食用菌復配即食雜糧粉的營養(yǎng)品質及特征風味成分分析

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(1.南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食用菌加工重點實驗室,江蘇南京 210023; 2.江蘇安惠生物科技有限公司,江蘇南通 226009; 3.南京農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院,江蘇南京 210095)

我國自古就有“五谷為養(yǎng)”的說法,雜糧在中國的膳食結構中占比很高,但其植物性蛋白的氨基酸營養(yǎng)價值較低,必需氨基酸的含量及其相互比例不夠全面,如小米、玉米中賴氨酸含量較低,大豆中蛋氨酸和胱氨酸含量較低[1]。因此,谷物雜糧具有各自優(yōu)勢和營養(yǎng)缺陷,單獨食用谷物雜糧容易造成營養(yǎng)不均衡。另外,我國是世界上主要的谷物雜糧粉生產(chǎn)國,但多數(shù)是中小型民營企業(yè),技術設備落后,所生產(chǎn)的雜糧產(chǎn)品口感粗糙、下咽困難是制約我國谷物雜糧粉加工企業(yè)發(fā)展的主要因素。

猴頭菇(Hericiumerinaceus)含有多糖、寡糖、多肽和甾醇等多種活性成分,具有抗?jié)?、增強免疫力、抗腫瘤和降血糖等生理功能[2-4]。蛹蟲草(Cordycepsmilitaris)含有豐富的優(yōu)質蛋白,含18種氨基酸,其中必需氨基酸含量占氨基酸總量的32.80%,且含多種人體必需的礦物質元素,具有抗病毒、延緩衰老、增強免疫力等功效,現(xiàn)已被廣泛應用于民間滋補食品[5-7]。杏鮑菇(Pleurotuseryngii)質地脆嫩、有杏仁香味,富含人體必需氨基酸,具有降血脂、潤腸胃、提高免疫力等多種生物功效[8-9]。金針菇(Flammulinavelutiper)味鮮、熱量低,富含多糖、免疫調(diào)節(jié)蛋白等,具有較高營養(yǎng)價值和藥用價值[10]。由于這4種食用菌味道鮮美、營養(yǎng)配比合理,含有多種人體必需氨基酸,可以作為很好的功能食品原料[11]。近年來,食用菌逐漸被應用到食品中,如黑木耳燕麥餅干、松茸曲奇、香菇面包等[12-14]。猴頭菇、蛹蟲草、杏鮑菇、金針菇含有多種功能成分,且具有豐富的呈香物質,將4種食用菌與谷物雜糧以科學比例混合,采用擠壓膨化工藝加工,制備出營養(yǎng)全面、風味獨特、口感適宜的復配食品,不僅彌補了谷物雜糧的營養(yǎng)不足,還可以改善食品的風味品質,對谷物雜糧的深加工和食用菌的開發(fā)具有重要意義。

擠壓工藝被廣泛地應用在谷物產(chǎn)品的加工,主要通過優(yōu)化擠壓工藝,改善產(chǎn)品品質。谷物雜糧與食用菌結合,能進一步提高雜糧的營養(yǎng)價值、保健價值,改善雜糧的風味、口感。胡秋輝等[15]利用雙螺桿擠壓工藝制成蛹蟲草復合谷物雜糧膨化產(chǎn)品,提高了產(chǎn)品的營養(yǎng)價值并改善了產(chǎn)品的品質。方勇等[16]研究的金針菇復配發(fā)芽糙米表明金針菇的添加增加了產(chǎn)品的氨基酸含量,提高了產(chǎn)品營養(yǎng)價值;姜璐等[17]利用香菇對普通曲奇餅干進行營養(yǎng)強化,增加了餅干中膳食纖維的含量;Ng等[18]研究的白菇粉餅干表明食用菌添加可提高產(chǎn)品的保健功能并維持產(chǎn)品理想的感官特性。目前,國內(nèi)外關于添加食用菌對谷物產(chǎn)品品質影響的研究報道有很多,但是對于科學配比的谷物雜糧和具有保健功能、特征風味的食用菌粉復配谷物雜糧產(chǎn)品的開發(fā)及該類產(chǎn)品的營養(yǎng)及風味進行評價的研究較少。

