基于智能感官分析的熱處理青稞粉滋味品質評價

朱嘉文, 遲 明, 張艷珍, 王 菲, 白家瑞

(青海省輕工業研究所有限責任公司1,西寧 810001)

(鄭州輕工業大學食品與生物工程學院2,鄭州 450002)

青稞(Highlandbarley),又稱裸大麥,禾本科大麥屬[1],是典型的營養比較均衡的作物,高度符合“三高兩低”的飲食結構[2,3],而且富含β-葡聚糖、多酚、黃酮、花青素等生物活性成分[4,5],對調節血糖[6]、降低血脂[7]和膽固醇[8]、抑制動脈粥樣硬化[9]等有促進作用[10],受到廣大消費者的關注。

隨著消費者對青稞營養和功能認識的逐漸提高,青稞食品市場不斷擴大,關于青稞米[11]、青稞面條[12]、青稞餅干[13]等的研究和相關產品已經進入大眾視野。然而,青稞籽粒中不飽和脂肪酸含量較高,易引起氧化和水解,從而導致產品酸敗變質,產生不良風味,嚴重影響青稞產品的保質期[14]。一般采用加熱滅酶的方法處理青稞原料,以此鈍化青稞中的脂肪酶活力,延長貨架期[15,16,17]。

常見的滅酶處理包括炒制、微波、濕熱處理及過熱蒸汽處理等[18]。這些處理在鈍化脂肪酶的同時,往往也會導致青稞谷物的微觀結構、理化特性等發生變化。景孝男等[19]發現經熱處理后青稞全粉組織形態和晶體結構改變,但未產生新的化學基團,且青稞全粉糊化溫度顯著增加。孫若琪等[20]、陳遠嬌等[21]、Liu等[22]發現濕熱處理后青稞粉的糊化特性發生變化,部分快消化淀粉轉化為慢性或抗性淀粉形式[23],其中炒制處理的青稞粉糊化黏度最低,淀粉結構被嚴重破壞[24]。王偉玲等[25]、卞華偉等[26]發現干熱處理可以提高青稞粉糊的穩定性,降低淀粉黏度和回生值,這是由淀粉有序化程度和結晶度的增加以及淀粉分子斷鏈后的重排引起的,且隨著干熱處理時間的延長,相對結晶度逐漸降低。目前的研究多集中于熱處理后對青稞谷物營養組分、理化特性及加工特性的研究,對于熱處理后青稞粉滋味口感等食用品質的研究分析鮮有報道,而食品原材料的食用品質嚴重影響著食品加工產業的發展。

研究開展了不同熱處理對青稞粉食用品質的影響。首先對青稞粉進行感官剖面分析,并結合色度儀、電子舌味覺分析和電子鼻氣味分析,探究不同熱處理對青稞風味和品質的影響;再利用主成分分析方法,探明不同熱處理制得青稞粉滋味品質的差異,為青稞的精準化加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞,昆侖14號,由青海省農林科學院作物育種栽培研究所青稞研究室提供;電子舌基準液。

1.2 儀器與設備

BS224S分析天平,GT10-1高速離心機,SA402B電子舌,PEN3型電子鼻,BCD-177H冰箱、BC/BD-560FA低溫冷凍柜,FW135超微粉碎機,THZ-312恒溫振蕩儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 原青稞粉(SQ)

將青稞籽粒清洗、除雜,挑選完整飽滿青稞顆粒作為實驗原料,加10%(質量分數)蒸餾水潤麥2 h以平衡水分,每隔20 min充分攪拌1次。將平衡水分之后的青稞籽粒在40 ℃下烘干,磨粉過80目篩備用。

1.3.1.2 炒制青稞粉(CQ)

將1.3.1.1中平衡水分之后的青稞籽粒進行分段式烘炒,第一階段155～165 ℃炒制70～75 min,第二階段175～185 ℃炒制65～75 min,第三階段195～205 ℃炒制40～45 min。炒制完成后冷卻至室溫,棄去焦糊籽粒,磨粉,過80目篩備用。

1.3.1.3 煮制青稞粉(ZQ)

