烤制甘薯香味的研究進(jìn)展

楊金初，郝輝，馬宇平，陳芝飛，張展，高明奇，董艷娟，趙志偉，于建春，聶聰

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南鄭州450000）

烤制甘薯香味的研究進(jìn)展

楊金初，郝輝，馬宇平*，陳芝飛，張展，高明奇，董艷娟，趙志偉，于建春，聶聰

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南鄭州450000）

烤制甘薯是我國(guó)歷史悠久的休閑食品，其濃郁、誘人的香味深受大眾喜愛(ài)。綜述國(guó)內(nèi)外關(guān)于烤制甘薯香味的研究進(jìn)展，重點(diǎn)論述烤制甘薯香味的形成機(jī)制、關(guān)鍵揮發(fā)物、關(guān)鍵前體物，分析加熱方式影響甘薯香味的原因，為指導(dǎo)甘薯制品加工提供一些理論參考。

甘薯；烤制；香味；美拉德反應(yīng)；麥芽酚

烤制甘薯，又名烤地瓜，由于其香甜可口的味道和外焦內(nèi)嫩的質(zhì)地而成為我國(guó)著名的街頭小吃。上世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)外學(xué)者對(duì)烤制甘薯香味成分進(jìn)行了大量研究［1-10］。而國(guó)內(nèi)對(duì)甘薯的研究主要局限在甘薯淀粉加工［11-13］、天然產(chǎn)物提?。?4-17］、保健食品開(kāi)發(fā)［18-22］、新品種選育［23-25］等領(lǐng)域。由于國(guó)內(nèi)對(duì)烤制甘薯香味成分及其形成機(jī)制認(rèn)識(shí)不足，這在很大程度制約了甘薯加工業(yè)的發(fā)展。因此，系統(tǒng)總結(jié)烤制甘薯香味的形成機(jī)制、關(guān)鍵揮發(fā)物、關(guān)鍵前體物，深入分析加熱方式影響甘薯香味的原因具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1烤制甘薯香味的形成機(jī)制

熱誘導(dǎo)碳水化合物降解反應(yīng)是熟制食品揮發(fā)物形成的常見(jiàn)途徑［26-30］。由于甘薯的碳水化合物含量高，類似的化學(xué)反應(yīng)也可能在加熱期間發(fā)生。碳水化合物的熱降解產(chǎn)物包括大量揮發(fā)性成分［31］，其中美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)是最重要的兩個(gè)途徑［4］。1995年，Sun J-B等發(fā)現(xiàn)麥芽酚只在甘薯不溶性級(jí)分和熱解甘薯中出現(xiàn)，不管有無(wú)麥芽糖，糖的熱降解產(chǎn)物都不存在麥芽酚。這些結(jié)果表明，麥芽酚的形成取決于除糖之外的其他物質(zhì)。由于烤制甘薯中鑒定的大量揮發(fā)物（如糠醛、麥芽酚、異麥芽酚）與氨基酸存在時(shí)，碳水化合物熱降解的揮發(fā)物相同，故美拉德反應(yīng)可能在烤制甘薯特征香味的合成過(guò)程中起著重要作用［5］。2000年，董志文通過(guò)比較生鮮甘薯和烤制甘薯的風(fēng)味差異，推測(cè)烤制甘薯的主體香氣是由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的［32］。