本研究通過猴頭菇、蛹蟲草、杏鮑菇、金針菇四種食用菌,與谷物雜糧粉進行復配,比較分析了普通谷物雜糧粉與食用菌復配即食雜糧粉的營養(yǎng)及風味品質，以期為開發(fā)營養(yǎng)全面、風味適佳的新型食用菌復配谷物產(chǎn)品提供依據(jù),為食品生產(chǎn)企業(yè)提供營養(yǎng)搭配參考，為實現(xiàn)谷物資源的高效整合提供可選擇的新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

猴頭菇粉、蛹蟲草粉、金針菇粉、杏鮑菇粉 鹽城市芝慶堂生物科技有限公司;玉米、小米、燕麥、黃豆、紫薯 燕之坊食品有限公司。

HK-180型不銹鋼粉碎機 廣東旭朗機械設備公司;SHA-B型水浴恒溫振蕩器 金壇市榮華儀器制造有限公司;101-3AS型電熱鼓風干燥箱 上海蘇進儀器設備廠;貝克曼 Allegra 64R型離心機 美國Beckman Coulter公司;DSE-29/40D型雙螺桿擠壓膨化機 德國Brabender公司;FOX 3000型電子鼻系統(tǒng) 法國Alpha M.O.S.公司;手動固相微萃取進樣器 美國Supelco公司;7890A型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料準備 分別利用HK-180型不銹鋼粉碎機粉碎小米、玉米、燕麥、大豆、紫薯、猴頭菇粉、蛹蟲草粉、金針菇粉、杏鮑菇粉并過60目篩,根據(jù)沈彤等[19]的方法,依據(jù)所選原料的特性設計出目標產(chǎn)品的蛋白質、脂肪、膳食纖維、碳水化合物含量及各原料在混合粉中占比的約束條件,借助Excel線性規(guī)劃求解功能,設計出以熱量最低為目標的谷物雜糧膨化粉配方,通過預試驗,確定食用菌粉添加量為11.5 g(每100 g谷物雜糧混合粉),食用菌粉配比為猴頭菇∶蛹蟲草∶金針菇∶杏鮑菇=1∶1∶1∶1,調(diào)節(jié)食用菌復配即食雜糧粉的水分并置于自封袋中,4 ℃下保存24 h。

1.2.2 擠壓工藝 在配好的谷物雜糧粉及食用菌粉中加水,在室溫、40 r/min轉速條件下攪拌20 min,得混合物料;將所得混合物料進行擠壓膨化處理,最后膨化產(chǎn)物進行電熱鼓風干燥后粉碎,過60目篩得食用菌復配即食雜糧粉。擠壓膨化過程中,物料水分含量為16%,螺桿轉速為180 r/min,擠壓區(qū)五個區(qū)的溫度分別為80、90、120、140、165 ℃,進料速度為15 r/min。擠壓結束后,所有產(chǎn)品置于烘箱中,60 ℃烘干(1～2 d即可)至松脆。膨化產(chǎn)品用磨粉機磨粉并裝袋。普通谷物雜糧粉制備工藝及參數(shù)同食用菌復配即食雜糧粉。普通雜糧粉配方為小米、玉米、燕麥、大豆、紫薯=8∶8∶8∶1∶1。

1.2.3 產(chǎn)品品質分析

1.2.3.1 營養(yǎng)品質測定 膳食纖維含量按GB/T 5009.88-2008中的《酶重量法》[20]進行測定;脂肪含量按 GB/T 5009.6-2003中《索氏抽提法》[21]進行測定;蛋白質含量按 GB 5009.5-2010中的《凱氏定氮法》[22]進行測定;灰分含量按照GB 5009.4-2010[23]進行測定;碳水化合物含量由燕之坊提供;能量值根據(jù)徐永強等[24]的熱價計算式(1)。

式(1)

式中,C熱價(J);V:試驗用水體積(mL);T2-T1:水體溫差(℃);M樣品:樣品質量(g)。

1.2.3.2 微生物品質測定 食用菌復配即食雜糧產(chǎn)品和普通谷物雜糧粉微生物指標測定包括大腸菌群以及致病菌等數(shù)量的測量,測定方法根據(jù)食品安全國家標準檢驗：GB 4789.3-2016大腸菌群檢驗[25]、GB 4789.4-2016沙門氏菌測定[26]、GB 4789.4-2012志賀氏菌檢驗[27]、GB 4789.10-2016金黃色葡萄球菌檢驗[28]、GB 4789.15-2016霉菌檢驗[29]。

