不同處理工藝板栗酥餅風味成分的 電子鼻檢測

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(1.湖北大學知行學院,湖北武漢 430011;2. 清遠職業技術學院,廣東清遠 511510;3.昆明理工大學分析測試研究中心,云南昆明 650093)

板栗含有豐富的營養成分,干物質中以淀粉為主,其次為可溶性糖、蛋白質、脂肪和果膠、纖維素以及較為豐富的Cu、Fe、Zn、Ca、Mg等營養元素[1],因此,它對人類健康有潛在的積極影響。例如,板栗對高血壓、動脈粥樣硬化等具有較好的防治作用,還可以減輕冠心病和癌癥的發病率[2]。板栗脂肪含量低,不飽和脂肪酸占優勢,且高纖維素含量也使得其成為一種有益健康的食品,也是一種很好的能量來源。板栗不含膽固醇,其殼和囊衣中的多酚含量很高[3]。我國是板栗種植大國,但不是板栗產品加工大國。目前板栗深加工產品主要有板栗罐頭[4]、板栗粉[5]以及各種板栗小食品等,但利潤較低。板栗的精深加工必然成為今后板栗綜合開發的趨勢。

板栗酥餅是將本實驗室研制的板栗蓉與湖北天門特色糕點酥餅的制備工藝結合而生產的一種板栗深加工食品,其風味獨特,入口酥脆。酥餅的氣味是評價其品質的重要手段,也是影響消費者購買的主要因素之一[6]。板栗蓉烘烤后具有獨特的香味,氣味物質的檢測一般采用氣相色譜法(GC)、氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)以及電化學方法,但這些檢測方法檢測周期長,對儀器操作者要求高,測試結果很難代表樣品的整體氣味,與人的嗅覺很難作系統化和科學化的對照[7]。氣味指紋分析技術是近十年來針對復雜介質和含協同作用的樣品而發展起來的一門新技術。采用傳感矩陣的電子鼻系統可以模擬人類的嗅覺對氣味進行感知。電子鼻檢測得到的不是被測樣品各種成分的定性和定量結果,而是給予樣品中揮發成分的整體信息[8]。本實驗采用電子鼻分析區分不同處理工藝的板栗酥餅風味,結合感官評價結果以確定板栗酥餅的最佳工藝。板栗加工中,添加一定量淀粉替代板栗粉可降低產品成本,但是添加過多會影響板栗制品風味,而電子鼻可以區分是否用部分淀粉替代了板栗粉,為板栗制品的品質鑒定提供一定參考依據。

表1 板栗酥餅的不同處理方式Table 1 Different treatment methods of chestnut flaky pastry

1 材料與方法

1.1材料與儀器

板栗 市售羅田板栗;低筋面粉、白砂糖、CMC、蘇打、豬油 市售;泡打粉 桂林市紅星化工有限公司;大豆油 湖北中昌植物油有限公司。

HM9型烤箱 廣州紅菱電熱設備有限公司;AR1140型電子分析天平 奧豪斯國際貿易(上海)有限公司;MJ-25BM01A型攪拌機 廣東美的電器股份有限公司;C21-SDHC07電磁爐 浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司;FOX 4000電子鼻 法國Alpha M.O.S.公司。

1.2實驗方法

1.2.1 樣品制備

1.2.1.1 面皮的制備 面皮由水油面團制得,其配料包括生低筋面粉400g,生食用油100g,白砂糖40g,水150g。具體調制方法如下:先把水、糖、油調勻,然后慢慢加入面粉,將面粉搓勻,即得到水油面團,即面皮。

1.2.1.2 酥皮的制備 油酥面團的配料包括熟低筋面粉100g,生食用油33g。具體調制方法如下:先將面粉烤熟,把熟面粉與生食用油按照3∶1的質量比揉成光滑的面團,即得到油酥面團,即酥皮。

