烘烤、蒸汽熱處理和擠壓膨化對藜麥風味和苦味的影響

周 洋，李 璐，呂 瑩

（北京農學院食品科學與工程學院，食品質量與安全北京市實驗室，農產品有害微生物及農殘安全檢測與控制北京市重點實驗室，北京 102206）

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.）原產于南美安第斯山區，是當地一種主要的傳統糧食作物，目前在我國的青海、山西及內蒙古等地廣泛種植[1]。藜麥營養價值較高，富含優質的蛋白質、不飽和脂肪酸、礦物質和維生素等營養物質[2]，蛋白的質量分數為14%～18%，脂類質量分數為4.4%～8.8%，淀粉質量分數大約為48%～69%[3]。此外，藜麥中含有人體生長必需的所有氨基酸，其中賴氨酸的含量高于大多數谷物[4]。聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）研究認為藜麥是一種單體植物即可滿足人體基本營養需求的食物，正式推薦藜麥為最適宜人類的“全營養食品”，列為全球十大健康營養食品之一[5]。

藜麥種子可磨粉后加工制作成面包、蛋糕和發酵飲料等多種產品，但藜麥用于食品加工生產存在的主要問題之一是種子外皮存在的皂苷所產生的苦味[6]。藜麥中的皂苷是三萜類糖苷，可溶于甲醇和水[7]，不僅會產生苦澀味，影響人們食用藜麥的口感，還是藜麥中的一種抗營養因子[8]。人們對于藜麥當中皂苷的可接受水平為0.06%～0.12%[9]，因此，食用藜麥前一般會去除皂苷。

目前已開發應用的去除皂苷的商業方法包括洗滌和拋光，加工后的藜麥不僅其皂苷含量降低，且苦味程度也隨之降低[10]。Brady等[11]研究表明，通過擠壓膨化和烘烤等熱加工也可以使藜麥皂苷分解。此外，延莎等[12]研究不同蒸煮方式對藜麥風味和營養的影響，但目前針對經過不同方式熱加工后藜麥的風味和苦味的變化和差異尚不明確。本研究以藜麥為原料，采用擠壓膨化、烘烤和蒸汽熱處理3 種方式對藜麥進行熱加工，通過感官評價、頂空固相微萃?。╯olid phase micro-extraction，SPME）技術，結合氣相色譜-質譜（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）聯用法和高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法探究加工方式對于藜麥風味、苦味和皂苷含量的影響，旨在為藜麥的加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥（貢扎5號）產地為西藏自治區；齊墩果酸標準品 中國食品藥品檢定研究院；甲醇、乙腈（均為分析純）；實驗室用水為超純水。

1.2 儀器與設備

C21-SK2101型號電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；DS32-II擠壓膨化實驗機 濟南賽信機械有限公司；OMG-316烤箱 河北歐美佳食品機械有限公司；7890A-5975C GC-MS聯用儀、1260 HPLC儀 美國Agilent公司；固相萃取頭 美國Supelco公司；粉碎機永康市鉑歐五金制品有限公司；KQ-500DE型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；SHZ-III型循環水式多用真空泵 上海知信實驗儀器技術有限公司；AF600B ALLway冷水機 北京科德遠洋科技有限公司；RE-200B旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 藜麥樣品制備

生粉樣品：藜麥粒用粉碎機粉碎，過60 目篩。

烘烤樣品：稱取藜麥生粉放入160 ℃烤箱中，分別烘烤5、10、15 min。

擠壓膨化樣品：將藜麥生粉進行擠壓膨化。擠壓膨化條件：喂料頻率30 Hz，螺桿轉速210 r/min，擠壓膨化溫度分別為一區50 ℃，二區140 ℃，三區160 ℃，物料加水量5%。擠壓膨化的樣品用粉粹機粉碎，過60 目篩。

