趙澤偉,丁筑紅*,許培振,顧苑婷,丁小娟
(貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院,貴州 貴陽 550025)
薏苡仁(Coix lacryma-jobi L. var. mayuen (Roman.)Stapf)是1 a生或多年生的禾本科植物薏苡的干燥成熟種仁,我國大部分省份都有種植[1]。薏仁飲料是以薏仁為原料制得的一種谷物飲料,薏苡仁含有豐富的脂肪酸,主要為油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸[2],受到氧氣、溫度、光、熱、微生物等作用在貯藏過程中發(fā)生水解或氧化產(chǎn)生氫過氧化物進(jìn)一步分解為醛、酮、酸等化合物[3],從而導(dǎo)致薏仁飲料“苦哈味”的產(chǎn)生,嚴(yán)重影響其產(chǎn)品感官品質(zhì)及商品價(jià)值[4]。
飲料揮發(fā)性化合物的種類和含量是評(píng)價(jià)其風(fēng)味品質(zhì)的重要指標(biāo)。近年來,氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)和電子鼻被用來分析果汁飲料的揮發(fā)性化合物[5]。固相微萃?。╯olid phase microextraction,SPME)結(jié)合GC-MS、電子鼻和感官評(píng)價(jià)3 種風(fēng)味分析方法中,電子鼻傳感器能夠更好區(qū)分風(fēng)味化合物的特征差異[6];同時(shí),通過SPME-GC-MS和電子鼻2 種技術(shù)協(xié)同作用可達(dá)到更好的分析效果[7]。此外,SPME-GC-MS技術(shù)也是分析油脂類食品氧化風(fēng)味劣變物質(zhì)的有效手段[8]。
目前,薏仁飲料研究主要在氧化處理對(duì)其品質(zhì)和風(fēng)味分析上[9],而關(guān)于薏仁飲料風(fēng)味化合物成分研究較少,本實(shí)驗(yàn)通過SPME-GC-MS和電子鼻技術(shù),結(jié)合主成分分析(principal component analysis,PCA)、聚類分析(cluster analysis,CA)研究薏仁飲料貯藏過程中風(fēng)味化合物的變化,探討引起薏仁飲料風(fēng)味劣變的主要成分,為科學(xué)合理控制薏仁飲料的脂質(zhì)氧化,提高其品質(zhì)穩(wěn)定性提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。
薏仁米,為興仁白殼薏仁米,由貴州鑫龍食品開發(fā)有限公司提供,顆粒飽滿,乳白色有光澤,具有正常薏仁米香味。
08-2G智能恒溫磁力攪拌器 上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;DH3600BII恒溫培養(yǎng)箱 天津泰斯特儀器有限公司;HP6890/5975C GC-MS聯(lián)用儀 美國安捷倫公司;手動(dòng)SPME進(jìn)樣器、萃取纖維頭:2 cm-50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane,DVB/CAR/PDMS)StableFlex 美國Supelco公司;FOX4000電子鼻 法國Alpha M.O.S公司。
1.3.1 薏仁飲料制備
采用許培振等[9]的制備方法,將薏仁米粉碎、過篩(200 目),按照1∶5(g/mL)的比例加水,進(jìn)行調(diào)漿,過膠體磨處理,漿液過3 層紗布去除固體殘留物,得到粗漿。按照蔗糖5%、黃原膠0.07%、單硬脂酸甘油酯0.2%、阿拉伯膠0.05%和去離子水74.68%的比例混勻,在70 ℃條件下加熱攪拌溶解后與20%粗漿充分混合,制得薏仁飲料,用棕色飲料瓶進(jìn)行灌裝,于121 ℃、15 min滅菌后冷卻至室溫,備用。
1.3.2 薏仁飲料貯藏期間風(fēng)味化合物分析
將制備的薏仁飲料樣品標(biāo)記后置于37 ℃的恒溫電熱培養(yǎng)箱中貯藏,分別在0、7、14、21、28、35 d取樣,利用GC-MS分析薏仁飲料風(fēng)味特征及揮發(fā)性化合物變化,電子鼻分析薏仁飲料風(fēng)味特征變化。
1.3.3 薏仁飲料揮發(fā)性化合物SPME-GC-MS
取樣品約100 mL,置于150 mL SPME儀采樣瓶中,磁力攪拌器65 ℃加熱攪拌,同時(shí)插入裝有2 cm-50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex纖維頭的手動(dòng)進(jìn)樣器,頂空萃取30 min后取出,快速移出萃取頭并立即插入GC儀進(jìn)樣口(溫度250 ℃)中,熱解吸3 min進(jìn)樣。
