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(xué) 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(xué) 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(xué) 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(dǎo)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(dǎo)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(fēng)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(dǎo)了自由基的產(chǎn)生，加快氧化反應(yīng)[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(fēng)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(fēng)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(shè)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(yīng)面分析，以過氧化值和酸價作為響應(yīng)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(shè)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(shè)置3個重復(fù)，每個重復(fù)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(shè)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(shè)計單因素試驗：①第1次烘烤時間設(shè)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(shè)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(shè)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(yù)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(yīng)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(fù)測定3次。

1.3.3 感官測定 請10名經(jīng)過培訓(xùn)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(fēng)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(fù)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(yīng)面分析

表4所示：應(yīng)用Design-Expert軟件對試驗的響應(yīng)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(yīng)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(shè)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(fēng)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(fēng)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(yīng)和焦糖化反應(yīng)等是導(dǎo)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(fēng)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(yīng)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(yīng)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 ℃)。