熱處理方法對燕麥飲料品質的影響

劉通通，羅 潔，張 暉，王 立，錢海峰，齊希光

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

熱處理方法對燕麥飲料品質的影響

劉通通，羅 潔，張 暉*，王 立，錢海峰，齊希光

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

采用炒制、常壓蒸制和高壓蒸制三種方法對燕麥進行熱處理后制備燕麥飲料,研究熱處理方法對燕麥表面微觀結構的影響,并比較相應燕麥飲料的可溶性固形物含量、蛋白含量、多肽分子量分布、粒徑、色澤、風味物質組成和感官品質。與炒制和常壓蒸制相比,高壓蒸制對燕麥微觀結構的影響最大,能顯著降低燕麥飲料的平均粒徑(p<0.05),其大分子量肽所占比例最小,同時顯著增加飲料可溶性固形物含量和蛋白含量(p<0.05)。與常壓蒸制相比,炒制能顯著增加燕麥飲料中可溶性固形物含量和蛋白含量(p<0.05),另外,其燕麥飲料中大分子量的肽所占比例更大。炒制與高壓蒸制飲料風味物質更為豐富。炒制燕麥飲料色澤偏暗黃,而兩種蒸制燕麥飲料色澤明顯偏乳白色,其感官品質顯著優于炒制制備的燕麥飲料(p<0.05)。

燕麥,熱處理,炒制,蒸制,品質

燕麥是谷類食品中最好的全價營養食品之一,是目前唯一經美國食品和藥品管理局(FDA)確認,可以在包裝上注明有保健功能的谷物[1]。燕麥蛋白在促進人體生長發育和提高免疫力上優于一般的谷物蛋白[2-3]。燕麥脂肪中亞油酸含量為38.1%～51.0%,亞油酸對降血脂、清除自由基起著重要作用[4]。燕麥中豐富的β-葡聚糖[5],具有降低膽固醇、預防糖尿病等功效。

我國《飲料通則》規定,谷物飲料是指以谷物為原料經調配制成的飲料。谷物飲料可以滿足當前人們快節奏生活的營養補給需求[6],如今,谷物飲料產業已被列入飲料行業的振興規劃綱要中,是國家鼓勵發展的產業。在谷物飲料的制作中,為獲得更好的感官品質,需對原料進行熱處理,炒制與蒸制是最常用的兩種方法,然而,關于不同熱處理方法對飲料品質的影響尚少有系統的研究,且關于蒸制的討論多集中在常壓蒸制。本文對高壓蒸制進行了嘗試,并將其與炒制、常壓蒸制對燕麥及所得飲料的影響進行比較分析,以期為谷物飲料研發者提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥、米糠油、蔗糖 市售;中溫α-淀粉酶(80000 U/mL)、中性蛋白酶(45000 U/mL) 諾維信生物技術有限公司;所用試劑均為分析純 國藥集團化學試劑有限公司。

DHG-9055A型電熱鼓風干燥箱 上海市實驗儀器總廠;Quanta-200掃描電子顯微鏡 荷蘭FEI公司;AL 104型電子天平 梅特勒-托利多(上海)公司;DFY-500型粉碎機 上海分析儀器三廠;JMS-30CX型膠體磨 廊坊市廊通機械有限公司;KDN-2C型定氮儀 上海昕瑞儀器儀表有限公司;H1650型離心機 長沙湘儀離心機有限公司;YXQ-LS-SⅡ型全自動立式電熱壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;NS1001 L2K型高壓均質機 意大利尼魯索爾維公司;UltraScan Pro1166色差儀 日本柯尼卡/美能達;Zetasizer nano ZS型納米粒度及ZETA電位儀 英國馬爾文公司;PT-20C-R型超高溫殺菌機 日本Powerpoint Interuational公司;2WAJ型阿貝折光儀 上海光學五廠;TSQ Quantum XLS型氣質聯用儀 美國Thermo fisher公司。

