油炸糯米糕頂空固相微萃取優(yōu)化及其風味物質(zhì)分析

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(安徽農(nóng)業(yè)大學,安徽合肥 230000)

油炸糯米糕頂空固相微萃取優(yōu)化及其風味物質(zhì)分析

吳亦鳴,周裔彬*,丁援園,王海松,謝晶,楊麗萍

(安徽農(nóng)業(yè)大學,安徽合肥 230000)

自制油炸純糯米糕,采用單因素實驗和正交實驗對頂空固相微萃取(HS-SPME)香氣成分的條件進行優(yōu)化,結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)法測定其揮發(fā)性風味成分。結(jié)果表明,油炸糯米糕風味物質(zhì)最佳萃取條件為:取1.5 g樣品萃取量加入到頂空進樣瓶中,使用二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)(50/30 μm)萃取頭,在60 ℃條件下萃取80 min;油炸糯米糕中共檢測出68種風味物質(zhì),其中烴類物質(zhì)11種,醇類6種,醛類20種,酸類2種,酮類9種,酯類5種,吡嗪類11種,呋喃類2種,苯酚和吡咯啉各1種,其中主要是醛類、吡嗪類和酮類物質(zhì),相對含量分別為68.71%、8.36%和7.63%。

油炸糯米糕,揮發(fā)性風味物質(zhì),頂空固相微萃取,氣-質(zhì)聯(lián)用

油炸糯米食品是中國傳統(tǒng)的民間小吃,主要有油炸膨化米餅、油炸糯米糕(糍)、脆皮煎堆和蓮青麻球等[1]。油炸有利于食品品質(zhì)的改善和提升,在油炸過程中能夠產(chǎn)生大量的易揮發(fā)風味物質(zhì),主要包括烴類、醛類、酮類、醇類、呋喃類和吡嗪類等,而這些化合物是構(gòu)成油炸食品重要的風味成分[2-3]。

國內(nèi)最近開始關注油炸糯米食品,出現(xiàn)一些關于油炸糯米食品的研究[4-5],但主要研究其制作工藝和質(zhì)構(gòu)特性、色澤等,卻未對其獨特風味進一步研究。國外對糯米食品的研究鮮見,在韓國傳統(tǒng)油炸糯米小吃Gangjeong的風味研究中,涉及糯米浸泡條件對其風味的影響[6]。從20世紀90年代開始,頂空固相微萃取法(HS-SPME)已經(jīng)被廣泛應用于食品行業(yè),是國內(nèi)外萃取食品揮發(fā)性風味物質(zhì)的常用方法,與其他方法相比,具有簡單、快捷、環(huán)保的特點[7-8],結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)能夠分析出風味物質(zhì)中化合物的種類和相對百分含量。

本文對自制純糯米原料的糯米糕進行油炸,在優(yōu)化HS-SPME萃取風味物質(zhì)條件的基礎上,結(jié)合GS-MS對其揮發(fā)性風味物質(zhì)成分進行了定性分析,為油炸糯米類食品的風味特征研究提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

糯米 蚌埠兄弟糧油食品有限公司提供(2016年產(chǎn));食用油 中糧集團福臨門濃香壓榨菜籽油(2016年產(chǎn)自湖北荊門市非轉(zhuǎn)基因油菜籽)。

JP-300A-2高速多功能粉碎機 浙江省永康市久品工貿(mào)有限公司;篩網(wǎng) 50目、100目,各兩個;DT500A電子天平 中國江蘇常熟長青儀器儀表廠;方形鋁制模具 4.5 cm×4.5 cm×2 cm;EF-101不銹鋼單杠單篩電熱炸爐 北京京成佑和廚房設備有限公司;數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國宇儀器制造有限公司;手動進樣手柄和PDMS(100 μm)、PDMS/DVB(65 μm)、PEG(60 μm)、DVB/CAR/PDMS(50/30 μm)萃取頭 PDMS為聚二甲基硅氧烷、DVB為二乙烯基苯、PEG為聚乙二醇、CAR為碳分子篩;Agilent 7890B-7000B三重串聯(lián)四級桿氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國安捷倫公司。

1.2實驗方法

1.2.1 糯米基本成分測定 水分按GB 5009.3-2010中《食品中水分的測定》[9];蛋白質(zhì)按GB 5009.5-2010中《食品中蛋白質(zhì)的測定》[10];脂質(zhì)按GB 5009.6-2003《食品中脂肪的測定》[11];淀粉按GB 5009.9-2008《食品中淀粉的測定》[12];支鏈淀粉:按雙波長法測定[13]。

