3種干燥方式對香菇揮發(fā)性物質(zhì)及感官特性的影響

魯加惠,張雨露,梁 進(jìn),張 梁,張海偉

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院,安徽省農(nóng)產(chǎn)品加工工程實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥 230036)

香菇(Lentinulaedodes)素有“菇中之王”美稱,風(fēng)味獨(dú)特,深受消費(fèi)者的喜愛,在我國種植已有800多年歷史[1]。新鮮香菇的保鮮期約3 d,其采后仍能通過自身呼吸作用,消耗菇體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì),導(dǎo)致菌蓋褐變、開傘、水分喪失,甚至木質(zhì)化,降低其營養(yǎng)價(jià)值和商品性[2]。因此香菇采后常通過干燥技術(shù)加工成干制品,便于貯藏,同時(shí)形成香菇特有的風(fēng)味。

目前香菇干燥方式主要有熱風(fēng)干燥(Hot-Air Drying,HAD)、真空冷凍干燥(Freeze Drying,FD)、微波干燥(Microwave Drying,MVD)、微波真空冷凍干燥(Microwave Vacuum Freeze-Drying,MVFD)等。HAD的設(shè)備成本低、操作方便,同時(shí)熱風(fēng)(65～80 ℃)能使香菇內(nèi)還原糖與蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng),形成濃郁的香菇特征風(fēng)味,所以HAD是香菇加工的常用方式[3-5]。FD能較完整的保留物料的營養(yǎng)物質(zhì)、形狀且干制品的復(fù)水速率和復(fù)水性好[6]。MVFD將微波與真空冷凍干燥技術(shù)聯(lián)合,在干燥過程中利用微波提供物料所需的升華潛熱,使物料中的固態(tài)水直接升華為水蒸氣。研究表明采用MVFD加工雙孢菇片、芒果片、秋葵、海參等,使得干燥效率提高、復(fù)水性增加,并能保持良好的營養(yǎng)與感官品質(zhì)[7-10]。香菇的揮發(fā)性物質(zhì)是香菇風(fēng)味的重要組成部分,不同的加工方式對香菇揮發(fā)性物質(zhì)有顯著的影響,導(dǎo)致香菇風(fēng)味屬性及強(qiáng)度不同。因此,比較不同干燥方式加工的香菇干制品揮發(fā)性物質(zhì)和干制及復(fù)水熟制品感官特性變化,是評價(jià)香菇品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。

目前,國內(nèi)外利用電子鼻、HS-SPME-GC-MS技術(shù)區(qū)分和鑒定香菇及香菇干制品揮發(fā)性物質(zhì)的研究較多。李文等[11]利用電子鼻系統(tǒng)對不同生長階段的香菇子實(shí)體風(fēng)味進(jìn)行差異區(qū)分,結(jié)果發(fā)現(xiàn)香菇子實(shí)體在成熟期、未開傘生長階段與菌蓋完全開傘后風(fēng)味有較顯著差異。薛佳、劉靜等研究發(fā)現(xiàn),鮮香菇中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為酮類、醇類和含硫化合物,干制后的香菇中醇類和酮類化合物均減少,酸類化合物均增加[12-13]。有研究者報(bào)道,干香菇中主要揮發(fā)性物質(zhì)為含硫類化合物,具有類似于洋蔥、大蒜的炒香味,其中香菇素(1,2,3,5,6-五硫雜環(huán)庚烷)被認(rèn)為是香菇香氣中最主要的風(fēng)味化合物[14-16]。安晶晶等[17]利用同時(shí)蒸餾萃取、GC-MS技術(shù)分析比較了鮮、干香菇的風(fēng)味成分,結(jié)果發(fā)現(xiàn)鮮香菇中八碳化合物含量為44.13%,含硫化合物含量為21.53%;干香菇中八碳化合物含量為10.28%,含硫化合物含量為49.29%。Politowicz等[18]利用HS-SPME-GC-MS和GC-FID技術(shù)亦發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律,即干香菇中八碳化合物較鮮香菇顯著減少,含硫化合物顯著增加。但對于不同干燥方式的香菇干制品揮發(fā)性物質(zhì)變化與感官特性的定量分析和研究較少。