表1 感官評定標準

1.2 實驗方法

1.2.1 燕麥熱處理 首先將燕麥中的雜質棄去,過篩去粉塵。炒制燕麥:120 ℃炒制10 min;常壓蒸制燕麥:燕麥置于普通蒸鍋中隔水蒸30 min;高壓蒸制燕麥:燕麥置于高壓鍋中隔水蒸30 min,溫度為120 ℃。

1.2.2 燕麥微觀結構分析 將不同方法處理后的燕麥用雙面膠固定于鋁缽上,并在樣品表面噴灑鍍金,然后置于掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy,SEM)下記錄樣品微觀結構。

1.2.3 飲料制備 依據谷物飲料的一般制備工藝[1],采用如下工藝進行飲料制備。燕麥經熱處理后,加水(料水質量比為1∶10),膠體磨處理30 min(此時pH為6.7),然后加入中性蛋白酶(90 U/g)及中溫淀粉酶(40 U/g),在50 ℃下酶解140 min,離心(4000 r/min、15 min)取上清液,加入3.0%的蔗糖及0.3%的米糠油,均質兩次(預熱溫度為80 ℃、第一段均質壓力為40 MPa、第二段均質壓力為20 MPa),最后選擇UHT殺菌灌裝,殺菌條件為135 ℃下5 s。

1.2.4 飲料可溶性固形物含量的測定 采用GB/T 12143-2008的方法測定飲料的可溶性固形物含量。

1.2.5 飲料蛋白含量的測定 采用GB 5009.5-2010的方法對飲料的蛋白含量進行測定。

1.2.6 飲料多肽分子量分布的測定 采用高效凝膠過濾色譜法,見QB/T 2653-2004。色譜條件為:TSKgel G2000SWXL型色譜柱;柱溫為30℃;流動相為乙腈/水/三氟乙酸(10∶90∶0.1);流速為0.5 mL/min;進樣量為10 μL;檢測波長為UV 220 nm。

1.2.7 粒徑及粒徑分布分析 體系的平均粒徑大小和粒徑分布均能在一定程度上反映體系的穩定性。平均粒徑和粒徑分布寬度指數PDI的測定采用納米粒度儀及Zeta電位儀來測定[7-8]。參數設定為:溫度25 ℃、粘度0.8872 mPa·s、折光指數1.33,每個樣品測定3次。

1.2.8 色澤的測定 采用高精度分光測色儀對燕麥飲料的色值進行測定,用標準白板進行校正。L*值表示亮度,數值越大樣品越白;a*值表示紅-綠,+a*表示紅色,-a*表示綠色;b*值表示黃-藍,數值越大則樣品越黃。

1.2.9 風味物質的測定 HS-SPME:取10 mL樣品加到樣品瓶中,于60 ℃下平衡30 min,采用老化后的75 μm CAR/PDMS萃取頭進行揮發性物質萃取,萃取時間為30 min。采樣完畢后,立即將萃取頭插入氣相色譜儀解析待測組分,并進行質譜分析。

GC-MS采用的毛細管柱為DB-WAB,柱程序升溫設置為起始溫度為4 ℃、恒溫4 min、以4 ℃/min的速度升溫到50 ℃,然后以6 ℃/min的速度升溫到120 ℃,接著以10 ℃/min的速度升溫到230 ℃,最后于230 ℃恒溫7 min,載氣為氦氣,流速0.8 mL/min。

質譜條件:電子轟擊能量50 eV;離子源溫度220℃;掃描間隔0.134 s;傳輸線溫度220℃;質量掃描范圍33～500 u。

色譜數據通過Xcalibur軟件進行處理,圖譜經分析,將每個峰與Willey譜庫及NIST譜庫相匹配檢索,匹配度大于900的作為最終的鑒定結果[9-10]。

1.2.10 燕麥蛋白飲料感官評定 選擇10名優秀飲料感官評價員組成感官評定小組。感官評價員在常溫下對飲料進行品評。由10位感官評價員對飲料的外觀、香味和口感三個方面的重要性進行排序,由大到小依次取值為3、2、1,三個方面各自的總分之比即為其權重之比,且權重之和為1,最終確定外觀、香味及口感的權重分別為0.35、0.20、0.45,評價標準見表1,飲料的總分為100,計算公式如式(1)。各飲料的最終感官得分為評價員對其打分的平均值[11-12]。