1.2.2 糯米糕的制備及油炸 糯米→粉碎→過篩→混合→浸泡→制糕→油炸→成品。

表2 糯米原料的基本成分Table 2 Basic components of waxy rice

將糯米用粉碎機粉碎,過50目篩。取糯米粉420 g,添加糯米粉質(zhì)量的65%的水,攪拌均勻,封上保鮮膜室溫靜置后適當混勻。取42 g左右混勻后的糯米糊用模具制成統(tǒng)一的長方體糯米糕柸,在制作時輕輕按壓,保證脫模后維持形狀不散不變即可。將適量的菜籽油倒入油鍋中,預熱到175 ℃時將糯米糕坯放入油鍋中油炸6 min,并用筷子使其翻滾受熱均勻。

將炸好的糯米糕取出后,待其稍稍冷卻,立即將其攪碎?？焖儆秒娮犹炱椒Q取相應質(zhì)量的待測樣品置于15 mL頂空進樣瓶中,密封待測。

1.2.3 HS-SEMP法萃取油炸糯米糕香氣成分優(yōu)化 待測樣品于水浴中平衡10 min,將萃取針穿過進樣瓶的聚四氟乙烯瓶墊,推出纖維頭,使針頭離樣品1 cm左右的上空吸附揮發(fā)性物質(zhì),控制萃取溫度與萃取時間。吸附完成后,GC-MS進樣口250 ℃解析5 min[]。不同萃取頭第一次使用前，需要按照對應說明書進行老化處理。

1.2.3.1 選擇萃取頭實驗 參考相關文獻[15-17],初步擬定實驗條件。取2 g樣品分別采用PDMS、PDMS/DVB、PEG、DVB/CAR/PDMS萃取頭在60 ℃條件下萃取60 min。通過解譜后得到的化合物數(shù)量和總峰面積為考察指標來選取合適的萃取頭。

1.2.3.2 單因素實驗 萃取溫度梯度實驗:2 g樣品采用DVB/CAR/PDMS萃取頭分別在40、50、60、70、80 ℃條件下萃取60 min;萃取時間梯度實驗:2 g樣品采用DVB/CAR/PDMS萃取頭在70 ℃條件下分別萃取40、50、60、70、80 min;樣品量梯度實驗:1、1.5、2、2.5、3 g樣品分別在70 ℃條件下萃取70 min。以化合物數(shù)量和總峰面積為指標分析實驗結(jié)果[15-17]。

1.2.3.3 正交實驗 在單因素實驗的基礎上,為了進一步優(yōu)化工藝,選取萃取時間、萃取溫度以及樣品萃取量做三因素三水平正交實驗。設計L9(33)正交實驗因素與水平表(表1)分析確定最適萃取條件。

表1 正交實驗因素與水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal test

1.2.4 GC-MS法分析香氣成分

1.2.4.1 色譜條件 DB-5 毛細色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃,不分流模式[15],傳輸線溫度280 ℃;初始爐溫40 ℃,保持4 min,以2 ℃/min升到100 ℃,保持2 min,再以4 ℃/min升到200 ℃,保持4 min,載氣為氦氣,隔墊吹掃流量5 mL/min、恒定流量1 mL/min。

1.2.4.2 質(zhì)譜條件 電子電離(electron ionization,EI)源:離子源溫度為230 ℃,四級桿溫度150 ℃,電子能量70 eV,發(fā)射電流34.6 μA,倍增器電壓1218 V,接口溫度280 ℃,質(zhì)量掃描范圍m/z 35～450[16]。

1.2.5 定性定量分析 將GC-MS圖譜與NIST11.L質(zhì)譜庫自動匹配檢索,對實驗結(jié)果進行初步定性分析,然后加以核對和補充檢索,并采用峰面積歸一化法確定化合物相對百分含量[16],并進一步分析化合物的風味特征以及哪些食品中被檢出過。

2 結(jié)果與分析

2.1糯米基本成分測定

油炸食品的香氣主要由油脂的熱降解,蛋白質(zhì)與糖類的美拉德反應以及氨基酸的降解共同作用產(chǎn)生的[3]。而在淀粉油炸食品中除了油脂降解產(chǎn)生的油脂香氣,其他的具有調(diào)和作用的獨特香氣則都由美拉德反應生成。所以不同種類的淀粉和蛋白質(zhì)組成會對油炸后的風味成分產(chǎn)生影響。實驗中用到的該品種糯米粉,蛋白質(zhì)相對含量較普通糯米更多[17],這可能對風味物質(zhì)的產(chǎn)生有所影響。

