燕麥米及燕麥片揮發(fā)性風味差異研究

雷 洋 皇甫文倩 胡新中

(陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，西安 710119)

燕麥含有β-葡聚糖、脂肪、維生素等營養(yǎng)成分，蛋白質(zhì)營養(yǎng)均衡，具有一定的降糖降脂功效[1]。燕麥的主要加工產(chǎn)品包括燕麥片、燕麥米、燕麥粉等，深受消費者喜愛[2]。因為燕麥片、燕麥米食用方式不同，所以需要采取不同的加工、滅酶工藝來保證產(chǎn)品風味[3]。通常，燕麥片是將燕麥原料經(jīng)水熱處理(130 ℃、40 min)、切粒、蒸煮熟化(100 ℃、20 min)、壓片成型、干燥等工藝制成。燕麥米是以脫殼燕麥經(jīng)清洗、碾磨(去皮率3%～5%)、滅酶等工序加工而成，常見的滅酶方式有：傳統(tǒng)焙炒(155 ℃、20 min)、紅外烘烤(550 ℃、45 s)、微波加熱(高火、45 s)、蒸制與焙烤結(jié)合等[22]。其中，2種產(chǎn)品的共同之處是都要采取加熱滅酶處理，其作用一是熱處理能抑制新收獲燕麥的微苦味[4，5]，產(chǎn)生特有的谷物香氣；二是熱處理能殺死燕麥籽粒中的脂肪氧合酶，防止脂肪氧合酶作用下造成的脂肪氧化酸敗、變質(zhì)而產(chǎn)生刺鼻的味道[6-8]。

國內(nèi)外對燕麥米、燕麥片的加工工藝、營養(yǎng)品質(zhì)等方面進行了系列研究，在燕麥風味方面的相關(guān)研究包括皮燕麥籽粒、酸敗燕麥籽粒[5]、烘烤燕麥籽粒[4]、燕麥片[9]及燕麥粉等的揮發(fā)性風味物質(zhì)的探究，已經(jīng)鑒定出燕麥籽粒含有111種揮發(fā)性物質(zhì)，其中萜烯、烷基苯、醇和酮等為青草味，含量低于50 μg/g[10，11]。酸敗燕麥籽粒中己醛含量最豐富[5]，濃度約為10～15 μg/g，遠高于其氣味閾值(4.5 μg/g)[11]，戊醛、1-戊醇和3,5-辛二酮等物質(zhì)含量較高。烘烤燕麥籽粒有“濃郁的堅果味、泥土味”的復合味道，主要為吡嗪類化合物，而含量較少、閾值很低的不飽和烷基吡嗪[12]能對整體風味產(chǎn)生較大影響。燕麥片香氣的關(guān)鍵化合物為(E,E,Z)-2,4,6-壬三醛[5]，其他重要的揮發(fā)性物質(zhì)有(Z)-3-己醛、乙酸、丁酸、(E) -β-大馬酮、1-辛烯-3-酮、3-甲基丁酸、香蘭素、2-甲基-3-呋喃硫醇、蛋氨酸、二甲基三硫化物、1-辛醇-3-醇和3,5-二乙基-2-甲基吡嗪[13]。燕麥的風味形成主要源于加工過程，一類是美拉德反應產(chǎn)物，包括雜環(huán)吡嗪、吡咯、呋喃和含硫化合物；另一類是不飽和脂肪酸氧化分解產(chǎn)生的醛類和酮類物質(zhì)，是復雜的揮發(fā)性化合物混合在一起的味道[14]。

燕麥產(chǎn)品風味物質(zhì)組成復雜，不同的加工工藝也會影響其風味特點，而目前國內(nèi)關(guān)于主流燕麥產(chǎn)品燕麥片、燕麥米風味差異的研究甚少。本研究對裸燕麥原料及其產(chǎn)品揮發(fā)性風味進行主成分分析、綜合主成分評價及感官評價，探討燕麥米及燕麥片的風味差異，對于推動裸燕麥產(chǎn)品消費，指導燕麥產(chǎn)品工業(yè)化加工具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