Y=0.35A+0.20B+0.45C

式(1)

其中,Y為總分,A為外觀得分,B為香味得分,C為口感得分。

1.2.11 數據分析 采用SPSS V13.0和Origin pro V8.0對數據進行基本處理和作圖。

2 結果與分析

2.1 熱處理方法對燕麥表面微觀結構的影響

掃描電子顯微鏡(SEM)是最常用的表面微觀結構分析手段。通過SEM觀測燕麥經過不同熱處理后的表面微觀結構,實驗結果如圖1所示。由圖1可以看出,未經熱處理的燕麥蛋白質膜完整,淀粉顆粒由蛋白質基質包被著;常壓蒸制的燕麥則蛋白質膜受到一定程度的破壞,部分淀粉顆粒裸露出來;炒制燕麥的淀粉顆粒的分散程度有所增加,蛋白質基質變模糊,但是蛋白質膜的完整性受破壞程度不大;高壓蒸制燕麥受損最嚴重,蛋白質膜受到嚴重破壞,很多淀粉顆粒裸露出來。可見不同熱處理對燕麥的影響是不同的。這可能是因為原本淀粉顆粒由蛋白質基質包被著,淀粉顆粒大小不一,形狀各異[13],燕麥經熱處理后,淀粉糊化的程度,表面變粘連的程度,以及淀粉顆粒分散的程度各不相同。可以看出,與炒制燕麥相比,常壓蒸制和高壓蒸制對蛋白質膜的破壞性更大。在蒸制過程中,水分受熱滲入到燕麥中,水分的滲入消弱了原本淀粉與蛋白質間的關系[14],從而導致蒸制燕麥的蛋白質膜的破壞更大。

圖1 熱處理方法對燕麥表面SEM微觀結構的影響Fig.1 Effect of heat treatment methods on the surface SEM microstructures of oat

2.2 熱處理方法對飲料中可溶性固形物含量的影響

圖2所示為不同熱處理方法對燕麥飲料中可溶性固形物含量的影響。炒制和高壓蒸制燕麥飲料中可溶性固形物含量都顯著高于常壓蒸制燕麥飲料(p<0.05),尤其高壓蒸制能大大增加飲料中可溶性固形物含量,分析原因可能是炒制和高壓蒸制處理溫度更高,燕麥經炒制或者高壓蒸制后對淀粉酶更敏感,更有利于淀粉酶的酶解,從而水解產生更多的可溶性固形物。Mwangwela等[15]對豇豆進行熱處理的研究發現類似情況,經處理后豇豆的理化性質發生改變,其對淀粉酶的敏感度有所增加。而寧更哲[16]對燕麥炒制進行研究,發現適當的炒制可增加燕麥的出粉率,這可能也一定程度上有利于淀粉酶的酶解。

圖2 熱處理方法對燕麥飲料中可溶性固形物含量的影響Fig.2 Effect of heat treatment methods on soluble solid content in oat beverage

