炒籽溫度及初始水分含量對葵花籽醬揮發性風味成分的影響

李翠翠,侯利霞,*,汪學德,劉宏偉

(1.河南工業大學糧油食品學院,河南 鄭州 450001;2.河南駐馬店頂志油脂有限公司,河南 駐馬店 463000)

向日葵(Helianthus annuus L.)是重要的油料作物之一,在世界各地均有廣泛種植[1-2]。其種子含油量高,富含人體所必需的不飽和脂肪酸、VE、β-胡蘿卜素、礦物質等,具有很強的生物活性,經常食用對人體有益,且風味優良,通常被制成葵花籽油或休閑食品[3-4]。目前,國內調味品行業發展潛力巨大,許多醬類產品如芝麻醬、花生醬等深受廣大消費者喜愛,但其品種較為單一,所占市場份額也比較小。另外,國內外還存在一部分人由于對花生等食品過敏而限制了花生醬等產品的銷售,據研究,葵花籽醬或可以作為花生醬的替代品[2,5]。迄今為止,在國內市場上鮮見有關葵花籽醬產品的生產與銷售。因此,研究葵花籽醬對于開發新型醬類食品及作為花生醬等的替代品具有重要意義。

風味是衡量食品品質優劣的重要方面,近年來,國內外研究者越來越重視對于揮發性風味成分的研究[6-7]。炒籽溫度顯著影響熱反應風味物質的產生,另外,有研究報道,初始水分含量可能會影響美拉德反應的程度,進而影響食品的最終風味[8-11]。目前,關于葵花籽醬的研究較少,更鮮見有關揮發性風味成分的報道。本實驗通過分析炒籽溫度及初始水分含量對葵花籽醬揮發性風味成分的影響,結合氣味閾值確定不同揮發性組分的相對氣味活度值(relative odor activity value,ROAV),探討葵花籽醬的特征風味成分,并結合主成分分析(principal component analysis,PCA)進一步明確不同炒籽溫度及初始水分含量制備的葵花籽醬的關鍵風味物質,以期為新型醬類產品的研究與開發提供參考,對企業的生產加工有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葵花籽品種為SH 361,產地為內蒙古巴彥淖爾市;C6～C30正構烷烴標樣 西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司。

1.2 儀器與設備

7890B/5977B氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司;固相微萃取手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司。

1.3 方法

稱取葵花籽仁每份約350 g,處以3 種不同的處理以得到不同的水分含量:60 ℃烘烤2.5 h,以及分別用水浸泡0 min和10 min(水與葵花籽液料比為2∶1(mL/g))。浸泡后的樣品用紗布瀝干水分,在恒溫恒濕培養箱中平衡24 h。測定3 種處理的水分質量分數分別為2.74%、5.40%、15.08%。

將上述樣品分別放入炒籽機中炒籽(爐溫分別為140、170、200 ℃),并于膠體磨中磨制成醬,裝瓶密封保存。為方便描述,分別將其編號為1-1(140 ℃、2.74%)、1-2(140 ℃、5.40%)、1-3(140 ℃、15.08%)、2-1(170 ℃、2.74%)、2-2(170 ℃、5.40%)、2-3(170 ℃、15.08%)、3-1(200 ℃、2.74%)、3-2(200 ℃、5.40%)、3-3(200 ℃、15.08%)。另外,稱取350 g葵花籽,不經過浸泡和炒籽,磨制成醬作為對照組。

1.3.2 揮發性成分的萃取及檢測

1.3.2.1 頂空固相微萃取條件

萃取頭老化溫度270 ℃,老化時間1 h;活化溫度250 ℃,活化時間15 min;萃取條件:頂空瓶置于40 ℃恒溫水浴中萃取60 min。

1.3.2.2 氣相色譜-質譜條件

色譜條件:HP-5色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);程序升溫:初始溫度35 ℃,保持2 min;然后以5 ℃/min升溫到230 ℃,保持8 min。進樣口溫度250 ℃;載氣流速1.8 mL/min;進樣方式:不分流;載氣為高純氦氣(純度≥99.99%)。

