不同干燥方式對慈姑揮發性風味成分影響

劉春菊,李大婧,劉春泉

(江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；國家蔬菜加工技術研發專業分中心，江蘇南京 210014)

不同干燥方式對慈姑揮發性風味成分影響

劉春菊,李大婧,劉春泉*

(江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；國家蔬菜加工技術研發專業分中心，江蘇南京 210014)

為研究不同干燥方式對慈姑揮發性風味化合物的影響,采用固相微萃取技術萃取慈姑鮮樣和熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥慈姑揮發性成分,用氣質聯用分析鑒定其風味化合物,探討不同干燥方式下慈姑風味成分變化。結果顯示熱風干燥、微波干燥和熱風聯合微波干燥慈姑分別檢測出19種、25種、28種風味化合物。干燥方式對慈姑中的醇類、醛類、烯類、醚類、雜環類及含硫類揮發性風味成分影響較明顯,醇類化合物數量和含量上均減少,醛類化合物含量均增加,除了熱風干燥,數量上也增加,醚類化合物和烯烴類化合物含量減少,而含硫類化合物含量大幅增加。熱風聯合微波干燥慈姑揮發性風味物質的種類和含量均高于熱風干燥和微波干燥,該方法結合了熱風干燥和微波干燥生成風味物質的優勢,可促使慈姑干燥片風味物質的有效形成。

慈姑,干燥方式,風味成分,氣質聯用技術

慈姑(SagittariasagittifoliaL.)為澤瀉科多年生水生宿根草本植物,在我國有廣泛分布和栽培,資源十分豐富。慈姑屬于藥食同源性植物,富含硒、磷、維生素E等多種營養成分。慈姑性微寒,味甘苦,具有涼血止血、止咳通淋、散結解毒、和胃厚腸等功效[1-2],是冬春蔬菜供應淡季的重要水生蔬菜。

干燥作為蔬菜加工的一種重要方式,將蔬菜中水分降低到一定程度,延長保質期,獲得蔬菜干制產品。蔬菜干燥包括多種方式,近幾年聯合干燥方式受到了食品研究專家的廣泛關注,聯合干燥是通過兩種或三種干燥方式合理組合,發揮不同干燥方式之長,互相取長補短,提高干燥效率,降低能量損耗,提升產品品質。熱風聯合微波干燥技術是先熱風干燥再微波干燥,通過熱風干燥技術先去除一部分自由水分,再通過微波干燥去除剩下的自由水和結合水,利用了熱風和微波的干燥優勢,巧妙避開熱風和微波干燥缺陷。不同干燥方式對脫水蔬菜研究主要集中在硬度、色澤、復水率、收縮率、維生素C含量等物理性質、營養成分和感官評價方面[3-5]。吳海虹等人研究了4種不同干燥方式對慈姑物理性質、營養成分、微觀結構的影響,發現熱風聯合微波干燥慈姑脆片色澤最好,硬度和脆度適中,感官品質最佳,多酚保留率較高,且體現了較好的膨化效果。目前,慈姑的研究多在功效成分[6]、多糖提取[7]、淀粉特性[8]等方面,而對慈姑揮發性風味成分及干燥加工對風味的影響研究較少。因此,本研究通過SPME 萃取方法富集慈姑揮發性風味成分,用氣相色譜-質譜聯用儀對揮發性風味成分進行分離鑒定,探討熱風、微波、熱風聯合微波三種干燥方式對慈姑主體揮發性風味成分的影響,為慈姑干制產品風味的提升奠定一定理論基礎。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

供試慈姑于2013年3月從孝陵衛菜場采購,選取果形和成熟度適宜的慈姑,購買后貯藏于(4±1)℃、相對濕度90%～95%冰箱中備用。氯化鈉、檸檬酸(均為分析純),南京化學試劑有限公司。

Finnigan Trace MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Finnigan公司;手動SPME進樣器,75 μm CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司;DW-86L286超低溫冰箱 青島海爾特種電器有限公司;BS224S型電子天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;HR1707飛利浦二合一攪拌機 珠海經濟特區飛利浦家庭電器有限公司。

1.2 慈姑干燥處理

1.2.1 慈姑熱風干燥處理 挑選新鮮、無機械傷的慈姑,去皮,切分為4～5 mm薄片;置于1 g/100 mL的氯化鈉溶液與0.2 g/100 mL的檸檬酸溶液按1∶1(v/v)混合配制而成的護色液中,護色30 min后取出;沸水燙漂8 min(物料放入后開始計時),燙漂結束,流動水沖洗降溫;瀝干后置于-18 ℃冰柜中凍藏24 h;取出慈姑片,解凍后置于熱風干燥箱中進行干燥,熱風溫度70 ℃,干燥至含水量低于5%,密封后于4 ℃冰箱中保藏備用。

