茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片品質及其貯藏穩定性的影響

,2,2,*

(1.四川大學食品工程系,四川成都 610065; 2.四川大學食品科學與技術四川省高校重點實驗室,四川成都 610065)

油炸是一種以油脂為傳熱媒介的食品加工方法,被廣泛用于食品工業和家庭烹飪,而油炸食品因獨特的風味和質構受廣大消費者喜愛[1]。在油炸過程中,油炸食品和油脂間不僅進行著能量和物質的交換,而且還會發生各種復雜的化學反應,如氧化反應、美拉德反應、焦糖化反應等,進而影響著油炸食品的品質[2-3]。作為傳熱傳質媒介,油脂與油炸食品的品質緊密相關,油脂在油炸過程中極易氧化劣變,產生大量對人體健康有害的物質,并通過物質交換遷移到油炸食品中,從而導致油炸食品品質的下降[4]。食品工業中常用合成抗氧化劑抑制油脂的氧化,進而延緩食品品質的下降,如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、特丁基對苯二酚(TBHQ)等。但由于合成抗氧化劑在高溫條件下不穩定,抗氧化效果差,并且對人體健康存在潛在的威脅,使得其使用受到了限制。因此,尋求高效、穩定、安全的天然抗氧化劑進而解決油炸過程中油炸食品品質的下降已成為相關領域的研究熱點[5]。

茶多酚是從茶葉中提取得到的酚類化合物的總稱,是茶葉中的主要功能活性成分。茶多酚的主要成分是兒茶素,包括表兒茶素(EC)、表沒食子兒茶素(EGC)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(ECG)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)[6]。茶多酚具有多種有益人體健康的作用,如抗氧化、抗腫瘤、抗血栓、防輻射、抑菌、降血糖等活性[7-10],且因其高效的功能和低廉的價格,茶多酚已被廣泛應用于食品工業的生產中。相關研究指出,茶多酚熱穩定性較好,在高溫條件下也能夠發揮其功能特性[11],這表明茶多酚具有保護油炸食品在油炸過程中品質下降的潛力。但是目前有關茶多酚用于保護油炸食品品質的研究較少,研究茶多酚在油炸過程中對油炸食品品質的影響具有重要的意義。

本文以馬鈴薯片為載體,研究茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片感官、理化、風味等品質特性、危害物丙烯酰胺含量以及其貯藏穩定性的影響,為茶多酚應用于油炸食品體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶多酚(純度≥95%) 通澤生物科技有限公司;菜籽油(不含抗氧化劑)、馬鈴薯 成都當地市場,常溫避光保存,備用;丙烯酰胺標準品 阿拉丁試劑公司;無水乙醚、石油醚、三氯甲烷、乙酸、乙醇、硫代硫酸鈉、碘化鉀、淀粉(均為分析純),甲醇(色譜純) 成都科隆化工試劑廠;實驗用水 為蒸餾水。

DF25B型電炸鍋 中山斯樂得電器有限公司;DHP-9082型電熱恒溫培養箱 上海一恒科技有限公司;XS205型高精確電子分析天平 美國Mettler-Toledo公司;Milli-Q Element超低元素型超純水系統 上海晶儀科學儀器有限公司;DL-1單聯型電爐 北京科偉永興儀器有限公司;GL-20G-C型高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠;GC-QP 2010 Plus型氣相色譜質譜儀 日本島津公司;1260 infinity II型高效液相色譜儀 美國Agilent公司;TA.XT.Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司;SZC-101型脂肪儀 上海纖檢儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 油炸馬鈴薯片樣品的制備 稱取0.4 g茶多酚(溶于2 mL乙醇)混合到1000 g菜籽油中,于室溫下攪拌混勻10 min,制備得煎炸油。將新鮮馬鈴薯切片成大小一致的薯片(直徑為(4.50±0.05) cm,厚度為(0.30±0.05) cm),純水漂洗除去表面游離淀粉和可溶性物質,備用。

油炸馬鈴薯片的制作[12]:將煎炸油倒入炸鍋中加熱至180 ℃,溫度穩定后開始計時,并以(100±2) g新鮮馬鈴薯片為一批樣品進行油炸,油炸3 min,此后每間隔1 h重復油炸一批新鮮薯片,油脂溫度控制在180 ℃,每天持續加熱8 h,共加熱24 h(3 d);每次油炸結束后,薯片樣品瀝油后包裝,按油脂加熱時間(0～24 h)對每批次的薯片樣品進行編號(編號:T0～T24),取編號T0、T4、T8、T12、T16、T20、T24批次的薯片樣品用于后續指標的測定,各批次樣品均于4 ℃下密封保存。未添加茶多酚的菜籽油作為空白對照進行同樣的油炸程序,油炸過程為連續油炸且不添加新菜籽油。