據表1所示，從調查覆蓋的地理區域來說，本調查所收集到的招聘信息涵蓋了全國大部分省（直轄市、自治區），獲得的招聘信息是比較充分的。

質譜條件:電子電離源;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;接口溫度250 ℃;采集方式:Scan;質量掃描范圍m/z 30～550。

揮發性化合物由質譜解析以及NIST11.L譜庫進行檢索,根據匹配度(≥80%)定性,并通過正構烷烴(C6～C30),按式(1)計算各揮發性化合物的保留指數(retention index,RI),并與文獻報道的RI進行比對。

式中:tR(x)、tR(n)和tR(n+1)分別為待測揮發物,以及含n和n+1 個碳原子正構烷烴的保留時間/min。

一般認為,當ROAV≥1時,該組分為所分析樣品的特征風味物質,當0.1≤ROAV＜1時,則認為該組分對樣品的總體風味具有重要的修飾作用[12-15]。

采用峰面積歸一化法,并根據不同樣品中風味物質的組分峰面積占總的揮發性風味組分峰面積的百分比計算每種風味組分的相對含量。

1.3.3 特征風味成分分析

在衡量揮發性成分對風味的貢獻時,單純用某種物質的相對含量多少是不夠全面和準確的,因此,參考劉登勇等[12]的方法,通過計算ROAV的方法明確葵花籽醬的特征風味物質,首先定義對樣品總體風味貢獻度最大組分的ROAVstan=100[13-15],對其他風味組分則有:

式中:Ci為各個揮發性組分的相對含量/%;Ti為各個揮發性組分的氣味閾值/(mg/kg);Cstan和Tstan分別為對樣品總體風味貢獻最大的組分的相對含量/%和氣味閾值/(mg/kg)。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理和ROAV的計算,采用SPSS 20.0軟件進行特征揮發性物質的PCA,圖譜采用Origin 2018軟件繪制完成。

2 結果與分析

2.1 不同炒籽溫度及初始水分含量制備的葵花籽醬樣品的揮發性成分

采用氣相色譜-質譜分別對每個樣品進行3 次平行測定,如表1所示。10 個葵花籽醬樣品中共檢測出163 種揮發性物質,其中對照、1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2和3-3分別檢測出27、56、58、50、57、57、73、65、74 種和71 種揮發性物質,再以總揮發性組分為100%,各類揮發性組分占總揮發性組分相對含量見圖1。

圖1 不同炒籽溫度及初始水分含量制備的葵花籽醬中揮發性物質的相對含量Fig. 1 Relative contents of various classes of volatile compounds in sunf l ower butters produced with different initial moisture contents at different roasting temperatures

表1 不同炒籽溫度及初始水分含量制備的葵花籽醬中揮發性成分及相對含量（n=3）Table 1 Relative contents of volatile components in sun flower butters prepared with different initial moisture contents at different roasting temperatures (n= 3)

續表1

續表1

由表1和圖1可知,10 個葵花籽醬樣品的香味物質可以分為吡嗪類、吡啶類、吡咯類、呋喃類、烴類、醛類、醇類、酯類、酮類、含硫化合物、酸類和其他類等12 個類別。其中,對照組中烴類物質的相對含量最高,為87.72%,是其主體風味成分;炒籽溫度為140 ℃的樣品中烴類、醛類和醇類物質的相對含量較高;隨著炒籽溫度的升高,吡嗪類物質成為葵花籽醬的主體風味物質,炒籽溫度為170 ℃和200 ℃的樣品中吡嗪類物質相對含量均在54%以上,使得樣品具有突出的焙烤香味,另外,烴類和醛類物質的相對含量也較高,炒籽溫度為170 ℃時,樣品的風味較為豐富。