6個裸燕麥品種(白燕2號、白燕11號、壩莜1號、壩莜6號、燕科2號、定莜9號)于2018年收獲，由河北省張家口農(nóng)科院提供，籽粒清理除雜后使用。

燕麥米：使用TM-05C型碾米機將裸燕麥碾米15 s。將制得的燕麥米置于沸水上常壓蒸制20 min。蒸制后將燕麥米放入35 ℃的烘箱中干燥12 h，使水分降低至10%以下，在-20 ℃冰箱中保存。

燕麥片：將燕麥籽粒汽蒸滅酶(140 ℃，保持40 min)，然后將籽粒壓成0.5 cm厚的薄片，將其置于140 ℃的烘箱中烘干。將干燥的燕麥片在室溫靜置后包裝為燕麥片成品，在-20 ℃冰箱中保存。

1.2 實驗儀器與設備

TM-05C型研磨式碾米機，ST310索氏浸提系統(tǒng)，Kjeltec2300全自動凱氏定氮儀，Isenso Group Corporation電子鼻；GC-MS：DB-wax型柱子、頂空固相微萃取進樣手柄CAR/PDMS (75 μm，F(xiàn)used Silica 24Ga，3pk)。

1.3 方法

1.3.1 基本營養(yǎng)成分測定

水分的測定參考GB/T 24896—2010中的烘干法；灰分的測定參考GB 5009.4—2016的方法；蛋白質(zhì)的測定參考GB 2009.5—2010，全自動凱氏定氮儀的方法；脂肪的測定參考GB/T 5009.91—2017，索式脂肪浸提儀的方法；總淀粉的測定參考GB 5009.9—2016，Megazyme淀粉試劑盒的方法；β-葡聚糖的測定參考Megazyme β-葡聚糖試劑盒的方法。

1.3.2 燕麥片及燕麥米揮發(fā)性風味化合物的氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)檢測

參照劉丹[15]的方法進行了改進。準確稱取8.0 g樣品放入20 mL樣品瓶中，將老化好的萃取頭(CAR/PDMS)插入樣品瓶中，65 ℃下平衡30 min，頂空萃取35 min后迅速進樣到氣質(zhì)聯(lián)用儀，解吸5 min。GC-MS條件：Agilent DB-wax毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度280 ℃，柱起始溫度50 ℃，保持3 min，以3 ℃/min的速率升至120 ℃，再以8 ℃/min的速率升至230 ℃，保持10 min，載氣流速1 mL/min，分流比20∶1。質(zhì)譜條件：電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，輔助溫度280 ℃，掃描范圍33～400 Amu，溶劑延遲3 min。

1.3.3 感官品質(zhì)分析

沖泡燕麥片的制備：燕麥片采用沸水(100 ℃)沖泡，樣品與加水量之比為1∶10，用小勺攪勻，室溫下靜置10 min讓燕麥片充分熟化后開始進行感官評價。蒸制燕麥米的制備：向燕麥米中加水，樣品與加水量之比為1∶1.6，蒸籠隔水蒸制20 min。蒸熟后迅速進行感官評價。篩選9名(6名女性，3名男性)經(jīng)過培訓的專業(yè)品評人員作為感官評價員，感官分析采用的溶劑水為純凈水。用3位數(shù)隨機標注樣品編號。每次品嘗間隔在10 min左右，間隔期間需漱口，食用無味的蘇打餅干，防止樣品間的影響[16]。燕麥片感官評價標準[16]標準分為沖泡前(形狀20分、色澤15分)，沖泡后(氣味10分、上層液體顏色10分、上層液體適口性20分、燕麥片適口性15分、滋味10分)。燕麥米感官評價標準為氣味(15分)、適口性(黏彈性15分、硬度15分)、滋味(30分)、外觀(顏色10分、米粒外觀結(jié)構(gòu)15分)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實驗平行測定3次，采用SPSS 12.0軟件進行顯著性及主成分分析，GC-MS數(shù)據(jù)利用自帶軟件及SPSS 12.0軟件處理。未知化合物采用NIST05譜庫檢索和人工圖譜解析，用峰面積歸一化法確定各成分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 裸燕麥的基本營養(yǎng)成分分析