2.3 熱處理方法對飲料中蛋白含量的影響

圖3所示為不同熱處理方法對燕麥飲料中蛋白質含量的影響。從圖中可以看出炒制和高壓蒸制都能顯著增加飲料中蛋白質的含量(p<0.05),這可能是因為高溫熱處理可以導致燕麥蛋白的變性,蛋白質的熱變性會對其特性造成一定的影響,突出表現為其對蛋白酶的敏感性提高,有利于后續蛋白酶降解,從而提高了飲料中的蛋白質含量。燕麥蛋白的變性溫度較高,為108.85 ℃,而實驗中炒制和高壓蒸制較常壓蒸制而言溫度更高,更有利于燕麥蛋白的變性。同時高壓蒸制和常壓蒸制屬于水熱處理,更利于對物料進行改性,可以更好的促進蛋白酶解。此外經水熱處理后蛋白結合水的能力和溶解性等也會發生變化,適當的熱變性有利于蛋白基團的展開,提高其溶解性。高壓蒸制在蒸汽壓的參與下,水相體系溫度可達到100 ℃以上,在此條件處理下,食品原料會發生一些在常壓下難以實現的轉化。Vijayakumari等[17]對一些豆類進行水熱處理,發現處理后的蛋白質消化率有所提高。Hua等[18]通過水熱處理對大豆蛋白進行增溶,經水熱處理后,蛋白質在pH7時的溶解度從14.3%提升至67.5%。Mohamed等[19]通過水熱處理將谷朊粉中的蛋白質解聚,Zheng等[20]對溶解性較差的大豆蛋白進行水熱處理,研究發現經處理后蛋白質的高級結構被嚴重破壞,但溶解性有明顯提高,研究認為,水熱處理對難溶蛋白可溶化的原因是可溶性聚集體的形成。以上研究結果表明,溶解性較差的蛋白可通過適當的水熱處理進行增溶。蛋白質溶解性的提高一方面可以增加飲料中可溶性蛋白含量,一方面有利于蛋白酶的水解,從而產生更多的可溶性肽,最終提高飲料中蛋白質含量。

圖3 熱處理方法對燕麥飲料中蛋白含量的影響Fig.3 Effect of heat treatment methods on protein content in oat beverage

2.4 熱處理方法對飲料中多肽分子量分布的影響

從表2中可以看出炒制燕麥飲料中大分子量的肽所占比例更多,而高壓蒸制飲料中大分子量肽所占比例最少。這可能是因為熱處理方法的不同,對燕麥蛋白性質的影響也不同。炒制對燕麥蛋白的影響主要是高溫使其變性,適當的變性可能提高了其消化性,以及促進蛋白酶的酶解,其對蛋白質膜的破壞性較弱。常壓蒸制和高壓蒸制都屬于水熱處理,水熱處理對蛋白質膜的破壞性較大,其中高壓蒸制更明顯。

表2 熱處理方法對燕麥飲料中多肽分子量的影響

水熱處理可以對不溶性蛋白進行增溶[21],同時還可增加蛋白的消化性[22],促進蛋白和多肽的酶解。高壓蒸制同時具備了炒制和常壓蒸制的特點,其高溫(120 ℃)使蛋白適當變性,同時水熱處理促進蛋白的溶出,所以這種方式處理后的燕麥蛋白能被更充分的水解,在多肽分子量分布上表現為小分子量多肽所占比例更大。

2.5 熱處理方法對飲料粒徑的影響

從圖4可以看出熱處理方法對燕麥飲料粒徑的影響,高壓蒸制燕麥飲料的平均粒徑為269.0 nm,PDI為0.3,顯著低于炒制飲料和常壓蒸制飲料(p<0.05)。這說明高壓蒸制燕麥飲料的平均粒徑最小,同時其粒徑分布最均勻。通過2.3和2.4的分析,這可能是因為高壓蒸制處理更有利于提高燕麥淀粉和蛋白的消化性[23],燕麥蛋白性質的變化促進了蛋白酶的作用效果,在燕麥飲料的制作工藝中加入了蛋白酶對燕麥蛋白進行水解,將燕麥蛋白大分子水解為多肽小分子,從而提高了飲料中蛋白含量以及降低了飲料的平均粒徑。平均粒徑越小,粒徑分布越均勻,飲料體系也就越穩定,這也說明適當的高溫高壓處理燕麥有助于提高燕麥飲料的穩定性。

圖4 熱處理方法對燕麥飲料粒徑的影響Fig.4 Effect of heat treatment methods on particle-size of oat beverage