1.2.2 感官評價 由10位經過專業培訓的感官分析員組成評價小組對油炸薯片的感官品質進行評定。評價小組對油炸薯片的各感官指標逐一進行定量描述分析,并完成評價表。其中,感官指標包括口感、香氣、顏色、脆度、可接受性,采用0～9數字標度作為感官評分標尺,數字由高到低代表特性由強到弱的變化,感官評分尺度表如表1所示。評價完成后收集評價小組的評價表,統計計算評價小組對每個樣品的各個感官特征的平均分,結果采用雷達圖表示[13]。

表1 馬鈴薯片感官評價標準(分)Table 1 Sensory evaluation standard of potato chips(score)

1.2.3 馬鈴薯片的質構測定 采用TA.XT.Plus型質構儀對薯片樣品的質構特性進行測定,具體測試參數如表2所示,每批樣品測定15～20次,結果取平均值[14]。

表2 馬鈴薯片質構測定參數Table 2 Texture determination parameters of potato chips

1.2.4 馬鈴薯片水分含量的測定 采用GB 5009.3-2016中的直接干燥法[15]。

1.2.5 馬鈴薯片含油率的測定 采用GB 5009.6-2016中的索氏抽提法[16]。

1.2.6 馬鈴薯片揮發性風味成分的測定 馬鈴薯片的揮發性風味成分采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用(HS-SPME-GC-MS)方法分析測定[17]。稱取薯片樣品2 g,置于20 mL頂空采樣瓶中,50 ℃恒溫水浴中加熱平衡10 min,將SPME進樣器固定在HS-SPME搭載裝置上,并將針頭插入頂空瓶中,推出萃取纖維(PDMS/DVB),于50 ℃恒溫水浴條件下頂空吸附萃取30 min。吸附結束后,將萃取頭插入GC-MS進樣口,于250 ℃解析10 min。

采用GC-MS對樣品中的揮發性化合物進行分析,色譜柱型號為DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),以氦氣為載氣,恒定流速為1.0 mL/min;色譜升溫程序為:初溫 40 ℃,保留3 min,以5 ℃/min升溫至90 ℃后不保留,再以6 ℃/min升至230 ℃保留2 min;質譜離子源溫度230 ℃,電離方式EI,電子能量70 eV,質量掃描范圍 40～400 m/z。根據物質的保留時間和質譜結果與數據庫(NIST,14.0,Gaitherburg,MD,USA)比對以及歸一化積分法對樣品中揮發成分進行定性及定量分析。

1.2.7 馬鈴薯片丙烯酰胺含量的測定 馬鈴薯片丙烯酰胺含量采用高效液相色譜法測定[18]。用甲醇配制濃度為0.1 mg/mL的丙烯酰胺標準溶液,置于4 ℃冰箱中保存,使用前用甲醇稀釋至0.001、0.002、0.003、0.004、0.005 mg/mL的濃度制備標準曲線。用粉碎機將薯片樣品粉碎,稱取粉碎樣品5 g于50 mL離心管中,加入20 mL甲醇,渦旋振蕩提取1 min,超聲提取20 min,5000 r/min離心10 min,取上清液于分液漏斗中,加入20 mL石油醚,充分振蕩靜置分層,取下層甲醇溶液經0.45 μm濾膜過濾得待測溶液。色譜柱采用日本GL科技公司的PREP-ODS-3反相色譜柱(4.6 mm× 250 mm,5 μm),流動相為20%甲醇溶液(甲醇∶水=20∶80,v/v),流速為0.3 mL/min,檢測器為DAD,檢測波長為210 nm,柱溫為30 ℃,進樣量為10 μL。

1.2.8 馬鈴薯片貯藏穩定性測定 馬鈴薯片的貯藏穩定性采用烘箱加速法測定[19]。將薯片放置于60 ℃恒溫箱中貯藏,分別在第0、2、4、6、8 d取樣提取油脂,測定其過氧化值(POV)。樣品過氧化值的測定及計算按照《食品國家安全標準 食品中過氧化值的測定》(GB 5009.227-2016)中的滴定法進行[20]。