1.2.2 慈姑微波干燥處理 取按1.2.1節解凍后的慈姑片,置于微波干燥設備中進行干燥,微波強度7.5 W/g,干燥至含水量低于5%,密封后于4 ℃冰箱中保藏備用。

1.2.3 慈姑熱風聯合微波干燥處理 取按1.2.1節解凍后的慈姑片,置于熱風干燥箱中進行干燥,熱風溫度70 ℃,干燥70～75 min至轉換水分為40%;將預干燥后的慈姑片均濕2 h后放入微波干燥設備中進行干燥,微波強度7.5 W/g,干燥至含水量低于5%,密封后于4 ℃冰箱中保藏備用。

1.3 揮發性風味化合物檢測

1.3.1 慈姑揮發性成分SPME萃取 慈姑樣品用攪拌機打碎后,取打碎后的粉末2 g,置于20 mL頂空進樣瓶中,在磁力攪拌速度600 r/min、50 ℃條件下加熱平衡15 min,將已老化的萃取頭插入樣品瓶中,使之與樣品表面保持1.5 cm的距離,萃取30 min后進入GC-MS分離鑒定,解析5 min。

1.3.2 GC-MS條件 色譜條件:色譜柱為DB-WAX,30.00 m×0.25 mm,0.25 μm毛細管柱;載氣:He氣;流速:1 mL/min,不分流進樣。程序升溫:起始溫度40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min的速率升至80 ℃,再以10 ℃/min的速率升至220 ℃,保持7 min,汽化室溫度250 ℃。質譜條件:電子轟擊電離源,電子能70 eV,發射電流250 μA,電子倍增器電壓350 V,離子源溫度200 ℃,接口溫度250 ℃,質量掃描范圍m/z 33～450。

1.3.3 數據處理 通過GC-MS所帶的NIST 2008、Wiley 275圖譜庫對慈姑揮發性成分進行解析,再結合有關文獻進行人工圖譜解析,確認揮發性風味成分的各化學組成;利用圖譜庫工作站數據處理系統按峰面積歸一化算法求得各化學成分在揮發性風味成分中的相對含量。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式慈姑揮發性風味成分分析

采用SPME萃取與氣質聯用法對慈姑鮮樣和熱風干燥、微波干燥及熱風聯合微波干燥后制得的慈姑片揮發性風味物質進行分離、鑒定,總離子流圖見圖1。

揮發性成分、相對含量及部分化合物感覺閾值如表1所示。慈姑鮮樣和熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥慈姑中分別檢測出31種、18種、25種、28種揮發性風味成分,鮮樣中揮發性風味成分主要由醇類、烯類、醚類和醛類等構成,占總質量分數的92.77%;熱風干燥慈姑的揮發性風味成分主要由烯類、醛類、醚類、含硫類等組成,占總質量分數的90.84%;微波干燥慈姑的揮發性風味成分主要由烯類、醛類、醚類、酮類、含硫類等構成,占總質量分數的90.18%;熱風聯合微波干燥慈姑的揮發性風味成分主要由烯類、醛類、醚類、酮類、含硫類等組成,占總質量分數的91.58%。

圖1 鮮樣和不同干燥方式慈姑揮發性風味成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of flavor compounds in fresh and differently dried arrowhead

2.2 干燥方式對慈姑揮發性風味成分的影響

2.2.1 干燥方式對醇類物質的影響 慈姑鮮樣中檢測出11種醇類揮發性風味物質,相對含量為14.35%,含量較高的物質是己醇(6.12%)、乙醇(2.45%),但這兩種物質的感覺閾值較高,對慈姑鮮樣的風味貢獻較小。熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥得到的慈姑片中分別檢測出4種、2種、4種醇類揮發性風味物質,相對含量分別為2.44%、1.39%、2.5%。從而可以看出熱風、微波、熱風聯合微波干燥都會使得慈姑中的醇類揮發性風味物質數量和質量上均顯著減少,這可能是由于醇類物質在加熱條件下氧化生成醛類或酮類化合物。熱風干燥和熱風聯合微波干燥使得慈姑片中均含有乙醇和1-辛烯-3-醇兩種物質,與鮮樣相比乙醇含量降低,而1-辛烯-3-醇的含量增加,且熱風干燥大于熱風聯合微波干燥,說明熱風干燥會促使慈姑片中1-辛烯-3-醇含量增加,且1-辛烯-3-醇的閾值較低,具有類似蘑菇的香味,對熱風干燥慈姑片風味具有一定的貢獻。微波干燥和熱風聯合微波干燥得到的慈姑片中共同含有的物質是戊醇,且鮮樣含量大于熱風聯合微波干燥,熱風聯合微波干燥大于微波干燥。

