掛糊油炸大球蓋菇菌柄加工過程中揮發性風味物質變化研究

黎軒銘,李洪軍,2,3,肖旭,廖林,陳茹,謝兆華,賀稚非,2,3*

1(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)2(川渝共建特色食品重慶市重點實驗室,重慶,400715) 3(重慶市特色食品工程技術研究中心,重慶,400715)

大球蓋菇(Strophariarugoso-annulata),又被稱為赤松茸、皺環球蓋菇、酒紅球蓋菇,富含蛋白質、多糖、維生素等營養物質,具有降血糖、抗腫瘤、抗氧化和抑制破骨細胞形成等多種生物活性功能,是聯合國糧農組織向發展中國家推薦栽培的優良食用菌[1-2],其菌柄粗壯,質地鮮美,易于加工。近幾年我國大球蓋菇栽培面積迅速擴大,成為國內快速發展的食用菌之一[3]。然而,大球蓋菇在我國一般用于鮮食或制成干菇,其產品形式單一且風味寡淡,影響消費者的選擇,在一定程度上阻礙了大球蓋菇產業的發展,因此有必要改善其風味以滿足消費者對多元化食品的需求。

風味是食品的一個關鍵特征,主要由揮發性成分和非揮發性成分共同組成,賦予食品獨特的感官特性,并明顯影響著人們的喜好[4]。掛糊油炸是改善食品風味的一種重要加工方式,其主要采用掛糊工藝,即在食品表面裹上一層面糊,然后通過油炸而成[5]?；诖?王澤華[6]研究了掛糊油炸金針菇腳加工前后非揮發性風味物質的變化,發現油炸后等鮮濃度值呈現不同幅度的增加趨勢,并提高了產品的甜味和鮮味水平,降低了酸味和澀味水平。在油炸過程中,食品會發生復雜的變化,比如淀粉糊化、美拉德反應、焦糖化作用以及形成酥脆和色澤金黃的外殼,賦予產品獨特的口感和令人愉悅的風味[7]。在改善大球蓋菇的風味方面,包陳力根等[8]研究發現140 ℃烘烤5 min的大球蓋菇揮發性風味更突出,增加了麥芽香、可可香、堅果香。此外,HU等[9]研究表明,真空冷凍干燥可有效保留大球蓋菇的非揮發性風味成分,熱風干燥的大球蓋菇等鮮濃度值最高,但是采用掛糊油炸工藝處理大球蓋菇的研究目前尚未有報道。

本研究通過頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜(headspace solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)以及電子鼻技術,分析掛糊油炸大球蓋菇菌柄在加工過程中揮發性風味物質的組成及相對含量,通過計算相對氣味活度值(relative odor activity value, ROAV)確定不同加工階段的關鍵風味物質和具有重要修飾作用的風味物質,并運用主成分分析法(principal component analysis, PCA)對揮發性風味物質的ROAV值進行對比分析,確定不同加工過程中的主體風味物質,以此闡明掛糊油炸大球蓋菇菌柄的風味特征,為大球蓋菇的風味研究和拓展大球蓋菇的產品形式提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮大球蓋菇購于重慶市大足區,選擇大小一致的樣品經除雜、清洗、瀝干后剝離菌柄備用;實驗所需油炸粉、食鹽、金龍魚黃金比例食用植物調和油、雞蛋、膨松劑等購于重慶永輝超市。

1.2 儀器與設備

GCMS-QP201010200型氣相色譜-質譜聯用儀,日本島津公司;CAR/PDMS型75 μm萃取纖維頭、57330-U型SPME手動進樣手柄,美國Supelco公司;RJ-81型電炸爐,廣州佛洛麗斯廚具設備有限公司;HH-4型數顯恒溫水浴鍋,常州普天儀器制造有限公司;cNose型電子鼻,上海保圣實業發展有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 工藝流程

掛糊油炸大球蓋菇菌柄工藝流程如下:

鮮菌柄→切分→掛糊→預炸→復炸→成品

1.3.1.2 調糊工藝

稱取100 g油炸粉(由玉米淀粉、紅薯淀粉、木薯淀粉、小麥面粉組成)置于不銹鋼盆中,添加87.5 g水和25 g全蛋液,添加3.20 g食鹽和1.87 g的復合膨松劑,用筷子充分攪拌均勻即可得到掛糊糊料。

