的实验结果显示 ,对香竹竹叶的特征性气味起
关键性作用的化合物主要有醇 ( 9种 )、醛 ( 9
种 )、萜类化合物 ( 5种 )、酮 ( 3种 )、酯类 ( 2种 )
和含硫化合物 ( 2种 )。 这一结果对有效利用其
特殊气味开发新产品及进一步研究其气味化合
物的形成途径打下基础。
本次试验发现 , 2-甲基丁醛 , 1-戊烯 -3-酮 ,
43 第 4期 杨 超等   GC-O与 GC-M S联用法鉴定香竹竹叶中关键气味活性物质    
1-辛烯-3-醇 ,橙花醇 /香叶醇 ,月桂醇 ,β -水芹
烯 ,无质谱检出 ,但其可用 ODP检出 ,且气味特
征清晰 ,可判断这些含量甚微的化合物也对这
种竹子的特殊气味产生不可替代的作用 ,这一
点是单纯用 GC-M S方法无法检测到的。实验还
发现 ,香竹竹叶提取液中硫醚类化合物是对香
竹有很大香气贡献的一类重要化合物 ,推测其
形成途径应该与云南独特地理及气候环境有密
切关系 ,可进行进一步研究。
总而言之 ,这项研究成果为保护及培育香
竹这一稀有的、具有独特气味特征的竹类品种 ,
进一步建立风味模型 ,开发新的产品奠定了
基础。
参 考 文 献
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