1.2.1.3 餅皮的制作 將面皮與酥皮各自醒發10min,把酥皮包進面皮,再將面團搟開成一層長方形的薄皮,從長邊方向將薄皮卷成圓筒形,即得到餅皮。酥餅的餅皮是由間隔出現的面皮和酥皮組成。其中,面皮的面筋強度高;而酥皮采用熟低筋面粉,烤熟后的面粉面筋值較低,且油酥的含油量較高,會影響面筋的形成,采用生面粉做面皮,熟面粉做酥皮,烘烤之后會得到層次較好的酥層。

1.2.1.4 板栗餡料的制作及酥餅烤制 表1中列舉了6種不同的板栗酥餅加工方式。其中,處理方式1、2和3是添加了面粉的板栗酥餅,且分別比較了不同熟面粉添加量對產品品質的影響;處理方式4、5和6采用的是純板栗蓉制備的酥餅,比較了不同裝樣方式和填餡方法對產品品質的影響。本實驗采用的食用油需要加熱,方法為將生的食用油用電磁爐上的蒸煮檔加熱,食用油稍稍變色為黃色即可。裝樣方式有趁熱裝樣和冷卻裝樣,趁熱裝樣是指將剛剛熬煮好的板栗蓉直接包入餅皮中,或迅速與面粉等原料混合后包入餅皮中;涂抹是由于純板栗蓉均勻抹在餅皮上,將兩層餅皮貼合而成。

將板栗脫殼、去衣、切碎以及打漿后,按照表1的比例進行配料,然后在電磁爐蒸煮檔進行熬煮10min,即得板栗蓉。將制得的板栗蓉按照表1的比例加入面粉、白砂糖、泡打粉和蘇打,混勻,制得板栗蓉餡料。加入的小蘇打與泡打粉為疏松劑,會產生大量的氣體,使得酥餅體積膨脹,有助于餡料在餅皮里面形成均勻細密組織。取20g餡料,15g餅皮,將餅皮按成圓形的薄皮,再將餡料捏成團放入餅皮中間,使餅皮包住餡料后,按壓成象棋子狀,且中間稍稍為凹形,將放入烤箱中,烤箱面火為200℃,底火為180℃,烘烤時間為15min,待酥餅餅皮表面鼓起為金黃色即可。

1.2.2 感官評價 感官評價采用加權評分法[9]。由6名評價員組成評價小組進行,對照表2評分標準進行打分,各項指標滿分10分。其中,氣味和滋味分值各占整個感官評定分值的30%;口感和色澤各占20%。將各指標得分進行加權平均即為最后感官加權得分,即感官加權評分=氣味得分×30%+滋味得分×30%+色澤得分×20%+口感得分×20%。

表2 板栗酥餅感官評價標準表Table 2 Sensory evaluation standards of chestnut flaky pastry

表3 不同處理工藝板栗酥餅感官評分Table 3 Sensory evaluation of chestnut flaky pastry with different treatment methods

1.2.3 電子鼻檢測 電子鼻是利用傳感器矩陣作檢測,根據樣品與傳感器產生的物理變化(如電阻量)而進行數據處理,基本檢測系統由多個屬同一類族的傳感器構成,稱為“傳感器矩陣”,常用的為金屬氧化物傳感器(metal oxide sensor,MOS)和電化學傳感器[10]?；趥鞲衅麝嚵屑夹g和模式識別技術,電子鼻可以敏感的識別氣味指紋及其變化[11]。由于氣味的變化通常與其品質的變化緊密相關,所以電子鼻成為電子感官分析的重要工具,讓風味感官檢測成為客觀、可靠、可行的重要手段[12]。本實驗所用FOX 4000型電子鼻包含18個金屬氧化物傳感器,其型號分別如下:

Sensor chamber 1中六個傳感器分別為:LY2/LG,LY2/G,LY2/AA,LY2/GH,LY2/gCTL,LY2/gCT;Sensor chamber 2中六個傳感器分別為:T30/1,P10/1,P10/2,P40/1,T70/2,PA2;Sensor chamber 3中六個傳感器分別為:P30/1,P40/2,P30/2,T40/2,T40/1,TA/2。

