不同熱加工方式芝麻醬風味物質的差異

張 淼,劉國群,賈洪鋒,黃曉琴,文 芬,邵雪梅

(四川旅游學院食品學院,四川成都 610100)

芝麻醬由芝麻熱加工后研磨而成,是廣大消費者喜愛的一種調味品,也是養生保健佳品,其富含大量不飽和脂肪酸、維生素E、木酚素，擁有優質的蛋白質氨基酸組成,在抗氧化，增強免疫力,防病抗癌上具有一定功效[1-2]。風味是評價芝麻醬質量的重要指標之一,風味物質可分為滋味物質(非揮發性物質)和香味物質(揮發性物質)兩大類[3],其中揮發性成分影響芝麻醬整體風味,非揮發性成分則影響味感和偏好[4]。芝麻醬的風味物質形成主要是在熱處理過程中,發生美拉德反應、焦糖化反應、Strecker降解反應、油脂氧化反應等而生成香氣成分如糠醛、吡嗪、吡咯、醛類、醇、酮、酸等[5]。

目前風味物質的測定大多采用氣質聯用或電子鼻等先進儀器來完成。電子鼻操作簡單、快速靈敏、客觀、準確、重復性好、對產品無損壞,被廣泛應用于食品品質監控和食品辨別分析中[6]。張玉玉等[7]、樓飛等[8]將電子鼻技術應用于醬類風味物質的檢測;頂空固相微萃取(HS-SPME)與氣-質聯用儀(GC-MS)聯用技術是目前常用的揮發性物質分離鑒定的方法,可實現對樣品的定量和定性分析。該法具有操作時間短、樣品用量少、被分析風味物質損耗小、能夠較真實的反應風味成分等優點[9]。劉平年[10]、秦早等[11]將氣質聯用技術應用于芝麻油風味物質的測定與分析中,但尚未見電子鼻及頂空固相微萃取結合氣-質聯用技術應用于芝麻醬風味物質的分析。

我國傳統的芝麻醬熱加工方式為炒制,加熱時間長且效率不高。本實驗采用電子鼻對經炒制、烤制、微波三種不同熱處理而制成的芝麻醬揮發性風味成分進行測定,利用主成分(PCA)及辨別因子(DFA)分析進行區分;同時采用頂空固相微萃取(HS-SPME)技術對經不同熱處理而制成的芝麻醬揮發性成分進行提取,再結合氣質聯用技術(GC-MS)進行鑒定分析,對不同熱處理方式下芝麻醬的揮發性風味成分進行分類整理以及定量分析,從而篩選出風味物質保留最佳的熱加工方式,以指導芝麻醬加工,提高生產效率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

有機黑芝麻 天地糧人牌,購于成都市龍泉驛區永輝超市。

JYC-21HECO5電磁爐 九陽股份有限公司;WP700微波爐 佛山市順德區格蘭仕微波爐電器有限公司;KWS1530X-H7R烤箱 廣州格蘭仕微波生活電器制造有限公司;FA1104N電子天平 奧豪斯儀器有限公司;FW-100組織粉碎機 北京中興偉業儀器有限公司;FX4000電子鼻(由18個金屬氧化物傳感器組成) 法國Alpha MOS公司;Alpha SOFTV12數據分析軟件 法國Alpha MOS公司;HP6890/5973 GC-MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備 炒制樣品:精確稱取黑芝麻100 g,清洗去雜后,倒入炒鍋中,電磁爐300 W功率狀態下,反復翻炒15 min,至芝麻水分逸出,變脆后冷卻,水分控制在1%以內。再使用組織粉碎機研磨成芝麻醬,趁熱灌裝,密封保存。

微波樣品:精確稱取黑芝麻100 g,清洗除雜后,放入平底白磁盤中均勻平鋪,微波爐中火4 min,至芝麻水分逸出,變脆后冷卻,水分控制在1%以內。研磨后趁熱灌裝,密封保存。

烤制樣品:精確稱取黑芝麻100 g,清洗除雜后,放入平底烤盤中,均勻平鋪,烤箱上下火120 ℃,20 min,至芝麻水分逸出,變脆后冷卻,水分控制在1%以內。研磨后趁熱灌裝,密封保存。

1.2.2 電子鼻檢測

1.2.2.1 分析樣品準備 將芝麻醬樣品充分攪拌均勻,準確稱取2.5 g于10 mL頂空瓶中,加蓋密封,頂空產生時間300 s,頂空產生溫度為70 ℃。每個樣品重復測定4次。

1.2.2.2 分析參數 載氣:合成干燥空氣,流速為150 mL/min,進樣體積1 mL,進樣速度為1 mL/s。數據采集時間為120 s,延滯時間為300 s。

1.2.2.3 傳感器信號分析 電子鼻共有18個傳感器,在進行數據分析處理時,選擇每個傳感器的最大響應強度值進行統計學分析[12]。

1.2.2.4 電子鼻數據分析 采用主成分分析(PCA,principal component analysis)和辨別因子分析(DFA,discriminant factor analysis)對電子鼻傳感器采集的原始數據分別進行分析[12]。

