炒籽温度及初始水分含量对葵花籽酱挥发性风味成分的影响

奥鹏网院作业

炒籽温度及初始水分含量对葵花籽酱挥发性风味成分的影响
李翠翠1,侯利霞1,*,汪学德1,刘宏伟2

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南 郑州 450001;2.河南驻马店顶志油脂有限公司,河南 驻马店 463000)

摘 要：采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术分析不同炒籽温度和初始水分含量条件下制备的葵花籽酱的挥发性成分,并利用相对气味活度值结合主成分分析明确其特征风味成分。结果表明,与未经炒籽制备的葵花籽酱样品相比,炒籽后的样品中2,5-二甲基吡嗪等杂环类物质的种类和相对含量显著增加,醛类物质的相对含量显著降低,炒籽温度为170 ℃时葵花籽酱的风味较为丰富。初始水分质量分数为5.40%的样品中吡嗪类物质的相对含量最高,增加初始水分含量会降低吡嗪类物质的相对含量,增加醛类物质的相对含量,对葵花籽酱的风味有负面影响。主成分分析表明:未经炒籽样品的特征风味成分为正己醇和乙酸;140 ℃炒籽制得样品的特征风味成分主要为醛类物质,包括正己醛、辛醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等,具有明显的油脂氧化味;170 ℃和200 ℃炒籽制得样品的特征风味物质主要为吡嗪类物质,包括2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪等,具有较为突出的焙烤风味。

关键词：葵花籽酱;挥发性物质;气相色谱-质谱联用;相对气味活度值;主成分分析

向日葵(Helianthus annuus L.)是重要的油料作物之一,在世界各地均有广泛种植[1-2]。其种子含油量高,富含人体所必需的不饱和脂肪酸、VE、β-胡萝卜素、矿物质等,具有很强的生物活性,经常食用对人体有益,且风味优良,通常被制成葵花籽油或休闲食品[3-4]。目前,国内调味品行业发展潜力巨大,许多酱类产品如芝麻酱、花生酱等深受广大消费者喜爱,但其品种较为单一,所占市场份额也比较小。另外,国内外还存在一部分人由于对花生等食品过敏而限制了花生酱等产品的销售,据研究,葵花籽酱或可以作为花生酱的替代品[2,5]。迄今为止,在国内市场上鲜见有关葵花籽酱产品的生产与销售。因此,研究葵花籽酱对于开发新型酱类食品及作为花生酱等的替代品具有重要意义。

风味是衡量食品品质优劣的重要方面,近年来,国内外研究者越来越重视对于挥发性风味成分的研究[6-7]。炒籽温度显著影响热反应风味物质的产生,另外,有研究报道,初始水分含量可能会影响美拉德反应的程度,进而影响食品的最终风味[8-11]。目前,关于葵花籽酱的研究较少,更鲜见有关挥发性风味成分的报道。本实验通过分析炒籽温度及初始水分含量对葵花籽酱挥发性风味成分的影响,结合气味阈值确定不同挥发性组分的相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV),探讨葵花籽酱的特征风味成分,并结合主成分分析(principal component analysis,PCA)进一步明确不同炒籽温度及初始水分含量制备的葵花籽酱的关键风味物质,以期为新型酱类产品的研究与开发提供参考,对企业的生产加工有一定的指导意义。

1 材料与方法
1.1 材料与试剂
葵花籽品种为SH 361,产地为内蒙古巴彦淖尔市;C6～C30正构烷烃标样 西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司。

1.2 仪器与设备
7890B/5977B气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司;固相微萃取手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头 西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司。

1.3 方法
1.3.1 葵花籽酱的制备

称取葵花籽仁每份约350 g,处以3 种不同的处理以得到不同的水分含量:60 ℃烘烤2.5 h,以及分别用水浸泡0 min和10 min(水与葵花籽液料比为2∶1(mL/g))。浸泡后的样品用纱布沥干水分,在恒温恒湿培养箱中平衡24 h。测定3 种处理的水分质量分数分别为2.74%、5.40%、15.08%。

