麩胚水分含量對擠壓穩(wěn)定化回填法制備全麥掛面特征風味化合物的影響

王婷婷，許 檸，汪麗萍，張國治*

1.河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

2.國家糧食和物資儲備局科學研究院 糧油加工研究所，北京 100037

目前國民飲食中粗糧占比仍然較低，小麥粉較高的加工精度導致其中的膳食纖維、礦物質等營養(yǎng)素損失量較高。精細化的飲食結構會導致營養(yǎng)素攝入不均衡，從而引發(fā)一系列膳食疾病。食用全谷物可降低代謝綜合征類膳食疾病的風險[1]。隨著消費者科學飲食觀念的增強以及對健康、營養(yǎng)、安全膳食的需求，全麥粉逐漸進入大眾視野并開始逐步被接受，同時全麥制品展現出良好的發(fā)展?jié)摿2]。

全麥食品含有豐富的必需氨基酸、膳食纖維、礦物質元素、維生素以及生物活性物質。研究表明長期攝入全麥食品可有效改善腸胃功能、維持腸道健康[3-4]、提供較強飽腹感，間接起到減輕體質量的作用[5]，也可以降低肥胖癥及癌癥發(fā)病率、降低血脂及預防心血管疾病。麩皮和胚芽是全麥粉主要的營養(yǎng)物質來源[6]。Adom等[7]發(fā)現麩皮提取物與面粉提取物相比具有更高的抗氧化能力。小麥制品中添加麩皮會對色澤、質構、口感產生一定程度的影響[8]。麩皮的抗性細胞壁結構以及其中的風味前體物質和活性物質會在加工過程中引發(fā)風味和質地的變化。由于飲食文化和傳統(tǒng)習俗的差異，風味是衡量食物食用品質的一項重要指標。全麥食品欠佳的適口性在很大程度上限制了其發(fā)展，但研究表明全谷物制品的揮發(fā)性化合物種類較精加工谷物制品的更豐富，香氣更加馥郁[9]。目前由于全谷物食品存在加工工藝復雜、食用品質較差、容易變質、貨架期短等弊端[10]，其市場需求和生產規(guī)模均較小。穩(wěn)定化處理有助于保留全麥粉中的營養(yǎng)物質成分，降低植酸等抗營養(yǎng)物質的含量，促進膳食營養(yǎng)素更有效地吸收。擠壓膨化是全麥粉穩(wěn)定化的方式之一，會促進酚酸類和黃酮類等生物活性物質釋放，使全麥掛面的抗氧化性增強，進一步提升全麥粉的營養(yǎng)特性和食用品質。劉曉宇[11]通過對紫糯全麥產品的開發(fā)研究得到膨化度與物料水分含量呈二次拋物線關系，且在水分含量為20%時膨化度達最高值；當高于或者低于產品固定最佳水分含量時全麥面包、全麥蛋糕和全麥粥粉等產品的品質均有一定程度的下降。李治[12]的研究表明，擠壓處理后麥麩的粉碎效率與物料水分含量(30%～50%)成正比關系且在水分含量50%時粉碎效率達最高值，這可能是由于高水分含量有利于麥麩中淀粉的糊化分解，從而使物料結構疏松、多孔，利于粉碎。目前小麥粉和大豆粉的混合物料在RH 16%時可達到最優(yōu)擠出性能[13]。擠壓膨化過程中當麩胚水分含量、螺桿轉速較高，擠壓溫度較低時，蛋白質結構較為穩(wěn)定，且麩胚水分含量較高、擠壓溫度較低時維生素的損失量較小,通過控制以上條件可以有效保證全麥掛面的營養(yǎng)價值[14-15]。