將1.3.1.1中平衡水分之后的青稞籽粒加入沸水煮制20 min,煮制過程中不斷攪拌,完成后浸泡1 h,將青稞撈出,瀝干表面多余水分,40 ℃下烘干,磨粉,過80目篩備用。

1.3.2 感官剖面檢驗分析

感官評價參考馮飛等[27]方法并稍作修改,將40 g青稞粉用200 mL溫度80 ℃純凈水溶解,組織10名經專業培訓的感官品評員(男女各半),對青稞粉的氣味、色澤、口感和沖調性等指標進行綜合品評,評價采用百分制。感官評價指標與評分標準見表1,對其結果進行方差分析及感官剖面分析評定。

表1 青稞粉感官評價指標與評分細則

1.3.3 青稞粉色度分析

采用色差分析儀進行測定,同一樣品做4份平行。

1.3.4 青稞粉電子舌測定

電子舌的測定參考李燮昕等[28]的方法。取過80 目篩后的青稞粉2 g置于150 mL錐形瓶,加入100 mL去離子水,置于超聲機處理10 min后,以120 r/min的速度在恒溫振蕩器室溫振蕩2 h,取出后過濾。取80 mL濾液在室溫環境進行電子舌分析實驗,分析條件:自動進樣,每個樣品檢測120 s,重復測5次,選取后3次的采集的數據為分析數據。SA402B型電子舌傳感器(人工雙分子膜傳感器)的性能描述如表2所示。

表2 SA402B型電子舌傳感器性能描述

1.3.5 青稞粉電子鼻測定

電子鼻的測定參考劉強等[29]的方法并稍作修改。采用PEN3型電子鼻對所有樣本進行信號采集,重復實驗設置3次,取平均值用于后續數據分析。PEN3型電子鼻傳感器性能描述如表3所示。

表3 PEN3型電子鼻傳感器性能描述

1.3.6 數據分析

每個實驗重復3次,實驗數據用均值±標準差表示。采用Origin 21Pro做圖,采用SPSS 24.0軟件進行數據分析處理,用Anova方差分析、Duncan’s多重比較法檢驗數據顯著性差異,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同熱處理青稞粉感官剖面檢驗分析

由熱處理青稞粉感官剖析圖(圖1)及方差分析表(表4)可以看出,青稞粉經熱處理后,組織狀態無明顯差異,但其外觀、氣味、口感及沖調性均發生顯著性變化(P<0.05),這是因為熱處理會導致青稞粉發生輕微的美拉德反應和焦糖化反應,使麥麩的顏色變深,且氣味產生較濃郁的麥香味,這與王鈺麟等[30]的研究結果相同。此外,加熱處理會導致淀粉溶解度上升,這也使得青稞粉口感及沖調性有了較為良好的改善。

圖1 不同熱處理青稞粉感官剖面圖

表4 方差分析表

2.2 不同熱處理青稞粉色度分析

色度是食品物料重要的物理指標之一,表5和表6分別反映了青稞粉經熱處理后色度發生的變化及其方差分析情況。由表5可知,經熱處理之后青稞粉的亮度(ΔL*)顯著下降、紅綠值(Δa*)、黃藍值(Δb*)則顯著上升(P<0.05),ΔL*下降可能是由于青稞粉經熱處理之后發生美拉德反應,青稞粉產生輕微褐變,導致顏色亮度下降[31]。熱處理后Δa*和Δb*值上升,可見熱處理會導致青稞粉的色澤向紅、黃色轉移,趙波等[11]研究發現熱處理過程中的美拉德反應同樣會使麥麩的黃色和紅色加深,這也與感官評價結果一致。