2000年，Wang Y等采用GC、GC-MS、AEDA-GCO分析了烤制甘薯的香味提取物，認(rèn)為烤制甘薯特征香味的產(chǎn)生涉及美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、Strecker降解、脂類和類胡蘿卜素降解、糖苷萜類的熱釋放等［8］。2001年，Wang Y等采用GCO測(cè)定了烤制甘薯的揮發(fā)性提取物，結(jié)果表明一組美拉德反應(yīng)/焦糖化反應(yīng)產(chǎn)物具有最高的香氣稀釋因子，這說(shuō)明美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)對(duì)于烤制甘薯的香氣起著重要作用［9］。2003年，Wang Y等將烤制甘薯風(fēng)味活性化合物按來(lái)源分為美拉德反應(yīng)/焦糖化反應(yīng)產(chǎn)物、Strecker降解產(chǎn)物、類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、脂質(zhì)衍生化合物、萜類化合物5類，并比較了Jewel、Centennial、GA90-10、GA90-16、GA90-56、GA90-167六個(gè)烤制甘薯品種香味活性化合物的差異，結(jié)果表明美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)是多數(shù)的烤制甘薯品種的香味活性化合物主要來(lái)源［10］。

1994年，Sun J-B研究了加熱溫度和微波預(yù)處理對(duì)甘薯糖類和揮發(fā)物形成的影響，證明烤制甘薯大部分香味成分來(lái)源于2個(gè)基本步驟：麥芽糖的酶催化合成和一系列熱降解反應(yīng)。任何一步受到抑制，甘薯香味化合物將會(huì)出現(xiàn)巨大的定性、定量差異［4］。在加熱溫度較低（如85℃）時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生典型的烤制甘薯香氣，Sun J-B認(rèn)為熱反應(yīng)可能是合成特征香味物質(zhì)必不可少的步驟［5］。由于麥芽糖是烤制甘薯香氣合成過(guò)程中的一種關(guān)鍵底物［4］，Sun J-B斷定：烤制甘薯特征香氣的合成還涉及酶促反應(yīng)［5］。通過(guò)α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用，甘薯淀粉先后被水解為麥芽糖和還原性單糖。在蛋白質(zhì)和/或氨基酸提供了氮源的條件下，單糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生大量揮發(fā)性化合物。

綜上所述，烤制甘薯特征香味的形成涉及酶促反應(yīng)和熱反應(yīng)，包括美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、Strecker降解、脂類和類胡蘿卜素降解、糖苷萜類的熱釋放等，主要為美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，并以美拉德反應(yīng)作用最為顯著。

2烤制甘薯香味成分的分析

2.1烤制甘薯香味成分的種類

上世紀(jì)80年代以來(lái)，烤制甘薯香味成分分析已經(jīng)成為食品科學(xué)、園藝學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，大量的揮發(fā)性化合物從烤制甘薯中鑒定出［1-7］。

1985年，Tiu C S等采用GC-HS從烤制甘薯中發(fā)現(xiàn)了27種揮發(fā)性化合物，嗅覺(jué)分析表明其中2，3-戊二酮、2-乙酰呋喃、甲基糠醛、芳樟醇等5種揮發(fā)物對(duì)香味有利，正己烷、糠醛、三甲基苯、2-戊基呋喃等8種揮發(fā)物對(duì)香味不利［7］。1993年，Sun J-B等采用GCMS從烤制甘薯中鑒定了23種揮發(fā)性化合物，其中含量較大的有2-糠醛、2-糠醇、苯甲醛、甲基糠醛、苯乙醛、5-羥基麥芽酚等［3］。1995年，Sun J-B等采用GC-MS分析了三種甘薯級(jí)分（不溶性級(jí)分、極性級(jí)分、非極性級(jí)分）和正常甘薯組織的揮發(fā)性熱分解產(chǎn)物。研究表明，不溶性級(jí)分與熱解甘薯中鑒定出的揮發(fā)性熱分解產(chǎn)物在定性上是類似的，但不溶性級(jí)分不含苯乙醛；極性級(jí)分的熱降解產(chǎn)生丙酮醇、糠醛、糠醇和5-羥甲基-2-糠醛（HMF），屬于典型的糖衍生揮發(fā)物；非極性級(jí)分中鑒定的揮發(fā)物包括丙酮醇、糠醛、甲基糠醛、糠醇和β-紫羅蘭酮等［5］。2000年，Wang Y等采用GCFID在烤制甘薯香味提取物中發(fā)現(xiàn)了大約60種揮發(fā)性化合物，并鑒定出了48種，包括雜環(huán)化合物、醛類、醇類、酮類、酸類、芳香烴和萜類化合物，其中24種化合物鮮見(jiàn)在烤制或新鮮甘薯中報(bào)道［8］。2000年，董志文對(duì)烤制甘薯的香氣進(jìn)行分析，認(rèn)為其主體香氣是美拉德反應(yīng)物，其主要成分為糠醛、呋喃酮、二甲基四氫呋喃、甲基環(huán)戊烯醇酮、2-乙酰基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、甲硫代丙醛、4-甲基-5-羥基噻唑等［32］。2013年，Nakamura A等采用GC-MS從Ayamurasaki、Beniazuma和Simon 1三個(gè)甘薯品種的精油中鑒定出了75種揮發(fā)性化合物，三個(gè)甘薯品種分別各占91.6%、84.1%和87.7%。其中Ayamurasaki甘薯精油的主要成分是棕櫚酸、苯乙醛、愈創(chuàng)木酚、乙烯基愈創(chuàng)木酚等。研究還鑒定出了18種香氣活性化合物，包括苯乙醛（花香）、麥芽酚（甜香）和甲硫基丙醛（土豆味）［33］。