由于關于水分含量對全麥食品風味影響的相關研究較少，因此作者采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用(SPME-GC-MS)結合峰面積歸一化法，測定分析擠壓穩(wěn)定化回填法制備的全麥掛面蒸煮前后揮發(fā)性化合物種類及相對含量的變化，結合相對氣味活度值(ROAV)和主成分分析討論擠壓處理時，不同水分含量麩胚擠壓后對全麥掛面關鍵風味物質的影響,有助于進一步改善全麥制品的風味特征，從而為全麥制品的深入研究開發(fā)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

粗麩皮、細麩皮、胚芽和小麥芯粉：山東峰宇面粉有限公司。

1.2 儀器與設備

SLG30-IV雙螺桿擠壓實驗機：濟南賽百諾科技開發(fā)有限公司；LH-3氣旋式氣流微粉碎機：濰坊正遠粉體工程設備有限公司；JMTD-168/140試驗面條機：北京東孚久恒儀器技術有限公司；JXFD 7 醒發(fā)箱：北京東方孚德技術發(fā)展中心；7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀：安捷倫科技有限公司；SPME萃取頭：美國Supelco公司；21-CM638電磁爐：榮事達有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 麥麩混合粉擠壓穩(wěn)定化處理及全麥粉的制備

調節(jié)麩胚混合物(12%粗麩皮、13%細麩皮、1%胚芽)的水分含量分別為13%、17%、21%、25%，進行擠壓膨化。擠壓膨化條件：腔體溫度160 ℃、螺桿轉速275 r/min。擠壓后將得到的麩胚粉碎過篩(80目)，再進行微粉碎處理得到穩(wěn)定化麩胚粉。試驗中所用的全麥粉是按小麥制粉出粉比例添加穩(wěn)定化麩胚粉于小麥芯粉中復配得到的。穩(wěn)定化麩胚粉中含有淀粉(37.25%)、粗蛋白質(17.36%)、粗脂肪(4.06%)、膳食纖維(40.20%)，小麥芯粉中含有淀粉(79.45%)、粗蛋白質(14.34%)、粗脂肪(1.28%)、膳食纖維(3.70%)，結果均以干基計。

1.3.2 掛面的制備

參考田曉紅等[16]的掛面制備工藝，按照1.3.1中方法得到小麥芯粉和全麥粉，分別制備小麥掛面和全麥掛面，并命名為生小麥、生全麥13%、生全麥17%、生全麥21%、生全麥25%，置于4 ℃冰箱中保藏。

1.3.3 掛面煮制時間測定

按照LS/T 3212—2014《掛面》測定掛面樣品的最佳煮制時間，將煮制后得到的樣品分別命名為熟小麥、熟全麥13%、熟全麥17%、熟全麥21%、熟全麥25%。

1.3.4 SPME-GC-MS檢測

樣品固相微萃取條件:將固相微萃取頭于進樣口內280 ℃老化20 min。稱取2 g、長約0.5 cm段狀掛面樣品于15 mL頂空瓶中，擰緊瓶塞后置于75 ℃恒溫水浴中平衡10 min。再在75 ℃恒溫條件下進行60 min固相微萃取，解吸5 min。

氣相色譜條件、質譜條件均參考劉登勇等[17]的方法并稍加變動。GC條件：升溫程序為起始溫度35 ℃，保持5 min，以3 ℃/min速率升至150 ℃，再以5 ℃/min升至240 ℃，保持3 min。MS條件：四極桿溫度150 ℃。

1.3.5 定性定量分析

根據檢索NIST 08.L譜圖庫選擇匹配度80以上(最大值 100)的化合物，結合人工定性解析小麥掛面和全麥掛面樣品的揮發(fā)性化合物。采用峰面積歸一化法計算各化合物相對含量。

1.3.6 關鍵風味化合物確定

采用ROAV法[18]評價揮發(fā)性化合物對全麥掛面風味的貢獻程度。計算揮發(fā)性化合物ROAV。

1.4 數據分析

采用SPSS 24.0和Origin 9.5進行數據分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同水分含量麩胚制備的全麥掛面的揮發(fā)性化合物

