炒制對青稞糌粑粉品質及貯藏穩定性的影響

王崢,閆孟婷,鄭倩娜,張國權,2*

(1.西北農林科技大學 食品科學與工程學院,陜西 咸陽 712100;2.糧油功能化加工陜西省高校工程研究中心,陜西 咸陽 712100)

全谷物是當今世界公認的對人體有營養價值的健康食品[1]。青稞作為全谷物的良好來源,具有極高的營養和食療價值[2]。青稞不僅具有“三高兩低”即高蛋白、高纖維、高維生素、低脂肪和低糖的營養成分,同時富含β-葡聚糖、酚類物質、維生素E等生物活性成分[3],是谷類作物中的佳品。目前青稞主要應用于餅干、面包、釀酒、飲料、保健產品等多個加工行業[4],其精深加工增值潛力巨大。糌粑俗稱青稞炒面,是以青稞全籽粒為原料,經除雜、清洗、晾干、炒制、磨粉等工藝制成的全谷物粉狀食品[5]。目前,糌粑已實現工業化生產,但在加工與貯藏過程中仍存在質量不穩定、脂質易氧化酸敗的問題[6],這嚴重限制了糌粑的工業化發展水平。雖然已有相關研究工作集中在糌粑加工工藝及產品質量控制方面[7-8],但是關于青稞加工前后品質及風味物質變化的研究較少,對于青稞糌粑粉在貯藏過程中的氧化也鮮有報道。

因此,本文對不同炒制條件下青稞糌粑粉的品質進行檢測,并對炒制前后青稞粉原料與糌粑粉產品的營養品質、酶活性、氧化指標及風味物質進行比較,探究炒制對青稞糌粑粉品質的影響;同時通過測定青稞糌粑粉在加速貯藏條件下氧化指標及酶活性的變化,研究青稞糌粑粉在貯藏期間的品質穩定性,以期為青稞糌粑粉的合理加工及貯藏提供科學的理論與技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料

藏青25:由西藏農牧科學院提供;青稞全粉:將青稞全籽粒粉碎研磨過60目篩所制;青稞糌粑粉:實驗室自制。

1.2 試劑

苯、無水乙醇、石油醚(均為分析純):成都市科隆化學品有限公司;無水乙醚、三氯甲烷(均為分析純):四川西隴科學有限公司;三氯乙酸(分析純)、硫代巴比妥酸(生化試劑):國藥集團化學試劑有限公司;氫氧化鉀、氫氧化鈉、過氧化氫(均為分析純):廣東光華科技股份有限公司。

1.3 主要儀器與設備

C22-WT2202電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司;FW-400AD高速萬能粉碎機 天津鑫博得儀器有限公司;N6000紫外分光光度計 上海佑科儀器儀表有限公司;SZF-06C脂肪測定儀 浙江托普儀器有限公司;101-1AB電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;CS-820色度儀 杭州彩譜科技有限公司;GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津制作所。

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品處理

1.4.1.1 糌粑粉加工工藝

參考莫鑫等[9]的方法,通過綜合加權評分法得到最優工藝。以炒制功率、炒制時間、水分含量為試驗單因素,試驗水平分別選擇炒制功率為300,800,1 000,1 300,1 600 W;炒制時間為2,4,6,8,10 min;水分含量為18%、20%、22%、24%、26%,以糊化度、L*值、脂肪含量和脂肪酸值為評價指標,分析不同炒制條件對糌粑粉品質的影響。本試驗為多指標試驗,取糊化度的權λ1=0.2,L*值的權λ2=0.2,脂肪含量的權λ3=0.3,脂肪酸值的權λ4=0.3。由于糊化度、L*值、脂肪含量指標越大越好,脂肪酸值越小越好,故進行組內總評分評價,根據綜合評分進行優化試驗,具體糊化度、L*值、脂肪含量、脂肪酸值的評分值和綜合評分的計算分別見公式(1)～公式(5):

(1)

(2)

(3)

(4)

Y=λ1Y1+λ2Y2+λ3Y3+λ4Y4。

(5)