将上述样品分别放入炒籽机中炒籽(炉温分别为140、170、200 ℃),并于胶体磨中磨制成酱,装瓶密封保存。为方便描述,分别将其编号为1-1(140 ℃、2.74%)、1-2(140 ℃、5.40%)、1-3(140 ℃、15.08%)、2-1(170 ℃、2.74%)、2-2(170 ℃、5.40%)、2-3(170 ℃、15.08%)、3-1(200 ℃、2.74%)、3-2(200 ℃、5.40%)、3-3(200 ℃、15.08%)。另外,称取350 g葵花籽,不经过浸泡和炒籽,磨制成酱作为对照组。

1.3.2 挥发性成分的萃取及检测

1.3.2.1 顶空固相微萃取条件

萃取头老化温度270 ℃,老化时间1 h;活化温度250 ℃,活化时间15 min;萃取条件:顶空瓶置于40 ℃恒温水浴中萃取60 min。

1.3.2.2 气相色谱-质谱条件

色谱条件:HP-5色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);程序升温:初始温度35 ℃,保持2 min;然后以5 ℃/min升温到230 ℃,保持8 min。进样口温度250 ℃;载气流速1.8 mL/min;进样方式:不分流;载气为高纯氦气(纯度≥99.99%)。

质谱条件:电子电离源;电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;接口温度250 ℃;采集方式:Scan;质量扫描范围m/z 30～550。

挥发性化合物由质谱解析以及NIST11.L谱库进行检索,根据匹配度(≥80%)定性,并通过正构烷烃(C6～C30),按式(1)计算各挥发性化合物的保留指数(retention index,RI),并与文献报道的RI进行比对。

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式中:tR(x)、tR(n)和tR(n+1)分别为待测挥发物,以及含n和n+1 个碳原子正构烷烃的保留时间/min。

一般认为,当ROAV≥1时,该组分为所分析样品的特征风味物质,当0.1≤ROAV＜1时,则认为该组分对样品的总体风味具有重要的修饰作用[12-15]。

采用峰面积归一化法,并根据不同样品中风味物质的组分峰面积占总的挥发性风味组分峰面积的百分比计算每种风味组分的相对含量。

1.3.3 特征风味成分分析

在衡量挥发性成分对风味的贡献时,单纯用某种物质的相对含量多少是不够全面和准确的,因此,参考刘登勇等[12]的方法,通过计算ROAV的方法明确葵花籽酱的特征风味物质,首先定义对样品总体风味贡献度最大组分的ROAVstan=100[13-15],对其他风味组分则有:

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式中:Ci为各个挥发性组分的相对含量/%;Ti为各个挥发性组分的气味阈值/(mg/kg);Cstan和Tstan分别为对样品总体风味贡献最大的组分的相对含量/%和气味阈值/(mg/kg)。

1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2016软件进行数据处理和ROAV的计算,采用SPSS 20.0软件进行特征挥发性物质的PCA,图谱采用Origin 2018软件绘制完成。

2 结果与分析
2.1 不同炒籽温度及初始水分含量制备的葵花籽酱样品的挥发性成分
采用气相色谱-质谱分别对每个样品进行3 次平行测定,如表1所示。10 个葵花籽酱样品中共检测出163 种挥发性物质,其中对照、1-1、1-2、1-3、2-1、2-2、2-3、3-1、3-2和3-3分别检测出27、56、58、50、57、57、73、65、74 种和71 种挥发性物质,再以总挥发性组分为100%,各类挥发性组分占总挥发性组分相对含量见图1。

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图1 不同炒籽温度及初始水分含量制备的葵花籽酱中挥发性物质的相对含量
Fig. 1 Relative contents of various classes of volatile compounds in sunf l ower butters produced with different initial moisture contents at different roasting temperatures

