不同加工方式香榧香氣物質(zhì)和油脂品質(zhì)的比較分析

楊 蕾，趙 荻，胡淵淵，索金偉，喻衛(wèi)武，吳家勝，婁和強，宋麗麗

（1. 浙江農(nóng)林大學 省部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 杭州 311300；2. 浙江農(nóng)林大學 國家林業(yè)草原香榧工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311300；3. 浙江農(nóng)林大學 香榧產(chǎn)業(yè)國家創(chuàng)新聯(lián)盟，浙江 杭州 311300）

香榧Torreya grandis ‘Merrillii’是紅豆杉科Taxaceae榧樹屬Torreya的大型常綠喬木，為中國南方特有的珍稀堅果，其種仁營養(yǎng)豐富，不僅不飽和脂肪酸含量豐富(占78.9%)，還富含生育酚、金松酸、丁香烯、谷甾醇、煙酸等多種生物活性物質(zhì)，具有一定的藥用價值[1?2]。常見的堅果加工方式有炒制和烘烤2種，炒制是香榧的傳統(tǒng)加工方式，作為高油堅果，香榧炒制加工過程極易發(fā)生油脂氧化酸敗，導致品質(zhì)下降，成品價格下跌，嚴重影響榧農(nóng)的經(jīng)濟收入，成為限制香榧產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。有研究表明：不同的加工方式會影響香氣成分，如烹煮的板栗Castanea mollissima清香味消失，而烘烤的板栗具有特有的焦香甜味[3?4]；烘烤會破壞脂質(zhì)細胞結(jié)構(gòu)，導致脂質(zhì)氧化，從而使得堅果的質(zhì)量下降、儲存期縮短和不良風味的產(chǎn)生[5]。酸價和過氧化值是評價油脂品質(zhì)的重要指標[6]，烘烤后的香榧種仁酸價和過氧化值明顯高于烘烤前的[7]。相比炒制型葵花籽，烘烤型葵花籽的儲藏時間較長，其主要原因是高溫炒制誘導了自由基的產(chǎn)生，加快氧化反應[8]。還有研究表明：烘烤還會產(chǎn)生具有抗氧化活性的產(chǎn)物，如多酚類、維生素E等[9?10]。高溫烘烤澳洲堅果Macadamia integrifolia不僅可以改善產(chǎn)品的口感，還能提高香氣風味，但如果過度烘烤，則會使果仁發(fā)生深度褐變[11]。因此，適宜的烘烤工藝對堅果的加工品質(zhì)極其重要。除此之外，鹽作為添加劑，通過浸泡的方式進入到種子的內(nèi)部，不僅可以改善食品的風味，還可以延長食品的儲藏時間[12]。鹽浸是香榧炒制過程的一個重要步驟[13]，然而鹽浸時間僅憑經(jīng)驗。因此，本研究通過對未加工香榧原料(原料香榧)、傳統(tǒng)炒制工藝加工的香榧(炒制香榧)和烘烤工藝加工香榧(烘烤香榧)香氣組分的分析及油脂氧化與抗氧化能力之間的差異比較，試圖找出烘烤過程中的關(guān)鍵呈香成分；通過對單因素因子(第1次烘烤時間、鹽漬時間和第2次烘烤時間)的設定，以果仁的色度和感官評價得分為因變量，優(yōu)化香榧的烘烤加工工藝，并結(jié)合運用Design Expert 8.0軟件程序，選取3因素3水平進行響應面分析，以過氧化值和酸價作為響應值，確定香榧的最佳烘烤加工工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

于2017年10月在浙江省紹興市嵊州市谷來鎮(zhèn)下郭村采集香榧，香榧脫蒲后，選擇形狀、顏色相近且無瑕疵的種籽，按照當?shù)貍鹘y(tǒng)方法進行堆漚、水洗及晾曬，晾曬完成時種籽水分含量為(10±2)%。晾曬后的種籽儲存在4 ℃冰箱中備用。

1.2 方法

設置3個處理：①炒制香榧處理，即按當?shù)氐膫鹘y(tǒng)炒制方式加工；②烘烤香榧處理，即按參考文獻[22]烘烤方式加工；③原料香榧處理，即不進行任何加工。每個處理設置3個重復，每個重復30個種籽。香榧的烘烤溫度與鹽溶液濃度參考文獻[13]，稍作修改，第1次烘烤溫度設定為200 ℃，浸泡液為質(zhì)量分數(shù)為20%的飽和鹽溶液，第2次烘烤溫度為120 ℃。設計單因素試驗：①第1次烘烤時間設為6、8、10、12、14 min，鹽浸時間為 10 min，第 2次烘烤時間為 90 min；②鹽浸時間設為 5、10、15、20、25 min，第1次烘烤時間為10 min，第2次烘烤時間為90 min；③第2次烘烤時間設為30、60、90、120 min，第 1次烘烤時間為 10 min，鹽浸時間為 10 min。

