草果醬制備工藝的響應面法優化及揮發性風味成分分析

和俊才 林毅 吳桂蘋 高鵬慧 劉霖娜 谷風林

草果醬制備工藝的響應面法優化及揮發性風味成分分析

和俊才1林毅2,3吳桂蘋3高鵬慧4劉霖娜4谷風林3

（1. 怒江綠色香料產業研究院 云南怒江 673200；2. 上海應用技術大學生態技術與工程學院 上海 201418；3. 中國熱帶農業科學院香料飲料研究所/海南省特色熱帶作物適宜性加工與品質控制重點實驗室 海南萬寧 571533；4. 怒江州農村科技與生產力促進中心 云南怒江 673200）

以泡草果為原料，以香菇添加量、火腿添加量、炒制溫度、炒制時間為影響因素，研究草果醬的最佳工藝條件。在單因素實驗的基礎上，應用Box-Benhnken中心組合方法進行三因素三水平的實驗設計，以草果醬感官評分為響應值，運用響應面法(RSM)對草果醬配方條件進行優化，并利用氣質聯用儀（GC-MS）對草果醬成分進行檢測及分析。結果表明：在泡草果20%、大豆油30%的條件下，草果醬配方的最佳工藝條件為：香菇30%，炒制溫度為100℃，炒制時間3 min；經3次平行試驗驗證，草果醬平均感官評分值為89.58分，實際與理論值相差不大；共鑒定出55種化合物成分，分別是醇類（15種）、醛類（6種）、烯類（22種）、酯類（6種）、其他類（6種），主要化合物中相對含量較高的有1,8-桉葉油醇（29.86%）、萜烯醇（3.72%）、-松油醇（7.22%）、糠醛（3.72%）、-蒎烯（6.23%）、石竹烯（5.89%）和丁酸芳樟酯（13.00%）等，檢測出的成分主要是醇類和烯類化合物。本研究結果為草果醬風味和營養提升工藝提供理論參考。

草果醬；響應面優化；氣相色譜；成分分析

草果（CrevostLemarie），姜科豆蔻屬多年生草本植物，又稱草果子、草果仁[1]，主要分布于我國的云南、廣西、貴州等地區[2]。草果不僅可以抑菌和改變藥物通透性[3]，還可以調節胃腸功能、去除肉食腥、膻味，增加食品的香氣風味。草果不僅作為中草藥，還可以作為香辛料調味品，且含有大量的營養成分，具有藥食同源的作用[4]。草果的主要成分有1,8-桉葉油醇，反-2-十一烯醛，還有檸檬醛、-蒎烯、-蒎烯、檸檬烯、壬醛、癸醛、芳樟醇、樟腦、-松油醇、香葉醇、橙花叔醇等成分[5]，在調味醬中，這些成分不僅可以增加食品的風味，也具有較好的營養保健作用。其中，-蒎烯、-蒎烯、1,8-桉葉油醇以及香葉醇等成分具有一定的藥用活性，如抗炎、抗真菌、鎮痛等作用。近些年，人們對健康更加關注，對調味食品的要求也隨之提高，更加注重調味品的營養和保健效果。

雖然市售調味醬越來越多，但同時具有較高品質和營養保健功能的調味醬卻很少。賈慶超等[6]對黑蒜和雞樅菌醬制備工藝進行研究，得到的醬香味十足，營養豐富，為后期加工和生產提供理論參考。耿吉等[7]研究了猴頭菇牛肉醬的制備工藝，獲得口感最佳、風味獨特的猴頭菇牛肉醬配方工藝。劉馥源等[8]在傳統香菇醬的工藝基礎上，研發了風味更佳的鮮辣香菇醬的加工工藝。王彩虹等[9]以洋蔥為原料，通過響應面優化，對洋蔥醬產品的配方工藝進行了優化，從而確定口感更佳的洋蔥醬產品。但是，目前尚無關于草果醬產品研發的報道。本研究以具有保健功能和營養豐富的泡草果為主要原料，研制一種具有保健功能且營養豐富的調味醬，以滿足現階段消費者對調味醬制品的需求，為開發更多不同品質的草果醬制品提供科學基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材 草果（購于云南省怒江州）、火腿（購于云南怒江州老窩）；香菇、味精、花椒粉、辣椒粉、白糖、大豆油均為市售。