表1 不同炒籽温度及初始水分含量制备的葵花籽酱中挥发性成分及相对含量（n=3）
Table 1 Relative contents of volatile components in sun flower butters prepared with different initial moisture contents at different roasting temperatures (n= 3)

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续表1

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续表1

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注:只列出部分挥发性化合物,未包括所有己鉴定出的化合物;a.在https://webbook.nist.gov/chemistry/cas-ser/中报道的RI;b.在HP-5色谱柱上针对正构烷烃计算的RI;—.未检出,表3同。

由表1和图1可知,10 个葵花籽酱样品的香味物质可以分为吡嗪类、吡啶类、吡咯类、呋喃类、烃类、醛类、醇类、酯类、酮类、含硫化合物、酸类和其他类等12 个类别。其中,对照组中烃类物质的相对含量最高,为87.72%,是其主体风味成分;炒籽温度为140 ℃的样品中烃类、醛类和醇类物质的相对含量较高;随着炒籽温度的升高,吡嗪类物质成为葵花籽酱的主体风味物质,炒籽温度为170 ℃和200 ℃的样品中吡嗪类物质相对含量均在54%以上,使得样品具有突出的焙烤香味,另外,烃类和醛类物质的相对含量也较高,炒籽温度为170 ℃时,样品的风味较为丰富。

2.2 不同炒籽温度及初始水分含量制备的葵花籽酱样品的挥发性成分的比较分析
2.2.1 吡嗪类和呋喃类

吡嗪类物质是焙炒油料主要的挥发性物质之一[16-17]。通常认为,吡嗪类化合物是由风味前体物质经美拉德反应产生的,其中烷基吡嗪最可能由Strecker降解反应生成的氨基酮的缩合形成[18]。葵花籽酱样品中吡嗪类物质总的相对含量由0%(对照)增加到69.90%(样品3-2)。其中,2,5-二甲基吡嗪的相对含量最高,2,5-二甲基吡嗪也存在于烘烤的葵花籽、葵花籽油以及芝麻酱中[19-21]。同一温度条件下,水分含量升高时,吡嗪类物质的相对含量先升高后降低,表明水分含量可能影响葵花籽酱中吡嗪类物质的形成。

随着炒籽温度的升高,呋喃类物质的相对含量降低。在炒籽温度为140 ℃的样品中相对含量较高,其余样品中相对含量较低。样品1-2中呋喃类物质相对含量最高,为14.18%,其中,2-戊基呋喃的相对含量最高。2-戊基呋喃一般为碳水化合物降解或不饱和脂肪酸氧化产生,可能对葵花籽酱的整体风味有较大贡献[22]。

2.2.2 烃类

各样品中均有烃类物质检出且相对含量较高,可以分为饱和烃与不饱和烃两类。其中的不饱和烃种类较多,具有较低的阈值,而饱和烃阈值较高,主要来自于脂肪酸烷氧基的均裂,对风味的贡献不大[23]。由表1可知,对照中烃类物质相对含量最高,为87.72%,其中α-蒎烯的相对含量最高,为70.36%,经炒籽后制成的葵花籽酱中烃类物质的相对含量显著降低,可能是因为有些烃类物质作为形成杂环化合物的中间体而发生了转化[24]。烯烃类物质α-蒎烯、β-蒎烯等主要呈现松油味等[25],气味强烈,贡献了葵花籽酱的整体风味。

2.2.3 醛类

醛类物质主要来自于油脂的氧化、降解,以及氨基酸的Strecker降解反应[26]。醛类物质在炒籽温度为140 ℃时的样品中相对含量较高,平均为21.03%。其中,正己醛为亚油酸的一级氧化产物之一,在葵花籽酱中相对含量较高,也是浓香花生油中主要的风味醛[8]。(E,E)-2,4-癸二烯醛为亚油酸的过氧化产物,壬醛和正辛醛被认为是油酸的氧化产物[27-28]。醛类物质相对含量随着水分含量的升高而升高,表明水分含量增加可能会导致油脂氧化从而增加醛类物质的生成[29]。