表2 五種谷物雜糧配方線性規(guī)劃初始模型Table 2 The linear programming initial model of five kinds of coarse cereals formula

1.2.3.3 電子鼻風味分析 按照何余勤等[30]方法并略作修改,精確稱取2.0 g樣品置于20 mL頂空瓶內(nèi),樣品采集時間為180 s,氣體流速為150 mL/min;頂空采集溫度為60 ℃,進樣量為2500 μL,注射速率為2500 μL/s;數(shù)據(jù)采集時間為300 s,延滯時間為120 s,通過12個不同的氣體傳感器(LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2和PA/2)對樣品的揮發(fā)性氣體成分進行分析。

表1 α-Fox3000氣味指紋分析儀 12根MOS傳感器型號及其敏感性響應氣體類型Table 1 Twelve MOS sensors and sensing range of α-Fox3000 E-Nose

1.2.3.4 頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用技術風味物質分析 參照高永欣等[31]測定方法對樣品進行風味成分分析。精確稱取2.0 g樣品置于20 mL頂空瓶內(nèi),萃取頭在250 ℃活化30 min后,置于60 ℃水浴鍋吸附40 min,將萃取頭插至進樣口,解離分析揮發(fā)性物質。設置測試條件:GC條件:DB-5MS毛細管柱(30 m×250 μm,0.25 μm);載氣:He氣,不分流進樣,流速1.0 mL/min;進樣口溫度:250 ℃。初始柱溫為40 ℃,保持5.0 min,隨后以6 ℃/min升溫至200 ℃,再以 10 ℃/min升至250 ℃保持5 min。MS條件:離子源:電子電離(electron ionization,EI)模式;電離能量70 eV;離子源溫度220 ℃,四極桿溫度150 ℃;質量掃描范圍35～400 u。香氣成分的質量分數(shù)采用參數(shù)峰面積歸一化法積分獲得,香氣成分的化合物及數(shù)量采用 NIST08.L 譜圖庫的檢索結果經(jīng)過人工分析而確定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件進行Excel線性規(guī)劃,JMP 10分析數(shù)據(jù)顯著性差異,V9.1Alphasoft分析揮發(fā)性物質的風味,Origin 8.0分析數(shù)據(jù)并作圖。

2 結果與分析

2.1 原料成分分析及配方分析

Excel線性規(guī)劃法是食品配方設計中應用最廣泛的方法,在全面考慮各種原料的營養(yǎng)特性前提下,能夠快速、高效地優(yōu)選食品配方[32]。由表2可知,大豆和燕麥中含有較高的蛋白質、脂肪和膳食纖維。除了大豆,其他四種谷物雜糧均具有較高的碳水化合物含量。參考胡秋輝等[15]的配比條件,預設五種谷物雜糧粉各自占比、目標函數(shù)—能量最低值,各營養(yǎng)素在混合粉中的含量約束值(g/100 g谷物雜糧粉):蛋白質≥11,脂肪≥2,膳食纖維≥3,碳水化合物66～89(表2)。基于以上條件建立線性規(guī)劃初始模型,通過Excel規(guī)劃求解功能優(yōu)化出混合粉的目標配比(表3):在100 g 混合粉中,小米、玉米和燕麥各占30.77%,大豆和紫薯各占3.85%,在此配比條件下,能夠滿足混合粉中各營養(yǎng)素的預設約束值(表4)。綜合預實驗中的食用菌添加量,得出食用菌復合即食雜糧粉的配比為小米:玉米:燕麥:黃豆:紫薯:食用菌粉(猴頭菇∶蛹蟲草∶杏鮑菇∶金針菇)=8∶8∶8∶1∶1∶3。