蒸汽熱處理樣品：稱取藜麥生粉（含水量8.57%）加入去離子水，攪勻。將其放入蒸鍋屜中隔水蒸制（料層厚度為1～2 cm），待水沸后計時20 min結束。放入－18 ℃的冰箱冷凍后置于凍干機中凍干，粉碎機粉碎，過60 目篩。

1.3.2 不同熱加工方式的藜麥風味感官評價

感官評價人員由5 名經過培訓并有過類似品評經驗的品評人員（18～24 周歲）組成，在正式實驗前進行簡單培訓，熟悉各種參照物和可能出現的各種風味詞匯。使用0～5點標度[13]，0為未能感覺到，1為剛剛感覺到風味、強度弱，5為強度非常大。評價標準見表1。

表1 不同熱加工方式的藜麥風味感官評價標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of flavor of quinoa with different heat treatments

1.3.3 不同熱加工方式藜麥風味的GC-MS分析

1.3.3.1 SPME

參照文獻[12]方法，稱取1 g藜麥樣品加5 mL水混勻，于密封頂空樣品瓶中，置于100 ℃水浴鍋中平衡20 min后，使用SPME萃取頭插入樣品瓶中頂空吸附10 min，然后將萃取頭插入GC進樣口，解吸5 min。

1.3.3.2 色譜條件

DB-5MS毛細管色譜柱（60 m×0.250 mm，0.25 μm）；載氣：He；流速：1 mL/min；進樣口溫度：270 ℃；無分流進樣；升溫程序：起始柱溫：45 ℃保持2 min，再以6 ℃/min的升溫速率升至210 ℃保持5 min。

1.3.3.3 質譜條件

接口溫度：280 ℃；離子源溫度：240 ℃；離子化方式為電子電離；電子能量70 eV；采用全掃描模式采集信號。

1.3.3.4 數據處理及相對含量計算

通過NIST、Wiley圖譜庫進行化合物的檢索與分析，確認不同方式熱加工的藜麥風味物質。通過峰面積歸一化法確定各揮發性物質的相對含量[15]，計算如式（1）所示：

式中：M為單組份揮發性化合物成分的峰面積；N為總峰面積。

1.3.3.5 風味物質的評價

采用相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）的方法[16]評價各揮發性化合物對樣品總體風味的貢獻，對樣品總體風味貢獻最大的組分定義為：ROAVstan=100，當揮發性成分ROAV≥1時，認為其對樣品風味有重要貢獻，為關鍵風味物質，當0.1≤ROAV＜1時，確認其對樣品風味有重要的修飾作用。揮發性風味成分的ROAV計算如式（2）所示：

式中：Ci為各揮發性化合物的相對含量/%；Ti為各揮發性化合物的感覺閾值；Cs為樣品整體風味貢獻最大揮發性化合物的相對含量/%；Ts為樣品整體風味貢獻最大揮發性化合物的感覺閾值。

1.3.4 HPLC法測定藜麥皂苷含量

1.3.4.1 齊墩果酸標準溶液配制

參照劉泰然等[17]的方法。

1.3.4.2 樣品皂苷提取

稱取藜麥樣品0.5 g，加入30 mL甲醇振蕩均勻，放入超聲波儀中于25 ℃、240 W條件下提取2 h。隨后1 000 r/min離心5 min，收集上清液進行旋轉蒸發至稍干，用0.5 mL乙腈溶解后經0.45 μm濾膜過濾。

1.3.4.3 色譜條件

采用Agilent ZORBAX SB-C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相A：超純水，流動相B：乙腈；梯度洗脫見表2；柱溫：40 ℃；流速：0.75 mL/min；進樣量：10 μL；在254 nm波長處進行檢測。

表2 流動相洗脫程序Table 2 Mobile phase elution program

60 20 80

1.3.4.4 皂苷含量計算

根據齊墩果酸峰面積（y）對其質量濃度（x）進行線性回歸，得到標準曲線方程。皂苷峰定義為0～15 min保留時間所有峰[18]，采用外標法定量。樣品皂苷含量以齊墩果酸表示，單位為mg/g。