1.3 測定方法

1.3.1 不同加工工藝香榧種仁香氣揮發(fā)性物質(zhì)的測定 參考文獻[14]，剝?nèi)ネ鈿?，種仁切片，用研磨機將種仁研磨成粉末，取樣品2 g置于15 mL樣品萃取瓶中，置于電熱恒溫水浴鍋(80 ℃)預熱；然后推出吸附頭使其暴露于萃取瓶頂空蒸汽中，在此條件下保持30 min。當樣品萃取完成后，縮回纖維頭，迅速將針管插入氣相色譜儀的進樣口，推出纖維頭解析3 min，同時啟動氣相色譜儀采集數(shù)據(jù)。氣相色譜 (GC) 條件：進樣口溫度為 250 ℃；毛細管柱：HP-5MS (30.0 m×250.00 μm×0.25 μm)；質(zhì)譜 (MS)條件：輔助接口溫度為280 ℃，離子源溫度230 ℃，四極桿離子源溫度為150 ℃；程序升溫：起始溫度60 ℃，保持 1 min，以 5 ℃·min?1的速度升溫至 280 ℃，保持 2 min。定性分析：根據(jù)所得的峰譜圖以及給定的香氣成分報告，在NIST08質(zhì)譜庫中進行檢索比對，最終確定香榧的香氣成分物質(zhì)。定量分析：樣品中萜烯類、醇類、醛類、烷烴類、酯類、吡嗪類和苯類化合物釋放量分別參考D-檸檬烯、十二烷醇、壬醛、十七烷、肉豆蔻酸異丙酯、2,6-二甲基吡嗪和間異丙基甲苯進行計算，醚類、酮類、酸類化合物均參考鄰苯二甲醚。通過其濃度與峰面積計算每克樣品中相應物質(zhì)的釋放量，具體計算參考KOZIEL等[15]。

1.3.2 色度測定 使用 CR-400型色差儀 (日本柯尼卡美能達公司)測定黃度 (+b*)，每個樣品重復測定3次。

1.3.3 感官測定 請10名經(jīng)過培訓的感官評定員反映烘烤香榧的形態(tài)、香氣、口感、滋味、色澤等5個因素在風味感官評價中的權(quán)重，并打分。每人10分。統(tǒng)計所有分數(shù)，所得每個因素得分除以所有指標總分(100分)，得到各因素權(quán)重因子，依次賦權(quán)重12%、18%、36%、21%和13%。按表1標準對各因素打分，重新計算權(quán)重總分值。烘烤香榧的權(quán)重總分值越大，表明香榧的感官質(zhì)量越好。

表1 烘烤香榧感官評定標準Table 1 Standard of baking T. grandis ‘Merrillii’ seeds’ sensory analysis

1.3.4 過氧化值和酸價測定 參照ZHANG等的方法[16]處理樣品，將提取好的香榧油參照宋麗麗等[17]方法測定過氧化值和酸價。

1.3.5 總酚質(zhì)量分數(shù)和 DPPH 自由基清除活性測定 總酚的測定采用福林酚法[18]，結(jié)果以 mg·g?1干質(zhì)量表示。1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除率的測定參考文獻[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

不同處理各重復3次結(jié)果，采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行整理，數(shù)值為平均值±標準誤，用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，利用LSD法進行多重比較；使用SigmaPlot 12.5軟件進行圖表繪制；利用 Design Expert 8.0進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加工工藝香榧種仁呈香組分的變化

如表2所示：原料香榧共檢測出60種化合物，其中萜烯類17種，醇類20種，醛類5種，苯類6種等；烘烤香榧檢測出61種化合物，其中萜烯類15種，醇類20種，醛類5種，苯類化合物6種等；而炒制香榧測定出56種化合物，其中萜烯類15種，醇類16種，醛類4種，苯類6種等。與原料香榧相比，加工處理(炒制和烘烤)后萜烯類物質(zhì)種類減少，但也會形成新物質(zhì)(7種)。烘烤香榧比炒制香榧多產(chǎn)生3種醇類、2種醛類和1種醚類香氣物質(zhì)。與原料香榧相比，烘烤香榧和炒制香榧的萜烯類物質(zhì)分別減少了69.4%和76.9%；醇類物質(zhì)分別減少了78.7%和83.1%；苯類物質(zhì)分別增加47.6%和57.4%。3個處理的香氣物質(zhì)中萜烯類化合物含量均最高，為57.7%～70.5%，其次是醇類化合物，約9.9%～19.9%。