2.2 營養(yǎng)品質分析

如表5所示,與谷物雜糧粉相比,食用菌復配即食雜糧粉的膳食纖維和蛋白質含量分別提升15.67%和6.22%,脂肪含量降低了32.48%,碳水化合物含量基本持平,兩種粉的基本營養(yǎng)素含量達到了線性規(guī)劃模型的優(yōu)化標準。根據(jù)《中國居民膳食指南(2016)》建議,食用菌復配即食雜糧粉能夠滿足一個成年人一天所需的營養(yǎng)素需求。此外,大腸桿菌群和霉菌小于10 CFU/g,而沙門氏菌、志賀氏菌和金黃色葡萄球菌在兩種粉中均未檢出,符合GB19640-2016(沖調(diào)谷物制品)[33]。猴頭菇、蛹蟲草、金針菇和杏鮑菇這四種食用菌含有豐富的蛋白質和膳食纖維,脂肪含量較低,是一種不可多得的高營養(yǎng)食品。食用菌粉的添加能夠輔助人體降低膽固醇,調(diào)節(jié)免疫,增強人體抗癌和抗腫瘤的能力,從而實現(xiàn)谷物雜糧粉保健功能[34]。

表4 五種谷物雜糧營養(yǎng)配方約束表Table 4 TheTable of the nutrition formula restraint condition of five kinds of coarse cereals

注:型數(shù)值是最后求解行中單元格值與該變量的極限(公式欄數(shù)值)的差值。

表3 五種谷物雜糧配方運算結果Table 3 The operation result report of five kinds of coarse cereals formula

表5 谷物雜糧及食用菌復配即食雜糧粉的 營養(yǎng)成分和微生物含量Table 5 The content of nutrition and microorganism of instant coarse cereals powders compounded with coarse cereals and edible mushroom

注:*表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 風味物質分析

2.3.1 風味成分的電子鼻檢測分析 電子鼻分析技術是一種快速、靈敏、便捷的分析技術,與HS-SPME-GC-MS分析相比,電子鼻可以針對食品不同類型的香氣特征進行準確、快速的區(qū)分,明顯提高了檢測效率。應用電子鼻對兩種谷物雜糧粉風味進行了電子鼻分析,通過FOX3000電子鼻含有的12個金屬氧化物傳感器,得出兩種谷物雜糧粉的電子鼻響應值原始曲線圖,如圖1所示,12個傳感器信號值變化趨勢和兩種粉的揮發(fā)性成分強度差異是一致的,根據(jù)各傳感器間的相應數(shù)值,建立雷達指紋圖譜(圖2)。兩種谷物雜糧粉的揮發(fā)性風味成分整體的風味強度輪廓相似,說明兩種粉的香氣組成特征有一定的相似性[35]。對谷物雜糧粉和食用菌復合即食雜糧粉揮發(fā)性成分電子鼻響應值進行主成分分析(圖3),第一主成分貢獻率為91.078%,第二主成分的貢獻率為8.460%,總貢獻率為99.538%,幾乎提取了原始數(shù)據(jù)的全部信息,該結果可作為判定樣品是否具有揮發(fā)性成分差異的依據(jù)[36]。食用菌復合即食雜糧粉樣本在PC1正的一側,谷物雜糧粉樣本在PC1負的一側,兩個樣品間存在一定的距離,說明兩種不同的雜糧粉揮發(fā)性成分存在一定的差異。

圖1 不同雜糧粉揮發(fā)性風味成分的 電子鼻傳感器響應強度曲線Fig.1 E-Nose response intensity curves for volatile flavor components in different kinds of coarse cereals powder 注:a.谷物雜糧;b.食用菌復配即食雜糧粉。

圖2 不同雜糧粉揮發(fā)性成分的雷達指紋圖Fig.2 Radar fingerprint charts of volatile flavor components of different kinds of coarse cereals powder

