蕎麥茶品質評價技術的現狀及展望

童曉萌,柴春祥，周志明，鄧永坤，陳妤坤，范 維，孫文羽

(天津商業大學生物技術與食品科學學院,天津 300134)

蕎麥又名三角麥、花麥,屬蓼科,是廣泛種植的雙子葉、藥食兩用植物。常見的有甜蕎(普通蕎麥)和苦蕎(韃靼蕎麥)兩個栽培品種。在我國糧食作物中屬小宗作物,也是我國傳統的出口貿易糧[1]。蕎麥營養豐富,主要含有淀粉、蛋白質、不飽和脂肪酸、維生素、礦物質、膳食纖維,還含有活性多肽、抗性物質、D-手性肌醇、黃酮類化合物、植物甾醇等活性成分。這些成分使其具有抗氧化、抗衰老、防治糖尿病、降低膽固醇、調節高血壓、消除炎癥、抑制腫瘤、改善記憶力等保健功效[2-7]。由于蕎麥具有較高的營養和保健價值,越來越多的消費者認識到蕎麥對健康的益處,各國學者對它的關注度也持續升高。以蕎麥為原料制成的產品有很多,蕎麥茶是其中之一。蕎麥茶富含營養、氣味清香、味道鮮美、儲存方便、可食可飲,具有很好的保健功效。在我國、日本、韓國、東南亞一帶、美國以及歐洲各國受到廣泛的喜愛。

現如今,市售的蕎麥茶主要包括普通籽粒茶和擠壓造粒茶兩種。隨著產品日益增多,主打的口味、功效花樣翻新,生產規模不斷擴大,蕎麥茶在其研制和開發中可能會出現原料品種、產地存在差異,原料質量把控不過關,加工技術不成熟,產品貯藏不當等情況。這些因素都會導致蕎麥茶產品的氣味、質構特性不良,顏色、滋味不佳,功能性成分活性降低、營養成分流失。因此做好蕎麥茶的品質控制顯得尤為重要。目前,市售蕎麥茶的品質控制大多執行中華人民共和國供銷合作總社發布的GH/T 1091-2014《代用茶》行業標準。該標準規定了代用茶應符合感官指標、理化指標及衛生指標的相關要求。其中,感官指標中沒有明確給出蕎麥茶品質的評判標準,且指標規定的方法為感官評價。感官評價是國內外普遍運用的品質評價方法之一,但其易受感官評定人員的嗜好、情緒、健康狀況等人為因素的干擾,對科學研究以及標準化生產造成不良的影響。此外,標準內規定的理化指標及衛生指標均執行相應的國家標準,操作過程繁瑣復雜,耗時長且易造成環境污染。而運用儀器對產品的品質進行檢測分析的方法具有客觀、快速、無損、操作簡便、重復性好等優勢,逐漸成為學者們關注的熱點。

本文綜述了近年來蕎麥茶品質評價的研究現狀,展望了將新技術應用于蕎麥茶品質評價的可行性,以期為拓寬蕎麥茶品質評價的方法提供理論依據。

1 蕎麥茶品質的氣味評價技術及展望

蕎麥茶的氣味是指蕎麥茶干茶或沖泡后所帶來的嗅覺感覺,是人們評判蕎麥茶品質的一個重要的指標。由于品種間的差異,加工部位、加工參數以及貯藏條件的不同,造成蕎麥茶揮發性成分不盡相同。且蕎麥茶揮發性成分的含量、感覺閾值及其二者的相互作用也會影響著蕎麥茶的氣味品質。目前,國內外已有學者進行了關于蕎麥茶中揮發性成分分析的研究,多采用氣相色譜-質譜聯用檢測技術及電子鼻技術對蕎麥茶的揮發性成分進行分析和鑒定。

