微波烘烤與傳統(tǒng)蒸炒工藝對黑花生油品質(zhì)和風(fēng)味的影響

鄭 斌, 張曼曼, 張珂萌, 項(xiàng)芷鈺, 彭冰冰, 魏君玲, 李永峰, 仲夢涵, 袁 建, 邢常瑞

(南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院；江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心1，南京 210023)(山東綠地食品有限公司2，臨沂 276600)

花生(ArachishypogaeaLinn)，是我國重要的油料作物之一，其產(chǎn)量占2018年油料總產(chǎn)量的近一半[1]。花生油香味濃郁，食用歷史長[2]，是人們常見的食用油。黑花生含有鈣、鉀、銅、鋅、鐵、硒、錳和8種維生素，黑花生相對于普通花生，其花生衣的花青素含量更高[3,4]，硒含量更高[5]。

花生油有冷榨和熱榨2種生產(chǎn)方式。冷榨法通常不使用烘烤或炒制，在溫度不超過60 ℃條件下直接壓榨出油[6]。熱榨法先使用高溫(100 ℃以上)處理花生，通常使用蒸炒、烘烤的方式，而后進(jìn)行壓榨出油，在高溫處理的過程中發(fā)生的美拉德反應(yīng)，會產(chǎn)生更多的風(fēng)味物質(zhì)[6,7]。總體風(fēng)味上，熱榨花生油表現(xiàn)為烘烤堅果香味，冷榨花生油呈現(xiàn)清香或青草味[7]。花生的生長環(huán)境濕度大、容易受到微生物污染，熱榨生產(chǎn)工藝中存在加熱，因此檢測花生油中的黃曲霉毒素B1和苯并[a]芘等指標(biāo)是花生油安全品質(zhì)檢測的關(guān)鍵。黃曲霉毒素B1是一種毒性極強(qiáng)的真菌毒素，可能導(dǎo)致癌癥、出生缺陷等疾病[8]，同時它具有一定的耐熱性[9]；而苯并[a]芘是世界衛(wèi)生組織確定的3大致癌物質(zhì)之一，它是多環(huán)芳烴中致癌性最強(qiáng)的一種[10]；鋅元素是一種人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)，是諸多生理生化反應(yīng)所必需的[11]，但過量的攝入會導(dǎo)致諸如腹瀉、頭暈等反應(yīng)，更常見的會導(dǎo)致其他營養(yǎng)元素的流失，比如銅元素和鐵元素[12]。

蒸炒、烘烤不僅能使原料在溫度和水分作用下，微觀形態(tài)、化學(xué)組成和物理狀態(tài)等發(fā)生變化，提高壓榨出油量，改善油脂和餅粕的質(zhì)量[13]，而且是熱榨工藝中花生油風(fēng)味形成的關(guān)鍵步驟。傳統(tǒng)工藝直接使用高溫加熱方式，溫度高，時間長，耗能大，會出現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)流失、花生油穩(wěn)定性差、榨油后的花生餅難利用的問題[14,15]。微波是一種將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能的技術(shù)，原理是在高頻交變電磁場下，介質(zhì)中的偶極子以每秒數(shù)億次的速度重排，在克服分子熱運(yùn)動和分子間相互作用時產(chǎn)生熱能，使得介質(zhì)升溫[16]。微波加熱技術(shù)相較于傳統(tǒng)加熱技術(shù)，省去了由外至內(nèi)的熱傳導(dǎo)過程，直接從物料內(nèi)部加熱，同時更加快速，有效降低能耗[16]。現(xiàn)階段研究表明，微波烘烤花生油具有產(chǎn)油率高，營養(yǎng)物質(zhì)保留率高，穩(wěn)定性強(qiáng)和風(fēng)味豐富[17,18]等優(yōu)點(diǎn)。

本研究選用了沂蒙特色黑花生，在現(xiàn)有蒸炒工藝的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)加熱方式，引入微波加熱工藝，對比了2種不同的加熱方式對黑花生油品質(zhì)和風(fēng)味的影響，測定了原料花生仁和成品花生油中的黃曲霉毒素B1、苯并[a]芘及鋅元素等安全和質(zhì)量指標(biāo)及油中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成，以期為微波烘烤工藝替代傳統(tǒng)蒸烤工藝生產(chǎn)高品質(zhì)花生油提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 材料、試劑與儀器