2.3.2 頂空固相微萃取-氣質聯(lián)用分析 谷物雜糧粉和食用菌復配即食雜糧粉樣品經(jīng)HS-SPME-GC-MS分析后,兩種雜糧粉總離子流色譜圖所反映的揮發(fā)性物質及相對含量對比結果見表6。經(jīng)過物質匹配度篩選,確定谷物雜糧粉和食用菌復配即食雜糧粉分別有43種和46種揮發(fā)性風味物質,該結果顯示猴頭菇、蛹蟲草、金針菇、杏鮑菇等食用菌的添加使其相較谷物雜糧粉具有更為豐富的香氣成分。谷物雜糧粉的揮發(fā)性成分組成為烴類(15.6971%)、醛類(58.3395%)、醇類(2.7111%)、酮類(5.4709%)、酯類(8.4091%)、雜環(huán)和芳香族化合物(9.3721%),食用菌復配即食雜糧粉主要的揮發(fā)性成分組成為烴類(16.9019%)、醛類(18.6878%)、醇類(1.6119%)、酮類(11.1107%)、酯類(12.2835%)、酸類(11.3941%)以及雜環(huán)和芳香族化合物(25.6333%)。相較于谷物雜糧粉,食用菌復配即食雜糧粉揮發(fā)性成分中烴類、酮類、酯類、酸類及雜環(huán)和芳香族化合物含量明顯提升,而醛類、醇類相對含量較低。通過HS-SPME-GC-MS所檢測的揮發(fā)性成分變化與電子鼻分析風味類型的變化趨勢結論是一致的。

表6 不同谷物雜糧粉揮發(fā)性風味成分的相對含量Table 6 The relative content of volatile flavor components in different kinds of coarse cereals powder

圖3 不同雜糧粉揮發(fā)性成分PCA主成分分析圖Fig.3 Principle component analysis of E-Nose data for volatile flavor components in different kinds of coarse cereals powder

續(xù)表

續(xù)表

食用菌具有豐富的揮發(fā)性呈味物質,主要為酸類、呋喃和吡嗪等雜環(huán)和芳香族類物質,其中代表性特征風味成分包括茴香腦、己酸、2-正戊基呋喃、3-丁基-2,5-二甲基吡嗪等。本研究中由于食用菌的添加,在雜糧粉中引入了食用菌特征風味物質,其中食用菌復配即食雜糧粉成分中2-正戊基呋喃的含量明顯高于無菌菇谷物雜糧粉,雜環(huán)化合物(如呋喃和吡嗪類)是食用菌的獨特香氣來源,氣味強度較高[37]。另外苯乙醛等食用菌普遍具有的香氣成分也被檢測出,由此賦予了谷物雜糧粉果香、脂香以及堅果香等風味元素,食用菌中的有機酸種類非常復雜,是其產(chǎn)生獨特風味的來源。谷物雜糧粉的香味除了與具有發(fā)香基團的風味物質有關外,還同揮發(fā)性成分的碳鏈結構有關,不飽和化合物比飽和化合物的風味強度高,隨著碳鏈不飽和度的增高,風味強度也隨之提升,同時,碳鏈長度對香氣呈現(xiàn)也有一定的影響。食用菌復配即食雜糧粉的風味物質中烷烴類揮發(fā)性成分占到16.9019%,其中主要由中長鏈(C6～C11)及長鏈(C11～C20)飽和及不飽和烴類組成,較谷物雜糧粉而言,碳鏈長度增大,不飽和烴類比例上升,香氣強度更為馥郁,而食用菌中的酮類化合物來源于不飽和脂肪酸的氧化降解和氨基酸的微生物氧化,為谷物雜糧粉貢獻了花香和果香[38]。

3 結論

通過線性規(guī)劃優(yōu)化出食用菌復配即食雜糧粉配方:小米∶燕麥∶黃豆∶紫薯∶食用菌粉=8∶8∶8∶1∶1∶3(猴頭菇∶蛹蟲草∶杏鮑菇∶金針菇=1∶1∶1∶1),然后采用擠壓工藝制成食用菌復配即食雜糧粉。與谷物雜糧粉相比,食用菌復配即食雜糧粉的膳食纖維和蛋白質含量分別提升了15.67%和6.22%,脂肪含量降低了32.48%。電子鼻以及HS-SPME-GC-MS聯(lián)用分析結果表明,谷物雜糧和食用菌復配即食雜糧粉的風味成分分別為43種和46種。添加食用菌后在谷物雜糧中引入了呋喃和吡嗪等雜環(huán)和芳香族類物質,引入的特征風味成分主要為3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、3-丁基-2,5-二甲基吡嗪和2-正戊基呋喃,在原有的糧谷類香味基礎上增進了果香、脂香以及堅果香等風味元素。因此,通過擠壓膨化技術可以加工出營養(yǎng)和風味兼具的食用菌復配即食雜糧粉。