2.2烤制甘薯香味的關(guān)鍵揮發(fā)物

為了鑒定烤制甘薯的關(guān)鍵風(fēng)味揮發(fā)物，Sun J-B等采用GC-MS分析了甘薯塊根級(jí)分的熱降解產(chǎn)物［5］。在加熱（200℃）過(guò)程中，甘薯塊根中不溶于甲醇和二氯甲烷的組分產(chǎn)生了與傳統(tǒng)烤制甘薯類似的揮發(fā)性物質(zhì)，其主要成分包括淀粉、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、大分子化合物以及其他不溶性物質(zhì)。非極性的二氯甲烷級(jí)分和極性的甲醇級(jí)分熱降解產(chǎn)生的揮發(fā)物與傳統(tǒng)烤制甘薯?yè)]發(fā)物的色譜圖不同。因此，關(guān)鍵揮發(fā)物形成的最初反應(yīng)可能在不溶于甲醇和二氯甲烷的成分中發(fā)生，這一級(jí)分中的物質(zhì)可能是烤制甘薯香味前體物質(zhì)的主要來(lái)源［3，5］。

Tiu C S等通過(guò)對(duì)烤制甘薯?yè)]發(fā)性化合物進(jìn)行GCO感官評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)2種未知化合物具有甘薯的特征香味［7］。1995年，Sun J-B等使用制備氣相色譜儀對(duì)傳統(tǒng)烤制甘薯中收集的揮發(fā)物進(jìn)行分級(jí)，并對(duì)各級(jí)分進(jìn)行嗅覺(jué)分析。實(shí)驗(yàn)表明，級(jí)分C和級(jí)分E被描述為與烤制甘薯香氣“相似”或“非常相似”。級(jí)分D與級(jí)分E相比僅缺少麥芽酚，卻沒(méi)有出現(xiàn)烤制甘薯香氣，80%的專家描述為與烤制甘薯香氣“不同”。兩個(gè)包含麥芽酚的級(jí)分（級(jí)分C和級(jí)分E）被認(rèn)為更類似于烤制甘薯香氣［5］。因此，麥芽酚可能是特征香氣的關(guān)鍵組分。2000年，Wang Y等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在所有揮發(fā)性化合物中，麥芽酚、苯乙醛、香葉酸甲酯的風(fēng)味稀釋因子最大［8］，這進(jìn)一步驗(yàn)證了麥芽酚的重要性。