2.6 熱處理方法對飲料色澤的影響

圖5所示為熱處理方法對燕麥飲料色澤的影響,從圖a中可以直觀的看出兩種蒸制燕麥所制取飲料的色澤明顯偏乳白色,而炒制燕麥飲料色澤偏暗黃。從L*值上看出,常壓蒸制燕麥飲料的L*最高,高壓蒸制燕麥飲料次之,而炒制燕麥飲料的L*最小,L*代表飲料的亮度,L*越大,飲料越接近乳白色。從a*值和b*值上可以看出,炒制燕麥飲料的a*值和b*值都最大,a*越大飲料越偏紅色,b*越大飲料越偏黃色,這在直觀上的反映是炒制燕麥呈暗黃色,這可能是因為炒制過程中容易局部過熱出現焦糖化反應[24],使得整個飲料體系的色澤品質急劇下降;常壓蒸制燕麥飲料及高壓蒸制飲料顏色偏亮偏白,與牛奶性狀類似,色澤較受歡迎。

圖5 熱處理方法對燕麥飲料色澤的影響Fig.5 Effect of heat treatment methods on the colour of oat beverage

2.7 熱處理方法對燕麥飲料風味的影響

三種熱處理方法制備的燕麥飲料風味物質相對含量比較見表3,三種燕麥飲料都含有較多的醛類和醇類物質,兩種蒸制燕麥飲料的酮類物質含量高于炒制燕麥飲料。燕麥經熱處理后能降低產品的苦澀味,熱處理過程中主要可能發生的反應是美拉德反應、焦糖化反應以及脂肪的降解反應,熱處理后產品的香味物質與這些反應有很大關系[25]。表中風味物質分為六類:醛類、醇類、酮類、酯類、烯類以及雜環類。由表3可以看出,三種熱處理方法制取的飲料都產生了一些風味物質,但種類與含量有所不同。對于炒制燕麥飲料,其相對含量為醛類為20.110%、醇類13.728%、酮類1.897%、酯類1.553%、烯類1.435%、雜環類1.693%;對于常壓蒸制燕麥飲料,其相對含量為醛類為17.357%、醇類7.847%、酮類7.105%、酯類0.179%、烯類1.584%、雜環類未檢出;對于高壓蒸制燕麥飲料,其相對含量為醛類為36.427%、醇類7.009%、酮類5.161%、酯類1.749%、烯類1.320%、雜環類0.597%。

表3 三種熱處理方法制取燕麥飲料中揮發性風味物質

續表

注:表中共列醛類化合物共15種,醇類化合物共13種,酮類化合物共10種,酯類化合物共6種,烯類化合物共6種,雜環類化合物共3種;-表示未檢測到。

可以看出,三種熱處理方法制取的飲料其風味物質中醛類都比較高,其中高壓蒸制飲料和炒制飲料高于常壓蒸制飲料,醛類一般具有脂肪、清香和果香等氣味,如表中含量較高的乙醛、呋喃甲醛和壬醛都可應用于香料中,其對飲料風味的貢獻不能忽略。在常壓蒸制飲料和高壓蒸制飲料中檢測出較高的酮類物質,酮類物質一般有奶油香味和果蔬香味。炒制飲料和高壓蒸制飲料中檢測到部分酯類,其相對含量明顯高于常壓蒸制飲料,酯類一般呈現出愉快的氣味,可作為食用香料用于飲料中。炒制飲料和高壓蒸制飲料中還檢測到一些雜環類物質,如呋喃和吡嗪,這些雜環類物質的閾值很低,可能對燕麥乳飲料的風味貢獻很大。結合各種風味物質分析,炒制燕麥飲料和高壓蒸制燕麥飲料的風味物質更為豐富,其相對含量也更高,這可能是因為炒制和高壓蒸制這兩種熱處理方法的溫度更高,高溫促進了美拉德反應及脂肪的降解等。在高溫下蛋白類物質發生降解和變性,淀粉也發生了一定程度的降解[23],形成了非酶褐變的前體,這有利于美拉德反應,從而形成了更多的風味物質[26]。