表2 3種香榧材料主要香氣成分及其質(zhì)量分數(shù)Table 2 Main aroma composition and content of T. grandis ‘Merrillii’

表2 (續(xù))Table 2 Continued

從圖1可知：主成分1和主成分2總和達89.9%，解釋率很好。未加工香榧(原料香榧)與加工香榧(炒制香榧和烘烤香榧)之間存在明顯的分離。其中，主成分1主要貢獻的物質(zhì)為萜烯類、醇類和烷類化合物；成分2主要貢獻的物質(zhì)為酯類化合物。

圖1 3種香榧材料香氣的主成分分析Figure 1 PCA analysis of three different process of T. grandis‘Merrillii’seeds

2.2 不同加工工藝香榧油脂氧化和抗氧化能力比較

如表3所示：與原料香榧相比，炒制香榧和烘烤香榧的酸價、過氧化值和總酚質(zhì)量分數(shù)均呈顯著上升的趨勢，而DPPH則呈顯著下降的趨勢。烘烤香榧的酸價和過氧化值均小于炒制香榧；而烘烤香榧和炒制香榧總酚質(zhì)量分數(shù)分別為 6.984和 6.214 mg·g?1，DPPH自由基清除能力分別為58.93%和50.43%。

表3 不同加工方式對香榧脂質(zhì)氧化和抗氧化活性的影響Table 3 Effects of processing techniques on oxidation ability and antioxidant activity of T. grandis‘Merrillii’seeds

2.3 不同烘烤工藝對香榧種仁顏色和感觀評價的影響

隨著第1烘烤時間的的延長，香榧種仁顏色由淺黃白色到焦黃色，再呈現(xiàn)明顯焦黑色，其色度值則在12 min時達到最大；而感官評價呈先增后降的趨勢，當?shù)?次烘烤時間為14 min時，感官評價得分驟降(圖2A1和A2)。鹽浸的香榧種仁均呈現(xiàn)出一定的焦黃色，當浸泡時間少于10 min時，種仁表面的光澤感較佳；其感官評價則呈先升后降的趨勢(圖2B1和B2)。第2次烘烤時間對色澤外觀的影響顯著，第2次烘烤時間為30或60 min時，種仁表面呈黃白色，而當烘烤時間達到90 min，則呈現(xiàn)出明顯的焦黃色(圖2C1)；其感官評價呈上升趨勢，烘烤時間超過90 min時，感官評價分數(shù)略有下降(圖2C2)。綜上所述，根據(jù)感官評價和色度指標，第1次烘烤的最佳時間為10～14 min，最佳鹽浸時間為10～15 min，第 2次烘烤的最佳時間為 90～120 min。

圖2 不同烘烤工藝對香榧種仁感官評價與色度的影響Figure 2 Effects of processing technique on sensory analysis and color +b* of T. grandis ‘Merrillii’ seeds

2.4 不同香榧烘烤加工工藝的響應面分析

表4所示：應用Design-Expert軟件對試驗的響應值進行回歸擬合，得到酸價(AV)與3個因素[第1次烘烤時間(A)、鹽浸時間(B)、第2次烘烤時間(C)]之間的擬合方程：AV=0.640+0.150A+0.068B+0.042C?0.019AB?0.005AC+0.009BC+0.082A2+0.068B2+0.021C2；過氧化值(POV)與3個因素之間的擬合方程：POV=2.610+0.180A+0.075B+0.056C?0.030AB+0.021AC+0.016BC+0.110A2+0.061B2+0.024C2。所有模型擬合的P＜0.05，模型顯著，失擬項P＞0.05，不顯著，模型的擬合系數(shù)分別為0.969 6和0.984 4，變異系數(shù)分別為1.96%和1.11%，說明模型擬合度高，結(jié)果可信。響應面圖能夠反映最優(yōu)取值點及各參數(shù)之間的相互作用，其曲線越陡，則該因素影響越大。從圖3A～3F可知：對酸價和過氧化值的影響從大到小依次為第1次烘烤時間、鹽浸時間、第2次烘烤時間。

圖3 烘烤工藝3個因素對過氧化值和酸價交互影響曲面圖Figure 3 Response surface of baking technology three factors on POV and AV

表4 香榧烘烤工藝優(yōu)化實驗設計與結(jié)果Table 4 Results and design of Box-Behnken RSM experiment of baking T. grandis ‘Merrillii’ seeds