2.2.4 醇类、酯类

醇类物质在对照和140 ℃炒籽的样品中相对含量较高,而在170 ℃和200 ℃炒籽的样品中相对含量较低。饱和醇阈值较高,只有在高浓度下才会影响食品风味,而不饱和醇阈值相对较低,对葵花籽酱的整体风味有较大贡献[30],如1-辛烯-3-醇表现出青草味[31]。醇类物质的相对含量随着炒籽温度的升高而降低,可能是因为醇类物质在受热过程中部分被氧化为酮类物质,以及部分烯醇异构化形成了饱和醛类物质等[32]。酯类物质的相对含量较低。主要由于酯类化合物挥发性较低,对葵花籽酱的整体气味起到一定的柔和作用[25]。

2.3 不同炒籽温度及初始水分含量制备的葵花籽酱的特征风味成分分析
由表2可知,所有组分的ROAV≤100,对照组中有2 种特征风味成分(ROAV≥1),依次为正己醇和乙酸;140 ℃炒籽制得的样品中共有14 种特征风味成分,主要为2,3,5-三甲基吡嗪、2-戊基呋喃、异丁醛、2-甲基丁醛、正己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛和1-辛烯-3-醇等;170 ℃炒籽制得的样品中共有12 种特征风味成分,主要为2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、异丁醛、2-甲基丁醛和1-辛烯-3-醇等;200 ℃炒籽制得的样品中共有8 种特征风味成分,主要为2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、异丁醛、2-甲基丁醛和甲硫醇等。可见,葵花籽酱的风味是多种组分协同作用的结果,计算出各个挥发物的ROAV可使葵花籽酱中的特征风味物质更加明确。

表2 不同炒籽温度和初始水分含量制备的葵花籽酱中挥发性物质的ROAV（n=3）
Table 2 ROAV of volatile compounds in sun flower butters produced with different initial moisture contents at different roasting temperatures (n= 3)

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2.4 葵花籽酱特征风味成分的PCA
对表2中ROAV不小于0.1的30 种挥发性物质进行PCA,结果如表3所示。利用这30 种挥发性风味组分在前2 个主成分上的得分图和载荷图如图2所示。

表3 主成分特征值及方差贡献率
Table 3 Eigenvalues of principal components and their contribution rates to total variance

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图2 葵花籽酱样品的主成分得分图（a）及其挥发性组分的主成分载荷图（b）
Fig. 2 PCA loading (a) and score (b) plots for volatile compounds of sunf l ower butter samples

由图2a可知,PCA可以很好地区分不同炒籽温度和初始水分含量的样品。样品2-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3在得分图上距离较近,表明170 ℃和200 ℃的炒籽温度下制得样品的风味组分和相对含量相似度较高,且与140 ℃炒籽制得的样品有明显区分,表明其风味有较大差异。由图2b可知,吡啶、2-戊基呋喃、戊醛、正己醛、(E)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、1-辛醇等与PC1呈较强的正相关,2,3-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、异丁醛、糠醛等与PC1呈较强的负相关,2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-甲基丁醛等与PC2呈较强的正相关,正己烷、正己醇、乙酸乙酯和乙酸与PC2呈较强的负相关。结合图2可知,表征样品1-1和1-2的关键风味物质(ROAV≥1)主要为2-戊基呋喃、正己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛和1-辛烯-3-醇等,起到重要修饰作用的物质(0.1≤ROAV＜1)为吡啶、(E)-2-庚烯醛、壬醛、1-戊醇和1-辛醇等,表征样品1-3的关键风味物质为辛醛,起到重要修饰作用的物质为2-庚酮。由此可知,醛类物质为140 ℃炒籽制得样品的最主要的香气物质,醛类主要呈现脂肪香和青草香等,多表现出油脂氧化味[26],且140 ℃炒籽制得样品的感官评分也较低(表4),与PCA结果一致;表征样品2-1、2-2、2-3、3-1、3-2和3-3的关键风味物质为2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-甲基丁醛、异丁醛等,起到重要修饰作用的物质为2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等。由此可知,吡嗪类物质为170 ℃和200 ℃炒籽制得样品的最主要的香气物质,呈现出坚果香、爆米花味等[16-17],赋予葵花籽酱的独特焙烤风味。