本實(shí)驗(yàn)以整鮮香菇為對象,分別采用HAD、FD與三段式微波真空冷凍干燥(Three-stage Microwave Vacuum Freeze-drying,TS-MVFD)技術(shù)干燥加工,利用電子鼻結(jié)合HS-SPME-GC/MS探討不同干燥方式下香菇干制品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成及其特征變化,并通過標(biāo)度法定量分析3種香菇干制品及復(fù)水熟制后的感官特性,以期為香菇干制品加工及品質(zhì)分析提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮香菇 購于安徽省合肥市周谷堆農(nóng)貿(mào)市場,運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后放置在溫度(4±1) ℃,相對濕度90%±5%的冷庫中貯藏備用,挑選未開傘、無霉變、蟲蛀,且菌蓋直徑在(5±1) cm的香菇樣品用于干燥實(shí)驗(yàn)。

NJL07-9 型微波真空冷凍干燥爐 南京杰全微波設(shè)備有限公司;Christ Gamma 1-16 LSC plus真空冷凍干燥機(jī) 德國Christ 公司;GZX-9246 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;PEN3型號電子鼻 德國AIRSERSE 公司;Agilent 7890A-5975C GC-MS 聯(lián)用儀,配有HP-5MS(0.25 mm×0.25 μm×30 m nominal)色譜柱 美國安捷倫公司;聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯萃取頭(PDMS/DVB,65 μm) 美國supelco公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 熱風(fēng)干燥 參考涂寶軍等[15]方法,并稍作修改。香菇去柄后平鋪在干燥箱載料盤上,熱風(fēng)溫度70 ℃,干燥至終點(diǎn)濕基含水量13%(wet basis moisture content,w.b.)以下時(shí)即完成干燥。

1.2.2 真空冷凍干燥 參考趙圓圓等[19]方法,并稍作修改。香菇去柄后置于-80 ℃預(yù)凍8 h,放入真空凍干機(jī)中,設(shè)置加熱板溫度為30 ℃,冷阱溫度降到-40 ℃,真空度設(shè)置為50 Pa,干燥至終點(diǎn)含水量為13%(w.b.)以下時(shí)即完成干燥。

1.2.3 三段式微波真空冷凍干燥 香菇去柄后于-80 ℃預(yù)凍結(jié)8～12 h。先開啟冷阱使干燥腔內(nèi)溫度降至-35 ℃以下,放入預(yù)凍結(jié)香菇物料,隨后開啟真空泵。當(dāng)真空度低于100 Pa時(shí)開啟微波加熱。本文基于先前研究,采用三段式微波真空冷凍干燥:第一階段微波功率10～20 W,運(yùn)行30 min,香菇失水率5%±0.5%(w.b.)。第二階段50 W干燥3 h,干燥至含水量30%±0.5%(w.b.),第三階段,30 W干燥1.5 h,含水量低于13%(w.b.)時(shí)即認(rèn)為干燥完成。本方法中三個(gè)階段的微波功率選擇是前期已經(jīng)優(yōu)化過的。

1.2.4 水分含量 烘箱直接干燥法,參照GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》方法[20]。

1.2.5 電子鼻測定 參考李文等[11]方法,并稍作修改。干制香菇樣品粉碎過60目篩,準(zhǔn)確稱取1.0 g 樣品置于100 mL頂空瓶中,加蓋密封,室溫下靜置平衡30 min后檢測。電子鼻測定參數(shù):清洗時(shí)間120 s;歸零時(shí)間5 s;預(yù)進(jìn)樣時(shí)間8 s;測定時(shí)間60 s,載氣流速400 mL/min。每個(gè)樣品測定6次。

利用電子鼻自帶的WinMuster軟件進(jìn)行主成分分析與判別因子分析。

1.2.6 HS-SPME-GC-MS檢測香菇干制品揮發(fā)性物質(zhì)

表1 香菇感官屬性的定義及參比Table 1 Definition and reference of Letinous edodes sensory attributes

1.2.6.1 揮發(fā)性物質(zhì)的提取 參考鄧龍等[21]方法,并稍作修改。準(zhǔn)確稱取1.0 g香菇粉末樣品(過60目篩),置于20 mL SPME樣品瓶中,封口,在50 ℃恒溫水浴中平衡30 min。萃取頭預(yù)先在GC進(jìn)樣口250 ℃老化30 min去除雜質(zhì),然后插入樣品瓶中,萃取40 min。萃取完成后,迅速移出萃取頭,立即插入GC-MS氣相色譜進(jìn)樣口,于250 ℃ 解吸3 min,同時(shí)啟動儀器采集數(shù)據(jù)。