1.1.2 儀器 YF-1000物料粉碎機，瑞安市永利制藥機械有限公司；ME4002E電子天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；7890B-5977B氣質聯用儀，美國安捷倫科技有限公司；C21-WT2112T電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；CC-01炒鍋，麥卡仕。

1.2 方法

1.2.1 原料處理 草果：先采用無菌水清洗草果鮮果，然后用20%的鹽水和醬油制成浸泡液；將經過清洗的草果鮮果放入浸泡液中，室溫下腌制半年以上[10-11]，得到皮質松軟的棕色泡草果樣品，記為泡草果。香菇：干香菇泡發30 min，控干水分后絞碎。火腿：切塊絞碎。其他輔料：花椒和辣椒（粉碎），大豆油、糖和味精。

1.2.2 草果醬制作工藝流程 將大豆油燒至八成熱，加入絞碎后的泡草果炒制，瀝油撈出；倒入香菇和火腿，水分炒干后，小火加入草果炒制，并攪拌加入糖、味精、花椒和辣椒粉；炒制均勻后，裝瓶密封。

1.2.3 草果醬感官評分標準 根據《食品感官評價》和《食品感官評價原理與實踐》制定感官評價標準，見表1。選10名經過培訓的人員進行評價打分，對成品組織形態、色澤、風味、口感4個方面進行評定[12]。

1.2.4 單因素實驗 在預實驗的基礎上，選取草果添加量20%、大豆油添加量30%、香菇添加量20%、火腿添加量15%、辣椒添加量4%、花椒添加量0.5%、糖添加量10%、味精添加量0.5%，固定草果和大豆油的添加量，分別以香菇添加量、火腿添加量、炒制溫度和炒制時間進行單因素試驗，確定最佳工藝配方。

表1 感官評定的評分標準

固定泡草果20%、大豆油30%，比較香菇添加量（10%、20%、30%、40%、50%）對草果醬感官評分的影響。固定泡草果20%、大豆油30%、香菇添加量為30%，比較不同火腿添加量（5%、10%、15%、20%、25%）對草果醬感官評分的影響。固定泡草果20%、大豆油30%、香菇添加量為30%、火腿添加量15%，比較不同炒制溫度（60、80、100、120和140℃）對草果醬感官評分的影響。固定泡草果20%、大豆油30%、香菇添加量為30%、火腿添加量為15%、炒制溫度為100℃，比較炒制時間（2、3、4、5、6 min）對草果醬感官評分的影響。根據以上單因素條件進行草果醬的制備工藝優化。

1.2.5 響應面法試驗 根據單因素實驗結果，利用Design Expert 8.0.5軟件進行響應面實驗設計，將優化草果醬的響應面的3個實驗因素分別設定為：香菇添加量、炒制溫度和炒制時間，并根據響應面的實驗方法，優化草果醬三因素三水平的制備工藝，從而確定最佳配方。綜合考慮草果醬的感官評分對草果醬制備工藝配方的影響，實驗因素與水平見表2。

表2 Box-Behnken實驗因素水平設計

1.2.6 草果醬風味物質分析鑒定 參照Dong等[13]方法，并稍作修改。稱取樣品1.00 g裝入SPME樣品瓶，加蓋密封；于100℃下平衡20 min，頂空萃取（萃取頭CAR/DVB/PDMS）吸附30 min，然后在250℃的GC-MS進樣口解吸3 min，每個樣品重復3次；將獲得的質譜與NIST14庫中的質譜進行比對，結合相關文獻分析，對揮發性化合物的相對含量進行初步鑒定，以總離子色譜峰面積的百分比表示。