1.3 數據處理

每組實驗重復三次,結果以“平均值±標準差”的形式表示。實驗結果用Origin(version 8.0 for Windows,OriginLab Corporation,MA,USA)進行統計分析,顯著性差異P<0.05。

2 結果與討論

2.1 茶多酚對馬鈴薯片感官品質的影響

食品的感官特性是食品品質最直觀的體現,感官品質好的食品更容易被消費者所接受。油炸食品因加工方式的特殊性,具有酥脆的口感、金黃的色澤以及誘人的風味,被廣大消費者所喜愛。油炸馬鈴薯片的感官分析結果如圖1所示。

圖1 茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片感官品質的影響Fig.1 Effect of tea polyphenols on thesensory quality of potato chips during frying

馬鈴薯片感官品質變化結果(圖1)表明,馬鈴薯片的整體感官品質隨油炸批次的增加而降低,脆度、顏色、香氣、口感和可接受度的感官評分值均下降,其中馬鈴薯片的脆度評分值下降最顯著(P<0.05),茶多酚組馬鈴薯片在同一批次下整體感官品質優于空白對照組。結果表明茶多酚提高了馬鈴薯片的感官品質,并且在連續油炸過程中延緩了馬鈴薯片感官品質的下降。相關研究表明,油炸食品感官品質的下降主要與油脂品質的劣變有關[21]。茶多酚是一類多酚類物質,具有優良的抗氧化活性,能夠抑制油炸過程中油脂品質的劣變,進而對薯片的感官品質起到一定的保護作用。

2.2 茶多酚對馬鈴薯片質構特性的影響

酥脆的質構特性是油炸食品重要的品質特征,是其能夠被消費者接受的一個重要因素[22]。薯片的硬度值是反映其質構特性的重要指標,馬鈴薯片硬度值的測定結果如圖2所示。

圖2 茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片硬度的影響Fig.2 Effect of tea polyphenols on thehardness of potato chips during frying注:圖中不同小寫字母表示樣品不同批次之間差異顯著(P<0.05),*表示同一批次不同樣品之間差異顯著(P<0.05);圖3～圖5同。

由圖2可知,隨著油炸批次的增加,茶多酚組和空白組馬鈴薯片的硬度值均明顯降低,與感官結果中脆度的變化趨勢(圖1)一致。茶多酚組T4批次樣品的硬度值為370.01±13.16 N,顯著高于同批次空白組樣品的硬度值310.79±11.23 N(P<0.05),但隨著油炸批次的繼續增加(T20、T24),兩組薯片的硬度值差異不顯著(P>0.05),表明茶多酚在一定范圍內能夠增強馬鈴薯片的質構特性,并且能夠延緩連續油炸過程中馬鈴薯片質構的下降。研究指出,薯片在油炸過程中表面脫水從而形成酥脆的外殼,薯片硬度值的下降與薯片表面的脫水程度下降有關。油脂在油炸過程中復雜的化學反應會使油脂傳熱效率發生改變,導致薯片表面的脫水程度產生差異,從而導致薯片質構的差異[23],茶多酚通過對油脂傳熱效率的影響改變了薯片的質構特性。

2.3 茶多酚對馬鈴薯片水分含量的影響

油炸食品含水量是決定油炸食品質構特征的主要因素之一。新鮮馬鈴薯的含水率一般在70%以上,在油炸過程中,馬鈴薯片中的水分在高溫條件下受熱蒸發,引起食品表面脫水形成外殼,進而形成酥脆的質構,水分蒸發越多外殼越酥脆[24]。馬鈴薯片水分含量的測定結果如圖3所示。

圖3 茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片水分含量的影響Fig.3 Effect of tea polyphenolson moisture content of potato chips during frying

由圖3可知,茶多酚組和空白組薯片樣品的水分含量均隨油炸批次的增加而明顯增加,同批次茶多酚組薯片的水分含量均低于空白對照,其中T4批次的茶多酚組薯片的水分含量為21.62%±2.59%,顯著低于空白組薯片的28.11%±2.54%(P<0.05)。結果表明,與空白對照相比,茶多酚降低了薯片的水分含量,增加了油炸過程中薯片的脫水程度,同時茶多酚能夠抑制連續油炸過程中薯片水分含量的增加。在油炸過程中,食品脫水的程度與食品吸收的熱量有關,食品水分含量的增加表明其吸收的熱量減少,這也與油脂傳熱效率降低有關[25]。油脂的傳熱效率主要受油脂成分的影響,油脂在高溫下發生反應生成的游離脂肪酸、氧化物、聚甘油酯等反應產物會降低油脂的傳熱效率[26]。茶多酚具有強的抗氧化活性,能夠抑制油脂降解產物的生成,提高油脂的傳熱效率,從而降低了薯片的水分含量,延緩了油炸過程薯片品質的下降。