1.1 氣相色譜-質譜聯用檢測技術

氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)檢測技術起步于上個世紀中葉[8]。它既具備了氣相色譜可以高效分離、精準定量的優點,同時又吸納了質譜的選擇性高、鑒別能力強、能提供大量有效的結構信息、定性簡便等特色。應用范圍廣,極其適用于易揮發或易衍生化合物的檢測[9]。固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)是一種在氣相色譜分析之前能夠快速、無溶劑殘留的樣品前處理方法,能有效萃取食品中的揮發性物質,具有靈敏度高、成本低、操作簡單快捷、重現性好等優點[10]。頂空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction,HS-SPME)是將吸附涂層(萃取頭)暴露在樣品上方富集待測組分的方法,是固相微萃取的一種萃取方式[11]。該方法結合GC-MS可使檢出限達到μg/L～ng/L的級別,現已廣泛用于食品揮發性成分的測定[12]。

在對不同加工部位的蕎麥茶進行氣味評價的研究中,Guo等[13]運用GC-MS對在我國市場上收集的全籽粒茶和全株茶兩種苦蕎麥茶樣品進行了揮發性成分分析,結果表明:全籽粒茶和全株茶兩者的芳香化合物組成存在一定的差異,但兩者含有14種相同的芳香化合物,其中3-乙基-2,5-二甲基-吡嗪被確定為主要的化合物。Qin等[14]采用固相微萃取分離提取技術結合GC-MS對市售苦蕎麥茶中的揮發性成分進行了定性及定量分析,共鑒定分析了39種揮發性化合物,其中有21種化合物為吡嗪類物質,占鑒定出的揮發性化合物總量的一半以上;化合物的主要氣味描述為堅果香、焙烤香、可可香、杏仁香、甜香、花香和青草香等;其中對苦蕎麥茶芳香氣味有顯著貢獻的化合物有如下幾種(氣味活度值≥10):2,5-二甲基-4-羥基-3(2H)-呋喃酮、壬醛、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、苯乙醛、麥芽酚、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和三甲基吡嗪。余麗等[15]采用相同的方法從市售苦蕎麥茶中檢測出30種揮發性成分,其中含量較高的是烴類、醛類和雜環類,三者在苦蕎茶中的含量分別為24.56%、35.04%(以5-甲基糠醛為主)、18.42%(以2-乙酰吡咯為主)。在對不同品種蕎麥茶的研究中,曾亮[16]以3種蕎麥茶(麥粒型苦蕎茶、黑苦蕎茶、造粒型苦蕎茶)為研究對象并采用固相微萃取結合GC-MS對其揮發性成分進行了分析,結果顯示:3種苦蕎麥茶的揮發性成分存在差異,但均大于60種,且香氣物質均以醛、吡嗪、吡咯為主,呈焙烤食品的香氣。在對不同加工工藝蕎麥茶的研究中,隋秀芳等[17]為探索焙炒、蒸煮與重組造粒加工工藝對苦蕎茶香氣成分的影響,采用固相微萃取結合GC-MS對苦蕎茶產品的揮發性香氣成分進行對比分析,結果表明:采用蒸煮米工藝制作而成的苦蕎茶以烷烴和烯類為主,而采用焙炒工藝制作的苦蕎茶則以醛類和烷烴為主,且還富含苯酚、醇類、醚類、酮類和酯類,這是造成焙炒苦蕎茶風味優于蒸煮米苦蕎茶的原因。代雨波等[18]以固相微萃取結合GC-MS檢測不同加熱炒制方式對蕎麥茶揮發性香氣成分的影響,結果表明:使用磁炒鍋焙炒制成的苦蕎麥茶所含揮發性成分比用電熱管加熱炒制的苦蕎麥茶多10種,且其焙烤類食品主要風味物質吡嗪的含量比用電熱管加熱炒制的苦蕎麥茶高4.13%,風味物質數量及相對含量上的差異使得2種苦蕎在風味上產生差異,因此使用磁炒鍋焙炒制成的苦蕎麥茶在風味上優于電熱管加熱炒制的苦蕎麥茶。