根據掛面揮發(fā)性化合物總離子流色譜圖(圖1)，結合NIST08.L譜圖庫結果整理各項揮發(fā)性化合物。

圖1 掛面揮發(fā)性化合物總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds of noodles

2.2 全麥掛面揮發(fā)性化合物的GC-MS分析

全麥掛面揮發(fā)性化合物及其相對含量如表1所示。

表1 全麥掛面揮發(fā)性化合物及其相對含量Table 1 Volatile compounds and their relative content of whole wheat noodles

表1(續(xù))

表1(續(xù))

烷烴類化合物主要是由脂肪酸的烷氧自由基發(fā)生斷裂[19]形成的。脂肪酸氧化降解形成的衍生化合物大部分為含有支鏈的烷烴[20]。由于大部分烴類化合物的氣味閾值較高且風味活性差，因此其對全麥掛面風味貢獻度較低[21]，并非是構成風味的主要化合物[22]。醛類化合物主要是來源于小麥籽粒中的氫過氧化物異構酶和脂肪氧化酶作用于亞油酸和亞麻酸等脂肪酸氧化分解的產物[23]，也可能來源于酯類化合物發(fā)生氧化降解反應[24]、美拉德反應產物以及糖降解產物。由于醛類化合物閾值較低，因此可能為全麥掛面麥香風味的主要提供者。由表1可知，多數醛類的風味特征為脂肪味、清香味、果香味等令人愉悅的氣味。在水分含量為17%時生全麥掛面醛類化合物的相對含量最高，達30.17%。這可能是由于麩胚水分含量適當利于油脂氧化，進而促進了醛類物質的生成[25]。醇類化合物主要來源于脂肪酸氧化降解，也有部分是糖類或氨基酸經酵母代謝產生的。醇類化合物中飽和醇的閾值相對較高，但對風味影響較小；不飽和醇如1-辛烯-3-醇的閾值較低，有助于全麥掛面清香、花香、甜香味的形成，并且適宜濃度的醇類有利于酯類風味呈現。酯類化合物主要來源于醇和脂肪酸發(fā)生的酯化反應[26]，由于發(fā)生的反應存在多種潛在可能，因此可能出現的酯類化合物也會有較多種類。雖然酯類的相對含量較低，但酯類的閾值也較低，是全麥掛面濃郁果香、花香味風味的主要形成物質。麩胚水分含量17%的樣品的酯類化合物含量最高，這可能是由于適當的水分利于酯類的風味釋放。酮類化合物通常的產生途徑是醇類物質和脂肪酸的氧化以及酯類物質的分解[27]。酮類閾值較低且風味特征通常為奶油味[28]、水果味、香草味，有助于全麥掛面濃郁氣味的形成[29]。呋喃類化合物的主要特征風味是堅果味、奶油味、可可味、肉味，試驗中出現的呋喃類化合物主要是2-正戊基呋喃，為全麥掛面提供了良好風味。在以上多種揮發(fā)性化合物共同作用下，全麥掛面形成了清新麥香、烘焙焦香以及甜香味的風味主體。

目前食品中檢測出的揮發(fā)性香味化合物大部分屬于美拉德反應產物，多為醛類、酮類以及雜環(huán)類化合物。有研究表明，麩胚水分含量可能影響美拉德反應進程，從而對食品最終風味產生較大影響[30]。

2.3 蒸煮前后全麥掛面中揮發(fā)性化合物的變化

擠壓麩胚回填制備全麥掛面，可以豐富掛面中揮發(fā)性化合物的種類。生全麥掛面相較于生小麥掛面增加了67種揮發(fā)性化合物，其中正辛醛、苯乙醛、(Z)-2,4-癸二烯醛、鄰苯二甲酸二異丁酯等物質對全麥掛面的風味形成有顯著的影響。