GC條件：色譜柱為DB-WAX（30 m×0.25 mm, 0.25 μm），進樣口溫度250℃；載氣He；流量1.00 mL/min，采用不分流方式進樣。升溫程序見表3。

表3 柱升溫程序

MS條件：電子轟擊（EI）離子源溫度230℃；接口溫度250℃，電子能量70 eV；四極桿溫度150℃，全掃描模式；掃描范圍35～450 m/z。譜庫NIST14。

1.2.7 數據分析 數據用Excel、Origin8.6、SPSS 23.0、Design Expert 8.0.5軟件處理，通過模型方程的決定系數2及方差進行分析判定，統計顯著性和回歸系數，顯著性由值來檢測，值取0.05、0.01兩個不同水平。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 香菇添加量對草果醬感官得分的影響 由圖1可知，不同香菇添加量對草果醬的感官得分影響差異較為明顯。不同的香菇添加量在草果醬中的感官得分依次為50%（64.67分）<10%（73.67分）<40%（75.67分）<20%（86分）<30%（89.67分）。當香菇添加量為30%時，草果醬的感官得分最高。當香菇添加量達到50%時，感官得分最低。因為香菇添加量過多時，不僅影響草果的風味，對整個草果醬的口感也具有一定的影響。香菇具有較高的營養價值，其膳食纖維很多，可以促進人體新陳代謝，提高機體適應能力[14]。然而，香菇添加量太高一是會影響產品的口感，導致醬料口感層次感不夠，二是香菇的味道也會沖淡草果本身的特色風味，產品整體香味協調性變差。因此，選取香菇添加量30%作為后續實驗的最佳添加量。

不同字母標注表示差異顯著（p<0.05），下同。

2.1.2 火腿添加量對草果醬感官得分的影響 由圖2可知，隨著火腿添加量的升高，草果醬的感官得分呈增加的趨勢，當火腿添加量從5%增加到10%時，草果醬的感官得分從72.67分上升到82.67分；隨著火腿添加量繼續增加，草果醬的感官得分達到89分；當火腿添加量為25%時，草果醬的感官得分達到最高。這是因為隨著火腿添加量的增加，火腿中的香氣成分會釋放更多，從而刺激人體的感官系統，使得草果醬的感官評分不斷增加。當火腿添加量從15%增加到25%時，草果醬感官得分的增加速度要低于火腿添加量從5%增加到15%的速度，這可能是由于隨著火腿添加量的繼續增加，鹽含量和熏烤風味較重，造成草果醬的感官得分增長速度不如之前。在實際的生產過程中，由于火腿的價格較高，若使用較高添加量的火腿，會導致草果醬的生產成本增加。此外，在后續工藝優化中，由于使用大量當地的桃花鹽腌制并熏烤，導致火腿內產生較多的鹽類物質和熏烤等類物質，這些成分可能對產品產生影響。因此，選取火腿添加量15%作為后續實驗的最佳添加量。

圖2 火腿添加量對草果醬感官得分的影響

2.1.3 炒制溫度對草果醬感官得分的影響 由圖3可知，當草果醬的炒制溫度過高時，會將草果醬炒焦，對其感官得分會有一定的影響。當炒制溫度增加到100℃時，草果醬的感官得分為90.67分；繼續將炒制溫度升高至140℃時，草果醬的感官得分從90.67分下降至66.33分。可見，隨著炒制溫度的增加，草果醬的感官得分呈現先增加后下降的趨勢，炒制溫度為100℃時，草果醬的感官得分達到最高。這可能由于隨著炒制的溫度升高，草果、香菇和火腿雜環類物質濃度不斷升高，香氣也隨之不斷釋放，從而發生美德拉反應[15-16]。在炒制過程中，將火腿和泡草果一起炒制時，其香氣分子會隨著油脂滲透至植物原料內部，而植物原料中的香氣分子又隨之滲透到火腿中，二者的香氣分子相互滲透，從而使草果醬產生香味，并達到最佳口感。但是，隨著炒制溫度的繼續上升，伴隨美德拉反應，草果醬容易被炒制焦黑狀及產生致癌物質，其營養成分大量損失，對食用安全也會造成一定的影響[17]。因此，選取炒制溫度100℃作為后續實驗的最佳溫度。