式中:ymax和ymin分別為各組指標數值最大值和最小值;yi為第i組試驗所得數據;Y1為糊化度評分值;Y2為L*值評分值;Y3為脂肪含量評分值;Y4為脂肪酸值評分值;Y為綜合評分。

基于單因素試驗,以炒制功率、炒制時間和水分含量為考察因素,設計L9(34)正交試驗,以糊化度、L*值、出粉率、脂肪含量和脂肪酸值為評價指標。采用綜合加權評分法[9]優化糌粑粉炒制工藝,取糊化度λ1=0.2,L*值λ2=0.2,出粉率λ3=0.1,脂肪含量λ4=0.25,脂肪酸值λ5=0.25,得到最佳炒制工藝條件:炒制功率1 600 W,炒制時間4 min,水分含量20%。

因此,后續試驗將除雜后的青稞籽粒潤麥至含水率20%,稱取50 g放入炒制容器內,按照最佳工藝條件炒制,冷卻,粉碎至60目,得到糌粑粉。

1.4.1.2 加速貯藏方法

參照溫度與油脂貨架壽命系數關系,將糌粑粉按照50 g/份分裝,分別置于(50±1) ℃的恒溫培養箱中(空氣濕度<10%),定時更換位置,使其受熱均勻,每隔5 d測定脂肪酸值、過氧化值和丙二醛值等氧化指標。50 ℃條件下貯藏1 d相當于20 ℃條件下貯藏8 d[10]。

1.4.2 指標測定

1.4.2.1 營養品質測定

水分:參照GB 5009.3—2016的直接干燥法;灰分:參照GB 5009.4-2016的食品中總灰分的測定方法;脂肪:參照GB 5009.6—2016的索氏抽提法;總淀粉:采用Megazyme總淀粉檢測試劑盒測定;蛋白質:參照GB 5009.5—2016的凱氏定氮法;粗纖維:參照GB/T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》;總酚:參照福林酚比色法;總黃酮:參照硝酸鋁和亞硝酸鈉絡合法;花青素:參照pH示差法;色度:采用色度儀測定,用L*表示;糊化度:參考胡偉等[11]的方法。

1.4.2.2 氧化指標測定

脂肪酸值:參照GB/T 5510—2011的苯提取法;過氧化值:參照GB/T 5009.37—2003的比色法;丙二醛值:參照GB 5009.181—2016的分光光度法;脂肪酶活性:參照GB/T 5523—2008的方法;脂肪氧化酶(LOX)活性:參照劉小嬌等[12]的方法。

1.4.2.3 風味物質測定

參照扎西窮達等[13]的方法,利用SPME-GC-MS測定糌粑粉中的風味物質。稱取2 g樣品于15 mL萃取瓶中,50 ℃條件下平衡20 min,萃取針(CAR/PDMS)插入距離粉體上方0.5～1 cm處萃取40 min,250 ℃解吸3 min。

氣相色譜條件:采用DB-Wax柱;升溫程序:起始溫度40 ℃,保持4 min,以5 ℃/min上升至170 ℃,保持2 min,以10 ℃/min上升至230 ℃,保持5 min;進樣口溫度:250 ℃;載氣流速:1.5 mL/min;不分流模式。

質譜條件:離子源為EI源;離子源溫度230 ℃;四極桿溫度150 ℃;傳感溫度240 ℃;采用全掃描采集模式;溶劑延遲3 min。

定性與定量分析:揮發性成分的定性采用NIST庫檢索,選用匹配度均在80以上的成分。揮發性成分的定量分析采用峰面積歸一化法。

1.5 數據分析

所有試驗均重復3次,結果以平均值±標準差表示。采用Excel 2019、SPSS 20和Origin 2021軟件進行數據分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 炒制條件對糌粑粉品質的影響

2.1.1 炒制功率對糌粑粉品質的影響

由表1可知,隨著炒制功率的增大,糌粑粉的糊化度呈上升趨勢,即炒制功率越大,熟化程度越高;L*值呈下降趨勢,即炒制功率越大,糌粑粉色澤越暗;脂肪含量呈先下降后上升的趨勢,在1 000 W時脂肪含量最低(1.39 g/100 g),這可能是由于炒制過程中脂肪發生水解和氧化,導致脂肪含量下降,而功率超過1 000 W時,炒制可以達到一定的滅酶效果[14],有效降低糌粑粉內源酶的活性,在一定程度上抑制酶促水解,導致脂肪含量下降的幅度減小;脂肪酸值呈下降趨勢,這可能是因為高溫導致游離脂肪酸進一步氧化[15]。因此,在炒制功率為1 300 W時,糌粑粉的綜合評分最高。