1.4 數據處理

采用SPSS Statistics 18進行數據處理與分析，所有的實驗結果均以±s表示，以單因素方差分析ANOVA檢測平均值之間的差異，P＜0.05，差異顯著。根據每個樣品有關成分相對含量的標準化值及特征根、特征向量計算出各主成分值，并以此作散點圖。使用Origin 8作圖軟件進行相關圖形的繪制。

2 結果與分析

2.1 不同方式熱加工的藜麥風味感官評價結果

表3 不同方式熱加工的藜麥樣品風味感官評分Table 3 Sensory evaluation of flavor of quinoa with different heat treatments

對采用烘烤、擠壓膨化和蒸汽熱處理3 種方式得到的藜麥樣品進行感官評價，結果如表3所示。3 種不同方式加工后藜麥的苦味和澀味感官得分與藜麥生粉相比均降低。藜麥的苦澀味來源于其種子外皮的皂苷[19]，Kowalski等[18]研究表明擠壓膨化可以使皂苷發生降解。Brady等[11]研究也發現在擠壓膨化過程中存在的剪切力和高熱能破壞了藜麥皂苷的原有結構，皂苷的含量降低，苦味減少；該研究同時也提出烘烤工藝也可以使得藜麥的苦澀味降低。以上相關研究結果與本研究結果一致。此外，經過蒸汽熱處理的藜麥苦味降低顯著，其得分最低可能是因為蒸汽處理時水分含量較高，淀粉顆粒充分受熱吸水膨脹破裂，釋放出淀粉分子。研究表明淀粉或糊精對食品體系中的小分子物質具有一定的包埋作用[20-21]。因此，本研究中蒸汽熱處理樣品的苦、澀味下降最明顯，可能與淀粉分子對皂苷的包埋有關。與蒸汽熱處理的加工方式相比，藜麥在擠壓膨化過程中也向物料中添加水分，但添加量僅為物料的5%，低于蒸汽樣品的含水量，此時淀粉顆粒受熱吸水膨脹破裂且釋放淀粉分子的程度與蒸汽熱處理加工方式不同，這可能是擠壓膨化藜麥樣品的苦味高于蒸汽熱處理藜麥樣品的原因。另外，根據感官評價結果還發現，對于烘烤（160 ℃）方式，隨著烘烤時間的延長，苦澀味得分也隨之降低，可能是因為烘烤時間越長，皂苷被破壞程度也就越嚴重，從而導致苦味和澀味得分呈現降低趨勢。

藜麥生粉含有豆腥味，經過烘烤處理后藜麥豆腥味下降最明顯，擠壓膨化和蒸汽熱處理雖然也使得豆腥味得分降低，但差異并不顯著。此外，豆腥味的變化也與烘烤時間有關，隨著烘烤時間的延長，豆腥味下降越顯著。單長松等[22]研究表明，利用歐姆加熱方式將豆漿加熱到100 ℃可以明顯降低其豆腥味，原因為豆漿的豆腥味與大豆中脂肪氧化酶的活性有關，熱加工可以抑制該酶的活性。但藜麥豆腥味與熱加工的關系，以及藜麥中脂肪氧化酶的活性仍需進一步研究。