由表1可知，全麥掛面蒸煮前后揮發(fā)性化合物種類和相對含量變化明顯。煮制后，烷烴類減少了29種，烯烴類減少了3種，這與烴類化合物升溫后會加速揮發(fā)和溶解有關。醛類增加了10種，醇類減少了1種，其中醇類化合物減少了2-己基-1-辛醇、2-丁基辛醇、2-己基-1-癸醇，增加了1-辛烯-3-醇、正辛醇。酯類減少了15種，酮類增加了6種。

2.4 不同水分含量麩胚對全麥掛面中揮發(fā)性化合物的影響

由表1可知，隨著麩胚水分含量的增加，生全麥掛面中烷烴的種類數量變化不明顯、烯烴的種類數量先增加后減少、醛和酯種類數量變化較不明顯，且生全麥掛面中烷烴、烯烴、醇類的相對含量呈現先降低后升高再降低的趨勢，醛、酯、呋喃、萘類呈現先升高后降低再升高的趨勢。隨水分含量的增加，熟全麥掛面中烷烴種類數量增多，醛和酮種類數量均呈下降趨勢。且熟全麥掛面中烷烴、烯烴、醇、酮類的相對含量呈現先升高后降低再升高趨勢，醛類的相對含量呈現先降低后升高再降低的趨勢。整體上各類物質無明顯規(guī)律性，變化呈現波動趨勢。

隨著麩胚水分含量的增加，間接增強水分作為潤滑劑的作用，可以有效降低擠壓膨化過程中原料粉所受的剪切、摩擦作用，從而導致淀粉糊化減弱，提高淀粉的降解程度，這與揮發(fā)性風味物質的釋放緊密相關。

2.5 全麥掛面關鍵風味化合物的ROAV對比分析

衡量一種揮發(fā)性化合物對于食品香氣的最終貢獻不僅要參考其含量，還要考慮其氣味閾值[31]。相對氣味活度值(ROAV)可用于確定食品中關鍵揮發(fā)性化合物。選取風味物質的感覺閾值計算ROAV的方法，進一步確定全麥掛面中的關鍵性揮發(fā)性風味物質。一般認為揮發(fā)性化合物對總體風味的貢獻度與其ROAV呈正相關，0.1≤ROAV<1的化合物對樣品的整體風味起輔助修飾作用[32]，ROAV≥1的化合物為關鍵風味化合物。對可以確定閾值的物質進行分析，全麥掛面中的風味化合物如表2所示。

由表2可知，生全麥掛面中對風味貢獻程度最高的化合物為(E)-2-壬烯醛，它為全麥掛面提供了清香味，壬醛、正己醛、正辛醛、癸醛、鄰苯二甲酸二異丁酯也對風味有較大貢獻，庚醛、苯乙醛、2-正戊基呋喃對整體風味存在一定修飾作用。隨著麩胚水分含量的增加，正己醛、庚醛、壬醛、癸醛、鄰苯二甲酸二異丁酯、2-正戊基呋喃的風味貢獻度先增加后降低，正辛醛的風味貢獻度逐漸降低。(Z)-2,4-癸二烯醛在水分含量為25%時出現且風味貢獻度達最大值100.00，對全麥掛面的風味有極顯著影響。(E)-2-壬烯醛在水分含量為13%、17%、21%時風味貢獻度達最大值100.00。

表2 全麥掛面的風味化合物Table 2 Flavor compounds of whole wheat noodles

熟全麥掛面較生全麥掛面增加了(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-2,6-壬二烯醛、2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、1-辛烯-3-醇等風味物質，為掛面增添了堅果香、土壤香、油脂香、花香、青草味、香菜味、蘑菇香、肉香等風味。