電子鼻檢測時,稱取3.0g板栗酥餅于10mL頂空瓶中,加蓋密封待檢。密封瓶中的樣品經過靜置,達到液-氣兩相平衡后(1h以后),采用頂空進樣器抽取2.5mL氣體,并經載氣送入傳感器中。當金屬氧化物傳感器和氣味物質相互作用時,活性材料的導電性發生變化,信號以電路中電阻的變化來測量,通過軟件分析得出傳感器信號強度圖。樣品的檢測時,頂空注射采用直接頂空方式;載氣流速150mL/min;注射體積2.5mL;注射針總體積5.0mL;注射速度2.5mL/s;注射針溫度50°C;獲取時間90s。每個樣品重復4次。

1.2.4 數據分析方法 采用Alpha Soft Version 12.3軟件對電子鼻獲得的數據信息進行統計學分析,包括主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和判別因子分析(Discriminant Factor Analysis,DFA)。PCA是在對樣品特性一無所知的前提下,通過對原始數據向量進行線性變換,從而在一定的視角來尋找樣品間的差異的一種算法[13]。該算法不丟失任何樣品信息,僅僅通過改變坐標軸來達到區分樣品的目的。通過統計學分析,可以獲得更多產品之間的信息,作為以后進一步研究的基礎。DFA是在有先驗知識的前提下,即知道各樣品所屬類別的情況下,對原始數據向量進行線性變換,使得各類樣品能夠更好的區分,這是與PCA的區別。DFA分析常用于建立樣本數據庫而后對未知樣本進行定性判別[14]。

2 結果與分析

2.1感官分析

采用SPSS軟件對不同處理工藝板栗酥餅感官評分數據進行Duncan分析,實驗結果見表3。

由表3可以看出,在氣味和滋味得分方面,樣品1、3、4、5、6顯著高于樣品2(p<0.05),樣品1、3、4、5、6之間無顯著差異;在色澤得分方面,6個樣品無顯著差異(p=0.444);在口感得分方面,樣品1、2和3極顯著高于樣品4、5和6(p<0.001),樣品1、2和3之間無顯著差異(p=0.167),樣品4、5和6之間無顯著差異(p=0.654);在綜合評分方面,樣品2、4、5和6之間差異不顯著(p<0.071),樣品1、3、4、5和6之間差異不顯著(p=0.076),而樣品2與樣品1和3分別有顯著差異)。實驗結果說明,在感官單項評分中,面粉的添加在一定程度上可以提高產品口感,而對產品的氣味、滋味以及色澤影響不顯著。感官評分顯示,裝樣方式和填餡方法對產品品質無顯著影響。綜合評分結果顯示,只能區分熟面粉的加入量對板栗酥餅品質的影響，不能區分其它加工方式對該產品品質的影響。

2.2樣品預處理對傳感器響應信號的影響

圖1為樣品1的18個傳感器感應強度隨時間變化的響應曲線圖,曲線代表板栗酥餅的揮發性物質通過傳感器通道時,感應強度隨時間的變化情況。

圖1 傳感器對板栗酥餅樣品的響應曲線 Fig.1 Typical recordings for chestnut flaky pastry

由圖1可見,電子鼻的最大感應強度在0.7～0.8之間,說明進樣量沒有超過儀器負載,處于正常的檢測范圍以內。電子鼻檢測每一個樣品時,數據采集的時間為90s。圖中橫軸為時間軸,縱軸為響應強度,每條曲線代表一個傳感器在90s內的響應值變化。

為了能更好的觀察和分析電子鼻的18個金屬氧化物傳感器隨不同處理工藝板栗酥餅產品的變化,對樣品的傳感器信號數據進行分析,獲取每個傳感器的最大響應值,并把18個傳感器最大響應值按照間隔20度均勻排列在圓周上,將每個傳感器的最大響應值取出并標識,形成雷達圖[15],如圖2所示。