2.2 不同炒籽溫度及初始水分含量制備的葵花籽醬樣品的揮發性成分的比較分析

2.2.1 吡嗪類和呋喃類

吡嗪類物質是焙炒油料主要的揮發性物質之一[16-17]。通常認為,吡嗪類化合物是由風味前體物質經美拉德反應產生的,其中烷基吡嗪最可能由Strecker降解反應生成的氨基酮的縮合形成[18]。葵花籽醬樣品中吡嗪類物質總的相對含量由0%(對照)增加到69.90%(樣品3-2)。其中,2,5-二甲基吡嗪的相對含量最高,2,5-二甲基吡嗪也存在于烘烤的葵花籽、葵花籽油以及芝麻醬中[19-21]。同一溫度條件下,水分含量升高時,吡嗪類物質的相對含量先升高后降低,表明水分含量可能影響葵花籽醬中吡嗪類物質的形成。

隨著炒籽溫度的升高,呋喃類物質的相對含量降低。在炒籽溫度為140 ℃的樣品中相對含量較高,其余樣品中相對含量較低。樣品1-2中呋喃類物質相對含量最高,為14.18%,其中,2-戊基呋喃的相對含量最高。2-戊基呋喃一般為碳水化合物降解或不飽和脂肪酸氧化產生,可能對葵花籽醬的整體風味有較大貢獻[22]。

2.2.2 烴類

各樣品中均有烴類物質檢出且相對含量較高,可以分為飽和烴與不飽和烴兩類。其中的不飽和烴種類較多,具有較低的閾值,而飽和烴閾值較高,主要來自于脂肪酸烷氧基的均裂,對風味的貢獻不大[23]。由表1可知,對照中烴類物質相對含量最高,為87.72%,其中α-蒎烯的相對含量最高,為70.36%,經炒籽后制成的葵花籽醬中烴類物質的相對含量顯著降低,可能是因為有些烴類物質作為形成雜環化合物的中間體而發生了轉化[24]。烯烴類物質α-蒎烯、β-蒎烯等主要呈現松油味等[25],氣味強烈,貢獻了葵花籽醬的整體風味。

2.2.3 醛類

醛類物質主要來自于油脂的氧化、降解,以及氨基酸的Strecker降解反應[26]。醛類物質在炒籽溫度為140 ℃時的樣品中相對含量較高,平均為21.03%。其中,正己醛為亞油酸的一級氧化產物之一,在葵花籽醬中相對含量較高,也是濃香花生油中主要的風味醛[8]。(E,E)-2,4-癸二烯醛為亞油酸的過氧化產物,壬醛和正辛醛被認為是油酸的氧化產物[27-28]。醛類物質相對含量隨著水分含量的升高而升高,表明水分含量增加可能會導致油脂氧化從而增加醛類物質的生成[29]。

2.2.4 醇類、酯類

醇類物質在對照和140 ℃炒籽的樣品中相對含量較高,而在170 ℃和200 ℃炒籽的樣品中相對含量較低。飽和醇閾值較高,只有在高濃度下才會影響食品風味,而不飽和醇閾值相對較低,對葵花籽醬的整體風味有較大貢獻[30],如1-辛烯-3-醇表現出青草味[31]。醇類物質的相對含量隨著炒籽溫度的升高而降低,可能是因為醇類物質在受熱過程中部分被氧化為酮類物質,以及部分烯醇異構化形成了飽和醛類物質等[32]。酯類物質的相對含量較低。主要由于酯類化合物揮發性較低,對葵花籽醬的整體氣味起到一定的柔和作用[25]。

2.3 不同炒籽溫度及初始水分含量制備的葵花籽醬的特征風味成分分析

由表2可知,所有組分的ROAV≤100,對照組中有2 種特征風味成分(ROAV≥1),依次為正己醇和乙酸;140 ℃炒籽制得的樣品中共有14 種特征風味成分,主要為2,3,5-三甲基吡嗪、2-戊基呋喃、異丁醛、2-甲基丁醛、正己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛和1-辛烯-3-醇等;170 ℃炒籽制得的樣品中共有12 種特征風味成分,主要為2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、異丁醛、2-甲基丁醛和1-辛烯-3-醇等;200 ℃炒籽制得的樣品中共有8 種特征風味成分,主要為2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、異丁醛、2-甲基丁醛和甲硫醇等。可見,葵花籽醬的風味是多種組分協同作用的結果,計算出各個揮發物的ROAV可使葵花籽醬中的特征風味物質更加明確。