2.2單因素實驗

2.2.1 選取最優(yōu)萃取頭 由圖1可知,DVB/CAR/PDMS(50/30 μm)提取的風味化合物的總數(shù)量和總峰面積都最大,其提取出來的有效風味化合物的數(shù)量(74種)比PDMS/DVB(65 μm)提取的數(shù)量(68種)略多,萃取頭是單一組分涂層的PEG(60 μm)提取的風味化合物數(shù)量(25種)最少,而PDMS(100 μm)提取的風味化合物數(shù)量也只有33種。提取化合物數(shù)量的差別主要由于萃取頭涂層的極性不同。 由DVB/CAR/PDMS(50/30 μm)萃取頭提取的風味物質(zhì)的總峰面積(3.2×107)與PEG(60 μm)提取的(總峰面積3.1×107)差距不大,約為PDMS/DVB(65 μm)提取的(總峰面積1.3×107)三倍,約為PDMS/DVB(65 μm)提取的(總峰面積1.7×107)兩倍。這說明對于萃取油炸糯米糕的風味物質(zhì)而言,中等極性混合型涂層的萃取頭(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)是最適合的萃取頭,不僅萃取到的風味物質(zhì)全面,而且風味強度大。

圖1 不同萃取頭對萃取效果的影響Fig.1 Influence of extraction fiber on extraction efficiency

2.2.2 萃取溫度對萃取效果的影響 由圖2可知,在40 ℃的萃取溫度下總的峰面積較小,檢出的化合物的數(shù)量也較少,且經(jīng)過質(zhì)譜分析后,大部分為雜質(zhì)峰,這是由于低溫不利于化合物的揮發(fā),頂空中化合物的濃度小、種類少[18]。隨著萃取溫度的上升,檢測到的風味物質(zhì)數(shù)量和總峰面積開始增加;當溫度為70 ℃時,檢測到的風味物最多,因而下一步的單因素實驗選擇70 ℃為萃取溫度進行研究。隨溫度上升萃取效果增強,70 ℃后萃取效果趨于穩(wěn)定,70 ℃和80 ℃下的化合物數(shù)量和峰面積相差不大。選取60～80 ℃萃取溫度范圍較為合適。

圖2 不同萃取溫度對萃取效果的影響Fig.2 Influence of extraction temperature on extraction efficiency

2.2.3 萃取時間對萃取效果的影響 由圖3可知,隨著萃取時間的延長,萃取的效果不斷改善,萃取得到的化合物數(shù)量和含量呈上升趨勢。但萃取時間達到70 min后萃取效果達到穩(wěn)定,化合物數(shù)量和總峰面積未有顯著增長,即與90 min下獲得的萃取效果差別不大。綜合考慮,為了提高單位時間內(nèi)樣品分析效率,所以下組單因素實驗選擇萃取時間為70 min,而正交實驗選擇在70～90 min時間范圍內(nèi)進行萃取較合適。

圖3 不同萃取時間對萃取效果的影響Fig.3 Influence of extraction time on extraction efficiency

2.2.4 樣品量對萃取效果的影響 由圖4可知,在一定的質(zhì)量范圍內(nèi),隨著樣品萃取量的增大,吸附到的風味物質(zhì)的種類在增加?？僧敇悠妨吭黾拥?.5 g時,吸附到的風味化合物經(jīng)GC-MS分析得到的數(shù)量略有減少;樣品萃取量對風味化合物的總峰面積的影響總體不大。選取1.5～2.5 g范圍的樣品萃取量。

圖4 不同樣品量對萃取效果的影響Fig.4 Influence of quality of sample on extraction efficiency

2.3正交實驗

在單因素實驗基礎上,將GS-MS得到的譜圖通過與NIST1.1.L質(zhì)譜庫自動匹配檢索,以化合物數(shù)量和峰面積為指標進行正交實驗,結(jié)果見表3。