1.2.3 GC-MS檢測

1.2.3.1 頂空固相微萃取 取80 g 樣品裝入250 mL 密閉樣品瓶中,選用75μm CAR/PDMS萃取頭,萃取溫度為70 ℃,萃取時間為30 min。

1.2.3.2 GC-MS條件 氣相色譜條件:固相微萃取頭于250 ℃下解吸3 min。色譜柱,HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm,0.25μm),程序升溫:初始溫度為30 ℃,保持5 min,以10 ℃/min升至180 ℃,保持2 min,以15 ℃/min升至230 ℃,保持5 min,載氣流速:0.8 mL/min,載氣:高純氦氣(99.999%)[11];不分流進樣。

質譜條件:電子電離源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,接口溫度為260 ℃,質量掃描范圍為20～450 amu。

1.2.3.3 GC-MS數據分析 定性:樣品中的揮發性成分經計算機檢索,根據其保留時間計算其保留指數(RI),同時與系統自帶數據庫進行匹配,再與文獻值相比較,共同定性?？傠x子圖中的各峰經質譜掃描后得到的質譜圖,根據各峰的質譜裂片與文獻核對,使用計算機進行質譜數據庫檢索及人工譜圖解析。

定量:采用峰面積歸一化法進行相對定量。

2 結果與分析

2.1 電子鼻對不同熱加工方式芝麻醬風味成分的響應

2.1.1 樣品的傳感器信號分析差異 根據樣品在各傳感器上的重復測定的平均響應值,建立雷達指紋圖譜和傳感器信號強度圖,見圖1。從圖1中可以看出各樣品在18個傳感器上的響應值存在一定差異,在傳感器TA/2、T40/1、T40/2、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2、P40/1、P10/2、P10/1、T30/1上烤制、炒制、微波三種加工方式制成的芝麻醬的響應信號絕對值隨著加工方式依次增大;在LY2/gCT傳感器上,三種加工方式下的響應值幾乎一致;在傳感器LY2/gCT1、LY2/Gh、LY2/AA、LY2/G上,炒制、烤制兩種加工方式下的響應值差異度較小,微波加工方式下的響應值略小于炒制和烤制兩種方式下的響應值。

圖1 不同熱處理方式制成芝麻醬雷達指紋圖譜

2.1.2 樣品主成分分析 電子鼻系統將金屬傳感器對不同樣品的揮發性成分的響應信號分析后,所獲得的原始數據是一個多維的矩陣數列[13]。原始多維數列矩陣通過PCA降維處理后,對特征變量進行線性分析,從而對不同熱加工方式下制成的芝麻醬揮發性風味進行分析,結果如圖2。

圖2 不同熱處理方式下芝麻醬電子鼻PCA及DFA圖

由圖2a可以看出,第一主成分(PC1)貢獻率為98.22%,第二主成分(PC2)貢獻率為1.38%,PC1與PC2的貢獻率之和為99.60%,說明樣品整體差異信息能夠在PC1和PC2構建的平面上充分展示,各樣品的差異主要體現在PC2;DFA能夠擴大不同數據之間的差異同時縮小同類數據間的差異,由圖2b可以看出,三個樣品在DFA中能夠更好的被區分。因此,不同熱加工方式下的電子鼻數據能較好的區分開,說明不同熱加工方式下芝麻醬揮發性風味物質差異明顯。

2.2 不同熱加工方式芝麻醬風味成分的比較分析

分別對炒制、微波、烤制制成的芝麻醬進行頂空固相微萃取結合氣質聯用分析,得到三種不同熱處理方式的芝麻醬的總離子流圖,見圖3～圖5。

圖3 炒制制成芝麻醬總離子流圖

圖4 微波制成芝麻醬總離子流圖

圖5 烤制芝麻醬總離子流圖

經綜合分析鑒定,從炒制、微波、烤制而制成的芝麻醬中分別鑒定出24種、26種、22種揮發性化合物,結果見表1。由表1可知,采用炒制方式制成的芝麻醬檢測出了24種化合物,主要為醇類(40%)、醛類(17.17%)、吡嗪類(14.97%)、酸類(14.1%)化合物。采用微波方式制成的芝麻醬檢測出了26種化合物,主要為醇類(31.72%)、吡嗪類(31.09%)、酸類(14.88%)化合物。采用烤制方式制成的芝麻醬檢測出了22種化合物,主要為醇類(37.23%)、吡嗪(24.36%)、酸類(12.86%)、醛類(6.89%)化合物。具體見表2。