表2 不同炒籽溫度和初始水分含量制備的葵花籽醬中揮發性物質的ROAV（n=3）Table 2 ROAV of volatile compounds in sun flower butters produced with different initial moisture contents at different roasting temperatures (n= 3)

2.4 葵花籽醬特征風味成分的PCA

對表2中ROAV不小于0.1的30 種揮發性物質進行PCA,結果如表3所示。利用這30 種揮發性風味組分在前2 個主成分上的得分圖和載荷圖如圖2所示。

表3 主成分特征值及方差貢獻率Table 3 Eigenvalues of principal components and their contribution rates to total variance

圖2 葵花籽醬樣品的主成分得分圖（a）及其揮發性組分的主成分載荷圖（b）Fig. 2 PCA loading (a) and score (b) plots for volatile compounds of sunf l ower butter samples

由圖2a可知,PCA可以很好地區分不同炒籽溫度和初始水分含量的樣品。樣品2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3在得分圖上距離較近,表明170 ℃和200 ℃的炒籽溫度下制得樣品的風味組分和相對含量相似度較高,且與140 ℃炒籽制得的樣品有明顯區分,表明其風味有較大差異。由圖2b可知,吡啶、2-戊基呋喃、戊醛、正己醛、(E)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇等與PC1呈較強的正相關,2,3-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、異丁醛、糠醛等與PC1呈較強的負相關,2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-甲基丁醛等與PC2呈較強的正相關,正己烷、正己醇、乙酸乙酯和乙酸與PC2呈較強的負相關。結合圖2可知,表征樣品1-1和1-2的關鍵風味物質(ROAV≥1)主要為2-戊基呋喃、正己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛和1-辛烯-3-醇等,起到重要修飾作用的物質(0.1≤ROAV＜1)為吡啶、(E)-2-庚烯醛、壬醛、1-戊醇和1-辛醇等,表征樣品1-3的關鍵風味物質為辛醛,起到重要修飾作用的物質為2-庚酮。由此可知,醛類物質為140 ℃炒籽制得樣品的最主要的香氣物質,醛類主要呈現脂肪香和青草香等,多表現出油脂氧化味[26],且140 ℃炒籽制得樣品的感官評分也較低(表4),與PCA結果一致;表征樣品2-1、2-2、2-3、3-1、3-2和3-3的關鍵風味物質為2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-甲基丁醛、異丁醛等,起到重要修飾作用的物質為2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等。由此可知,吡嗪類物質為170 ℃和200 ℃炒籽制得樣品的最主要的香氣物質,呈現出堅果香、爆米花味等[16-17],賦予葵花籽醬的獨特焙烤風味。

表4 葵花籽醬樣品感官評價結果Table 4 Sensory evaluation results of sunf l ower butter samples

3 結 論

通過分析不同炒籽溫度及初始水分含量下制備的10 個葵花籽醬樣品中的揮發性物質,共鑒定出163 種風味物質,包括吡嗪類、吡啶類、吡咯類、呋喃類、烴類、醛類、醇類、酯類、酮類、含硫化合物、酸類和其他類共12 類化合物。不同炒籽溫度的樣品揮發性成分的種類和相對含量有較大差異,葵花籽經炒籽后其吡嗪類、吡啶類等雜環類和醛類、醇類等風味物質的組成和各組分的相對含量增加,而烴類物質的相對含量顯著降低。初始水分含量的增加會影響吡嗪類和醛類物質的生成,對葵花籽醬的風味具有負面影響。結合ROAV和PCA結果表明,對照組樣品的特征風味物質為正己醇和乙酸;140 ℃炒籽制得樣品的特征風味物質以醛類物質為主,包括正己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃和1-辛烯-3-醇等;170 ℃和200 ℃炒籽制得樣品的特征風味物質以吡嗪類物質為主,包括2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-甲基丁醛和異丁醛等。