6種裸燕麥的基本營養(yǎng)成分含量如表1所示。由表1可知不同品種裸燕麥的基本成分存在一定差異，蛋白質(zhì)含量最高為白燕2號，最低為燕科2號；脂肪含量最高為定莜9號，最低為壩莜6號。因為燕麥揮發(fā)性風味與其中蛋白質(zhì)的美拉德反應與脂肪氧化反應密切相關(guān)，所以樣品的蛋白質(zhì)與脂肪含量在一定程度上對燕麥產(chǎn)品風味成分組成及感官評價影響較大。淀粉含量與蛋白質(zhì)含量的趨勢基本相同。而β-葡聚糖含量最高為白燕11號，最低為壩莜6號。這種差異可能由燕麥的品種不同所導致。

2.2 烹制前裸燕麥米及燕麥片的風味及化學組成分析

主成分分析利用降維的思想，把多變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個主成分來揭示多個變量間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使它們盡可能多地保留原始變量的信息，且彼此間互不相關(guān)[17]。燕麥米、燕麥片的主成分分析結(jié)果如圖1所示。烹制前裸燕麥米及燕麥片按照因子得分圖得到3個主成分，PC1、PC2與PC3分別為44.506%、25.235%與11.909%。根據(jù)旋轉(zhuǎn)成分矩陣，PC1主要反映醛類、烷類和醇類的變化；PC2主要反映醚類、糖類和酯類的變化；PC3主要反映酸類和酮類的變化。從PC1角度看，裸燕麥片(定莜9號、白燕11號、壩莜1號、壩莜6號、白燕2號、燕科2號)均處于正向，裸燕麥米均處于負向，說明烹制前裸燕麥片、裸燕麥米在醛類、烷類和醇類上差異明顯。從PC2角度，裸燕麥米、燕麥片(定莜9號除外)均處于負向，且分布較聚集，故裸燕麥米與燕麥片在醚類、糖類和酯類上幾乎無差異。從PC3角度，裸燕麥米(燕科2號、壩莜1號、白燕11號)處于正向，裸燕麥米(白燕2號、壩莜6號、定莜9號)處于負向；裸燕麥片(定莜9號、白燕11號)處于正向，其余(壩莜1號、壩莜6號、白燕2號、燕科2號)基本處于負向。綜合來看，烹制前裸燕麥米及燕麥片在風味組成上存在明顯差異。

表1 燕麥原料基本營養(yǎng)成分(以干基計)/%

圖1 烹制前裸燕麥米、燕麥片因子得分圖

2.3 烹制后裸燕麥米及燕麥片的風味及化學組成分析

采用主成分分析方法，比較了烹制后裸燕麥米及燕麥片中揮發(fā)性化合物種類和含量的差異，如圖2所示。烹制后裸燕麥米、燕麥片按照因子得分圖得到4個主成分，PC1、PC2、PC3及PC4分別為30.568%、21.617%、18.629%及13.300%。其中，PC1主要反映酯類、酚類和胺類的變化；PC2綜合反映糖類和其他類的變化，PC3反映醚類和酸類的變化，PC4反映醛類和烯類的變化。從PC1角度看，除定莜9號外，其余5種裸燕麥片均位于正向，且所有裸燕麥米均處于負向，說明烹制后，裸燕麥米與裸燕麥片之間仍存在明顯差異，主要體現(xiàn)在酯類、酚類和胺類的差異上。從PC2角度看，除白燕11號燕麥片，其余燕麥片、燕麥米都處于0刻度附近和負向，差異性不明顯。從PC3角度看，結(jié)果較為復雜，燕麥米、燕麥片風味交錯。綜合來看，烹制后裸燕麥米和裸燕麥片之間的差異性主要體現(xiàn)在酯類、酚類和胺類上，壩莜1號燕麥片、白燕2號燕麥片、燕科2號燕麥片、壩莜6號燕麥片風味差異較大，但燕麥米風味較為集中，且差異較小，難以分辨。