1.3.1.3 樣品處理

挑選大小一致的菌柄切分成0.8 cm×0.8 cm×2 cm塊狀,完全浸沒于糊料中約10 s后取出,待菌柄上的糊料不成股滴下時置于160 ℃油溫中預炸120 s,隨后撈出置于濾網中,待另一鍋油溫度升高并穩定至180 ℃后復炸60 s即得到成品。

1.3.2 樣品編號及描述

為便于表述,將所測的6組樣品進行編號,如表1所示。

表1 樣品編號及描述

1.3.3 頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜檢測條件

頂空固相微萃取:將樣品絞碎,稱取5.00 g于20 mL頂空萃取瓶中,在60 ℃水浴中平衡10 min,插入活化好的SPME萃取頭,在60 ℃水浴條件下萃取30 min,萃取完成后立即插入GC進樣口。

氣相條件:參考廖林等[10]的方法并略有修改。GC分析毛細管柱為DB-5MS(30 m×0.2 mm, 0.25 μm),壓力為100.0 kPa;總流量為50.0 mL/min;柱流量為1.78 mL/min;進樣溫度為250 ℃;載氣為氦氣,不分流進樣。升溫程序為:起始溫度40 ℃,保持2 min;再以2 ℃/min的速度升溫至90 ℃,保持5 min;最后以10 ℃/min的速度升溫至250 ℃并保持1 min。

質譜條件:電子電離源,電子能量為70 eV;接口溫度為250 ℃;離子源溫度為250 ℃;檢測器電壓為350 V;質量掃描范圍為30～500m/z,溶劑延遲為2 min。

結果分析:根據化合物保留時間,將質譜數據與計算機中MS定性譜庫(NIST17-1.lib)進行檢索并匹配,選擇相似度大于80的化合物進行定性,按峰面積計算相對含量。

1.3.4 關鍵風味物質評價

關鍵風味物質采用劉登勇等[11]ROAV的評定方法,首先定義對樣品風味貢獻最大的組分為ROAVstan=100,然后其他揮發性風味物質的計算如公式(1)所示:

(1)

式中:CA和Cstan分別為該揮發性風味物質的相對含量和對整體風味貢獻最大的揮發性風味物質的相對含量,%;TA和Tstan分別為該揮發性風味物質的閾值和對整體風味貢獻最大的揮發性風味物質的閾值,μg/kg。

1.3.5 電子鼻檢測

稱取絞碎的樣品2.00 g置于25 mL頂空瓶中,50 ℃水浴30 min,室溫平衡10 min后測定。主要實驗參數:清洗時間80 s,測試時間80 s,氣體流速1 L/min。

電子鼻設備由10個傳感器組成,其傳感器對多種氣味有強烈的響應值,具體見表2。

表2 電子鼻傳感器名稱及其響應物質

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2019對數據進行統計,利用Origin 2018繪制柱形圖、折線圖和PCA進行分析,使用SPSS Statistics 18軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 揮發性風味物質整體分析

由圖1和附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.031882)可知,掛糊油炸大球蓋菇菌柄在加工過程中共檢出166種揮發性風味物質,其中醇類40種、醛類35種、酮類14種、酸類3種、酯類19種、烷烴22種、烯烴16種以及其他類17種;在6組樣品中分別檢出72種、64種、61種、79種、52種和89種揮發性風味物質。由預炸菌柄(C組)和預炸(D組)對比、復炸菌柄(E組)和復炸(F組)對比可知,預炸和復炸樣品分別增加了28種和37種揮發性風味物質,并且總物質數含量高于未油炸的樣品,說明油炸提高了樣品的風味豐富度,并且其貢獻主要來源于面糊外殼。鮮菌柄(A組)中的揮發性物質主要是醇類、醛類和酯類,分別占相對百分含量的40.14%、19.29%和37.84%。相比于鮮菌柄,在掛糊階段(B組)所檢測到的揮發性風味物質數有所減少,可能是具有一定黏度的糊料黏附于組織表面,阻礙了物質的揮發。在C、D、E和F這4組樣品中,醇類、酯類物質的相對含量迅速減少,醛類、烯烴、其他類化合物的含量顯著增加,且主要揮發性風味物質都是醛類,占比分別為61.58%、54.65%、60.81%和62.30%。