圖3 炒制溫度對草果醬感官得分的影響

2.1.4 炒制時間對草果醬感官得分的影響 由圖4可知，炒制時間也是影響草果醬感官得分的重要因素之一，不同炒制時間下草果醬感官得分存在顯著性差異(<0.05)。當炒制時間從2～3 min時，草果醬感官得分呈增加趨勢，草果醬感官得分從85分增加到90.33分。這可能由于隨著炒制時間的增加，草果醬香味物質的濃度會不斷上升；但炒制時間的不斷增加，又會造成草果醬進一步發生炒焦現象，從而破壞了其營養價值，導致草果醬的感官評分不斷降低。因此，選取炒制時間3 min作為后續實驗的最佳時間。

圖4 炒制時間對草果醬得率的影響

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 試驗設計與結果 利用Box-Benhnken 中心組合進行三因素三水平的試驗設計，考察香菇添加量（A）、炒制溫度（B）、炒制時間（C）對草果醬感官評分的影響，結果見表4。

表4 Box-Behnken試驗設計及結果

對回歸方程進行顯著性檢驗分析，結果如表5所示，該模型極顯著（<0.001），失擬項顯著（=0.078 7>0.05），并且回歸方程的擬合度較好，模型實驗的誤差不顯著。因此，回歸方程可以作為草果醬得率預測與分析的依據。得到的多元二次回歸模型為：感官評分=90.77–0.31*–6.36*– 2.05*+1.04**+1.17**–1.53**–10.51*2–10.28*2–9.41*2，其中模型的、2、2、2為極顯著，為顯著。由香菇添加量（A）、炒制溫度（B）、炒制時間（C）3個影響因素的值可知，各單因素對草果醬得率影響的大小依次為：B>C>A；交互項對草果醬得率影響的大小依次為>>。模型中回歸方程的相關系數2＝0.987 8，說明模型精確度高，可準確地對試驗結果進行預測和分析；變異系數..%=2.34，表明試驗結果與真實值存在2.34%的偏差，模型可靠性較高；調整系數2＝0.972 0，說明通過調整系數可以較好地解釋97.20%的響應值變化，從而論證了回歸方程的擬合度良好、精確度較高、實驗誤差不顯著、重復性好的優點。

表5 響應面試驗結果的方差分析

注：*<0.05，差異顯著；**<0.000 1，差異極顯著。

2.2.2 各因素間的相互作用 利用 Design Expert 繪制因子間的響應曲面圖，分析擬合的響應面形狀，以及各因素之間的交互作用對草果醬感官評分的影響，結果見圖5。

2.2.3 草果醬的響應面圖分析 在響應面中，等高線中最高點即為最小橢圓圓心，響應面的陡峭程度反應兩兩因素之間交互作用對響應值影響的變化情況，越陡峭，兩兩因素的交互作用越明顯；反之，越平緩，交互作用越不顯著。等高線的形狀越趨于橢圓形，兩兩因素交互作用越顯著，反之則不顯著[18]。由圖5可知，各圖均開口向下，凸形曲面，都存在極值。A（香菇添加量）與B（炒制溫度）、A（香菇添加量）與C（炒制時間）、B（炒制溫度）與C（炒制時間）的交互作用對響應值影響較大，整個曲面陡峭程度較為明顯，等高線的形狀也接近橢圓，說明兩兩因素的交互作用較為顯著。由圖5-a可知，炒制溫度對草果醬的影響大于香菇添加量；由圖5-b可知，炒制時間對草果醬的影響大于香菇添加量；由圖5-c可知，炒制溫度對草果醬的影響大于炒制時間；由圖5-a～5-c可知，等高線形狀趨近于橢圓形，兩兩因素交互作用明顯。因此，各因素對草果醬感官得分影響大小依次為B（炒制溫度）>C（炒制時間）>A（香菇添加量），其結果與方差分析結果相同，證明了該模型可靠性高。