表3 正交實驗方案與結(jié)果Table 3 Orthogonal experimental design and results

表4 正交實驗結(jié)果的方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

注:“*”表示在α=0.1時,有顯著性。 根據(jù)表3正交實驗的極差分析,對于化合物數(shù)量指標,各因素影響效果的大小為:A>C>B,即萃取溫度>樣品萃取量>萃取時間,最優(yōu)參數(shù)組合為:A1B2C3;對于總峰面積指標,各因素影響效果的大小為:B>C>A,即萃取時間>樣品萃取量>萃取溫度,較優(yōu)參考組合為:A3B2C1。由表4方差分析結(jié)果得出:除了萃取溫度對化合物數(shù)量有顯著影響外,萃取時間和樣品用量對其萃取效果均無顯著影響。為了提高單位時間內(nèi)樣品分析效率和節(jié)約實驗材料,綜合考慮后,最終確定較優(yōu)參考組合為A1B2C1,即1.5 g樣品加入到15 mL的頂空進樣瓶中,使用DVB/CAR/PDMS(50/30 μm)萃取頭,在60 ℃條件下萃取80 min。

2.4油炸糯米糕中揮發(fā)性風味物質(zhì)分析

對2.3結(jié)果進行驗證實驗,結(jié)果見表5及圖5。根據(jù)圖5、表5可知,經(jīng)過解譜,除去雜質(zhì)及匹配度低的物質(zhì),分析得出油炸糯米糕中風味化合物共68種,其總峰面積為624714548 mV·s。其中烴類物質(zhì)11種,醇類6種,醛類20種,酸類2種,酮類9種,酯類5種,吡嗪類11種,呋喃類2種,苯酚和吡咯啉各1種。這些風味化合物中最主要的是醛類、吡嗪類和酮類物質(zhì),相對含量分別為68.71%、8.36%和7.63%。其次是醇類的2.99%,烴類2.98%,含量最少的是酯類、呋喃類、酸類和其他,含量為2.20%、2.15%、0.57%和0.74%。除了烷烴、苯酚、吡咯啉外,其它物質(zhì)的閾值相對較低,可能對油炸糯米糕的風味具有重要影響。

圖5 油炸糯米糕風味物質(zhì)GC-MS總離子圖Fig.5 GC-MS total ion current chromatograms of fried waxy-rice-cake

油炸糯米糕中檢出的物質(zhì)種類最豐富的是醛類,主要是一些不飽和醛和直鏈醛,可能是脂肪酸分解產(chǎn)生,一般表現(xiàn)為脂肪香、油炸香以及水果香味。醛類物質(zhì)閾值一般相對較低,對油炸糯米糕的整體風味貢獻相對較大。不飽和醛中含量較高的反式-2,4-癸二烯醛(21.25%)、反式-2-癸烯醛(9.05%)和2-十一烯醛(10.15%)具有脂肪香、油炸香、蠟香和柑桔香,分別由亞油酸、油酸的裂解反應得來[21],是油炸糯米糕中最重要的風味物質(zhì)。(Z)-2-庚烯醛(3.69%)和(E,E)-2,4-庚二烯醛(3.05%)由亞油酸裂解生成,有著水果青香和脂肪,雞肉的香味,而壬醛(6.07%)和己醛(2.85%)通常表現(xiàn)出油脂和青草氣及蘋果香味,對甲基苯甲醛(3.61%)和4-乙基苯甲醛(0.74%)含有苦杏仁以及甜香味,對油炸糯米糕的風味有一定的修飾作用。

表5 固相微萃取與氣質(zhì)聯(lián)用法分析鑒定油炸糯米糕中風味物質(zhì)Table 5 Identified flavor components in fried glutinous rice cakes by SPEM-GC-MS

續(xù)表

續(xù)表

注:表中化合物風味特征及存在食物來源于書籍及文獻[19-20]。

吡嗪與呋喃類化合物也是油炸糯米糕風味的重要組成部分,這類含氮、氧的雜環(huán)類化合物由美拉德反應和斯特雷克爾降解反應產(chǎn)生[3]。戊糖和己糖為前體,分解的α-二羰基化合物與α-氨基酸反應,生成二氫吡嗪,氧化后形成各類烷基吡嗪。而丙氨酸和甘氨酸的降解產(chǎn)物乙醛和甲醛,則是形成烷基吡嗪分子側(cè)鏈的重要來源[22]。2-正戊基呋喃、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪和2-甲基吡嗪在風味成分中含量較高主要呈現(xiàn)焦糖香味、烘烤的堅果香氣以及可可咖啡味道,對糯米糕的香氣起到補充調(diào)和的作用。這四種物質(zhì)都出現(xiàn)在高溫烘焙的食物中,如咖啡、烤面包。此類物質(zhì)閾值低,對油炸糯米糕的風味有重要影響作用。

酮類是由多不飽和脂肪酸的氧化、熱降解、氨基酸降解或微生物代謝產(chǎn)生的[23]。酮類物質(zhì)一般表現(xiàn)為果蔬香和奶油香,其中2-庚酮、3-壬烯-2-酮、2-壬酮含量較高,具有香蕉、奶油、椰子味等柔和愉悅香味,癸酮則具有脂肪、柑橘及青瓜皮味。