3 結(jié)論與討論

香氣是消費者在購買堅果產(chǎn)品時候非常直觀有效評判其品質(zhì)的依據(jù)之一[19]。核桃Juglans regia中共含有29類揮發(fā)性化合物，其中醛類物質(zhì)11種，烷類物質(zhì)4種，醇類物質(zhì)3種，酯類物質(zhì)3種，酚類物質(zhì)1種，酸類物質(zhì)4種[20]。澳洲堅果Macadamiaspp. 中共鑒定出23種揮發(fā)性物質(zhì)，其中醛類化合物9種，吡嗪類化合物9種，呋喃類化合物2種，其他化合物3種，烘焙后的澳洲堅果共含有33種香氣成分，而未進行加工的的原料果仁中僅有4種香氣成分，特別是吡嗪類和呋喃類2類物質(zhì)上升非常顯著[21]。LASEKAN等[22]在烤杏仁Terminalia catappa中鑒定出醛、酮、吡嗪和醇類是杏仁烘烤后主要香氣組成成分。本研究結(jié)果表明：原料香榧、炒制香榧和烘烤香榧的主要香氣揮發(fā)性風味物質(zhì)均是萜類化合物，其中D-檸檬烯含量最為豐富(38.87%～86.77%)，這與王衍彬等[14]從香榧油中鑒定出的主要香味物質(zhì)一致。D-檸檬烯呈令人愉悅的新鮮檸檬香氣，常被作為天然的食品添加劑。與香榧原料相比，炒制香榧的萜類物質(zhì)和醇類物質(zhì)的損失程度明顯大于烘烤香榧，這可能是由于高溫熱物理的影響。烘烤香榧的主要香氣物質(zhì)——萜類物質(zhì)總量均明顯高于炒制香榧，表明烘烤工藝更有利于保留香榧的特征香氣。

除揮發(fā)性香氣物質(zhì)外，香榧作為油料作物，其油脂品質(zhì)也是評價香榧產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標。過氧化值和酸價水平通常被用來評估堅果食品的油脂氧化程度[23]。本研究結(jié)果顯示：炒制香榧的酸敗程度顯著高于烘烤香榧的，高達0.767 mg·kg?1，表明烘烤香榧的油脂氧化速率低于炒制香榧。這與顏小平[8]的結(jié)果一致，葵花籽炒制過后，雖風味物質(zhì)增加，但保質(zhì)期非常短，主要原因為炒制時的高溫使得葵花籽油過氧化值升高，發(fā)生明顯酸敗，而烘烤后葵花籽的保存時間則更長。為了防止氧化損傷，植物常利用酶調(diào)節(jié)或細胞凋亡來清除氧化成分[24]，其中酚類化合物是強大的自由基清除劑[25]。宮長榮等[26]在對煙葉的烘烤過程中發(fā)現(xiàn)：煙葉內(nèi)的多酚類物質(zhì)隨著烘烤時間延長而增加。DPPH自由基清除能力是抗氧化活性的重要指標[27]。在對板栗的加工過程中，發(fā)現(xiàn)烘烤和蒸煮這2種加工方式均能提高DPPH自由基清除力[28]。本研究結(jié)果表明：烘烤香榧的總酚質(zhì)量分數(shù)和DPPH明顯高于炒制香榧，表明烘烤香榧的抗氧化活性顯著高于炒制香榧。綜上所述，烘烤香榧的油脂酸敗程度明顯低于炒制香榧，這可能與較強的抗氧化活性有關(guān)。

雖然烘烤時間的延長會使得香味物質(zhì)豐富，但顏色和口感也會發(fā)生變化，美拉德反應和焦糖化反應等是導致顏色發(fā)生變化的重要原因，顏色的加深通常伴隨品質(zhì)的下降，從而影響感官評分。VáZQUEZARAúJO等[29]研究發(fā)現(xiàn)：長時間烘烤杏仁，杏仁色澤變黑，風味變得苦澀。本研究結(jié)果表明：隨著烘烤時間的延長，香榧種仁的顏色逐漸變成焦黑色，口感變差。此外，鹽浸廣泛應用于果蔬、蜜餞、肉制品等領(lǐng)域。本研究利用Design-Expert軟件分析烘烤工藝對香榧種仁油脂氧化和抗氧化能力的回歸響應模型，進一步優(yōu)化烘烤香榧的最佳條件，得出第1次烘烤的最佳時間為12 min (200 ℃)，最佳鹽浸時間為10 min，第 2次烘烤的最佳時間為 95 min (120 ℃)。