a-揮發性風味物質數;b-相對百分含量

2.2 醇類風味物質分析

醇類風味物質相對百分含量在加工過程中迅速降低,由鮮菌柄的40.14%降至復炸階段的8.92%,其中1-辛烯-3-醇的變化主導了這個趨勢。1-辛烯-3-醇,也被稱為蘑菇醇,在1938年首次被鑒定為一種類似蘑菇的化合物,具有獨特的青香、蘑菇香和泥土香,在許多食用菌中被確認是重要的揮發性風味物質[4,12],其在6組樣品中的相對百分含量依次為31.84%、23.90%、7.56%、4.95%、5.54%和3.73%,并且油炸前后差異顯著。值得注意的是,1-辛烯-3-醇和6組樣品中被檢測到的多種醇類物質均為8個碳原子,這些C8揮發物主要由脂肪酸經脂肪氧合酶水解產生,然后成為食用菌中重要的風味貢獻者[13]。C8醇具有熱敏性,在熱處理時容易降解或分解[14],這可能是1-辛烯-3-醇等醇類物質相對含量顯著下降的主要原因。

2.3 醛類風味物質分析

醛類是食用菌中一類重要的風味物質,主要由多不飽和脂肪酸的雙鍵氧化產生,其閾值普遍較低,大多數檢測到的醛主要表現出青香、果香、脂香和白葡萄酒風味[15]。未油炸前的2組樣品檢測到了3-甲硫基丙醛,這是一種具有肉香味的化合物,并且閾值較低,其可能來源于蛋氨酸的酶分解[16]。與醇類的變化不同,醛類物質經油炸處理后,所檢出的物質數有所增加,相對百分含量明顯提高,成為油炸后樣品占比最大的風味化合物,并且醛類物質數均最多,其中正己醛和(E)-2-壬烯醛的相對含量均較高,可賦予樣品脂香、青香;正辛醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛和2-十三烯醛為僅在油炸后檢測到并且含量占比相對較高的物質,可賦予果香、雞肉香;經過預炸或復炸,庚醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛、2,4-癸二烯醛、癸醛、2-十一烯醛和十三醛等醛類相對百分含量顯著增加,這些化合物對于油炸后的產品風味具有較大影響。

2.4 酮類風味物質分析

酮類主要由多不飽和脂肪酸氧化、美拉德反應、氨基酸降解或微生物氧化產生,其閾值一般高于醛類,對食用菌的風味特征有重要影響[15,17]。在6組樣品中,酮類相對含量均較低,且6組樣品均無法檢測到同一種酮類化合物。1-辛烯-3-酮在鮮菌柄和掛糊階段的相對百分含量分別為0.46%、0.17%,其要呈現蘑菇香和泥土香,閾值僅為0.005,對樣品整體的風味貢獻較大。1-辛烯-3-酮對生食用菌的風味有較大影響,如ZHANG等[16]的研究表明,1-辛烯-3-酮是生牛肝菌貢獻最大的香氣活性化合物,氣味活性值(odor activity value, OAV)最高,對生樣品的風味貢獻度大于1-辛烯-3-醇。

2.5 酸類、酯類風味物質分析

在6組樣品中,酸類物質檢測到的物質數分別為0、1、0、2、0和1種,并且相對含量較低。酯類物質主要呈現果香和脂香,在鮮菌柄和掛糊階段的樣品中相對含量占比較大,其中甲酸正己酯在這2組樣品中分別占比37.34%和48.10%。酯類物質經油炸后含量顯著降低,6組樣品的含量依次為37.84%、48.49%、4.87%、3.09%、1.29%和1.40%。

2.6 烴類風味物質分析

烷烴類風味物質在6組樣品中能檢測到的物質數量較多但相對含量較低,經油炸后相對含量有一定程度的增加。烯烴在油炸后含量顯著增加,6組樣品烯烴的相對含量分別為0.82%、0.57%、7.47%、13.76%、1.74%和14.26%。一般而言,烴類物質的閾值往往較高,對樣品的風味貢獻較小,但多種烷烴和烯烴的協同作用可能對食品的風味有一定貢獻[18]。