1.2.6.2 揮發(fā)性物質(zhì)的分析 參考鄧龍等[21]方法,并稍作修改。GC/MS條件:色譜柱為HP-5MS 5% Phenyl Methyl Silox石英毛細(xì)管柱;進(jìn)樣口溫度250 ℃;升溫程序:初始柱溫40 ℃,保持3 min,以6 ℃/min上升至120 ℃,保持2 min,再以10 ℃/min升至230 ℃:載氣(He)流量1 mL/min;柱前壓力10 psi;不分流進(jìn)樣。

MS條件:采用全掃描模式采集信號;電離方式EI+,電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;接口溫度260 ℃;質(zhì)量掃描范圍m/z 45～500。

1.2.6.3 揮發(fā)性風(fēng)味化合物的定性定量分析 所得GC-MS檢測結(jié)果通過計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(NIST11)檢索處理,利用C8～C20正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間計(jì)算各個(gè)色譜峰的保留指數(shù),并參考已發(fā)表的文獻(xiàn)定性鑒定檢出成分,確定揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)組成,統(tǒng)計(jì)匹配度大于80%的揮發(fā)性成分,按面積歸一法計(jì)算各成分的相對含量。

1.2.7 感官評價(jià) 評價(jià)小組由12位評價(jià)人員(年齡:20～60歲;男性4位,女性8位)組成,在評價(jià)前經(jīng)過基本的味覺、嗅覺、香菇的感官屬性、標(biāo)度方法培訓(xùn),培訓(xùn)時(shí)間大于20 h,并且對香菇無特殊的喜愛或厭惡感。

標(biāo)尺采用5點(diǎn)數(shù)字標(biāo)度,增量為0.5,來量化香菇各屬性的強(qiáng)度,其中0表示無,5表示極強(qiáng)。

參比樣均選用市售某品牌干香菇,香菇感官屬性、定義、參比樣強(qiáng)度見表1[22-24]。

香菇熟制方法:先在40 ℃水中復(fù)水40 min(干香菇∶水=1∶40)。取100 g復(fù)水香菇樣品于1000 mL沸鹽水(含Nacl 4‰)中煮制5 min,撈出冷卻至室溫備用。

樣品采用隨機(jī)三位數(shù)編碼,平衡排序呈送。每個(gè)樣品測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Origin 9.0軟件統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差,并繪制圖表。應(yīng)用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析,采用Duncan新復(fù)極差法比較因素水平間的差異(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式對香菇干燥曲線的影響

從圖1的干燥曲線可以看出,香菇含水率達(dá)到13%,干燥方式ST-MVFD、FD、HAD所需時(shí)間分別是5、7.5和14 h。TS-MVFD的干燥時(shí)間最短,干燥速率最大,在干燥過程中先是一段時(shí)間的升速干燥階段后轉(zhuǎn)為降速解析階段,干燥階段沒有恒速干燥[10]。FD分為升華干燥和解吸干燥階段,在解析階段需要將物料內(nèi)部較緊密的結(jié)合水除去,干燥速率明顯下降,且傳熱效率低,所以在凍干過程中解吸時(shí)間較長[6]。HAD加熱由表及里,干燥脫水速率較慢,且干燥速度保持相對較平恒[25]。TS-MVFD對物料的穿透加熱效果要明顯優(yōu)于FD,尤其是在物料水分含量低的情況下更能體現(xiàn)出介電加熱的優(yōu)勢,比傳統(tǒng)冷凍干燥時(shí)間縮短一半以上[26]。

圖1 不同干燥方式對香菇干燥曲線的影響Fig.1 The profiles of mushroom moisture content under different drying methods

2.2 電子鼻分析不同干燥方式對香菇揮發(fā)性物質(zhì)的影響

圖2是三種干燥方式下香菇干制品的電子鼻指紋雷達(dá)圖。電子鼻傳感器S7、S9和S2對干香菇揮發(fā)性物質(zhì)響應(yīng)值信號明顯較高,由PEN3傳感器的敏感性特征可知,S7,S9和S2傳感器分別對硫化類物質(zhì)、芳香有機(jī)硫化物質(zhì)、氮氧化合物靈敏,說明香菇干制品中特征揮發(fā)性物質(zhì)主要為含硫化合物[1],且三種干燥方式香菇干制品揮發(fā)性物質(zhì)在S2、S7傳感器的響應(yīng)值差異顯著(P<0.05),其中HAD方式產(chǎn)品的氣味強(qiáng)度較大,這可能與加工過程中較高的溫度有關(guān)[13]。