如表3所示，經過烘烤、擠壓膨化和蒸汽熱處理后藜麥樣品的熟花生香味得分均增高，擠壓膨化和蒸汽熱處理雖使得藜麥樣品熟花生香味感官評分提高，但與藜麥生粉相比并沒有顯著性差異，而烘烤后藜麥熟花生香味則顯著增強。藜麥中含有蛋白質[23]，烘烤會使谷物發生美拉德反應[24]，從而產生系列風味物質，為感官評價中的熟花生香味來源。擠壓膨化和蒸汽熱處理的熟花生香味沒有顯著增加的原因可能為：對于擠壓膨化熱加工方式，三區溫度與烘烤溫度同為160 ℃，但樣品在高溫加熱區停留時間短，產生的風味物質較少。蒸汽熱處理溫度較低，但加熱時間長（100 ℃、20 min），且這種加工方式導致樣品含水量較多，藜麥中的淀粉吸水膨脹糊化，從而對風味產生部分影響[20]。烘烤不僅顯著增強了藜麥的熟花生香味，且隨著烘烤時間的延長，熟花生香味越明顯。其原因為美拉德反應受時間的影響，反應時間決定香氣和呈味特點的差異[25]，焙烤5 min的樣品反應時間相對較短，產生風味物質的系列化學反應還未完全發生，導致其熟花生香味沒有明顯增加。

2.2 不同方式熱加工的藜麥揮發性風味物質分析

表4 不同熱加工方式的藜麥樣品揮發性成分組成及其相對含量Table 4 Composition and relative contents of volatile components in quinoa samples with different heat treatments

續表4

采用SPME-GC-MS方法檢測分析3 種不同熱加工方式藜麥的揮發性風味成分，不同樣品的揮發性成分組成及其相對含量見表4?？梢钥闯觯唇洘峒庸さ霓见溕酃矙z測出揮發性物質17 種，經過烘烤5 min的藜麥樣

品共檢測出18 種揮發性成分，烘烤10 min的藜麥樣品共檢測出16 種揮發性成分，烘烤15 min的藜麥樣品共檢測出19 種揮發性物質，經過擠壓膨化熱加工的藜麥樣品共檢測出25 種揮發性成分，經蒸汽熱處理的藜麥樣品共檢測出27 種揮發性物質。以上數據結果說明，烘烤、擠壓膨化和蒸汽熱處理方式使得藜麥的揮發性風味物質種類增加。所有樣品的GC-MS檢測結果中，酸類相對含量均較高，但酸類的閾值高，對樣品整體風味的貢獻不大[26]。此外，藜麥樣品中醛類物質的相對含量也較高，通過比較分析發現，經過烘烤10、15 min，擠壓膨化和蒸汽熱處理的藜麥樣品醛類物質的相對含量均高于未經處理的藜麥生粉。有研究表明，醛類物質多來自于脂質的降解，也有部分是來自于還原糖和氨基酸的美拉德反應，且醛類物質的閾值較低，對樣品風味貢獻相對較大[27]。藜麥當中含有豐富的脂質，其中游離脂肪酸的含量較高，占總脂類的18.9%[28]，藜麥經過烘烤、擠壓膨化、蒸汽熱處理后則會造成不飽和脂肪酸的氧化分解，故導致醛類物質的含量增加，且對于烘烤熱加工方式，烘烤的時間越長，醛類物質的相對含量越高。

2.3 不同熱加工方式的藜麥關鍵性風味物質分析

表5 不同熱加工方式的藜麥揮發性成分ROAVTable 5 ROAVs of volatile components of quinoa with different heat treatments

僅通過揮發性化合物的相對含量無法確認其對風味的影響，相對含量高的揮發性成分并不能說明其對風味的貢獻度越大，還需要結合感覺閾值進行ROAV分析。通過文獻查閱，共查詢到11 種揮發性成分的閾值（表5），本實驗僅對查找到的揮發性化合物進行ROAV分析。通過表5可知，經過烘烤、擠壓膨化和蒸汽熱處理的藜麥樣品與未經處理的藜麥生粉共有的關鍵揮發性物質（ROAV≥1）為苯乙醛、反-2-辛烯醛、壬醛和癸醛。研究表明，醛類物質一般具有較強的揮發性，閾值也較低，是食品中重要的風味物質[30]。其中壬醛、癸醛的ROAV較大，ROAV越大的物質對樣品總體風味的貢獻也越大[31]，且壬醛和癸醛為閾值較低的醛類，即使在痕量條件下，也具有較強的與其他風味物質重疊的風味效應[32]，因此對構成藜麥風味具有重要貢獻。