2.2.2 干燥方式對醛類物質的影響 慈姑鮮樣和熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥慈姑片中分別檢測出5種、3種、7種、10種醛類揮發性風味化合物,相對含量分別為8.33%、13.11%、15.28%、16.8%。醛類物質的感覺閾值一般都很低,對慈姑片的風味具有一定貢獻?？梢钥闯龈稍锛庸沟么裙闷袚]發性風味成分含量增加,微波干燥在數量和含量上均有增加,且熱風聯合微波干燥產生疊加效應,數量和含量上增加幅度更大。這可能是熱風聯合微波干燥在干燥前期采用熱風干燥使得慈姑表面充分發生美拉德反應,在表面形成風味化合物,并脫除一部分水分,后期采用微波干燥使得慈姑內部充分發生美拉德反應,在內部形成風味化合物,產生大量的風味化合物。熱風干燥使得慈姑片中己醛含量增加,微波干燥和熱風聯合微波干燥含量均減少,己醛是ω6-脂肪酸過氧化物降解的主要產物,具有青草香味,賦予慈姑片新鮮的感覺。微波干燥和熱風聯合微波干燥使得慈姑片中產生了一些新的醛類物質,包括戊醛、庚醛、癸醛、糠醛、3-甲基丁醛,熱風聯合微波干燥與慈姑鮮樣具有5種共同的醛類化合物,包括己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、(Z)-2-庚烯醛,熱風、微波和熱風聯合微波干燥所共有的物質為己醛和3-甲基丁醛。

2.2.3 干燥方式對烯烴類物質的影響 慈姑鮮樣中檢測出6種烯烴類化合物,相對含量為27.85%,其中D-檸檬烯相對含量13.03%,石竹烯相對含量12.49%,且兩種物質的閾值較低。D-檸檬烯具有愉快的甜香、柑橘香和檸檬香氣,在香菇干燥中期D-檸檬烯成為揮發性成分中含量較多的烯烴類物質[18]。石竹烯具有辛香、木香、柑橘香和溫和的丁香香氣,天然存在于檸檬、肉豆蔻、胡椒、覆盆子、丁香葉油中。熱風、微波和熱風聯合微波干燥得到的慈姑片中檢測出5種、3種、6種烯烴類化合物,含量分別為17.1%、12.43%、17.16%,雖然數量上變化不大,但含量上均有所降低,可能是加熱條件使得部分烯烴轉化為醛類化合物和酮類化合物,且溫度越高轉化的越多。熱風干燥與鮮樣共有的化合物是石竹烯和α-石竹烯,含量有所增加,微波干燥和鮮樣共有的化合物也是石竹烯和α-石竹烯,但含量降低,熱風聯合微波干燥與鮮樣共有的物質是香葉烯、D-檸檬烯、石竹烯和α-石竹烯,香葉烯含量有所增加,其他三種物質含量均降低。