色譜柱:Z B-5 M S I 5% P h e n y l-9 5%DiMethylpolysiloxane彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:柱溫45 ℃,保留2 min,以4 ℃/min升溫至220 ℃,保持2 min;汽化室溫度250 ℃;載氣為高純He(99.999%);柱前壓7.62 psi,載氣流量1.0 mL/min;不分流進(jìn)樣;溶劑延遲時(shí)間1.5 min。
電子電離源;離子源溫度230 ℃;四極桿溫度150 ℃;電子能量70 eV;發(fā)射電流34.6 μA;倍增器電壓1 615 V;接口溫度280 ℃;質(zhì)量掃描范圍20~450 u。
定性定量分析:對(duì)總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索及核對(duì)NIST 2005和Wiley 275標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖,結(jié)合文獻(xiàn)確定揮發(fā)性化學(xué)成分,用峰面積歸一化法測(cè)定各化學(xué)成分的相對(duì)含量。
1.3.4 薏仁飲料電子鼻分析
采用FOX4000型電子鼻自帶的Alpha SOFTV12數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、測(cè)量和分析[10]。
準(zhǔn)確移取4 mL薏仁飲料樣品于10 mL的電子鼻專用頂空進(jìn)樣瓶中,立即用PTFE/硅膠隔墊密封,置于自動(dòng)進(jìn)樣裝置上檢測(cè),分析檢測(cè)的參數(shù)條件如表1所示,每個(gè)樣品重復(fù)3 次。
表1 電子鼻分析參數(shù)Table1 Electronic noise parameters
1.3.5 相對(duì)氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)[11]
使得對(duì)樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的組分ROAVstan為100,各組分ROAV按下式計(jì)算:
式中:CA、TA分別為風(fēng)味成分的相對(duì)含量/%和相對(duì)應(yīng)的感覺閾值/(μg/kg);Cstan、Tstan分別為對(duì)樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大組分的相對(duì)含量/%和相對(duì)應(yīng)的感覺閾值/(μg/kg)。
采用Excel 2016軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理制圖,用SPSS(Version 20.0)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
表2 薏仁飲料貯藏期間揮發(fā)性成分及相對(duì)含量Table2 Changes in volatile components in coix seed beverage during storage
續(xù)表2
由表2可知,薏仁飲料在貯藏期間的主要揮發(fā)性化合物為烯烴、烷烴、醇類、醛類、酮類、酸類等。其中醇、醛、酮、酸類是薏仁飲料貯藏期間風(fēng)味劣變的關(guān)鍵風(fēng)味化合物,也是薏仁飲料脂氧化的主要化合物[12]。貯藏28 d,醇類物質(zhì)相對(duì)含量達(dá)到52.72%,包括6 種飽和直鏈醇、1 種不飽和醇(1-辛烯-3-醇),醇類化合物主要是脂肪氧化、氨基酸還原和碳水化合物的代謝產(chǎn)生,且醇類的閾值大多數(shù)較高,對(duì)食品的風(fēng)味貢獻(xiàn)不明顯[13],不飽和醇的閾值相對(duì)較低,對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)大。貯藏35 d,醛類物質(zhì)相對(duì)含量達(dá)到17.26%,包括4 種飽和直鏈醛、2 種飽和支鏈醛、1 種烯醛。壬醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、己醛、辛醛等化合物相對(duì)含量與貯藏時(shí)間成正相關(guān)。其相對(duì)含量中壬醛(4.71%)>2-丁基-2-辛烯醛(4.59%)>己醛(4.43%),醛類化合物是脂質(zhì)降解產(chǎn)物,在揮發(fā)性成分中相對(duì)含量高且閾值相對(duì)較低,對(duì)樣品整體風(fēng)味形成貢獻(xiàn)大,這可能是薏仁飲料加工貯藏過程中出現(xiàn)“哈敗味”原因之一[14]。
采用ROAV篩選樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的組分,ROAV越大的組分對(duì)樣品總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)也就越大,ROAV不小于1的組分為所分析樣品的關(guān)鍵風(fēng)味化合物,0.1≤ROAV<1的組分對(duì)樣品的總體風(fēng)味具有重要的修飾作用[15]。