經過烘烤5、10、15 min后藜麥樣品苯乙醛的ROAV分別為4.848 5、9.423 7、5.456 3，均大于藜麥生粉（2.861 5）、擠壓膨化（1.432 6）和蒸汽熱處理（1.818 1）后的藜麥樣品。李淑榮等[33]研究表明，苯乙醛等物質對烘烤花生風味的貢獻較大，為烘烤花生的主要香味化合物；林茂等[34]也表明苯乙醛等物質為烘烤花生的主要呈味物質，對熟花生甜的芳香味貢獻較大。因此，苯乙醛為烘烤的藜麥樣品在感官上呈現出烤花生香味的主要風味物質。此外，烘烤10、15 min藜麥樣品的苯乙醛ROAV大于烘烤5 min的藜麥樣品，說明其在烘烤10、15 min樣品中香味貢獻更大，所以導致感官評價結果中烘烤10、15 min熟花生香味得分較高（表3）。經過蒸汽熱處理的藜麥樣品中反,反-2,4-壬二烯醛為特有的關鍵性風味物質，壬二烯醛是多不飽和脂肪酸氧化產生的醛類[32]，其香味呈現為青香、瓜香、脂肪香、雞肉香和蔬菜香等香氣[35]，對蒸汽熱處理藜麥樣品的風味具有重要貢獻。除以上關鍵風味之外，香葉基丙酮（0.1≤ROAV＜1）具有青香、果香、蠟香、木香的風味[36]，對烘烤10 min和擠壓膨化熱加工的藜麥樣品風味也起著重要的修飾作用。

2.4 不同熱加工的藜麥GC-MS揮發性風味物質主成分分析

表6 5 個主成分的特征值及其貢獻率Table 6 Eigenvalues of 5 principal components and their contributions and cumulative contributions to total variance

圖1 不同熱處理方式藜麥樣品第1主成分和第2主成分散點圖Fig.1 Scatter plot of PC1 versus PC2 for quinoa samples with different heat treatments

對藜麥生粉和經過烘烤、擠壓膨化、蒸汽熱處理的藜麥樣品GC-MS揮發性成分的相對含量進行主成分分析，主成分的特征值和特征向量見表6?？梢钥闯?，5 個主成分的累計貢獻率達到100%，表明提取的5 個主成分包含指標所攜帶的全部信息，代表了樣品中主要揮發性成分的組成。以第1主成分值作為橫坐標，第2主成分值作為縱坐標可得到主成分散點圖，見圖1?？梢钥闯觯? 個樣品呈明顯的3 組分布，未經處理的藜麥生粉經過烘烤的藜麥樣品為一組，蒸汽熱處理的藜麥樣品為一組，擠壓膨化熱加工的藜麥樣品為一組。此分布結果說明，與烘烤相比，蒸汽熱處理和擠壓膨化這兩種加工方式對藜麥的風味影響較大。擠壓膨化是一種高溫短時的熱加工方法，在相對密閉的擠壓膨化設備腔膛內螺桿向前擠壓并剪切物料、產生壓力，藜麥樣品中的淀粉與加入的占物料質量5%的水分在高溫作用下快速糊化，當物料經過磨具出口時，壓力的下降使水蒸氣迅速膨脹散失進而導致物料膨化[37]，在這短時升溫、加壓、水蒸氣蒸發和物料膨化過程中化學反應的不斷發生，導致其揮發性物質的種類和含量變化較大[38]。而蒸汽熱處理中物料吸水較多，水分充分滲透到藜麥樣品中，有助于淀粉熔融，且隨著溫度的升高會導致淀粉顆粒溶脹并釋放其內容物，促進了更大程度的淀粉糊化[39]，從而產生更多的風味物質。同時，擠壓膨化加工時，加熱溫度為二區140 ℃，三區160 ℃；而蒸汽熱處理時溫度為100 ℃?？梢?，不同加工方式中，加熱溫度、物料含水量以及加工方式本身（如擠壓膨化中的剪切和膨化）導致的藜麥樣品中淀粉和蛋白質等物質存在狀態的不同可能是影響藜麥樣品風味的主要因素。另外，圖1顯示藜麥生粉和不同烤制時間的藜麥粉經過主成分分析后被歸為一類，分析其原因可能是烤制時直接將藜麥生粉在160 ℃加熱，并未加入水分；而在藜麥粉加工過程中有水分參與的蒸汽熱處理和擠壓膨化藜麥與藜麥生粉風味差異較大。同時，與烘烤處理藜麥相比，擠壓膨化的溫度也為160 ℃，但兩種加工方法中，物料的含水量和被處理的方式（直接烤制和擠壓膨化）不同是導致其風味上存在差異的重要原因。而不同的加工方式對藜麥中淀粉和蛋白質等物質存在狀態的影響，以及其與藜麥風味物質形成的相關性仍需要進一步研究。