黑皮花生(黑豐一號，產(chǎn)地河北；黑寶一號，產(chǎn)地河南；黑珍珠，產(chǎn)地莒南)。甲醇、氯化鈉、硝酸、乙腈、丙酮、二氯甲烷、正己烷。正己烷和丙酮為色譜純，其余為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

YZYX140CJGX 型小型榨油機(jī)，泰姆普特W70型蒸鍋，泰姆普特78SD型微波爐，Agilent 1220型液相色譜儀，Agilent 7890B—5977B型氣-質(zhì)聯(lián)用儀，Agilent 200型原子吸收光譜儀。

1.2 方法

1.2.1 黑花生油制取(微波烘烤和蒸炒方法)

黑花生油微波生產(chǎn)工藝的流程為:

原料花生→去殼→去石、去磁→分級篩選→恒溫儲藏→計劃投料→振動風(fēng)選→智能色選→水洗處理→自主研發(fā)工藝→晾干處理→微波智能烘烤→脫皮處理→小榨工藝→低溫冷卻→沉淀滴濾→入庫

清理花生仁(帶皮)后使用泰姆普特W70蒸鍋蒸花生仁20 min(壓力設(shè)置為1.5 MPa)，使用泰姆普特78SD微波爐進(jìn)行微波烘烤，微波中火烘烤(≥70 kW)整粒花生15 min后使用榨油機(jī)進(jìn)行榨油，獲得毛油；最后將榨取的毛油用濾紙滴濾1次、2次，分別獲得一濾油和二濾油。

傳統(tǒng)蒸炒方法選取最優(yōu)的工藝條件，蒸炒時間為75 min，壓力為3 MPa替換微波智能烘烤環(huán)節(jié)。

1.2.2 黃曲霉毒素B1含量測定

黃曲霉毒素B1含量測定參照 GB 5009.22—2016方法，使用Agilent 1220型液相色譜儀進(jìn)行測定。

1.2.3 苯并[a]芘含量測定

苯并[a]芘含量測定參照GB 5009.27—2016方法，使用Agilent 1220型液相色譜儀進(jìn)行測定。

1.2.4 鋅含量測定

鋅含量測定參照GB 5009.14—2017方法，使用Agilent 200系列型原子吸收光譜儀進(jìn)行測定。

1.2.5 特征風(fēng)味物質(zhì)分析

采取頂空固相微萃取法萃取油中揮發(fā)性成分，使用Agilent 7980A—5975C型氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行測量。取5 g(6 mL)樣品置于15 mL頂空瓶中，將老化后的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入樣品瓶頂空部分，50 ℃吸附30 min后的插入氣相色譜進(jìn)樣口，250 ℃解吸3 min，啟動儀器采集數(shù)據(jù)。

氣相色譜條件：DB—5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm)；載氣He流量：恒流0.8 mL/min，不分流，恒壓35 kPa；升溫程序：起始溫度40 ℃，初始時間4 min，6 ℃/min升溫至80 ℃后，以10 ℃/min升溫至230 ℃，保留7 min。

質(zhì)譜條件：使用電子電離源，進(jìn)樣孔溫度250 ℃。離子源溫度200 ℃，接口溫度250 ℃，電子能量70 eV，燈絲發(fā)射電流200 μA，探測器電壓350 V。

使用NIST譜庫進(jìn)行物質(zhì)匹配，風(fēng)味評價參照黃克霞等[14]的方法。

2 結(jié)果和討論

2.1 微波加熱對花生中黃曲霉毒素B1含量的影響

本實(shí)驗(yàn)研究了單獨(dú)的微波條件下對花生仁中黃曲霉毒素的影響，黃曲霉毒素B1測定方法參照 GB 5009.22—2016方法，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2a，通過控制蒸制時間和壓力及微波強(qiáng)度和時間，研究花生仁中黃曲霉毒素B1的變化，結(jié)果見表1。選取3個品種的黑花生仁，經(jīng)過20 min蒸制(1.5 MPa)和15 min微波中火烘烤處理，可以看出微波烘烤前后黃曲霉毒素B1含量出現(xiàn)少量的減少，減少量分別為0.27、0.03、0.03 μg/kg。結(jié)果表明，微波烘烤對黃曲霉毒素B1含量影響不明顯。