2.7 其他類風味物質分析

其他類風味物質主要包括吡嗪、呋喃、吡啶、醚、芳香化合物等,油炸后無論是種類和含量都有較大幅度增加,并且180 ℃復炸后對其他類物質的影響更大。2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-戊基呋喃等都是經過油炸后才被檢測到,這些物質可能是高溫條件下美拉德反應的典型產物[19]。此外,其他類物質在D組和F組中的豐富度更明顯,說明其主要來源于面糊油炸后所形成的外殼,這些雜環化合物一般呈現脂香、肉香、巧克力香和烤堅果香,對樣品的整體風味具有良好的修飾作用。

2.8 關鍵風味物質鑒定

掛糊油炸大球蓋菇菌柄加工過程的整體風味是由各揮發性物質的閾值與其在風味體系中的濃度共同決定的,為進一步明確關鍵風味物質,引入ROAV這一評價指標,ROAV值越大的組分表明對樣品總體風味的貢獻越大,通常ROAV≥1的組分為所分析樣品的關鍵風味化合物,0.1≤ROAV<1的組分對樣品的總體風味具有重要修飾作用[11]。在未油炸階段(A組、B組),1-辛烯-3-酮對樣品揮發性風味物質的貢獻最大,因此定義1-辛烯-3-酮為ROAVstan1=100;(E)-2-壬烯醛具有柑橘香、甜瓜香,閾值僅為0.065,在油炸后(C、D、E、F組)為貢獻最大的揮發性風味物質,因此將其定義為ROAVstan2=100。通過參考相關文獻,本研究選取能明確查到閾值的共計55種風味化合物進行相對氣味活度值分析,具體見圖2和表3。

圖2 掛糊油炸大球蓋菇菌柄不同加工過程ROAV≥1以及0.1≤ROAV<1的揮發性風味物質數量

表3 掛糊油炸大球蓋菇菌柄不同加工過程揮發性風味物質的ROAV值

由圖2可知,ROAV≥1的關鍵風味物質數量在加工過程呈現上升趨勢,6組樣品中依次為4種、7種、11種、10種、12種和12種;具有重要的修飾作用(0.1≤ROAV<1)的風味物質分別有6種、5種、2種、10種、2種和7種。并且由C組和D組對比、E組和F組對比可知,具有重要修飾作用的物質主要來源于油炸后的面糊外殼。結果表明油炸處理能提高風味物質的豐富度,對于掛糊油炸大球蓋菇菌柄風味的形成具有良好地促進作用。

由表3可知,鮮菌柄的關鍵風味物質主要是1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、(E)-2-壬烯醛和正己醛,風味特征主要集中在蘑菇香、泥土味、青香、脂香和果香;掛糊階段新增了關鍵風味物質桉葉油醇,并且3-甲硫基丙醛、壬醛、癸醛從具有重要修飾作用的物質變成了關鍵風味物質,1-辛烯-3-醇和正己醛的ROAV值有較大幅度提高。油炸后樣品的關鍵風味物質有一定相似,主要集中在正己醛、正辛醛、壬醛以及(E)-2-壬烯醛,其ROAV值均大于20,對產品的風味占據主導作用,同時與其他物質共同發揮效果,出現雞肉香、烤堅果香、巧克力香等新的香型,共同組成更復雜的風味體系。油脂內的脂肪酸在高溫下易熱裂解和熱氧化產生醇類、醛類、酮類等物質,其中的飽和醛、烯醛和二烯醛等是典型的醛類產物[20],因此推斷油炸樣品的風味貢獻主要來源于油脂。此外,油脂的溫度越高,生成醛的種類越多[20],這與180 ℃復炸后的樣品檢測到的醛類物質最多的結果一致。

2.9 揮發性風味物質主成分分析

PCA是一種多元統計分析技術,通過確定幾個主成分因子來代表原始樣本中許多復雜且難以找到的變量,然后根據主成分因子在不同樣本中的貢獻率來評價樣本之間的規律性和差異性[24]。采用Origin 2018軟件的Principal Component Analysis功能,通過線性變換減少數據維度,并保留樣本的主要信息,對掛糊油炸大球蓋菇菌柄加工過程的19種關鍵風味物質(ROAV≥1)進行主成分分析,結果如圖3所示,其中PC1和PC2的方差貢獻率分別為52.23%和30.26%,累計方差貢獻率為82.49%,符合主成分分析的要求。