2.4 茶多酚對馬鈴薯片含油率的影響

油炸食品因酥脆的口感被人們所喜愛,但是油炸食品通常含油量過高,經常食用會對人體的健康產生威脅,引起肥胖、高血壓、高血脂等疾病[27]。因此,控制油炸食品的含油率,對于提高油炸食品的品質具有重要意義。馬鈴薯片含油率的測定結果如圖4所示。

圖4 茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片含油率的影響Fig.4 Effect of tea polyphenolson oil ratio of potato chips during frying

由圖4可知,茶多酚組和空白組馬鈴薯片的含油率均隨著油炸批次的增加而明顯增加,連續油炸結束后,T24批次的茶多酚薯片的含油率為41.96%±2.00%,顯著低于空白組薯片的46.29%±1.06%(P<0.05)。結果表明,與空白對照相比,茶多酚能夠降低薯片的含油率,同時茶多酚能夠抑制連續油炸過程中薯片含油率的增加,提高了薯片的品質。研究指出,馬鈴薯片中的油脂主要由兩部分組成,一是表面吸附油脂,二是滲透到食品內部的油脂,其中表面吸附的油脂是薯片油脂的主要來源。油脂表面吸附的油脂主要與油脂的黏度有關,油脂黏度大會導致表面吸附油脂增多,而油脂黏度的變化最終會導致薯片含油率的變化[28]。茶多酚作為一種強抗氧化劑,能夠與油脂分子反應,減少氧化聚合產物的生成,抑制油脂黏度的增大,從而降低了薯片的含油率。

2.5 茶多酚對馬鈴薯片風味成分的影響

油炸食品的風味是由油、食品成分的分解產物和食品/油相互作用產生的化合物共同作用的結果,是油炸食品重要的品質特征[29]。馬鈴薯片的風味成分測定結果如表3所示。

表3 茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片風味成分的影響Table 3 Effect of tea polyphenols on flavor components of potato chips during frying

由表3可知,薯片中風味物質主要分為兩類,一類是吡嗪、呋喃類風味物質,主要為2,5-二甲基吡嗪、甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪以及2-戊基呋喃等;一類是醛類風味物質,主要為壬醛、苯乙醛、2-癸烯醛以及2,.4-癸二烯醛等。茶多酚組和空白組薯片中吡嗪、呋喃類風味物質的相對含量均隨油炸批次增加而明顯降低,T4批次的茶多酚組薯片樣品中吡嗪、呋喃類風味物質的相對含量明顯高于同批次的空白組;此外,各組薯片中醛類風味物質的相對含量也均隨油炸批次的增加而明顯增加,且相同油炸批次的茶多酚組薯片的總醛含量均明顯低于空白組。結果表明,同空白對照相比,茶多酚能夠明顯抑制薯片中醛類風味物質的產生,增加吡嗪、呋喃類風味物質的生成,同時能夠抑制連續油炸過程薯片中醛類風味物質的增加。相關研究表明,薯片中吡嗪、呋喃類風味物質主要由美拉德反應產生,賦予了薯片烘烤香味,其含量的增加能夠提高薯片的品質;而醛類風味物質主要由油脂氧化反應產生,賦予薯片油脂香味,但是油脂氧化除了產生少量的油脂香風味物質,大部分產生的風味物質都是劣變風味,油脂氧化程度越大,產生的醛類風味物質越多,從而降低薯片的品質[30]。茶多酚作為多羥基酚類化合物,能夠作為氫質子的供體,有效地清除油脂氧化過程產生的自由基,抑制油脂的氧化反應[6],降低了薯片中醛類風味物質的含量,減緩了劣變風味的產生,從而提高了薯片的風味品質。

2.6 茶多酚對馬鈴薯片丙烯酰胺含量的影響

馬鈴薯是一種高淀粉食物,在高溫加工過程中極易產生致癌性極強的丙烯酰胺,降低食品的品質,危害人體的健康[31]。通過高效液相色譜法測定馬鈴薯片中丙烯酰胺的含量,得到丙烯酰胺標準曲線方程為y=968.5852x+208.53(x為丙烯酰胺濃度,y為色譜峰面積),R2=0.99902,薯片中丙烯酰胺含量測定結果如圖5所示。