2.8 熱處理方法對燕麥飲料感官評分的影響

如圖6所示,炒制、常壓蒸制和高壓蒸制燕麥飲料的感官評分分別為77、82、82分。炒制燕麥飲料的感官評分顯著低于常壓蒸制和高壓蒸制燕麥飲料(p<0.05)。炒制燕麥飲料的色澤較深[24],從而影響了感官評分。這可能是因為炒制過程易導致燕麥局部過熱,產生了過多的美拉德產物,甚至出現了焦糖化反應。常壓蒸制和高壓蒸制制取的飲料感官評分差別不大,分值較高,從色澤上看常壓蒸制燕麥飲料更接近乳白色,而高壓蒸制燕麥飲料風味更優。

圖6 熱處理方法對燕麥飲料感官評分的影響Fig.6 Effect of heat treatment methods on sensory evaluation of oat beverage

3 結論

熱處理可以破壞燕麥的微觀結構,其中,高壓蒸制的破壞程度最大,其次是常壓蒸制,炒制破壞程度最小,相對于傳統的炒制與常壓蒸制工藝,高壓蒸制可以獲得品質更好的燕麥飲料。得出最佳熱處理方法為高壓蒸制。高壓蒸制獲得的燕麥飲料蛋白質含量為0.91%,可溶性固形物含量為8.75%,平均粒徑為269 nm,PDI為0.3,色澤乳白,感官評分較高。

通過本文的分析,高壓蒸制能夠獲得最好品質飲料的原因是其同時具有炒制和常壓蒸制的優勢,即一方面可以實現更高的處理溫度,一方面具備水熱處理的特點。從這個角度分析,本文選用的三種處理方式,分別代表了三種熱處理類型,即單純高溫處理(如炒制、烘烤等),常壓水熱處理(蒸制、煮制等),以及兩者的結合。因此高壓蒸制可以作為一種處理模型,在作用機制方面具有很大的參考價值。有些目前早已實現工業化的處理方式,如擠壓即屬于此類處理方式,擠壓技術處理成本低,便于連續化生產[27],長期以來主要用在膨化零食、谷物早餐等的生產中,此類技術或可在谷物飲料的生產中發揮重要作用[28]。

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Effect of heat treatment methods on the quality of oat beverage

LIU Tong-tong,LUO Jie,ZHANG Hui*,WANG Li,QIAN Hai-feng,QI Xi-guang

(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Oat beverages were prepared after the oats were heat treated by frying,normal steaming and high-pressure steaming respectively. The influences of heat treatments methods on the microstructure of oat surface were investigated,as well as the qualities of the corresponding oat beverages including soluble solid content,protein content,distribution of peptides molecular weight,particle-size,color,flovour compounds and sensory quality. Compared with frying and normal pressure steaming,high-pressure steaming had the greatest influence on the microstructure of oat and significantly reduced the average particle-size in the corresponding oat beverages(p<0.05),and the ratio of peptides with high molecular weight was the smallest. Meanwhile,high-pressure steaming significantly increased the soluble solid content and protein content in the corresponding oat beverages(p<0.05). Compared with normal pressure steaming,frying could significantly increased the soluble solid content and protein content in the corresponding oat beverages(p<0.05),and the ratio of peptides with high molecular weight was much bigger. Oat beverages prepared by frying and high-pressure steaming had more flavour compounds. The oat beverages prepared by frying were dark yellow,while the ones prepared by the two kinds of steaming were obviously milky white and had better sensory quality than the former(p<0.05).

oat;heat treatment;frying;steaming;quality

2015-01-28

劉通通(1990-),男,碩士研究生,從事谷物飲料科技方面的研究,E-mail:605906158@qq.com。

*通訊作者:張暉(1966-),女,博士,教授,從事谷物功能成分與健康食品的研究,E-mail:zhanghui@jiangnan.edu.cn。

國家十二五科技支撐計劃項目(2012BAD34B08)。

TS274

A

1002-0306(2015)23-0089-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.010