圖2 香菇干制品的電子鼻指紋雷達(dá)圖Fig.2 Electronic nose odor radar fingerprints of dried mushrooms

對電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行主成分分析(Principle Component Analysis,PCA)和判別因子分析(Discriminant Factor Analysis,DFA)(圖3)。從圖3中可以看出,PCA的第1和第2主成分貢獻(xiàn)率分別為73.13%、20.21%;DFA的第1和第2主成分貢獻(xiàn)率分別為62.00%、32.00%,PCA和DFA總貢獻(xiàn)率分別達(dá)到93.34%和94.00%,幾乎提取了原始數(shù)據(jù)的全部信息,用其代表香菇的電子鼻整體信息可信度非常高。從PCA圖和DFA圖均可以看出,三種干燥方式的香菇干制品被顯著地分為3個(gè)部分,位于圖的不同的象限中,分離程度很大,說明三者的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異非常顯著,電子鼻結(jié)合PCA或DFA可以很好地區(qū)分三種干燥方式加工的香菇。

圖3 不同干燥方式的香菇干制品PCA和DFA圖Fig.3 PCA and DFA of dried mushroom samples with different drying methods注:a、b分別代表PCA和DFA圖。

2.3 GC-MS分析不同干燥方式對香菇主要揮發(fā)性物質(zhì)的影響

三種方式干燥的香菇干制品中主要揮發(fā)性物質(zhì)的種類和相對含量分析結(jié)果見表2。經(jīng)鑒定分析發(fā)現(xiàn),ST-MVFD、FD、HAD分別檢出56種、44種、40種揮發(fā)性物質(zhì)(表2),主要包括醇類、烷烴類、醛類、苯類和含硫類化合物。從圖4和表2可以看出TS-MVFD香菇干制品種主要揮發(fā)性物質(zhì)為烷烴類、硫類化合物,如1-辛烯-3醇、十一烷、香菇素等;FD樣品中主要揮發(fā)性物質(zhì)為醇類和烴類物質(zhì),如1-辛烯-3醇、十一烷、乙醛;HAD樣品中含硫化合物含量較高,主要有二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、香菇素等。因?yàn)樵诟稍镞^程中TS-MVFD和FD的加工溫度相近,相比較于HAD,二者揮發(fā)性物質(zhì)較相似,與電子鼻檢測結(jié)果一致(圖3a)。

表2 三種不同方式干燥的香菇主要揮發(fā)性成分及相對含量SPME-GC-MS分析結(jié)果Table 2 SPME-GC/MS analysis results of major volatile compounds and relative amount of dried mushroom samples with three different drying methods

續(xù)表

注:“nd”表示未檢出。

圖4 不同干燥方式對香菇樣品中揮發(fā)性物質(zhì)種類的影響Fig.4 Effects of different drying methods on varieties of volatile components in mushroom samples

干香菇中主要揮發(fā)香氣成分為含硫類化合物,其中香菇素被認(rèn)為是香菇特征性香氣中最主要的風(fēng)味化合物[14-16]。本實(shí)驗(yàn)中,HAD香菇中香菇素含量高于其它兩種香菇且含硫化合物的種類最多,而FD香菇中香菇素含量最低。這與電子鼻檢測結(jié)果相一致,即對硫化物敏感的S7傳感器對HAD香菇揮發(fā)性物質(zhì)響應(yīng)值最高,對FD樣品響應(yīng)值最低。

干香菇中還含有醛類、醇類、酮類,酯類,和烷烴類等化合物,這些揮發(fā)性物質(zhì)在香菇風(fēng)味中起到一定的調(diào)和互補(bǔ)作用(表2)。其中醇類物質(zhì)1-辛烯-3醇是新鮮香菇中含量很高的八碳化合物,它具有濃郁的蘑菇風(fēng)味,被稱為“蘑菇醇”,該化合物不穩(wěn)定,遇熱會分解,溫度越高,破壞越大[27]。本實(shí)驗(yàn)中HAD香菇中1-辛烯-3醇含量最低,顯著低于FD和TS-MVFD香菇,這可能會影響到香菇制品的風(fēng)味。此外,一些吡嗪類和吡啶類化合物具有烤香味、肉香味,吡嗪類雜環(huán)化合物是美拉德反應(yīng)的重要產(chǎn)物之一,與香菇風(fēng)味亦密切相關(guān)[28]。