由于飽和烷烴類物質(zhì)感覺閾值高,一般不易引起明顯嗅感[16],因而主要探討醇、醛、酮、酸類對(duì)薏仁飲料貯藏期間風(fēng)味劣變貢獻(xiàn)度較大的揮發(fā)性化合物[17]。通過計(jì)算各相關(guān)組分的ROAV,結(jié)果見表3。
表3 薏仁飲料貯藏期間主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物分析結(jié)果Table3 Changes in relative contents of major volatile components of coix seed beverage during storage
如表3所示,對(duì)主要揮發(fā)性化合物的嗅感特征分析,醛類物質(zhì)由于閾值很低,在薏仁飲料中呈味強(qiáng)度大[22]。5~9 個(gè)碳原子的直鏈飽和/不飽和醛具有青香、油香、脂香氣息,10~12 個(gè)碳原子時(shí)具有檸檬味和橘皮味[23]。己醛具有油脂和青草氣,高濃度時(shí)有酸敗、令人作嘔的氣味,可能是由n-6多不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生[24]。壬醇帶有明顯的玫瑰、橙子香氣,并伴有油脂氣息[25]。庚醛具有強(qiáng)烈和不愉快的粗糙刺鼻的油脂氣味,辛醛具有醛香、明顯的脂肪和水果氣味,微量時(shí)具有甜橙香氣,略帶脂肪氣息[26]。3-甲基丁醛揮發(fā)性較強(qiáng),具有干果味、奶酪味和咸味[27],在特定濃度時(shí)表現(xiàn)出腐臭味、汗臭味等刺激性氣味[28],1-辛烯-3-醇是一種亞油酸的氫過氧化物的降解產(chǎn)物,具有蘑菇、油脂味和干草香氣[29]。己酸具有油脂腥臭、汗臭的不愉快氣息、辛辣的味道[30]。另外6 種組分因無法查到其相應(yīng)的感覺閾值而未作具體分析??芍瑢?duì)薏仁飲料貯藏期間ROAV不小于1影響較大的關(guān)鍵風(fēng)味化合物有9 種,貢獻(xiàn)度順序?yàn)?-辛烯-3-醇>壬醛>3-甲基丁醛>己醛>辛醛>2-甲基丁醛>1-戊醇>辛醇>1-己醇,油脂氧化產(chǎn)生的醛、酮和酸等揮發(fā)性化合物是薏仁飲料風(fēng)味的主要成分,貯藏過程中氧化程度加劇也是引起薏仁飲料風(fēng)味品質(zhì)劣變的主要原因,這與傅靜等[31]對(duì)風(fēng)味花生粉貯藏期間揮發(fā)性成分的研究結(jié)論相似。
采用PCA法[32],可以清晰了解樣品在不同貯藏期的揮發(fā)性成分間差異性及相似性。37 ℃控溫貯藏條件下,對(duì)不飽和脂肪酸氧化導(dǎo)致其出現(xiàn)“苦哈”味的主要醇、醛、酮物質(zhì)[3]進(jìn)行PCA,取特征值大于2,得到3 個(gè)主成分,貢獻(xiàn)率的方差百分比分別為PC1:53.70%,PC2:21.16%,PC3:13.98%,3 個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到88.84%,可反映貯藏期間樣品的大部分信息,同時(shí)主成分貢獻(xiàn)率與ROAV不小于1的關(guān)鍵風(fēng)味化合物貢獻(xiàn)基本一致。從表4可以看出,對(duì)PC1貢獻(xiàn)較大且高度正相關(guān)的化合物有己醛、辛醛、己酸、1-辛烯-3-醇、辛醇,其次是3-甲基丁醛、2-甲基丁醛,正庚醇載荷量為-0.814,與PC1高度負(fù)相關(guān)。對(duì)PC2貢獻(xiàn)較大且相關(guān)性較好的化合物包括壬醛、癸醛、4-癸酮、1-癸醇。對(duì)PC3貢獻(xiàn)大的物質(zhì)為壬醛、2-丁基-2-辛烯醛、1-癸醇。這3 個(gè)主成分與前面薏仁飲料貯藏過程中揮發(fā)性主要成分及相對(duì)含量之間結(jié)果一致。因此,取這3 個(gè)主成分作為本研究數(shù)據(jù)分析的有效成分。
表4 薏仁飲料貯藏期間揮發(fā)性主成分Table4 Principal component scores of volatile components in coix seed beverage during storage
主成分所包含的因子載荷系數(shù)綜合反映出薏仁飲料貯藏期間主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物對(duì)各主成分的影響,初始因子負(fù)荷矩陣負(fù)荷越大,則主成分對(duì)該變量的代表性越強(qiáng)。