1.2 電子鼻檢測技術

電子鼻是模擬人的嗅覺系統、利用氣體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味的電子系統,它可以在幾小時、幾天甚至數月的時間內不間斷地、實時地監測特定位置的氣味狀況,彌補了感官評價易受人為因素干擾和識別精度低的缺點,客觀、準確、快捷且重復性好[19-21]。

有關電子鼻檢測技術在蕎麥茶氣味檢測上的應用,已有學者做了相關研究。曹靜[22]應用電子鼻技術對15種不同品牌的苦蕎麥茶進行了氣味檢測,實驗結果表明:在氣味特征方面,所有苦蕎麥茶的茶湯比干茶差異顯著,電子鼻響應值用于模式識別時的判別結果更有效,準確度更高;不同品牌的苦蕎麥茶因加工工藝、工藝參數或原料等因素影響,產品氣味品質存在差異,運用電子鼻技術檢測其香氣成分,采用FDA和MLPN等模式識別方法可以進行有效地區分判定;對于不同炒制工藝參數制備的苦蕎茶,結果表明:苦蕎麥茶的風味品質受炒制溫度和時間的影響較大,利用電子鼻檢測技術和FDA與MLPN等模式識別方法可以對其進行有效地區分辨識。許青蓮等[23]采用HS-SPME/GC-MS和電子鼻檢測技術對云南、貴州、四川、山西和內蒙等五產地苦蕎茶的茶湯和茶底樣品進行揮發性成分的鑒別分析,電子鼻分析所得的主成分分析結果表明:貴州、山西和內蒙的茶湯區分不明顯,茶底區分明顯;香氣成分分析表明:五產地苦蕎中共檢出香氣成分91種,共有成分14種。其中,貴州苦蕎茶香氣成分中醛類、碳氫化合物和含氮化合物的種類最多,相對含量最高,其他四產地苦蕎茶香氣成分中酯類、醛類化合物的種類和相對含量較貴州苦蕎茶偏多和偏高。

由以上研究結論可知,在生產加工過程中,不同的原料、工藝參數會影響蕎麥茶的氣味。氣相色譜-質譜聯用技術以及電子鼻檢測技術初步在蕎麥茶品質的氣味檢測中得到了良好的運用。在蕎麥茶的實際生產過程中,企業可根據自身需要應用上述技術對原料進行篩選、對加工的工藝參數進行嚴格的控制,利于產品的規范化生產,提高產品質量。且蕎麥茶產品中含有一定量的水分、脂肪、蛋白質等成分,在貯藏期間易發生霉變、氧化等情況,進而蕎麥茶的揮發性成分也隨之改變,影響產品的品質。因此,未來可以開展應用氣相色譜-質譜聯用技術或電子鼻技術對不同貯藏條件下的蕎麥茶品質進行快速、無損的檢測或對蕎麥茶進行貨架期預測的相關研究,這對企業在儲藏和銷售環節有現實的指導意義。

嗅覺可視化技術是近年來出現的一種氣體表征的新方法,在國內外逐漸發展起來。其原理是利用可視化傳感器與待測氣體反應前后顏色會發生變化的特點來對待測氣體進行定性及定量分析[24-25]。相比于氣相色譜-質譜聯用技術等手段,嗅覺可視化技術簡便、快速、成本低,相對于近年來逐步深入探索并已在一定領域內應用的電子鼻無損檢測技術來說,它具有檢測精度高,不受溫度、濕度等影響的優勢[26-27]。目前,國內外嗅覺可視化技術的研究還較少,主要集中在簡單化學物質的區分以及谷物、肉類、水產品、酒類、食醋、紅茶等食品的品質檢測方面。蕎麥茶在生產加工及儲藏過程中,揮發性物質會產生一定的變化,如能篩選到合適的氣敏變色物質,對這些揮發性成分做出響應并變色,則可以根據可視化傳感器的變色情況對蕎麥茶的氣味進行定性及定量分析,為蕎麥茶品質的快速、無損評價開辟新途徑。