然而，目前在烤制甘薯鑒定出的大量揮發(fā)性化合物中，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種可代表其特征香味關(guān)鍵成分的揮發(fā)物［1-3，6-7］。1995年，Sun J-B等發(fā)現(xiàn)麥芽酚的氣味與烤制甘薯并不完全一致，并斷定特征香氣是由兩種或更多的揮發(fā)物組成，其中麥芽酚只是關(guān)鍵組分之一［5］。2000年，Wang Y等通過(guò)香味提取物稀釋分析實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，苯乙醛（香水味）、麥芽酚（焦糖味）和香葉酸甲酯（糖果味）的風(fēng)味稀釋因子最大（1500），2-乙?；秽抉R鈴薯味）、2-戊基呋喃（花香）、2-乙?；量ń固鹣悖?、香葉醇（甜花香）、β-紫羅蘭酮（紫羅蘭香）的風(fēng)味稀釋因子為1 000。這些香味劑被認(rèn)為對(duì)烤制甘薯香味的貢獻(xiàn)最大。另外，1，2，4-三甲苯、2-呋喃它酮、苯甲醛、甲基糠醛、芳樟醇、異胡薄荷酮、癸醛、2，4-癸二烯醛、辛酮、α-古巴烯、4-癸內(nèi)酯以及一種未知化合物也對(duì)烤制甘薯香味有貢獻(xiàn)。然而，GCO測(cè)得的37種香味物質(zhì)都沒(méi)有烤制甘薯香味，并推測(cè)所有揮發(fā)性成分對(duì)烤制甘薯香味都有貢獻(xiàn)，其香味可能是不同類型化合物的微妙平衡［8］。

2.3烤制甘薯香味的關(guān)鍵前體物

1994年，Sun J-B等發(fā)現(xiàn)微波預(yù)處理（2 min或4 min）使甘薯產(chǎn)生的麥芽糖和揮發(fā)性香氣成分大幅度降低。在80℃條件下，微波預(yù)處理大約抑制80%麥芽糖的合成。向微波預(yù)處理甘薯中添加麥芽糖繼續(xù)烤制，除了苯乙醛，絕大多數(shù)揮發(fā)性化合物恢復(fù)。此外，與空白組相比，微波預(yù)處理甘薯的糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基-2-糠醛、呋喃它酮、麥芽酚等含量大幅增加，故可斷定：麥芽糖是烤制甘薯中很多揮發(fā)性化合物的主要前體物［4］。

在此基礎(chǔ)上，Sun J-B等還研究了加熱溫度對(duì)烤制甘薯糖含量的影響，結(jié)果表明甘薯本身麥芽糖含量很少，當(dāng)溫度升高到50℃，麥芽糖含量快速升高，在80℃達(dá)到最大值，繼續(xù)升溫則麥芽糖含量降低。烘烤溫度對(duì)果糖、葡萄糖、蔗糖幾乎沒(méi)有影響，而對(duì)麥芽糖影響較大。因此，麥芽糖是烤甘薯香味合成的關(guān)鍵前體物質(zhì)，其他糖類濃度在反應(yīng)過(guò)程中幾乎不變，不是反應(yīng)的關(guān)鍵成分［4］。

由此可見(jiàn)，烤制甘薯中存在大量的揮發(fā)性化合物，其特征香氣是由兩種或更多的揮發(fā)物組成，其中麥芽酚只是關(guān)鍵組分之一。麥芽糖是烤制甘薯香味合成的關(guān)鍵前體物質(zhì)，而甘薯中不溶于甲醇和二氯甲烷的組分可能是烤制甘薯香味前體物質(zhì)的主要來(lái)源。