1-1-辛烯-3-醇;2-桉葉油醇;3-芳樟醇;4-(+)-異薄荷醇;5-異戊醛;6-正己醛;7-庚醛;8-3-甲硫基丙醛;9-正辛醛;10-苯乙醛;11-(E)-2-辛烯醛;12-壬醛;13-(E)-2-壬烯醛;14-癸醛;15-(E,E)-2,4-壬二烯醛;16-(E)-2-十一烯醛;17-1-辛烯-3-酮;18-2,5-二甲基吡嗪;19-2-戊基呋喃

在主成分分析圖中,同一樣品的數據點聚集程度越好,表明同一樣品的重復性和穩定性越高[8];不同組樣品之間的距離越遠,表明其風味差異越明顯,并且樣品的分布區域和某種揮發性風味物質的分布越接近,說明該物質對其風味貢獻越大[25]。由結果可知,油炸前后的樣品分布區域明顯不同,未油炸的A組(鮮菌柄)和B組(掛糊)均位于第二象限,且分布位置較為接近,說明兩者的揮發性風味較為相似,其主要揮發性風味物質為1-辛烯-3-醇、桉葉油醇、3-甲硫基丙醛和1-辛烯-3-酮。C組(預炸菌柄)和E組(復炸菌柄)均位于第一象限,說明風味相似,正己醛、苯乙醛、癸醛等物質分布于這兩組附近,對其風味貢獻較大。D組(預炸)和F組(復炸)的樣品均位于第四象限,典型揮發性風味物質如(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、庚醛等對這2組的風味具有明顯影響。整體來看,油炸前后樣品的揮發性風味差異明顯,PCA可對不同樣品的風味進行較可靠的區分。

2.10 電子鼻分析

電子鼻可靈敏地識別樣品中的揮發性風味物質并反映其綜合信息。由圖4可知,A組和B組的各傳感器響應值相近,D組和F組的各響應值相似,C組和E組響應值相似但有一定區別。W3C和W2S這2個傳感器在6組樣品中均表現較高的響應值,說明芳香族化合物、醇類、醛類和酮類是各組中的重要揮發性風味物質。此外,6組樣品在W5S傳感器的響應值均較低,證明氮氧化合物含量均較少,但C組和E組的響應值相對較高。包陳力根等[8]在研究中發現,大球蓋菇在180 ℃條件下烘烤后氮氧化合物的響應值出現較大幅度提高,與本研究結果一致。相對于A組和B組,W1W和W2W的響應值在D組和F組顯著升高,表明油炸后吡嗪、萜烯類和芳香族化合物顯著增加。值得注意的是,油炸后的樣品(C組和F組)在W5C和W1S的響應值顯著高于鮮菌柄(A組),說明油炸后烴類物質增加明顯。研究表明,油脂在高溫條件下會產生大量自由基,導致其中的三?；视退猱a生游離脂肪酸,并進一步裂解成烴類化合物[20],因此推測油炸樣品中增加的烴類物質主要來源于油脂裂解。綜上所述,電子鼻可準確區分油炸前和油炸后的樣品,并且揮發性風味物質的豐度表現與HS-SPME-GC-MS的檢測結果較一致。

圖4 不同加工過程樣品的電子鼻傳感器響應值雷達圖

3 結論

以掛糊油炸大球蓋菇菌柄為研究對象,采用HS-SPME-GC-MS技術在掛糊油炸大球蓋菇菌柄加工過程中共檢出166種揮發性風味物質,未油炸階段的樣品以醇類和酯類為主,其中1-辛烯-3-酮是貢獻最大的風味化合物;油炸后的樣品以醛類揮發性風味物質為主,對整體風味貢獻最大的化合物是(E)-2-壬烯醛。PCA分析結果進一步表明,不同加工過程的揮發性風味物質存在較大差異。電子鼻可有效區分油炸前和油炸后樣品的揮發性風味物質,其傳感器響應值表現與HS-SPME-GC-MS的檢測結果較一致。整體而言,油炸后風味物質的豐富度明顯提高,其主要來源于大球蓋菇特有的食用菌風味、油脂高溫條件下所產生的脂香類物質以及面糊外殼經高溫炸制所產生的雜環類物質三方面,其綜合效果使樣品的風味體系更為復雜,形成良好的風味特征。本文探究了掛糊油炸大球蓋菇菌柄加工過程中的風味變化規律,為大球蓋菇的風味研究以及拓寬大球蓋菇的產品形式提供了理論參考。