2 蕎麥茶品質的質構評價技術及展望

蕎麥茶在生產加工過程中,由于溫度、濕度、壓力等條件的變化,易使蕎麥茶的物理性質和組織結構發生改變,進而影響蕎麥茶的沖泡特性。而這些均與蕎麥茶的質構性質有關,因此需要對蕎麥茶的質構進行評價。質構儀在食品領域應用中又被稱為電子牙[28],作為客觀評價食品質構品質的主要儀器,測定的物理性狀能較好的反映食品質量的優劣,且測定速度快,在食品行業已被廣泛應用。

目前有關蕎麥質構的研究主要集中在蕎麥粉以及米粉或小麥粉混合制成的米面制品[29-32]。而陳偉等[33]應用質構儀分別對苦蕎麥及仁在制茶過程中浸煮環節前后的質構做了相關研究,通過實驗測得其力—變形曲線數據,得出其硬度、破壞力、破壞能等常規力學參數;通過對比得出浸蒸處理后的苦蕎破壞力和破壞能略有降低,苦蕎仁的破壞力和破壞能顯著增加,表明表皮結合強度降低,有利于減小脫殼破碎率。將質構儀應用于蕎麥茶品質的質構評價研究尚屬空白,而其質構的測定指標與蕎麥粉混合物及谷物原料一致,故可以通過谷物原料中質構的測定方法來研究蕎麥茶的質構特性,指導實際生產以及沖泡飲用,使質構儀應用于蕎麥茶的產品研發及品質的快速檢測成為可能。

在對谷物進行質構方面的研究中,高連興等[34]應用萬能試驗機進行了5種含水率下的大豆破裂強度、彈性模量和壓縮功等準靜壓力學特性試驗,獲得了6.84%～21.37%含水率范圍內、3個方向的大豆破裂強度、彈性模量和壓縮功及其變化規律。為改進大豆脫粒和輸送裝置、確定工藝參數提供了參考。由此可知,我們亦可以嘗試應用萬能試驗機對蕎麥茶的壓力進行測試,判斷蕎麥茶內部的組織結構及沖泡特性,進而對其品質進行把控。

3 蕎麥茶品質的顏色評價技術及展望

蕎麥茶的顏色與原料的品種、產地以及生產加工過程中的各個參數關系密切。作為一個顯著的外在特征,顏色是評價蕎麥茶品質及其變化的一個重要指標。主要采用色彩色差分析法和計算機視覺技術對食品的顏色進行評價。

3.1 色彩色差分析法

色彩色差法是運用儀器測出各種試樣被測位置的顏色,并通過計算,對顏色進行數值化表示,進而得到色差值[35]。

在蕎麥茶的顏色分析中,代雨波等[18]以自制的固定電磁線圈回轉式電磁炒鍋對苦蕎麥進行焙炒制成蕎麥茶,使用色差計對其顏色的L*、a*、b*值進行測定并對顏色差異進行分析,結果表明:隨著加工的進行,苦蕎的明度L*降低,但固定電磁線圈回轉式電磁炒鍋焙炒制成的苦蕎麥茶的明度要略高于傳統電熱管加熱炒制的苦蕎麥茶;從a*和b*的檢測結果來看,磁炒鍋焙炒制成的苦蕎麥茶比電熱管加熱炒制的苦蕎麥茶的顏色偏紅,紅色能通過視覺刺激人的品嘗欲望;以生苦蕎為對比,磁炒鍋焙炒制成的苦蕎麥茶與生苦蕎的色差距離更大。在關于蕎麥茶茶湯顏色的研究中,呂俠影[36]以苦瓜汁、苦丁茶湯、苦蕎茶湯為原料研制了復合果蔬汁茶飲料,并在7 d后使用色差計對其進行ΔL、Δa、Δb和ΔE值的測定,以考察經異抗壞血酸鈉和β-環狀糊精處理后茶飲料的顏色變化,結果表明色差計可以應用于蕎麥茶茶湯顏色的測定。

