板栗香精的制備及理化性質(zhì)研究

劉袆帆，鄭文雄，李素芬，肖更生，王琴*，朱衛(wèi)家，李思梅

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院，廣州 510225；2.東和食品有限公司，廣東 河源 517547；3.東源縣板栗發(fā)展有限公司，廣東 河源 517000)

堅(jiān)果是營養(yǎng)化合物的豐富來源，因富含維生素和抗氧化劑而對(duì)身體有益，近年來，越來越多人喜愛食用堅(jiān)果，板栗便是堅(jiān)果家族中的一類[1-2]。板栗(CastaneamollissimaBlume)，又名栗、栗子、風(fēng)臘，殼斗科栗屬植物，在國內(nèi)有“木本糧食、干果之王、鐵桿莊稼”之稱，在國外有“健康食品”的美譽(yù)。板栗原產(chǎn)自中國，主要分布于越南、中國等國家或地區(qū)[3]，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，其中可被人體吸收并利用的養(yǎng)分多達(dá)98%[4]。板栗的食用價(jià)值較高，可以通過生食、炒食、蒸煮及烹飪等多種食用方式來攝取營養(yǎng)，將板栗與豆谷類食物合理搭配，還能增強(qiáng)豆谷類食品的營養(yǎng)品質(zhì)[5]。板栗不僅具有較好的食用價(jià)值，而且對(duì)預(yù)防和治療高血壓、動(dòng)脈硬化、冠心病等疾病有一定的藥用價(jià)值[6]。

目前，板栗加工主要處于初加工階段，深加工面臨著產(chǎn)品種類較少、技術(shù)含量欠缺、加工效率較低等問題，由于人們對(duì)板栗產(chǎn)品的需求量日益增長，板栗以往的簡(jiǎn)單加工已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)，所以板栗的精深加工和綜合利用已經(jīng)成為趨勢(shì)[7]。

食用香精是利用天然或等同香料、合成香料合理調(diào)配而成的具有天然食品風(fēng)味的香精[8]。其按照劑型可分為粉末、液體、膠囊等[9]，其中，粉末香精具有耐高溫且留香時(shí)間長的特點(diǎn)，因此在烘焙食品中被廣泛使用[10]。研究發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于板栗香精的相關(guān)研究較少，本實(shí)驗(yàn)將以板栗為主要原料，制備板栗香精，為板栗的進(jìn)一步精深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料與試劑

原料與試劑見表1。

表1 原料與試劑Table 1 The raw materials and reagents

1.1.2 儀器與設(shè)備

儀器與設(shè)備見表2。

表2 儀器與設(shè)備Table 2 The instruments and equipment

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 板栗酶解液的研制

新鮮板栗去殼后用粉碎機(jī)粉碎，過80目篩，得到生板栗粉。

生板栗粉、純凈水(生板栗粉和純凈水按照1∶3的比例準(zhǔn)確稱取)，60 ℃恒溫并保溫15 min。

淀粉酶酶解：酶解溫度為65 ℃，初始pH為5.0，恒溫反應(yīng)時(shí)間為150 min，調(diào)節(jié)溫度至90 ℃，高溫滅酶10～15 min，抽濾得到板栗酶解液。

1.2.2 板栗粉末香精的研制工藝

具體研制工藝[11-12]：板栗酶解液、氨基酸、單糖充分混勻→調(diào)節(jié)pH值→美拉德反應(yīng)→冷凍干燥→板栗香精。

1.2.3 美拉德反應(yīng)底物的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 氨基酸對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物香氣的影響

稱取板栗酶解液100 mL、葡萄糖8 g，二者充分溶解，平均分成四等份，置于250 mL錐形瓶中，分別加入不同配比的氨基酸混合液(見表3)，調(diào)整pH值至6.0，反應(yīng)溫度為80 ℃，并保持恒定，反應(yīng)時(shí)間為90 min，冷卻至室溫，通過冷凍干燥技術(shù)制成板栗固體香精。最后將板栗固體香精制成板栗硬糖，進(jìn)行香氣、色澤的感官評(píng)價(jià)分析。