圖2 板栗酥餅樣品的雷達圖 Fig.2 Radar character of chestnut flaky pastry

由圖2可以看出,電子鼻對板栗酥餅的揮發性成分有明顯響應,并且每一個傳感器對板栗酥餅的響應各不相同,樣品之間的差異主要表現在LY型傳感器上,傳感器LY2/G、LY2/AA、LY2/GH以及LY2/gCTL在當前條件下作用較大,其他傳感器的作用相對較小。

2.3PCA法分析不同處理方式的板栗酥餅

不同處理方式下板栗酥餅的PCA分析見圖3,橫(PC1)、縱(PC2)坐標分別表示在PCA轉換中得到的第一主成分和第二主成分的貢獻率。

圖3 不同處理的板栗酥餅的PCA分析 Fig.3 PCA analysis of chestnut flaky pastry for different treatment methods

由圖3可以完全區分經過不同處理的6組板栗酥餅樣品,樣品1、2和3在圖中右側較為接近,而樣品4、5和6分布于圖中左側,樣品4與樣品2的差異最大,樣品4采用的是不加面粉、冷卻裝樣以及涂抹方式,而樣品2采用的是加一定量面粉、趁熱裝樣以及包餡方式,由此可見,電子鼻可以精確區分板栗酥餅的不同加工方式。為了更加直觀的觀察,我們再結合主成分分析的三維圖譜(圖4)來觀察。

圖4 主成分分析的三維圖譜 Fig.4 Three-dimensional map of PCA analysis

從三維圖譜中能夠更好地看出不同板栗酥餅樣品的差異。PCA三維圖譜既保持了二維圖譜的信息,又使聚類分布的規律性更加明顯[16]。第一主成分和第二主成分的總貢獻率為99. 772%。通過對所有被測樣品數據進行主成分分析,得到被測樣品的主成分1(PC1)累積方差貢獻率為99.454%,這說明PC1已經包含大量信息,能夠反映樣品的整體信息。如果兩個樣品在橫坐標上的距離越大,說明他們的差異越大。

2.4DFA法分析不同處理方式的板栗酥餅

由圖5和圖6可以看出,第一判別因子(DF1)總貢獻率為99.435%;第二判別因子(DF2)總貢獻率為0.2394%;第三判別因子(DF3)總貢獻率為0.1625%。DFA 分析也可準確區分板栗酥餅的6種不同處理方式。

圖5 不同處理的板栗酥餅的DFA分析 Fig.5 DFA analysis of chestnut flaky pastry for different treatment methods

圖6 判別因子分析的三維圖譜 Fig.6 Three-dimensional map of DFA analysis

3 結論

3.1分析了不同處理工藝板栗酥餅的特征揮發性氣體,結果顯示,樣品之間的差異主要表現在LY型傳感器上,傳感器LY2/G、LY2/AA、LY2/GH以及LY2/gCTL在當前條件下作用較大。

3.2感官評價可以區分板栗餡料中是否添加面粉,但是,對于面粉加入量、裝樣方式和填餡方法等無法做出精確區分。感官評價結果顯示,面粉的添加主要影響產品的口感。而采用電子鼻系統中的主成分分析法以及判別因子分析法可以精確區分板栗餡料中面粉的加入量、裝樣方式和填餡方法,但是對于品質優劣的評價還需參考感官評分的結果,因此,要確定最佳工藝需將電子鼻技術和感官評價方法結合起來。

3.3結合電子鼻分析和感官評分結果,處理工藝3綜合品質最佳,即板栗酥餅的最佳處理工藝為:參照1.2.1的方法,在純板栗蓉中,按照1∶3的質量比添加面粉,趁熱包餡制得的板栗酥餅口感最好,還可建立板栗制品風味檢測系統,為區分板栗制品中是否有淀粉替代板栗粉的情況提供一定參考依據。

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