表4 葵花籽酱样品感官评价结果
Table 4 Sensory evaluation results of sunf l ower butter samples

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注:同列小写字母不同表示差异显著(P＜0.05);采用9 分制打分,1 分为最不喜欢,9 分为最喜欢。

3 结 论
通过分析不同炒籽温度及初始水分含量下制备的10 个葵花籽酱样品中的挥发性物质,共鉴定出163 种风味物质,包括吡嗪类、吡啶类、吡咯类、呋喃类、烃类、醛类、醇类、酯类、酮类、含硫化合物、酸类和其他类共12 类化合物。不同炒籽温度的样品挥发性成分的种类和相对含量有较大差异,葵花籽经炒籽后其吡嗪类、吡啶类等杂环类和醛类、醇类等风味物质的组成和各组分的相对含量增加,而烃类物质的相对含量显著降低。初始水分含量的增加会影响吡嗪类和醛类物质的生成,对葵花籽酱的风味具有负面影响。结合ROAV和PCA结果表明,对照组样品的特征风味物质为正己醇和乙酸;140 ℃炒籽制得样品的特征风味物质以醛类物质为主,包括正己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃和1-辛烯-3-醇等;170 ℃和200 ℃炒籽制得样品的特征风味物质以吡嗪类物质为主,包括2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-甲基丁醛和异丁醛等。

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Effect of Different Roasting Temperatures and Initial Moisture Contents on the Volatile Flavor Components of Sunf l ower Butters

LI Cuicui1, HOU Lixia1,*, WANG Xuede1, LIU Hongwei2
(1. College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China;2. Henan Zhumadian Tingzhi Food Co. Ltd., Zhumadian 463000, China)

Abstract: The volatile compounds of sunflower butters produced with different initial moisture contents at different roasting temperatures were identified by headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME) and gas chromatographymass spectrometry (GC-MS). Principal component analysis (PCA) was performed to determine the key flavor components of sunflower butters based on relative odor activity values (ROAV). The results showed that the relative contents of heterocycles such as 2,5-dimethylpyrazine in sunflower butter prepared from roasted sunflower seeds were significantly increased in comparison with that prepared from unroasted sunf l ower seeds whereas the relative contents of aldehydes were significantly decreased. Sunflower butter made from sunflower seeds roasted at 170 ℃ had a richer flavor. The highest relative content of pyrazines was found in sunf l ower butter with initial water content of 5.40%. Increased initial moisture content reduced the relative content of pyrazines but increased the relative content of aldehydes causing a negative impact on the flavor of sunf l ower butters. PCA indicated that n-hexanol and acetic acid were the characteristic flavor substances of sunf l ower butter prepared from unroasted seeds. Aldehydes such as n-hexanal, octanal and (E,E)-2,4-decadienal were the characteristic flavor substances of sunf l ower butter made from sunf l ower seeds roasted at 140 ℃, having an oxidized lipidlike flavor. Pyrazines such as 2,3,5-trimethylpyrazine, 3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine, and 2,3-diethyl-5-methylpyrazine were the characteristic flavor substances of sunf l ower butters made from sunf l ower seeds roasted at 170 and 200 ℃, having a noticeable roasted flavor.

Keywords: sunflower butter; volatile compounds; gas chromatography-mass spectrometry; relative odor activity value;principal component analysis