運用色差儀對蕎麥茶原料的顏色進行測定也有了文獻報道。王若蘭等[37]使用色差儀每20 d測定一次苦蕎麥的色度,研究在不同儲藏條件下苦蕎麥色度的變化規律,結果表明:蕎麥的儲藏溫度和水分含量對其色度的變化影響較大,而儲藏時間和包裝條件對其色度變化的影響不明顯;苦蕎麥在干燥(水分為12%)、低溫環境條件下儲藏,有利于苦蕎麥原色度的保持。

因此,在上述研究成果的基礎上,可以進一步開展運用測色儀和色差計對蕎麥茶在原料品種及產地方面的篩選、生產加工工藝參數優化、不同貯藏條件下的干茶或沖泡后的茶湯進行顏色的測定,得到更為準確、客觀、快速的蕎麥茶品質評價。

3.2 計算機視覺技術

計算機視覺又稱機器視覺,是以圖像處理技術為核心,研究用計算機模擬人微觀和宏觀視覺功能的科學和技術[38]。它可以對谷物及其制品的大小、形狀、顏色等品質進行檢測[39-40]。具有無損、高效、快捷和低成本的特點。

截至目前,尚未見到將計算機視覺和圖像處理技術應用于蕎麥茶研究的報道。但對于蕎麥茶原料的研究方面,已有學者基于計算機視覺和圖像處理技術對蕎麥茶原料的顏色有了初步的研究,并且取得了良好的結果。張強[41]使用掃描儀獲取了來自8個省區11個不同品種的苦蕎種子彩色圖像,通過圖像處理有效地對苦蕎種子的顏色與形態特征進行精確量化和快速分析,實驗結果說明計算機視覺和圖像處理技術可作為不同品種苦蕎種子分類鑒別的一種客觀,準確、有效的方法。呂少中等[42]研究了基于圖像處理技術并運用主成分分析和BP神經網絡的蕎麥剝殼混合物識別方法,在提取了蕎麥籽粒圖像的顏色特征、形狀特征以及紋理特征并進行一系列的分析后,試驗結果表明:該BP神經網絡對未剝殼蕎麥、已剝殼完整蕎麥米和破損蕎麥米的識別正確率分別為98%、90%和98%,平均正確率為95%,能夠對蕎麥剝殼混合物進行有效的識別。

蕎麥茶在其研制和開發過程中由于原料品種和產地差異、加工過程中工藝參數的不同以及儲存運輸條件的區別,會導致顏色品質參差不齊。基于此,可以嘗試運用計算機視覺和圖像處理技術對蕎麥茶進行圖像采集并分析,以實現通過顏色對其品質進行快速、無損的檢測及評價。

4 蕎麥茶品質的滋味評價技術及展望

滋味是食品品質評價的重要指標之一,關系到專業人員以及消費者對產品適口性的評價。電子舌(electronic tongue)檢測技術是20世紀80年代逐步發展起來的、能對食品的滋味進行分析和識別的一種技術手段。它基于模擬人類味覺,利用傳感器陣列來檢測液體樣品中的味覺特征,通過多元統計分析方法對信號模式進行區分識別,從而對液體樣品的味覺信息如酸、甜、苦、咸、鮮、澀及回味等指標進行實時、快速的檢測及評價[43-45]。

在蕎麥茶滋味的研究中,曹靜等[46]利用新型伏安型電子舌——智舌(Smartongue)對不同炒制溫度、時間以及不同貯藏期的苦蕎茶進行了滋味品質的辨識,結果表明:炒制溫度及儲藏時間對苦蕎茶的滋味品質影響較大,樣品之間差異顯著;相比之下,炒制時間對苦蕎茶滋味品質的影響不顯著;主成分分析能夠區分炒制溫度差異較大的苦蕎茶,而對于同一炒制溫度下不同炒制時間的茶樣以及不同儲期的茶樣區分效果不佳;線性判別分析能夠對不同炒制溫度和時間加工而成的12組苦蕎茶以及不同儲期的7組苦蕎茶進行有效的區分,這證明了將電子舌技術應用于蕎麥茶品質的滋味評價是可行的。