表1 微波烘烤前后黑花生仁中黃曲霉毒素B1含量變化/μg/kg

黃曲霉毒素具有一定的耐熱性，在Raters等[9]的研究中，180 ℃才足以完全去除黃曲霉毒素B1，而在密閉的傳送金屬空腔內(nèi)微波加熱，可能會出現(xiàn)微波輻射方向不均勻的現(xiàn)象，實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)傳送帶的邊緣區(qū)域少量的花生表皮被烤焦，這一部分花生被加熱的溫度更高，而其中的黃曲霉毒素可能因?yàn)楦叩臏囟瘸霈F(xiàn)了少量的降解。

圖1 黃曲霉毒素B1、苯并[a]芘和鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 微波加熱和傳統(tǒng)蒸炒對花生及花生油中苯并[a]芘含量的影響

苯并[a]芘是油脂高溫處理過程中產(chǎn)生的一類致癌物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)對比了傳統(tǒng)蒸炒和微波烘烤2種加熱方式對花生仁及油的影響。需要注意的是，微波加熱的不均勻性對傳送帶邊緣的花生仁具有較高的烘烤溫度，導(dǎo)致表皮焦糊，甚至傷及內(nèi)仁；而處于傳送帶中心的大部分花生仁并無焦糊現(xiàn)象。因此，微波加熱取樣以未焦糊的花生仁為主，苯并[a]芘測定方法參照GB 5009.22—2016方法，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2b。從表2可知，帶皮黑花生仁在蒸炒后苯并[a]芘含量為0.59～1.12 μg/kg，而微波烘烤花生仁的苯并[a]芘含量為0.35～0.46 μg/kg，可見如果除去微波傳送帶邊緣的焦糊花生仁，微波加熱的花生仁苯并[a]芘含量低于傳統(tǒng)蒸炒方式。對于油中的苯并[a]芘含量檢測發(fā)現(xiàn)，微波加熱工藝的2批實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值為1.60 μg/kg，高于傳統(tǒng)蒸炒制備花生仁中的1.14 μg/kg。可見，微波不均勻性導(dǎo)致的花生仁的焦糊現(xiàn)象，如果不進(jìn)行剔除處理，可能會導(dǎo)致油中的苯并[a]芘偏高。

表2 傳統(tǒng)蒸炒和微波烘烤對花生仁和油中苯并[a]芘含量的影響/μg/kg

2.3 微波加熱和傳統(tǒng)蒸炒對花生及花生油中鋅含量的影響

與普通花生相比，黑花生的鋅含量高，以鋅為代表性元素，研究黑花生油制備過程中的元素遷移和變化，結(jié)果見表3。鋅含量測定參照GB 5009.14—2017方法，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2c。以生帶皮黑花生仁原料和經(jīng)過二濾的黑花生油最終成品為研究對象，可以看出蒸炒方法和微波烘烤原料鋅含量接近，蒸炒方法原料鋅含量略高；而從最終油品中鋅含量看出微波烘烤工藝具有更高的鋅元素保留效果，蒸炒工藝對鋅的留存率為0.149%，而微波加熱工藝對鋅的留存率為0.689%。由此可見，微波工藝具有比傳統(tǒng)蒸炒更高的元素保留效果。

表3 傳統(tǒng)蒸炒和微波烘烤對花生仁和油中鋅含量的影響/mg/kg

2.4 微波加熱和傳統(tǒng)蒸炒風(fēng)味物質(zhì)組成的影響

花生油的風(fēng)味來自許多不同種類的揮發(fā)性成分，其中主要風(fēng)味成分有吡嗪類、呋喃類、吡啶類、酚類和醛類。熱榨花生油的風(fēng)味整體具有強(qiáng)烈的烘烤和堅果味香氣[7,19]，冷榨花生油風(fēng)味以青草味為主[19]。吡嗪類化合物氣味表現(xiàn)為的烤香和堅果味，是表現(xiàn)熱榨花生油風(fēng)味最重要的物質(zhì)[20]，有2-甲基吡嗪，2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪等，呋喃類化合物表現(xiàn)為焦糖味、甜味和水果味，吡啶類化合物表現(xiàn)為清香和堅果味，美拉德反應(yīng)是產(chǎn)生這3類小分子風(fēng)味物質(zhì)的主要途徑[21]，而醛類表現(xiàn)為青草味、油漆味和酸敗味[14]是冷榨花生油最主要的風(fēng)味物質(zhì)。使用氣質(zhì)聯(lián)用法，通過NIST庫進(jìn)行物質(zhì)比對，結(jié)合使用峰面積歸一化法計算物質(zhì)的相對含量，表4是油中檢出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中黑豐一號、黑寶一號和黑珍珠為微波烘烤工藝生產(chǎn)的黑花生油，普通黑花生油為傳統(tǒng)蒸炒工藝生產(chǎn)，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總共25種，其中吡嗪類9種，吡咯、吡啶類2種、醛類8種、其他化合物6種。