2.2.4 干燥方式對醚類、雜環類及含硫類物質的影響 慈姑鮮樣和熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥慈姑片中都只檢測到一種醚類物質,即是淚柏醚。在慈姑鮮樣中含量非常高,高達38.71%。淚柏醚是一種二萜烯類化合物,具有重要的藥用價值,一般認為閾值較低,存在于煙葉、松葉、向日葵花盤、銀杏葉、花柏樹精油、釀酒葡萄、巴豆中。慈姑鮮樣、熱風干燥和熱風聯合微波干燥中均檢測出2-戊基呋喃,2-戊基呋喃被認為是亞油酸的一種氧化產物,具有豆味、泥土、青草及類似蔬菜的香韻[19]。而微波干燥中產生大量的吡嗪類化合物,吡嗪類化合物是由Maillard反應和 Strecker降解產生的氨基酮經縮合反應而成[20],這些化合物能夠賦予慈姑片濃厚的堅果、馬玲薯片、巧克力香味及烘烤香味。這可能是微波干燥使慈姑中溫度及蒸汽壓最高處在食品的內部,在此有利于風味前驅物—糖與氨基酸美拉德反應的進行,蒸汽易于向外轉移并誘發香氣成分汽化[21]。在Na等人[22]、李延華[23]等人的研究中都發現高溫加熱會促使吡嗪類化物的生成,賦予食品一種獨特的烘焙香氣。二甲基硫醚在熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥慈姑片中含量呈現幾十倍增加,二甲基硫醚是海藻、熟大蒜、熟玉米、牛乳中含硫組分的主要風味物質,會呈現奶油香氣、海藻香氣、蘿卜樣氣味,許多食品經過熱處理后都會產生二甲基硫醚化合物,可能是這些食品中的含硫氨基酸經高溫燙漂后降解產生的。二甲基亞砜稍帶苦味,具有大蒜或牡蠣味道,雖然經過熱處理其含量有所增加,但相對含量較低,對干燥慈姑片風味的影響不大。

表1 不同干燥處理后慈姑揮發性成分及相對含量

續表

3 結論

通過對慈姑鮮樣和熱風干燥、微波干燥、熱風聯合微波干燥慈姑進行頂空固相微萃取后用氣質聯用法分析其揮發性風味物質,慈姑鮮樣的主要風味物質為1-辛烯-3-醇、己醛、D-檸檬烯、石竹烯、淚柏醚、2-戊基呋喃,其中相對含量最高的風味物質是淚柏醚,含量為38.71%。熱風干燥、微波干燥和熱風聯合微波干燥改變了慈姑風味物質構成,熱風干燥慈姑的主要風味物質為1-辛烯-3-醇、己醛、3-甲基丁醛、石竹烯、淚柏醚、二甲基硫醚,微波干燥慈姑的主要風味物質為戊醛、己醛、2-甲基丁醛、石竹烯、淚柏醚、二甲基硫醚,熱風聯合微波干燥慈姑的主要風味物質為1-辛烯-3-醇、戊醛、己醛、壬醛、D-檸檬烯、石竹烯、淚柏醚、二甲基硫醚?？梢钥闯?經過熱風干燥、微波干燥和熱風聯合微波干燥慈姑相對含量最高的風味物質成為了二甲基硫醚,其含量分別為41.88%、37.77%、37.47%。熱風聯合微波干燥融合了熱風干燥和微波干燥的優勢,使得慈姑片揮發性風味物質的種類和含量都有明顯的提高,更有利于慈姑片揮發性化合物的形成,賦予其濃郁的風味。聯合干燥技術將成為今后果蔬干燥領域的研究熱點,逐漸替代單一干制技術,對干燥產業發展具有重大的現實意義。

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Effects of different drying on volatile flavor compounds in arrowhead

LIU Chun-ju,LI Da-jing,LIU Chun-quan*

(Institute of Agricultural Products Processing,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Engineering Research Center for Agricultural Products Processing,Nanjing 210014,China；National Vegetable Processing Technology R&D Sub-centers,Nanjing 210014,China)

The volatile flavor compounds of arrowhead in hot air drying,microwave drying,hot air combining microwave drying were extracted by solid phase microextration(SPME),determined using gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The changes of volatile flavor compounds in different dried arrowhead were compared. The results showed that a total of 19,25,28 compounds were detected under differently dried treatments. Alcohol,aldehyde,alkenes,ethers,heterocyclic,and sulfur containing compounds were changed remarkably after three dehydrations. The numbers and contents of alcohol were reduced. Aldehyde compounds contents were increased,in addition to hot air drying,also its number was increased. The contents of ethers and alkenes were decreased,and sulfur containing compounds were increased substantially. The number and type of favor compounds of arrowhead in hot air combining microwave drying were higher than hot air drying and microwave drying. It combined the superiority of flavor compounds production in hot air drying and microwave drying,to promote the formation of flavor substances in dried film arrowhead.

arrowhead;drying;flavor compound;GC-MS

2015-01-13

劉春菊(1979-)，女，碩士，助理研究員，主要從事果蔬加工與質量控制研究，E-mail：cjliu0306@163.com。

*通訊作者:劉春泉(1959-)，男，碩士，研究員，主要從事農產品精深加工與產業化開發研究，E-mail：lcq@jaas.ac.cn。

江蘇省農業科技自主創新資金項目(CX(13)3082)。

TS255.1

A

1002-0306(2015)21-0102-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.012