表3 氨基酸配比表Table 3 The ratios of amino acids

1.2.3.2 pH值對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物香氣的影響

稱取板栗酶解液100 mL、葡萄糖8 g，二者充分溶解，平均分成四等份，置于250 mL錐形瓶中，均加入10 g L-谷氨酸、10 g L-天冬氨酸，pH值分別調(diào)至5.0，5.5，6.0，6.5，反應(yīng)溫度為80 ℃，并保持恒定，反應(yīng)時(shí)間為90 min，冷卻至室溫，通過冷凍干燥技術(shù)制成板栗固體香精。最后將板栗固體香精制成板栗硬糖，進(jìn)行香氣、色澤的感官評(píng)價(jià)分析。

1.2.3.3 溫度對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物香氣的影響

稱取板栗酶解液100 mL、葡萄糖8 g，二者充分溶解，平均分成四等份，置于250 mL錐形瓶中，均加入10 g L-谷氨酸、10 g L-天冬氨酸，調(diào)整pH值至6.0，反應(yīng)溫度分別為70，80，90，100 ℃，反應(yīng)時(shí)間為90 min，冷卻至室溫，并通過冷凍干燥技術(shù)制成板栗固體香精。最后將板栗固體香精制成板栗硬糖，進(jìn)行香氣、色澤的感官評(píng)價(jià)分析。

1.2.4 美拉德反應(yīng)條件因素的正交實(shí)驗(yàn)

通過單因素分析，得到了板栗固體香精的工藝為L-谷氨酸10 g、L-天冬氨酸10 g、葡萄糖2 g、板栗酶解液25 mL、反應(yīng)溫度100 ℃、pH值6.5。為了得到最優(yōu)的反應(yīng)條件，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將反應(yīng)溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間、誤差因素作為美拉德反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)的4個(gè)因素，各實(shí)驗(yàn)因素水平見表4[13]。

表4 美拉德反應(yīng)因素水平

1.2.5 產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)

采用感官評(píng)分法，選定10名專業(yè)的感官評(píng)價(jià)員，以板栗固體香精的香氣強(qiáng)度、香氣純度、色澤及感官評(píng)價(jià)作為產(chǎn)品評(píng)分的4項(xiàng)主要評(píng)定指標(biāo)，結(jié)果取平均值。設(shè)定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[14]，見表5。

表5 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.6 色差

進(jìn)行顏色測(cè)定時(shí)，用黑板校正調(diào)零，以白板為空白對(duì)照，將香精均勻鋪平，分別測(cè)試3個(gè)不同的位置，記錄香精亮度 L*、a*和b*的變化[15]。

1.2.7 粒度

將板栗固體香精溶解在蒸餾水中，采用2000型激光粒度分析儀進(jìn)行測(cè)定[16]。

1.2.8 掃描電鏡分析

將板栗固體香精進(jìn)行噴金處理，隨后使用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行掃描分析[17]。

2 結(jié)果與討論

2.1 氨基酸對(duì)板栗固體香精感官評(píng)分的影響

圖1 不同氨基酸配比對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響Fig.1 Effects of different amino acid ratios on the sensory scores of product

添加不同種類的氨基酸對(duì)美拉德反應(yīng)及其結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。由圖1可知，曲線呈下降趨勢(shì)，說明產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)受不同氨基酸配比的影響較為明顯。據(jù)報(bào)道，谷氨酸夾雜火腿風(fēng)味和淡淡的焦糊味，天冬氨酸具有淡淡的花香味，蛋氨酸有淡淡的焦糊味，半胱氨酸伴有醬香味和臭雞蛋氣味[18]。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，第1組由谷氨酸和天冬氨酸組成的氨基酸配比感官評(píng)價(jià)得分最高，色澤和香氣較佳。而第2，3，4組在第1組氨基酸種類的添加下，分別再添加了蛋氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸，發(fā)現(xiàn)均帶有氨基酸本身的刺激性氣味，故感官評(píng)價(jià)得分較低，香氣不佳。

2.2 pH對(duì)板栗固體香精感官評(píng)分的影響

圖2 不同pH值對(duì)產(chǎn)品感官的影響Fig.2 Effects of different pH values on the sensory scores of product

不同的pH值對(duì)美拉德反應(yīng)及其結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響。有研究表明，在酸性介質(zhì)中，中間產(chǎn)物不夠活潑，無法生成大量的芳香物質(zhì)，而隨著pH 值升高，蛋白質(zhì)和糖類的降解也隨之加快，有利于芳香物質(zhì)的形成[19]。由圖2可知，曲線呈上升趨勢(shì)。最開始pH值處于5.0～6.0區(qū)間時(shí)，曲線的上升趨勢(shì)較為明顯，而pH值達(dá)到6.0～6.5時(shí)，上升趨勢(shì)漸緩，說明隨著反應(yīng)液pH值的上升，產(chǎn)品感官評(píng)分也逐漸增加，到一定程度時(shí)逐漸呈平穩(wěn)狀態(tài)。結(jié)果表明，pH值為6.5時(shí)，得到的產(chǎn)品色澤和香氣較佳。