圖2 烹制后裸燕麥米、燕麥片因子得分圖

如表2所示，烹制前燕麥米、燕麥片的共有物質(zhì)有3種，分別為癸烷、十二烷和己醛；烹制后的共有物質(zhì)有9種，分別為十二烷、己醛、2，4-二叔丁基苯酚、丁基苯甲醇、3，7-二甲基癸烷、4，6-二甲基十二烷、4-甲基十二烷、十六烷和十四烷。烹制前，燕麥片共有物質(zhì)11種，燕麥米20種；烹制后，燕麥片12種，燕麥米23種。烹制前后燕麥片揮發(fā)性風味物質(zhì)總數(shù)從123種增加到204種，燕麥米從142種增加到152種，說明烹制加工可增加燕麥米與燕麥片的揮發(fā)性風味物質(zhì)數(shù)量及其共有物質(zhì)種類，與文獻報道一致。Zhou等[18]在對12種燕麥粥的研究中指出加熱會導致燕麥揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生，增加揮發(fā)物數(shù)量。Deng等[19]對普通大米的風味物質(zhì)的研究表明，大米風味物質(zhì)主要包括醛類、醇、酮及烷烴類，與燕麥產(chǎn)品風味物質(zhì)差異不大，己醛都是含量最高的物質(zhì)?？傮w而言，烹制會增加燕麥產(chǎn)品的揮發(fā)性風味物質(zhì)。

表2 裸燕麥米及裸燕麥片烹制前后的共有物質(zhì)

2.4 裸燕麥米及燕麥片感官評價分析

對燕麥米感官數(shù)據(jù)進行顯著性分析，各品種在氣味、外觀、滋味、適口性方面差異不顯著，最終感官評分結(jié)果差異也不顯著(表3)。白燕11號燕麥米的氣味評分最高，壩莜1號最低；外觀得分在13.64～16.39分之間，燕麥米粒偏白，略帶黃色，顆粒較完整；滋味得分在16.6～19.5分之間，燕麥米咀嚼有淡淡的燕麥香味或甜味，味道保持時間較短；適口性得分在13.57～16.6分之間，口感比較粗糙，略有彈性，米粒偏硬，這是因為皮層外面的纖維含量高，導致口感較差。從感官評分結(jié)果來看，從高到低依次為，壩莜6號、燕科2號、白燕11號、白燕2號、壩莜1號、定莜9號。

對燕麥片感官數(shù)據(jù)進行顯著性分析，如表4所示，形狀及滋味兩個方面均存在顯著性差異(P<0.05)，上層液體色澤、上層液體適口性、燕麥片適口性等方面樣品間差異不顯著。燕麥片片型較大、均一性較差，有少量碎片，色澤呈白灰色，有光澤，與實驗室的燕麥片制作為小型設備有一定關(guān)系；沖泡后燕麥片氣味較好，有輕微烘烤燕麥香氣和較濃郁燕麥香味；適口性包括上層液體適口性和燕麥片適口性，沖泡后燕麥片呈中等黏度、柔軟，湯汁較爽滑；滋味方面，具有濃郁持久的燕麥風味。從感官評分結(jié)果來看，從高到低依次為，壩莜1號、定莜9號、白燕11號、燕科2號、壩莜6號、白燕2號。

表3 燕麥米感官評價得分

表4 燕麥片感官評價得分

對燕麥米、燕麥片烹制前后綜合主成分值進行排序，如表5所示，烹制前，裸燕麥片按照綜合主成分值排名順序為白燕11號、白燕2號、壩莜1號、定莜9號、壩莜6號、燕科2號；烹制后綜合成分值排名順序為燕科2號、白燕11號、壩莜1號、白燕2號、壩莜6號、定莜9號，發(fā)生了顛覆性變化。按照感官評價，最終評分順序為壩莜1號、定莜9號、白燕11號、燕科2號、壩莜6號、白燕2號。感官評價結(jié)合了風味、形態(tài)、適口性，兼?zhèn)淞耸称窇摽紤]的色、香、味、型，具有綜合性的特點。

烹制前，裸燕麥米按照綜合主成分值排名順序為白燕11號、燕科2號、壩莜1號、白燕2號、壩莜6號、定莜9號；烹制后綜合主成分值排名順序為白燕2號、白燕11號、定莜9號、壩莜6號、燕科2號、壩莜1號，發(fā)生了極大變化。按照感官評價，最終評分順序為壩莜6號、燕科2號、白燕11號、白燕2號、壩莜1號、定莜9號。燕麥米加工對燕麥風味、形態(tài)、適口性有了較大的改變，要從原料選擇、工藝、食用方式等方面來提升燕麥米品質(zhì)。