將樣品各特征向量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后,取特征值大于3,各主成分得分如圖1所示。貯藏35 d的薏仁飲料樣品與PCl相關(guān)性最大,貯藏21 d樣品與PC2相關(guān)性最大。因此,不同貯藏期間影響薏仁飲料風(fēng)味的特征揮發(fā)物組成不同。在薏仁飲料貯藏中后期的揮發(fā)性風(fēng)味化合物主要是壬醛、己醛、辛醛、己酸、1-辛烯-3-醇、辛醇、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、1-戊醇、4-癸酮等醛、酮、酸類化合物。其中1-辛烯-3-醇、壬醛、己醛、辛醛是引起薏仁飲料風(fēng)味劣變的主要因素[33-34],可能由于不飽和脂肪酸氧化分解產(chǎn)生風(fēng)味劣變物質(zhì)[3]。
圖1 薏仁飲料貯藏期間揮發(fā)性PCA載荷圖Fig.1 PCA loading plot of volatile components in coix seed beverage during storage
圖2 薏仁飲料貯藏期間電子鼻檢測(cè)PCA因子載荷圖Fig.2 PCA loading plot of electronic nose data of coix seed beverage during storage
由圖2可知,不同貯藏時(shí)間的薏仁飲料風(fēng)味特征不同,且PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率達(dá)到95.79%,遠(yuǎn)大于85%,說明不同貯藏期間薏仁飲料樣品之間風(fēng)味是相互獨(dú)立的[35],分別解釋了84.45%和11.34%的主成分變量,反映電子鼻檢測(cè)到絕大部分原始信息。從PC2可以看出,呈現(xiàn)較好的單向趨勢(shì),且各貯藏期薏仁飲料間PC2載荷因子差異性較大,說明電子鼻可有效區(qū)分不同貯藏期間的薏仁飲料;在PC1上大致可將樣品劃分為4 個(gè)區(qū)域,初始樣品(貯藏0 d),貯藏7 d和貯藏14 d的樣品,貯藏21 d和貯藏28 d的樣品,貯藏35 d的樣品,其中初始樣品(貯藏0 d)與其他組樣品間載荷距離較遠(yuǎn),其他3 個(gè)區(qū)域樣品間載荷距離較近,說明貯藏前與貯藏后樣品風(fēng)味特征差異較大,反映出薏仁飲料在設(shè)計(jì)條件下貯藏風(fēng)味品質(zhì)不穩(wěn)定。
圖3 薏仁飲料貯藏期間電子鼻檢測(cè)CAFig.3 Cluster analysis of electronic nose data of coix seed beverage during storage
從圖3可知,根據(jù)組間平均距離法最終可將不同貯藏期的薏仁飲料分為6 類,分別為初始樣品,貯藏7 d樣品,貯藏14 d樣品,貯藏21 d樣品,貯藏28 d樣品,貯藏35 d樣品。不同貯藏期的薏仁飲料均被準(zhǔn)確分類,這與PCA結(jié)果吻合,說明電子鼻CA能較好地區(qū)分出不同貯藏期間的薏仁飲料樣品,且層次關(guān)系更加明顯。同時(shí),也表明隨著貯藏期的延長薏仁飲料的風(fēng)味特征也不斷發(fā)生明顯變化。
利用SPME-GC-MS、電子鼻技術(shù)以及ROAV,結(jié)合PCA與CA方法,對(duì)薏仁飲料貯藏35 d的揮發(fā)性成分相對(duì)含量變化進(jìn)行研究得出,薏仁飲料貯藏期間共鑒定出39 種揮發(fā)性化合物,對(duì)貯藏期間揮發(fā)性成分進(jìn)行PCA,可以發(fā)現(xiàn)對(duì)樣品整體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的為醛類、醇類、酸類和烴類化合物;ROAV不小于1的關(guān)鍵風(fēng)味化合物有9 種,按貢獻(xiàn)度從大到小依次為1-辛烯-3-醇、壬醛、3-甲基丁醛、己醛、辛醛、2-甲基丁醛、1-戊醇、辛醇、1-己醇;通過PCA進(jìn)一步分析,推斷壬醛、己醛、辛醛、1-辛烯-3-醇為薏仁飲料貯藏期間品質(zhì)劣變的特征性揮發(fā)物,使薏仁飲料中的油脂發(fā)生氧化,產(chǎn)生不利影響,如哈喇味[36],電子鼻和GC-MS聯(lián)用對(duì)薏仁飲料貯藏期間揮發(fā)性化合物進(jìn)行檢測(cè)、分析,同時(shí)PCA、CA能有效區(qū)分不同貯藏時(shí)間樣品的品質(zhì)變化。
薏仁飲料在貯藏過程中由于脂質(zhì)氧化導(dǎo)致?lián)]發(fā)性成分發(fā)生了很大變化,在貯藏后期醛、醇類化合物對(duì)飲料風(fēng)味品質(zhì)影響較大,總體品質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在薏仁飲料生產(chǎn)貯藏過程中對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此添加活性物質(zhì)清除脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中產(chǎn)生的自由基,減少脂質(zhì)過氧化反應(yīng)鏈的長度,抑制油脂的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[3,37],從而起到抗氧化效果。