圖5 茶多酚在油炸過程中對馬鈴薯片丙烯酰胺含量的影響Fig.5 Effect of tea polyphenols on acrylamidecontent in potato chips during frying

由圖5可知,茶多酚組和空白組馬鈴薯片中丙烯酰胺的含量隨油炸批次的增加(T0～T16)變化趨勢一致,含量均有顯著增加(P<0.05),T24批次的茶多酚組薯片樣品中丙烯酰胺的含量為(3.12±0.23) mg/kg,顯著低于(P<0.05)同批次的空白組薯片樣品的(3.56±0.15) mg/kg,并且茶多酚組薯片中丙烯酰胺的含量在相同批次下均顯著低于空白對照組(P<0.05)。結果表明,茶多酚能夠抑制馬鈴薯片中丙烯酰胺的生成,延緩連續油炸過程中馬鈴薯片中丙烯酰胺含量的增加。相關研究指出,食品中的丙烯酰胺主要來源于美拉德反應,同時油脂氧化劣變能夠促進丙烯酰胺的形成。丙烯酰胺主要由天冬酰胺轉化而成,在丙烯酰胺生成過程中,天冬酰胺轉化成丙烯酰胺時需要與活性羰基化合物(如還原糖)反應來促進轉換效率,而油脂氧化會產生大量醛、酮類羰基化合物,從而促進丙烯酰胺的生成[32-34]。茶多酚能夠抑制油脂的氧化反應,減少羰基類化合物的產生,抑制了丙烯酰胺的生成,從而提高了馬鈴薯片的品質。

2.8 茶多酚對馬鈴薯片貯藏穩定性的影響

儲藏穩定性(貨架期)是油炸食品的重要品質特性,油炸食品一般含油率高,油脂的氧化是油炸食品在貯藏過程中變質的主要原因,通常采用高溫加速貨架期試驗來研究油炸食品的儲藏穩定性[35]。馬鈴薯片貯藏穩定性的測試結果如圖6所示。

圖6 茶多酚對馬鈴薯片貯藏穩定性的影響Fig.6 Effect of tea polyphenolson storage stability of potato chips

由圖6可知,隨著貯藏時間的延長,各組馬鈴薯片的過氧化值均明顯增加,在貯藏第8 d時,同批次茶多酚組薯片的過氧化值均明顯低于空白對照組,并且同一實驗組中,隨著油炸批次的增加樣品的過氧化值增大;此外,根據貨架期的預測方法及膨化食品衛生標準,茶多酚組薯片在20 ℃環境下的平均貨架期為112 d,大于空白組薯片的平均貨架期(104 d)。實驗結果表明,同空白對照組相比,茶多酚延緩了馬鈴薯片貯藏過程中過氧化值的增加,增加了馬鈴薯片的貯藏穩定性,延長了馬鈴薯片的貨架期。油炸食品的貯藏穩定性與食品中油脂的品質及含量密切相關,有研究指出,油炸食品中油脂的品質越差,油脂含量越大,其貯藏穩定性越低[36]。在油炸過程中,茶多酚能夠抑制油脂品質的下降,相同油炸批次下,茶多酚組薯片中的油脂品質優于空白組,油脂的穩定性更好,同時,由圖4結果可知,茶多酚能夠降低薯片的含油率,進一步提高了馬鈴薯片的貯藏穩定性。

3 結論

通過對馬鈴薯片感官品質、理化特性、風味成分、丙烯酰胺含量以及貯藏穩定性的分析可知,茶多酚延緩了連續油炸過程中馬鈴薯片感官品質及質構特性的下降,明顯降低了馬鈴薯片的水分含量和含油率,減緩了連續油炸過程中馬鈴薯片水分含量和含油率的增加;同時,茶多酚降低了馬鈴薯片中醛類劣變風味物質的含量,并且抑制了有害物丙烯酰胺的生成,T24批次的茶多酚組馬鈴薯片中丙烯酰胺的含量(3.12±0.23) mg/kg顯著低于(P<0.05)同批次的空白組(3.56±0.15) mg/kg;此外,茶多酚提高了馬鈴薯片的貯藏穩定性,延長了馬鈴薯片的貨架期。以上結果表明,茶多酚的添加能夠在油炸過程中對馬鈴薯片的品質起到保護作用,為茶多酚應用于高溫油脂加工行業提供了實驗及理論基礎。