表1 不同炒制功率對糌粑粉品質的影響Table 1 Effect of different frying power on the quality of Zanba flour

2.1.2 炒制時間對糌粑粉品質的影響

由表2可知,隨著炒制時間的延長,糊化度呈先上升后下降的趨勢,炒制時間為4 min時,糌粑粉的糊化程度最高;L*值呈下降趨勢,即炒制時間越長,糌粑粉越容易出現焦糊現象;脂肪含量呈先上升后下降的趨勢,炒制時間為6 min時,脂肪含量最高(1.65 g/100 g);脂肪酸值呈先下降后上升的趨勢,這與酶促水解被抑制有關,炒制時間在6 min以內時,炒制處理可以達到一定的滅酶效果,從而抑制糌粑粉的酶促水解,抑制的程度大于脂質氧化程度,但當炒制時間進一步延長時,糌粑粉脂質氧化占據主導地位,從而使脂肪酸值增加。因此,在炒制時間為6 min時,糌粑粉的綜合評分最高。

表2 不同炒制時間對糌粑粉品質的影響Table 2 Effect of different frying time on the quality of Zanba flour

2.1.3 水分含量對糌粑粉品質的影響

由表3可知,隨著水分含量的增加,糊化度呈先上升后下降的趨勢,在水分含量為20%和26%時糊化度較高;L*值整體呈上升的趨勢,即水分含量越高,糌粑粉越不易出現焦糊現象;隨著糌粑粉水分含量的升高,其內源酶的活性加強,促進脂類物質水解[16],脂肪含量下降;在高水分條件下,脂肪酶活性加強,能更好地將脂類物質水解后產生的游離脂肪酸分解為小分子醛類、酮類物質,從而導致脂肪酸值降低。因此,在水分含量為20%時,糌粑粉的綜合評分最高。

表3 不同水分含量對糌粑粉品質的影響Table 3 Effect of different moisture content on the quality of Zanba flour

2.2 炒制前后青稞糌粑粉品質的變化

2.2.1 炒制前后青稞糌粑粉營養品質的變化

由表4可知,青稞經炒制處理后水分、灰分、蛋白質含量變化不顯著,這與于翠翠等[17]的研究結果一致,說明青稞加工成糌粑粉對水分、灰分、蛋白質的影響較小。經炒制后,青稞中脂肪、總淀粉、粗纖維這3種營養物質的含量明顯減少,說明炒制對其影響較大;淀粉為青稞中含量最豐富的物質,經炒制后淀粉含量顯著下降,可能是由于加熱使部分淀粉降解為糊精或還原糖,使其含量降低[18];粗纖維含量明顯減少,這是由于磨粉過程中破壞了青稞中粗纖維素,導致其含量下降。經過炒制處理后,青稞抗氧化物質含量均明顯減少,表明炒制會導致青稞的抗氧化能力下降。這可能是因為熱敏性的抗氧化物質在熱處理(炒制、磨粉)過程中分子結構被破壞,營養成分發生降解,使其可萃取能力下降[19],同時熱處理也會導致青稞淀粉糊化,糊化后的淀粉會與酚類物質結合,導致其溶出率下降[20]。綜上所述,青稞經高溫炒制磨粉后部分營養成分降解,這說明炒制對青稞糌粑粉的營養品質具有顯著影響。

表4 青稞炒制前后營養品質的比較Table 4 Comparison of nutritional quality of highland barley before and after frying

2.2.2 炒制前后青稞糌粑粉脂質氧化的變化

脂肪酸值、過氧化值、丙二醛值均為評定糧食品質的重要指標,脂肪酶和脂肪氧化酶是導致稻谷陳化變質的關鍵酶。因此,上述指標均可反映糧食在加工及儲藏過程中的品質變化和劣變程度,青稞經炒制處理后對這些指標的影響見表5。