2.3 溫度對(duì)板栗固體香精感官評(píng)分的影響

圖3 不同溫度對(duì)產(chǎn)品感官的影響Fig.3 Effects of different temperatures on the sensory scores of product

調(diào)節(jié)不同的反應(yīng)溫度對(duì)美拉德反應(yīng)及其結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。由圖3可知，曲線呈上升趨勢(shì)。當(dāng)溫度處于70～90 ℃時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分逐漸上升，但上升的趨勢(shì)弱于90～100 ℃區(qū)間，說明隨著反應(yīng)溫度上升，產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)得分也逐漸增加，且增速變大。結(jié)果表明，反應(yīng)溫度對(duì)感官評(píng)價(jià)的影響較大且溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)得分最高，此時(shí)為反應(yīng)最佳溫度，以此反應(yīng)條件制得的板栗香精色澤和香氣較佳。這可能是由于溫度的升高有助于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生更多的香味物質(zhì)[20]。

2.4 美拉德反應(yīng)條件因素的正交優(yōu)化結(jié)果

表6 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由表6可知，影響美拉德反應(yīng)產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)的因素強(qiáng)弱順序?yàn)椋簆H值>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間=誤差因素；美拉德反應(yīng)的最佳條件為：A3B2C1D2，即反應(yīng)最佳溫度為100 ℃，最佳pH值為6.0，最佳反應(yīng)時(shí)間為100 min。

2.5 最佳反應(yīng)條件的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

將正交實(shí)驗(yàn)得出的產(chǎn)品最佳加工條件與單因素實(shí)驗(yàn)得出的最佳氨基酸比例進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[21]，設(shè)置4組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，感官評(píng)價(jià)得分分別為 37，38，37，39，平均得分為37.75。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于表6中任意一組，故該反應(yīng)液為實(shí)驗(yàn)制備板栗粉末香精的最佳反應(yīng)液，溫度100 ℃、pH值6.0、反應(yīng)時(shí)間100 min為制備板栗粉末香精的最佳反應(yīng)條件。

2.6 色差分析

板栗固體香精色差分析結(jié)果見表7。△L*為-20.00±1.05，△a*為3.99±0.34，△b*為28.30±1.21。有研究表明[22]，L*值表示亮度，L*值越大亮度越大，所以板栗固體香精亮度呈現(xiàn)出較暗的趨勢(shì)，這可能是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物引起的。a*值表示有色物質(zhì)的紅綠偏向，正值越大偏向紅色的程度越大，負(fù)值越大偏向綠色的程度越大，說明板栗固體香精主要偏向紅色。而b*值表示有色物質(zhì)的黃藍(lán)偏向，正值越大偏向黃色的程度越大，負(fù)值越大偏向藍(lán)色的程度越大，說明板栗固體香精主要偏向黃色。

表7 色差分析

2.7 粒徑及形態(tài)結(jié)構(gòu)

通過對(duì)板栗粉末香精進(jìn)行粒度測(cè)定和顆粒表面形態(tài)表征，結(jié)果見圖4中A。板栗粉末香精的平均粒徑為(557.23±14.59) nm,分散性為0.53±0.05，粒徑分布均一；由圖4中B可知，板栗粉末香精表面無裂紋，能夠?qū)謇醴勰┫憔娘L(fēng)味物質(zhì)保留下來[23-24]，同時(shí)表面出現(xiàn)皺褶的現(xiàn)象，這可能是由于真空冷凍干燥使體積膨脹，冷卻后囊壁內(nèi)壓強(qiáng)減少[25]。

圖4 板栗粉末香精粒徑及形態(tài)表征Fig.4 The particle size and morphological characterization of chestnut powder essence

3 結(jié)論

研究表明，板栗酶解液25 mL、L-谷氨酸10 g、L-天冬氨酸10 g、葡萄糖2 g；反應(yīng)條件為溫度100 ℃、反應(yīng)時(shí)間100 min、pH值6.0，以此最優(yōu)工藝制備得到的板栗香精保留了板栗的香味，同時(shí)味道協(xié)調(diào)、宜人，留香時(shí)間長。