2.5 不同方式熱加工的藜麥皂苷含量分析

由圖2可以看出，經過烘烤5 min、擠壓膨化和蒸汽熱處理的藜麥樣品皂苷含量與未經熱加工的藜麥生粉相比均降低，而烘烤10、15 min的藜麥樣品皂苷含量升高。據Brady等[11]的研究結果，擠壓膨化和烘烤能夠使皂苷分解，皂苷的降解會直接影響藜麥的感官特性，從而使得皂苷所產生的苦味降低；同時Kowalski等[18]研究也表明擠壓膨化熱加工方式的剪切力和熱能破壞了皂苷的原始結構，從而使得其含量降低，藜麥苦味減少，這與本研究結果一致。烘烤、擠壓膨化、蒸汽熱處理方式能夠降低藜麥中的皂苷含量，其產生的苦味也會隨之降低。

圖2 不同方式熱加工的藜麥樣品皂苷含量Fig.2 Saponin contents in quinoa samples with different heat treatments

圖3 藜麥樣品HPLC圖Fig.3 HPLC profile of quinoa sample

圖4 4.9 min保留時間下樣品峰面積Fig.4 Peak areas at retention time of 4.9 min of quinoas samples

烘烤10、15 min的藜麥樣品與未經熱加工的藜麥生粉相比皂苷含量增加，此部分結果與Brady等[11]的研究結果不一致，原因可能為藜麥經過烘烤10 min和15 min后產生了某種新的物質，也能夠在此波長下被檢測，導致其峰面積增加，故皂苷含量計算結果增加。但通過感官評價結果可知，烘烤10、15 min的藜麥樣品與藜麥生粉相比苦味均減少，同時對比分析藜麥樣品的HPLC圖譜（圖3）發現，在4.9 min保留時間下，經過3 種不同方式熱加工的藜麥樣品與未經處理的藜麥生粉相比峰面積均有所下降（圖4）。因此通過此結果推測，導致藜麥產生苦味的物質不僅是齊墩果酸型的皂苷，可能還存在其他導致藜麥產生苦味的物質，還需要進一步的研究。

3 結 論

烘烤、擠壓膨化、蒸汽熱加工方式均能降低藜麥的苦澀味，且烘烤方式能夠使藜麥產生熟花生香味，隨著烘烤時間的延長，熟花生香味明顯增加。經3 種不同方式熱加工后藜麥的醛類物質含量增加，結合ROAV結果確定藜麥的關鍵性風味物質為苯乙醛、反-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-壬烯醛和癸醛。反,反-2,4-壬二烯醛為蒸汽熱處理藜麥樣品特有的關鍵風味物質。主成分分析結果表明擠壓膨化和蒸汽熱處理方式對藜麥的揮發性風味物質影響較大。烘烤、擠壓膨化和蒸汽熱處理均能夠使藜麥中的皂苷含量下降，從而導致苦澀味降低。