圖5 因素間交互作用對草果醬感官評分影響的響應面圖和等高線圖

2.2.4 驗證試驗 通過Design-Expert 8.0.6對回歸方程進行求解，得出草果醬制備的最佳工藝條件：香菇添加量為30%，炒制溫度為93.90℃，炒制時間為2.91 min。在此條件下草果醬的理論感官評分值為91.83分。考慮炒鍋和電磁爐具體的溫度設置和實際操作的可行性，將最佳工藝條件修正為：香菇30%，炒制溫度為100℃，炒制時間3 min。經3次平行試驗驗證，草果醬平均感官評分值為89.58分，結果與理論值相差不大，由此表明，試驗模型可靠，實驗結果理想。

2.3 草果醬的揮發性風味成分分析

對最佳配方工藝條件下制得的草果醬進行揮發性風味物質分析，其總離子流圖如圖6所示。經質譜工作站檢索、人工譜圖解析，并查對有關質譜圖集資料[19]，鑒定草果醬中的風味物質，用峰面積歸一化法計算各組分的相對百分含量，結果如表6所示。

表6 草果醬的揮發性風味物質

續表6 草果醬的揮發性風味物質

圖6 草果醬揮發性風味物質總離子流圖

對草果醬中的香氣成分進行檢測分析。由圖7、表6可知，共鑒定出55種香氣成分，主要包括醇類（15種）、醛類（6種）、烯類（22種）、酯類（6種）、其他類（6種）。

圖7 草果醬的揮發性成分種類比較

草果醬中的醇類占總化合物相對含量的43.14%，醛類占8.45%，烯類占28.66%，酯類占14.63%，其他類占3.80%。其中主要化合物相對含量較高的成分為1,8-桉葉油醇（29.86%）、萜烯醇（3.72%）、-松油醇（7.22%）、糠醛（3.72%）、-蒎烯（6.23%）石竹烯（5.89%）、丁酸芳樟酯（13.00%）等。以上揮發性物質主要源于香辛料[20-22]，丁酸芳樟酯、α-松油醇、萜烯醇等在草果醬中均被檢測出。其中丁酸芳樟酯提供了醬香味[23]，其他成分為草果醬提供了鈴蘭香、花果香等香味。醛類物質種類雖然較少，但其閾值也大多數較低，是火腿肉類的主要揮發性成分之一[24-25]。酯類的物質種類較少且閾值低，對草果醬的整體風味具有平衡和調節作用，是一類重要的呈香物質[26-27]。酯類物質中的主要成分為乙酸酯類，包括乙酸芳樟酯、乙酸松油酯和乙酸香葉酯，這些成分具有花香和果香味、清香甜味、玫瑰和薰衣草香味；此外，其中的甲基苯乙基醚呈現茉莉花和晚香玉香氣，可以掩蓋草果醬中脂肪酸及胺類物質帶來的不愉快氣味，對草果醬的風味有重要貢獻，使草果醬的風味更加受人喜愛。

在草果醬中，共檢測出22種烯類物質，以萜烯類物質為主，主要有-蒎烯、3-蒈烯、-羅勒烯、-檸檬烯等物質；其中，3-蒈烯可能是香菇中的成分，具有令人愉快的果香氣味。烯類物質主要來源于添加的香辛料，使草果醬中具有松油味、果香等香辛料的氣味[28-29]。由此表明，香辛料中的風味物質經加熱炒制，其特殊香味釋放到草果醬中，遮掩草果醬中火腿的熏烤氣味，從而增加草果醬的濃郁香味，還可使草果醬具有藥理活性作用，從而使其具備食用價值和營養保健作用[30]。