表4 檢出的風(fēng)味物質(zhì)歸一化相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

表5中是4類主要風(fēng)味物質(zhì)的歸納數(shù)據(jù)，在4種黑花生油中4類風(fēng)味物質(zhì)相對含量以吡嗪類物質(zhì)最多，醛類其次，吡啶、吡咯類再次，呋喃類物質(zhì)在4組黑花生油中都沒有檢出，微波烘烤和傳統(tǒng)蒸炒都是以吡嗪類物質(zhì)為主，具有明顯的熱榨花生油特征，微波加熱工藝相對于傳統(tǒng)蒸炒吡嗪類物質(zhì)占比更高，吡啶吡咯類占比更低。與周琦等[22]在微波烘烤花生香氣的結(jié)果相對比，本實(shí)驗(yàn)中主要風(fēng)味物質(zhì)以2,6-二甲基吡嗪為主(60%以上)，而不是2,5-二甲基吡嗪這一風(fēng)味閾值更低的物質(zhì)，根據(jù)Liu等[23]的研究數(shù)據(jù)，2,6-二甲基吡嗪的風(fēng)味閾值約為8 mg/L，2,5-二甲基吡嗪為2 mg/L。金璐等[21]對萌芽花生進(jìn)行烘烤后獲得的結(jié)果與周琦等[22]類似，萌芽烘烤花生中吡嗪類物質(zhì)以2,5-二甲基吡嗪(17%以上)為主。在闞啟鑫等[7]對不同壓榨工藝下花生油風(fēng)味成分的變化的研究中，幾種熱榨花生油2類吡嗪物質(zhì)的含量相仿且都很低(小于0.4%)，而呋喃類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高(60%以上)，而王李平等[24]對花生油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究與本實(shí)驗(yàn)相符，都沒有檢出2,5-二甲基吡嗪。這說明2,5-二甲基吡嗪很可能在花生到花生油加工的過程中易于損失，或者是由于揮發(fā)性物質(zhì)測定方法上的差別導(dǎo)致結(jié)果的不同。

表5 主要風(fēng)味物質(zhì)在二濾油檢出物質(zhì)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

周琦等[22]研究表明，大白沙、魯花和四粒紅在微波烘烤后風(fēng)味物質(zhì)的含量出現(xiàn)差異，其中以苯乙醛為例，3個品種的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是19.73%、21.34%、35.70%。而在Baker等[25]對不同基因型花生烘烤后吡嗪含量的研究中，其中的Florida MDR 98的吡嗪含量高于其余幾種花生。在本研究中微波烘烤生產(chǎn)的3種黑花生油中黑豐一號的醛類占比明顯高于其他2種。

根據(jù)4類主要揮發(fā)性物質(zhì)的風(fēng)味，對4種黑花生油風(fēng)味進(jìn)行推測，黑寶一號和黑珍珠2組油可能有更濃郁的烤香味，黑豐一號和普通黑花生2組油則有可能存在更多的青草味、油漆味，普通黑花生油清香味可能更為明顯。

3 結(jié)論

通過分析原料花生仁和傳統(tǒng)蒸炒和微波加熱方式制備的黑花生油的品質(zhì)和風(fēng)味，發(fā)現(xiàn)微波工藝不會降低花生油中的黃曲霉毒素B1、苯并[a]芘，但是對鋅元素具有更高的保留效果。微波烘烤的黑花生油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成也非常豐富，后續(xù)可以研究不同微波條件下花生油中吡嗪類、呋醛類等風(fēng)味物質(zhì)的變化規(guī)律。另外需要注意的是，微波加熱的不均勻性會導(dǎo)致在密閉的金屬腔體內(nèi)傳送帶的邊緣花生產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象，這部分花生如果不進(jìn)行處理，在后續(xù)的花生油制備過程中導(dǎo)致油品品質(zhì)降低。