3加熱方式對(duì)甘薯香味的影響

熟制甘薯?yè)]發(fā)物有兩個(gè)主要來(lái)源：（1）加熱時(shí)隨著溫度升高，甘薯中現(xiàn)存化合物的揮發(fā)性增大；（2）加熱過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生從頭合成產(chǎn)物［34］。加熱方式可影響熱穿透模式、升溫方式和樣品的周圍環(huán)境，這些都將影響新物質(zhì)的合成與現(xiàn)存成分釋放或降解速度［9］。因而，加熱方式對(duì)熟制甘薯香味有著重大影響。烤制甘薯的表現(xiàn)為焦糖味、煮糖味和甜味；煮制甘薯的香氣濃度比烤制甘薯低，香味不明顯；微波甘薯只含有非常微弱的糖果香，缺少烤制甘薯的焦糖香［9］。

3.1不同加熱方式甘薯香味成分的差異

2001年，Wang Y等通過(guò)GC、GC-MS和GCO測(cè)定了烤制、煮制和微波處理甘薯的揮發(fā)性提取物。結(jié)果表明不同加熱方法之間揮發(fā)物化學(xué)特性存在明顯的定性和定量差異，烤制、煮制和微波甘薯的風(fēng)味在感官和化學(xué)層面均有較大差異。GCO證明烤制甘薯樣品中存在37種風(fēng)味活性化合物，煮制和微波甘薯提取物中分別只有20和32種。在三種加熱方式處理的甘薯中，風(fēng)味稀釋因子≥100的揮發(fā)性化合物，烤制甘薯中有21種，煮制甘薯含有12種，微波甘薯含有14種?？局?、煮制和微波甘薯香氣活性化合物的總濃度分別為26.87、14.58、1.73 μg/kg。與傳統(tǒng)烤制甘薯相比，煮制甘薯和微波甘薯分別只獲得了54.26%和6.43%香味活性化合物［9］。正因?yàn)榭局聘适碇邪勘昏b定出的香氣活性化合物，并且濃度比煮制和微波甘薯高，所以烤制甘薯比煮制和微波甘薯香味更為濃郁。

3.2不同加熱方式甘薯香味不同的原因

煮制甘薯香味淡薄的主要原因有（1）低溫抑制美拉德反應(yīng)，Sun J-B等發(fā)現(xiàn)低溫加熱（如85℃）不能產(chǎn)生典型的甘薯烘烤香氣［4］；（2）水溶性物質(zhì)的浸出，靠近甘薯表面的極性化合物進(jìn)入水相流失，導(dǎo)致煮制甘薯的揮發(fā)性化合物含量降低；（3）熱水快速滅酶，由于水的導(dǎo)熱性強(qiáng)，沸水易使涉及香味前體物（如麥芽糖）合成和鍵合態(tài)香氣物質(zhì)釋放（如從糖苷釋放）的關(guān)鍵酶快速滅活；（4）缺少萜烯類香味化合物，一系列對(duì)烤制和微波甘薯香氣貢獻(xiàn)巨大的萜烯類化合物（如芳樟醇、香葉醇、α-古巴烯）不在煮制甘薯中出現(xiàn)。因此，煮制甘薯呈現(xiàn)的香氣濃度比烤制甘薯低，香味不明顯［9］。

微波甘薯香氣強(qiáng)度極低，為了獲得和烤制甘薯相同量級(jí)的氣相色譜圖，微波甘薯需要5倍樣品量［4］。其根本原因是其傳熱機(jī)制不同，烤制甘薯熱量遷移主要是通過(guò)傳導(dǎo)和對(duì)流實(shí)現(xiàn)的，微波甘薯熱量遷移主要通過(guò)電波滲透引起的分子振動(dòng)完成的，前者將在甘薯內(nèi)外形成溫度梯度，后者幾乎整體同時(shí)升溫［9，35］。直接原因包括（1）表面溫度低、加熱時(shí)間短、表面Aw高（水蒸氣向表面遷移所致）使得美拉德反應(yīng)速度大大降低；（2）低溫等溫和處理?xiàng)l件不利于焦糖化反應(yīng)進(jìn)行，焦糖化反應(yīng)比美拉德反應(yīng)要求的條件更嚴(yán)格，在微波條件下基本不可能發(fā)生。（3）快速升溫使得淀粉酶系統(tǒng)滅活，麥芽糖是烤制甘薯的許多揮發(fā)性化合物的一種主要前體物質(zhì)，微波處理的快速加熱鈍化了對(duì)淀粉水解和麥芽糖產(chǎn)生必不可少的淀粉酶系統(tǒng)，阻礙了麥芽糖的產(chǎn)生［4，9］。