醇類物質在三種不同熱處理方式下均為檢出含量最高的一類物質。由表1和表2可知,炒制、微波、烤制三種不同熱處理制成的芝麻醬中分別檢出醇類7種、9種、7種,相對含量分別為40.00%、31.72%、37.23%,炒制制成的芝麻醬中1-戊醇和1-己醇含量較高,分別為14.83%和10.29%。微波制成芝麻醬中1-己醇含量較高為8.28%。在烤制芝麻醬中1-戊醇和1-己醇含量較高,分別為13.82%和12.78%。1-己醇主要呈現出果味和青草味[14],飽和醇嗅覺閾值較高,較高濃度才會對風味有影響,但不飽和醇嗅覺閾值相對較低,但對風味有較大作用[15]。如1-辛烯-3醇呈現出青草味[16]。同時醇類物質還是其他香味物質良好的溶劑,對總體香氣形成具有不可忽視的作用。

表1 不同熱處理下芝麻醬揮發性風味物質的HS-SPME-GC-MS分析結果

吡嗪類化合物是焙烤食品最重要的一類風味物質之一,主要呈現燒烤味、烤堅果味、爆米花味等,與熱處理食物的誘人香氣具有顯著關系[17]。吡嗪類化合物通常被認為是以糖和氨基酸為風味前體物質經過Maillard反應產生的,其中烷基吡嗪最可能的形成途徑是Strecker降解反應[18]。由表1和表2得知,三種不同的熱處理方式下,吡嗪類化合物的種類和數量都大不相同,其中以微波處理生成的吡嗪類化合物最多,其含量高達31.72%,2-甲基吡嗪最多達14.71%;炒制制成的芝麻醬吡嗪類含量最低的,其含量為14.97%,2,5-二甲基吡嗪含量最高達6.59%,其次為2-甲基吡嗪,其含量為6.01%。吡嗪類化合物嗅覺閾值較低,擴散性較好,香味濃郁,是芝麻醬揮發性風味物質的主要成分。其中,被乙基取代的吡嗪類香氣閾值顯著降低,對焙烤芝麻呈現的焙烤香味具有重要作用[19]。

表2 不同熱處理下芝麻醬揮發性風味物質類別分析

醛類物質是脂肪降解的主要物質,具有脂肪香味。8～12個碳的飽和醛在低濃度下就可顯示出良好香氣[20]。例如,己醛呈現出的生的油脂味和青草氣及蘋果香味[21]。不飽和醛同樣嗅感強烈,且具有愉快的香味,如苯乙醛具有類蜂蜜的香甜味。炒制處理下制成的芝麻醬醛類物質含量最多,達17.17%,其中己醛占14.96%,烤制處理下制成的芝麻醬僅含有6.98%的己醛,而微波處理下的芝麻醬未能檢測出醛類物質。醛類感官閾值一般較低,對芝麻醬的整體風味貢獻較大。

呋喃類物質能賦予焙烤食品令人愉悅的香甜味、焦糖味和焙烤風味,是美拉德反應最常見的產物之一[22]?？局菩纬傻倪秽愇镔|較多,達7.07%,其中糠醛最多,其次是2-糠醇,2-糠醇最能體現芝麻醬的香甜特征。

酸類物質在三種不同熱處理方式下檢測出的物質種類相同,含量也相差不大,都是以乙酸為主。其他幾類物質,如酮類、吡咯類和酯類等,雖然每類物質個數少,含量相對較低,但也是芝麻醬風味成分中不可或缺的物質。

3 結論與展望

本研究利用電子鼻和SPME-GC-MS法分析不同熱加工方式下芝麻醬揮發性風味物質的變化,結果表明,在炒制、微波、烤制三種熱加工方式下,電子鼻能有效的區分出烤制而成的芝麻醬,經過PCA及DFA分析發現,炒制、烤制、微波三種不同的加工方式下制成的芝麻醬揮發性風味物質有顯著差異。結合SPME-GC-MS分析鑒定表明,炒制、烤制、微波三種不同熱加工方式下制成的芝麻醬分別鑒定出24、22、26種揮發性風味物質,主要有醇類、吡嗪、酸類、醛類等物質,但不同加工方式下形成的揮發性風味物質種類和含量卻不相同。如主要風味物質吡嗪類,微波制成的芝麻醬高達31.09%,而炒制和烤制的芝麻醬中含量分別為14.97%和24.36%;醛類物質,在炒制和烤制芝麻醬中含量為17.17%和6.89%,微波制成芝麻醬卻未能檢測出醛類物質;呋喃類物質在烤制的芝麻醬中含量為7.07%,在炒制和微波的芝麻醬中為2.44%和4.90%。

由實驗結果可以得出,微波制成的芝麻醬風味物質更豐富,主要揮發性香味物質含量更高。因此,在實際生產中,可以采用微波法來對芝麻進行熱處理,不僅提高加工效率,節約生產成本,同時也較完整的保留了芝麻醬特征風味物質。

在以后的研究中,可在SPME-GC-MS分析的基礎上結合感官評價,嘗試建立電子鼻氣味信號數據與不同加工工藝芝麻醬產品的關系模型,同時建立氣味指紋圖譜,進而快速區分不同加工方式下制成的芝麻醬;建立芝麻醬電子鼻氣味信號數據與其產品品質指標的關系,進而通過監測氣味變化快速評價產品的品質,為芝麻醬摻假檢測提供依據,促進芝麻醬行業的發展。

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