亦有學者對其它谷物代用茶的滋味品質進行了研究。遇靚[47]以薏苡為原料研制了紅曲固態發酵薏米茶,應用電子舌檢測及PCA主成分分析表明:電子舌能夠有效區分薏米紅曲茶及其配料的味覺差異;同時,應用電子舌檢測技術客觀的證明了復配工藝可使產品的口感更加調和,從而提高了產品的品質。

基于以上結論,可進一步探索應用電子舌檢測技術對蕎麥茶的品種進行辨識、對相同配方或加工參數下的不同批次的產品進行品質控制,以及探索儀器測定值與感官評定人員得出的感官評分之間的相關性,為科學研究以及實際生產提供理論依據。

5 蕎麥茶品質的近紅外評價技術及展望

近紅外光譜技術(NIR)是近年來迅猛發展起來的一種現代分析技術,它包含了大量關于有機化合物的結構和組成等相關信息,在現代化學計量學方法和計算機技術等多個學科的配合下,能夠對復雜物質進行定性鑒別和定量分析[48],是一個方便快捷、操作簡單、分析速度快、不破壞樣品、不產生污染、對操作人員要求較低、可以實現多組分同時分析的方法,特別適用于在線檢測[49]。

目前尚未見到將近紅外無損檢測技術應用于蕎麥茶的研究報道,但已有學者對蕎麥茶原料進行了營養成分含量預測以及品種鑒別的研究。在蕎麥營養成分含量預測方面的研究中,馬續瑩等[50]應用近紅外光譜漫反射技術,采用偏最小二乘法和留一全交叉驗證方法對苦蕎樣品中膳食纖維的含量進行了預測。席志勇[51]開展了基于近紅外光譜技術對蕎麥進行無損檢測的研究,采用近紅外光譜技術結合主成分分析和BP神經網絡分別建立了蕎麥蛋白質、淀粉和總黃酮含量預測模型,其中總黃酮相關度較高,能夠達到蕎麥總黃酮含量預測的目的。韓雍等[52]建立了蕎麥蘆丁近紅外光譜校正模型并對其進行驗證,實現了蕎麥蘆丁的快速檢測。郭慧敏等[53]采用最小二乘回歸預測和交叉驗證構建了蛋白質與淀粉含量近紅外預測模型,具有較高的準確度和穩健性。有關蕎麥的品種鑒別方面,林兵等[54]用差熱分析法和近紅外漫反射光譜法對11個不同栽培品種的苦蕎麥進行了品種的快速分析鑒別。席志勇[51]采用近紅外光譜技術結合支持向量機算法對蕎麥進行了品種鑒別,鑒別效果良好。

以上研究說明,近紅外光譜技術可以應用于蕎麥茶原料,并已經取得了良好的結果。因此可以更進一步對其加工后的蕎麥茶進行基于近紅外光譜技術的營養成分含量預測或品種鑒別,使近紅外無損檢測技術應用于蕎麥茶品質的快速、無損檢測成為可能。

6 結論及展望

目前,氣相色譜-質譜聯用、電子鼻、質構儀、電子舌、色差儀、計算機視覺、近紅外光譜等檢測分析手段在谷物品質評價中的應用較為廣泛,而針對蕎麥茶品質評價的應用相對較少,但已有的研究結果證明這些檢測技術在蕎麥茶品質評價中是可行的。在此基礎上,應更加深入的進行研究并逐步探索將其他快速、無損檢測技術應用于蕎麥茶的品質評價,如核磁共振技術等;介電特性在一定程度上可以反映食品品質的優劣,因此可探索電學參數與蕎麥茶組成成分之間的相關性,開展基于介電特性對蕎麥茶的品質進行無損檢測。隨著國內外對蕎麥茶的關注程度不斷提高,對蕎麥茶的品質也就有了更高的要求。因此,開發快速、無損的蕎麥茶品質檢測技術,對于準確控制和保障蕎麥茶產品從原料采收、生產加工以及貯藏運輸過程的品質具有較強的實際需求和巨大的應用前景。