2.4 不同干燥方式對香菇感官品質(zhì)的影響

相比較于FD和TS-MVFD香菇干制品,HAD香菇菌褶與菌蓋色澤更深、皺縮度與硬度更大、硫味更濃,香菇味差異不顯著(圖5)。這可能由于熱風(fēng)干燥導(dǎo)致香菇物料皺縮,內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)交疊;硫味強(qiáng)度最高,與電子鼻及HS-SPME-GC-MS分析結(jié)果一致(圖2、表2)。TS-MVFD香菇皺縮度顯著高于FD香菇,但菌褶與菌蓋色澤及硬度變化與FD相似,且香菇味、硫味高于FD香菇。這可能因?yàn)槲⒉ㄌ峁┑臒嵩诟稍锴捌趯ξ锪嫌休p微的膨化作用,導(dǎo)致一定的皺縮;另外微波熱有利于香菇特殊的香氣物質(zhì)產(chǎn)生,而且非酶褐變的美拉德反應(yīng)也會促使部分香氣產(chǎn)生[4],故干燥溫度最低的FD香菇氣味最淡。

圖5 不同干燥方式對香菇干樣感官特性的影響Fig.5 Effects of different drying methods on sensory characteristics of dry mushrooms

三種干燥方式的香菇干制品復(fù)水并且熟制后的感官特性見圖6。在外觀方面,HAD香菇的色澤最深,這也表示色澤的變化是不可逆的[23]。在氣味方面,煮制后的FD樣品香菇氣味還是最淡的,而TS-MVFD樣品的香菇味強(qiáng)度卻接近了HAD樣品,這可能是在煮制過程中熱處理促進(jìn)了香氣物質(zhì)的生成。在風(fēng)味方面,咀嚼過程中TS-MVFD樣品的香菇味最濃,甚至超過了HAD樣品;TS-MVFD在鮮味、甜味和回甘屬性上均最高,這可能是因?yàn)槲⒉ㄕ婵绽鋬龈稍锊粌H保留了樣品的營養(yǎng)物質(zhì),而且增加了呈味氨基酸的含量[29]。有研究報(bào)道真空微波冷凍聯(lián)合干燥對鐵棍山藥、小米等品質(zhì)影響較小,能較好的保留原料中的營養(yǎng)物質(zhì)[30-31]。李書紅等[32]報(bào)道低溫、真空干燥能較大程度的保留即食扇貝柱呈味氨基酸的含量。在口感方面,HAD樣品的口感較硬,咀嚼比較費(fèi)力,而FD和TS-MVFD樣品較容易咀嚼;在彈性、嫩度、平滑度、多汁性方面,TS-MVFD香菇的強(qiáng)度最高,且在殘?jiān)鼘傩陨鲜亲畹偷?。這可能與干燥過程中香菇形成的細(xì)小均勻的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[19]。

圖6 不同干燥方式對煮制香菇的感官特性影響Fig.6 Effects of different drying methods on sensory characteristics of cooking mushrooms

3 結(jié)論

香菇脫水至13%以下,TS-MVFD干燥時(shí)間僅需要5 h,比傳統(tǒng)冷凍干燥時(shí)間縮短一半以上。電子鼻結(jié)合PCA或DFA能良好區(qū)分三種干燥方式的香菇干制品。TS-MVFD、FD、HAD香菇干制品中分別檢出56種、44種、40種揮發(fā)性物質(zhì)。TS-MVFD的香菇干制品中主要為烷烴類、硫類,如1-辛烯-3醇、十一烷、香菇素等;FD中主要為醇類和烴類物質(zhì),如1-辛烯-3醇、十一烷、乙醛;HAD中含硫化合物含量較高,主要有二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、香菇素等。香菇干制品的感官特性就色澤及形態(tài)保持看,FD處理最好,TS-MVFD的香菇氣味更濃。復(fù)水熟制后,TS-MVFD香菇樣品的風(fēng)味、口感明顯優(yōu)于HAD和FD干燥產(chǎn)品。因此,TS-MVFD干燥香菇品質(zhì)較優(yōu),且相對干燥時(shí)間短,是一種有推廣價(jià)值的干燥方式。