表5 綜合主成分值及感官評價排名表

3 討論

3.1 燕麥米及燕麥片加工差異

滅酶是影響燕麥米及燕麥片風味的最主要因素。燕麥的脂肪含量較高，其中不飽和脂肪酸比例較大，這些物質(zhì)為燕麥提供了其他谷物所不具備的營養(yǎng)，同時也會因為貯藏不當、籽粒破損而加速燕麥的氧化哈敗從而嚴重影響產(chǎn)品的口感，所以燕麥產(chǎn)品加工必須要考慮脂肪酶的酶活[2]。通過滅酶處理可以使燕麥產(chǎn)品的外觀更好，色澤發(fā)亮，另外可以產(chǎn)生燕麥特有的香味。但是如果滅酶不徹底，殘留的脂肪酶會影響燕麥的風味，導致燕麥食品中產(chǎn)生肥皂味和苦味等異味[20]。因此，有效抑制酶活性是燕麥產(chǎn)品加工中最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。目前市場上燕麥米加工工藝不盡相同，有的經(jīng)過烘烤滅酶，但大部分未經(jīng)過滅酶；有的經(jīng)過打磨，有的只是清選過的燕麥籽粒，口感差，所以燕麥米應采取適當?shù)募庸すに嚳朔陨先毕?。燕麥米在加工成成品前，要對燕麥籽粒進行打磨處理，打磨加工不僅可以改善食品口感，為燕麥產(chǎn)品深加工提供原輔料，而且也能夠有效去除籽粒微生物污染和降低燕麥香毛簇含量[21]。但打磨處理破壞了燕麥籽粒的完整結(jié)構(gòu)，增加了內(nèi)部與空氣接觸的機會，如果不能在短時間(2 h)內(nèi)滅酶，會激活脂肪酶，使脂肪酶活性增加從而氧化分解脂肪產(chǎn)生游離脂肪酸，導致產(chǎn)品口感變苦、保質(zhì)期縮短[21]。而裸燕麥在生產(chǎn)燕麥片時，要求熱處理溫度130 ℃，保持40 min來鈍化燕麥中的脂肪酶，防止酸敗，增加燕麥的焙烤香味。在壓片工序前，要進行蒸汽蒸制，在熱量和水分共同作用下進一步滅酶，不僅可以使籽粒中的脂肪酶失活，還可以調(diào)整燕麥籽粒中的含水量，增加韌性，減少在后續(xù)籽粒切割中因籽粒破損所帶來的損失，所以燕麥片在加工處理過程中滅酶更充分。常壓蒸制、高壓蒸制能穿透籽粒，100%殺死酶[22-27]，加壓蒸汽(2.4 bar)的滅酶效果更好[24,26,28]；紅外烘烤能完全殺死裸燕麥米的脂肪酶和過氧化氫酶[24]；熱風烘烤未能抑制酶活性[24]，烘干速度和溫度曲線(籽粒水分17%，90 ℃烘干20 min；20%水分100 ℃烘干40 min；25%水分130 ℃烘干20 min)對燕麥風味有很大影響[7]。