表5 不同熱加工處理青稞粉的色度

表6 方差分析表

2.3 不同熱處理對青稞粉電子舌的影響

圖2和表7中可以得到未經處理的青稞粉與熱處理后的青稞粉之間的味覺差異,其苦味、鮮味及甜味較重,響應值均大于9,澀味及其后味較淡,響應值在0左右,且相比未處理對照組與炒制青稞,煮制青稞甜味更明顯,該實驗結果與感官分析結果相符合。表8反映了不同處理青稞粉味覺響應值的方差分析情況,可以看出,不同處理青稞粉之間味覺響應值均呈現顯著性差異(P<0.05),可能是因為熱處理會使淀粉顆粒和蛋白結構發生破壞,共價鍵斷裂,促進了糖基化反應發生,從而發生美拉德反應。圖3中主成分分析法將數據降維并通過PCA圖上的距離表征不同青稞粉間的差異。PC1和PC2的貢獻率分別是75.4%和24.3%,總貢獻率達到99.7%,研究表明,總貢獻率大于80%即可表明樣品的整體滋味輪廓。SQ、CQ、ZQ分別聚集在第四、三、一象限,且不同處理的青稞粉在二維空間內的區域距離相隔較遠,說明不同樣品之間差異顯著,可利用電子舌進行有效區分,這與方差分析的結果顯示一致。

圖2 不同熱處理青稞粉電子舌味覺響應值雷達圖

圖3 熱處理青稞粉電子舌主成分分析圖

表7 不同熱處理青稞粉電子舌響應值

表8 方差分析表

2.4 不同熱處理對青稞粉電子鼻的影響

通過電子鼻對不同處理青稞粉中的揮發性風味物質進行直觀的分類,其響應值如圖4雷達圖和表9所示,青稞粉在W1S有極高的響應值,且熱處理之后響應值顯著下降,說明烷類化合物中青稞粉中最主要的揮發性成分,加熱處理會破壞碳碳單鍵或碳氫鍵。此外,W1C及W1W傳感器響應值也發生顯著變化(P<0.05),W1C主要反映芳烴化合物,W1W主要反映硫化合物,熱處理過程中由于淀粉破壞已經蛋白質變性,淀粉中的醇羥基以及蛋白質中的二硫鍵發生斷裂,產生芳烴化合物和含硫化合物。

圖4 青稞粉電子鼻響應值雷達圖

表9 不同熱加工處理對青稞粉的電子鼻響應值的影響

表10反映了不同青稞粉揮發性成分的方差分析情況,由表可知,青稞粉經熱處理后,W3C、W6S、W5C、W2S、W3S傳感器響應值差異不顯著(P<0.05),且在雷達圖(圖4)中的響應值基本重疊,說明青稞粉經熱處理后的揮發性風味在氨類、氫化物、短鏈烷烴類、芳香成分、醇類、醛酮類及長鏈烷烴類等揮發性物質基本相似,未發生明顯變化。但W1C、W5S、W1S、W1W、W2W傳感器響應值差異顯著(P<0.05),說明不同處理青稞粉揮發性物質在芳烴化合物、氮氧化合物、甲基類、硫化合物和芳烴化合物等揮發性成分及含量顯著下降(P<0.05),主要是由于加熱過程中脂肪發生氧化,糖類發生美拉德反應導致的,而硫化物在炒制過程中升高則是因為高溫炒制會促進美拉德反應。圖5是電子鼻響應值的主成分分析圖,PCA分析目的是將數據降維,可以看出PC1和PC2的貢獻率分別是89.0%和10.2%,總貢獻率是99.2%,涵蓋了樣品的大部分信息。在PCA模型中,不同處理青稞粉雖然在二維區域內的空間距離較近,但CQ處于第四象限,SQ分散在第二、三象限,ZQ處于第四象限,仍可利用電子鼻將不同處理青稞粉進行有效區分。

圖5 青稞粉電子鼻主成分分析

表10 方差分析表

3 結論

通過感官剖面分析結合色度儀、電子舌、電子鼻技術等智能感官分析,針對不同熱處理的青稞粉進行了滋味品質評價分析。研究結果表明:青稞粉經熱處理后,顏色亮度下降,色澤向紅、黃轉移,此外,通過電子舌和電子鼻技術結合雷達圖譜和PCA分析,對不同處理的青稞粉進行了更直觀的差異分析,結果發現熱處理后的青稞粉味覺和揮發性物質差異顯著,芳烴化合物、氮氧化合物和甲基類化合物下降,硫化物升高,可利用電子舌、電子鼻等智能感官儀器對青稞粉進行有效的快速區分,且智能感官分析與感官評價結果相一致。不同熱處理青稞粉色澤、滋味、氣味、等品質特征具有顯著差異,這為青稞谷物類產品的研究開發提供了參考。