在熟全麥掛面中，2,4-癸二烯醛和(Z)-2,4-癸二烯醛相對含量顯著增加，成為關鍵風味物質，為掛面提供了雞肉香味，(E)-2-壬烯醛也是主要的風味物質貢獻者；相較于生全麥掛面，(E)-2-壬烯醛、壬醛、正己醛、正辛醛、癸醛、鄰苯二甲酸二異丁酯對風味貢獻度顯著下降，全麥掛面的清香味、堅果味和甜味有所下降。隨著水分含量的增加，壬醛的整體風味貢獻度呈下降趨勢；(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛的風味貢獻度變化不明顯；2,4-癸二烯醛在水分含量為13%和21%時，對于全麥掛面風味有一定影響；(Z)-2,4-癸二烯醛在水分含量13%、17%、21%、25%時風味貢獻度均為最大值100.00，因此它是熟全麥掛面中的主要風味來源。

2.6 全麥掛面特征風味化合物的主成分分析

采用主成分分析法對不同水分含量掛面中的16種關鍵風味物質進行分析。由表3可知，前3項主成分的特征值為11.987、1.510、1.094，均大于1，且前3項主成分的累計方差貢獻率已達91.198%>85%,則這3項可以代表16種風味物質反映掛面風味的總體特征。

表3 主成分特征值及貢獻率Table 3 Eigenvalues of the principal components and their contribution rates

掛面揮發(fā)性化合物主成分分析如圖2所示。由圖2a可知，相同水分含量的生、熟掛面主成分差異較大；不同水分含量的生全麥掛面主成分差異也較為明顯。

圖2 掛面揮發(fā)性化合物主成分分析Fig.2 Principal component analysis diagram of volatile compounds in noodles

結合PCA和ROAV結果分析可知，生全麥掛面中壬醛、癸醛、正己醛、正辛醛、(E)-2-壬烯醛(水分含量25%除外，其他水分含量ROAV均為100)、(Z)-2,4-癸二烯醛(僅在水分含量25%時ROAV為100，其余ROAV為0)、鄰苯二甲酸二異丁酯(僅在水分含量13%時ROAV小于1)、(E)-2-辛烯醛(僅在水分含量17%時ROAV大于1)、2-正戊基呋喃(僅在水分含量17%時ROAV大于1)為關鍵風味物質。

熟全麥掛面中(Z)-2,4-癸二烯醛(各水分含量下ROAV均為100.00)、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛(在水分含量13%、21%時ROAV大于1)、壬醛(僅在水分含量13%時ROAV大于1)為關鍵風味物質。

因此在全麥掛面中，壬醛、癸醛、正己醛、正辛醛、(Z)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛為最主要的風味呈現物質，賦予全麥掛面玫瑰香、果香、青草味、脂肪味、香菜味、甜味、肉香、清香味、堅果味等風味特征。

3 結論

本試驗采用擠壓膨化的方式對不同水分含量的麩胚進行加工，回填制備全麥掛面。通過SPME-GC-MS分析可知，全麥掛面中共檢測到110種揮發(fā)性化合物,生全麥掛面中烷烴類、醛類、酯類相對含量較高；熟全麥掛面中醛類、呋喃類、酮類相對含量較高。在生全麥掛面中，正己醛、正辛醛、壬醛、癸醛為主要風味物質；(E)-2-壬烯醛在水分含量為13%、17%、21%時風味貢獻度較大，在25%時并沒有檢測到該物質；鄰苯二甲酸二異丁酯在水分含量17%、21%、25%時風味貢獻較明顯，在13%時風味貢獻度較小。熟全麥掛面中(Z)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛為主要風味物質。熟全麥掛面較生全麥掛面增加了風味物質，因此呈現更加濃郁的香氣。在全麥掛面中，壬醛、癸醛、正己醛、正辛醛、(Z)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、2,4-壬二烯醛為最主要的風味呈現物質，賦予全麥掛面玫瑰香、果香、青草味、脂肪味、香菜味、甜味、肉香、清香味、堅果味等風味特征。本研究有助于進一步改善全麥制品的風味特征，從而為其深入研究開發(fā)提供依據。