3.2 燕麥米及燕麥片食用方式差異

燕麥米與燕麥片加水量的差異也導致其風味發(fā)生了較大變化。蛋白質(zhì)、β-葡聚糖主要分布于籽粒皮層，蒸煮過程中容易受熱變性、黏度增加，阻礙外界水分進入籽粒內(nèi)部，導致蒸煮時間延長、口感粗糙、爽滑度降低，因此需要對籽粒進行破壁、壓片處理，這也正是燕麥米打磨、燕麥片壓片的主要原因[24]。在烹制過程中，燕麥片沖泡時加水比是1∶10，加水量充足，燕麥中的淀粉、β-葡聚糖充分吸水漲潤，片型完整且飽滿；而燕麥米蒸制時的加水比是1∶1.6，與燕麥片相比加水量較低，籽粒不能充分吸水膨脹，感官狀態(tài)不佳，所以評分較低。燕麥在加工過程中，熱處理會破壞淀粉分子間的氫鍵和淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)，膨脹性和吸水性增加，更易糊化，淀粉顆粒之間互相靠緊，導致糊化時產(chǎn)生了較高的內(nèi)部摩擦力，黏度增加[29,30]。燕麥片的糊化溫度低于燕麥米，峰值黏度和最終黏度高于燕麥米，β-葡聚糖分子量更大，表觀黏度更大，從而燕麥片更易糊化，口感更好[31]。對于燕麥米而言，如果加水量充足，米粒充分吸水，有利于燕麥米蒸煮時充分糊化，提高燕麥米的感官品質(zhì)；如果加水量少，米粒吸水不足，導致淀粉糊化不充分，米飯有硬心，口感較差。控制燕麥米加水量在1.2～1.9倍，能夠保持米粒的完整，得到口感較好的米飯[32]。所以加水量也是影響燕麥產(chǎn)品感官品質(zhì)的主要因素之一。

3.3 燕麥米及燕麥片揮發(fā)性風味物質(zhì)差異分析

燕麥風味物質(zhì)的形成通常與加工中的美拉德反應及脂肪降解有關(guān)。對風味成分組成影響最大的是脂肪含量。裸燕麥原料營養(yǎng)成分的分析結(jié)果顯示，原料中脂肪含量的差異較顯著。熱處理后典型的美拉德反應產(chǎn)物如吡嗪和呋喃酮的含量會增加[3]，脂肪降解產(chǎn)物也會和美拉德反應產(chǎn)物之間相互作用，甚至會產(chǎn)生異味。其中，氧化途徑是產(chǎn)生異味的主要原因。正常儲存時，燕麥籽粒、燕麥片較為穩(wěn)定，但加工過程會激活其內(nèi)部脂氧合酶，產(chǎn)生酸敗味和其他不良風味[9]，影響燕麥整體風味的形成。裸燕麥米、燕麥片烹制前在醚類、糖類和酯類上存在明顯差異，烹制后在酯類、酚類和胺類上存在明顯差異。烹制前后，裸燕麥片風味組成豐富度均優(yōu)于裸燕麥米。研究表明，燕麥片揮發(fā)性風味物質(zhì)產(chǎn)生于壓片之后，它們是熱依賴性化合物前體和熱依賴性化合物的復雜混合物，這些物質(zhì)是燕麥籽粒和燕麥片風味差異的原因之一[10]。而燕麥米由于未經(jīng)過滅酶或滅酶不充分，產(chǎn)生一些脂肪降解產(chǎn)物如2-戊基呋喃、1-辛-3-醇、2-庚醛、1-己醇、己醛和2-庚酮等，風味組成受到影響。結(jié)合感官評價結(jié)果，燕麥片風味評價整體評分值高，燕麥米整體評分值低，需要引起注意，否則會給消費者帶來負面影響。

4 結(jié)論

通過結(jié)合主成分分析、綜合主成分評價及感官評價，分析了國內(nèi)6種裸燕麥原料制成的裸燕麥片和裸燕麥米的營養(yǎng)成分、揮發(fā)性風味組成方面的差異。裸燕麥片無論烹制與否，風味組成豐富度都優(yōu)于裸燕麥米，并且烹制可以增加裸燕麥米、燕麥片的風味物質(zhì)豐富度。滅酶是影響燕麥米、燕麥片風味和感官的最主要因素。充分滅酶保證了燕麥片風味的清爽濃郁，滅酶不足的燕麥米在蒸煮前后差異巨大，其脂肪易酸敗，產(chǎn)生生澀、略帶苦味等不良風味，為了穩(wěn)定燕麥米質(zhì)量，充分滅酶是質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素。加水量也是影響燕麥產(chǎn)品品質(zhì)與感官的重要因素。充足的加水量有利于燕麥片充分吸水膨脹，使其中的淀粉充分糊化，提高燕麥片的感官品質(zhì)；而加水量較低的燕麥米粒吸水不足，淀粉糊化不充分，使其感官風味較差，所以提高加水量是控制燕麥產(chǎn)品風味的重要因素。