3 結論

本研究通過單因素和響應面法試驗，并結合感官評價分析，對草果醬的配方進行優化，同時采用氣相色譜質譜聯用法（GC-MS）對草果醬的揮發性風味物質進行分析。結果表明，草果醬的主要影響因素是炒制溫度，各因素對產品的感官評分的影響因素大小為：炒制溫度（B）>炒制時間（C）>香菇添加量（A）；其中草果醬的最佳配方工藝為香菇30%，炒制溫度為100℃，炒制時間3 min，在此條件下得到的草果醬感官評分最高。利用GC-MS檢測了草果醬的揮發性風味成分，共鑒定出55種香氣成分，主要包括醇類（15種）、醛類（6種）、烯類（22種）、酯類（6種）、其他類（6種），其中，醇類、烯類、酯類為草果醬中的主要揮發性物質；此外，還檢測出一些特征風味物質，如萜烯醇、橙花醇、異戊醛、月桂烯、萜品烯、3-蒈烯、乙酸芳樟酯等，這些物質主要有花香、甜香、果香、丁香、松木香等特征風味。通過對配方工藝和風味物質進行研究可知，草果醬具有食用價值、獨特的特征風味及營養保健功效，為后續草果醬產品的深入開發及生產提供理論依據。

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Optimization of Preparation Technology by Response Surface Methodology and Analysis of Volatile Flavor Components ofsauce

HE Juncai1LIN Yi2,3WU Guiping3GAO Penghui4LIU Linna4GU Fenglin3

(1. Nujiang Green Spice Industry Research Institute, Nujiang, Yunnan 673200,China; 2. School of Ecological Technology and Engineering,Shanghai Instituteof Technology,Shanghai, 201418, China; 3. Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences, Wanning/Key Laboratoryof Processing Suitability and Quality Control of the Special Tropical Crops of Hainan Province, Wanning, Hainan 571533, China; 4. Nujiang Rural Science and Technology Productivity Promotion Center, Nujiang, Yunnan 673200, China)

Taking amomum tsao-ko fruit as raw material, the optimum technological conditions ofsauce were studied by taking the amount of mushroom, ham, frying temperature and frying time as influencing factors.On the basis of single factor experiment, the box benhnken central combination method was used to carry out the experimental design of three factors and three levels. Taking the sensory score ofsauce as response value, the formulation conditions of sauce were optimized by response surface methodology (RSM). GC-MS was used to detect and analyze the components of thesauce. The results showed that when the amount ofwas 20% and soyben oil was 30%,the best technological conditions for the formula of thesauce were as follows: 30% mushroom, 100℃frying temperature and 3 min frying time. The average sensory score of thesauce was 89.58, which was verified by three parallel experiments, and the results were not different from the theoretical value. The were 55 chemical components detected and analyzed by GC-MS, including alcohols (15 species), aldehydes (6 species), olefins (22 species), esters (6 species) and others (6 species). The main compounds with high relative contents were 1,8-eucalyptus oleanol(29.86%), terpenol(3.72%),-Terpineol(7.22%), furfural(3.72%),-Pinene(6.23%), caryophyllene(5.89%), linalyl butyrate(13.00%), the detected components were mainly alcohols and alkenes,which could provide theoretical reference forsauce flavor and nutrition improvement process.

sauce; response surface method; GC-MS; component analysis

S567.239

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.06.015

2022-03-19；

2022-03-31

草果新產品開發與應用（No.2020CY007）；云南怒江草果高值化加工技術研發與新產品創制（No.1630142020017）；云南省科協谷風林專家工作站項目。

和俊才（1983—），男，本科，研究方向為農學，E-mail：396051178@qq.com。

谷風林（1976—），男，博士，研究員，研究方向為食品化學，E-mail：xiaogu4117@163.com。

（責任編輯 林海妹）