醇類物質(zhì)的芳香閾值也較高,所以當它以較高濃度存在或是以不飽和的形式存在時才對食品的風味有一定的貢獻。但因為其與脂肪酸可以進一步反應生成酯,所以可以間接對食品的風味產(chǎn)生作用[24]。油炸糯米糕醇類物質(zhì)具有植物、蔬菜、柑橘等氣味。醇類物質(zhì)中1-己稀-3-醇和1-辛烯-3醇相對含量較高,具有輕飄朗姆酒和蔬菜菌菇氣味,可能對油炸糯米糕的風味有一定貢獻,但不能成為油炸糯米糕的特征風味成分。

檢測到酯類化合物主要具有香甜水果氣味特征,含量較低,但也對糯米糕氣味有所影響。烴類化合物包括一些烷烴和烯烴,但因為烴類物質(zhì)的芳香閾值較高,一般不具有風味活性,推測其對油炸糯米糕的整體風味影響較小。酸類具有刺鼻的酸臭味等令人不悅的氣息,但因為含量非常低,對整體風味影響很小。其他兩種含量非常低,且也不具備風味活性,對整體的糯米糕風味沒有影響。

3 結(jié)論

純糯米制作的油炸糯米糕經(jīng)過工藝優(yōu)化后的HS-SPME/GC-MS法測定揮發(fā)性風味物質(zhì),最佳萃取條件為:1.5 g樣品加入到15 mL的頂空進樣瓶中,使用DVB/CAR/PDMS(50/30 μm)萃取頭,在60 ℃條件下萃取80 min。共測出68種風味化合物,其總峰面積為624714548 mV·s,主要有醛、吡嗪、呋喃、酮、醇、烴、酯和酸類。最主要的是風味成分是不飽和醛類,如反式-2,4-癸二烯醛、反式-2-癸烯醛和2-十一烯醛,吡嗪、呋喃類也提供了很重要的風味,如2,6-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-甲基吡嗪和2-正戊基呋喃。他們構(gòu)成了油炸糯米糕脂肪、油炸、帶有堅果香以及水果香的獨特風味。

本研究經(jīng)過之前的油炸糯米糕制作工藝優(yōu)化而選用菜籽油,菜籽油也是制作油炸糯米食品的常用油,選用其他油會影響其風味;本文的糯米糕制作未添加任何調(diào)味料及添加劑,加入其他調(diào)味成分,會更加豐富其風味。除了醛類、吡嗪和呋喃類因其相對含量較多,可以確定為油炸糯米糕風味的最主要組成部分,而其他酮類、酯類等化合物的含量雖然較低,但其閾值也很低,其是否為油炸糯米糕主重要風味成分還需要進一步實驗確定。

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OptimizationofHS-SPMEforfriedwaxy-rice-cakesandtheirflavorcompoundsanalysis

WUYi-ming,ZHOUYi-bin*,DINGYuan-yuan,WANGHai-song,XIEJing,YANGLi-ping

(Anhui Agriculture University,Hefei 230000,China)

The fried waxy-rice-cakes were made in laboratory. The headspace solid phase micro-extraction(HS-SPME)condition was decided by single factor experiment and orthogonal array design method,the volatile flavor components were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS). The results showed that 1.5 g sample was put into a vial and extracted by a DVB/CAR/PDMS(50/30 μm)fiber. The optimal SPME conditions was at 60 ℃ for 80 min. 68 kinds of compounds were gained,in which including 11 species of hydrocarbon,6 alcohols,20 aldehyde materials,2 acids,9 ketones,5 esters,11 pyrazines,2 furans,and 1 phenol and 1pyrrole. Aldehyde material,pyrazine and ketones were the mainly components,the relative contents were 68.71%,8.36% and 7.63% respectively.

fried waxy-rice-cake;volatile flavor components;headspace solid phase micro-extraction;gas chromatography-mass spectrometry

2017-01-05

吳亦鳴(1991-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程，E-mail：1210561600@qq.com。

*通訊作者:周裔彬(1967-)，男，博士，教授，研究方向：食品化學及農(nóng)產(chǎn)品精深加工，E-mail：zhouyibin@ahau.edu.cn。

國家自然基金(31271960)。

TS207.3

:A

:1002-0306(2017)16-0267-08

10.13386/j.issn1002-0306.2017.16.051