烤制甘薯香味濃郁的的原因是：美拉德反應(yīng)的理想條件是溫度大于100℃，水分活度（Aw）0.60～0.80，而烤制食品的表面正好具備這樣的條件。用于烤制甘薯的高溫（如204℃）以及烤箱內(nèi)的低濕度導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化、焦糖化反應(yīng)和其他有利反應(yīng)的進(jìn)行［9］。1989年，Damir A.研究了加熱過(guò)程中烤制和煮制甘薯溫度和糖含量變化，實(shí)驗(yàn)表明：加熱初期的甘薯內(nèi)部升溫增強(qiáng)了淀粉酶活力，促使大量淀粉水解為還原糖。煮制和烤制甘薯傳熱方式不同，其中心溫度達(dá)到淀粉酶（主要為β-淀粉酶）的最適溫度分別需要10 min和30 min，由于烤制甘薯升溫速度慢，淀粉酶作用時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生更多的還原糖用于香味物質(zhì)的合成［36］。

烤全薯比烤薯塊（絲）更香的原因是：將整塊甘薯置于烘箱中，整個(gè)烤制過(guò)程熱量不是迅速傳遞至細(xì)胞各部位，而是從外層向內(nèi)逐層傳遞，有利于淀粉酶發(fā)揮作用，從而使烤制后的甘薯糖化程度高，甜度大，香味更好［37-38］。而薯塊（絲）升溫速度快，淀粉酶作用時(shí)間短，生成的麥芽糖含量低，不利于香味成分的產(chǎn)生［2，4］。

4結(jié)語(yǔ)

烤制甘薯香氣飄逸、香甜可口，是一種理想的香精香料來(lái)源，其香氣特征對(duì)于焙烤食品、煙草制品均有一定的適用性。然而，長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)一直忽視了對(duì)這一領(lǐng)域的研究?；趯?duì)烤制甘薯香味的不斷研究，本課題組已成功開(kāi)發(fā)了3種適用于卷煙調(diào)香的甘薯提取液和甘薯香精［39-41］，通過(guò)在卷煙加料或加香工序均勻噴灑到煙絲上，能夠凸顯卷煙“烤甜”香韻，改善其吸食品質(zhì)和感官舒適度。這一探索對(duì)于提高甘薯經(jīng)濟(jì)附加值、拓展甘薯應(yīng)用范圍，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)甘薯加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大具有重要意義。

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Review of the Aroma of Baked Sweetpotatoes

YANG Jin-chu，HAO Hui，MA Yu-ping*，CHEN Zhi-fei，ZHANG Zhan，GAO Ming-qi，DONG Yan-juan，ZHAO Zhi-wei，YU Jian-chun，NIE Cong
（Technology Center，China Tobacco Henan Industrial Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，Henan，China）

Baked Sweetpotatoes are a snack food with a long history in China.Its rich and attractive flavor is greatly popular with large customers.The article summarized the domestic and abroad research progresses on the aroma of baked sweetpotatoes.And it mainly introduced formation mechanism，critical volatiles and its precursors of the aroma of baked sweetpotatoes，as well as analyzed the reasons of cooking method affecting the aroma of sweetpotatoes.This article aims to provide some theoretical reference to guide the sweetpotato products processing.

sweetpotato；baked；aroma；Maillard reaction；maltol

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.036

2014-08-10

楊金初（1987—），男（漢），工程師，碩士，主要從事卷煙調(diào)香和卷煙配方研究。

馬宇平（1965—），男，研究員。