表5 青稞炒制前后氧化指標的比較Table 5 Comparison of oxidation indexes of highland barley before and after frying

由表5可知,青稞經炒制處理后酶活性、脂肪酸值、過氧化值均有不同程度的降低,丙二醛值有所增加。這表明炒制可以起到滅酶的作用,有效降低青稞內源酶的活性;脂肪酶活性與含水率顯著相關[16],經炒制后青稞的水分含量有所降低,導致脂肪酶活性降低,在一定程度上抑制了青稞加工過程中的酶促水解。脂肪酸值降低可能是因為高溫引起游離脂肪酸進一步氧化生成氫過氧化物[15];過氧化值降低是因為氫過氧化物不斷分解產生次級氧化產物(醛類、酮類物質),此過程稱為膜脂過氧化過程,其主要產物為丙二醛[10],因此青稞經過炒制后丙二醛值有所增加。由此可知,炒制可以達到一定的滅酶效果,但同時也會加速糌粑粉脂質氧化的進程。

對青稞全粉及糌粑粉進行風味物質測定,比較分析炒制前后的風味物質變化,結果見圖1。

圖1 青稞炒制前后風味物質種類及含量的比較Fig.1 Comparison of flavor substance types and content of highland barley before and after frying

青稞經過炒制后香氣種類更加豐富,在青稞全粉中共檢測出52種揮發性風味物質,在糌粑粉中則檢測出55種。青稞全粉中醛類化合物含量最高(31.13%),其次為烯烴類(24.17%)、酮類(20.30%)和烷烴類(18.12%),其余風味物質的相對含量均在10%以下。經過炒制處理后,青稞糌粑粉中醛類含量最高(44.32%),其次為烷烴類(18.01%)、酮類(12.07%)和雜環類(10.65%),這4類風味物質相對含量占總風味物質的85.05%。青稞炒制后發生主要變化的風味物質包括雜環類、烯烴類、醛類和酮類。由圖1可知,醛類和雜環類化合物在炒制后含量增加,酮類和烯烴類在炒制后含量減少。

醛類在各類化合物中的含量最高,可賦予糌粑粉一定的炒制香氣和脂肪香味[21]。炒制后其含量增加13.19%,這由于脂肪酸在炒制時發生氧化反應,轉化為醛類。雜環類是炒制前后變化幅度最大的一類風味物質,炒制后其含量明顯增加。雜環類化合物主要是由還原糖和氨基酸經美拉德、焦糖化及斯特勒克降解反應生成[18]。其中吡嗪類作為主要的風味物質,其種類豐富且具有獨特的香味和極低的閾值,對糌粑粉的風味品質有關鍵作用。炒制后產生的2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基-2,5-甲基吡嗪等具有堅果味、可可味和烘烤香。此外,呋喃類化合物在炒制后顯著增加,2-戊基呋喃能提供強烈的焙烤香氣,對糌粑粉的風味也有一定貢獻。酮類主要來自脂肪氧化、酯類分解或糖類熱降解過程,炒制后其含量明顯下降,這可能與酮類經反應生成二環吡嗪類物質以及炒制中揮發有關,酮類的閾值相比同分異構的醛類要高,其對炒制風味的影響較小[22]。烴類化合物在炒制后含量和種類均有所下降,主要由脂質高溫炒制時氧化分解生成,其閾值較高,對風味的貢獻度較低。

2.3 青稞糌粑粉貯藏過程中氧化穩定性的變化

2.3.1 青稞糌粑粉貯藏過程中氧化指標的變化

由圖2中A可知,在貯藏過程中糌粑粉的脂肪含量整體呈下降趨勢。貯藏至25 d后,其含量略有上升,這可能是由于糌粑粉的含水率降低導致脂肪酶的活性降低,從而減緩脂肪水解、氧化速度。由圖2中B可知,在貯藏過程中糌粑粉的脂肪酸值呈先上升后下降的趨勢,這可能是因為儲藏前期脂肪在酶的作用下水解氧化產生脂肪酸,導致脂肪酸值升高;儲藏后期由于脂肪酸的存在形式發生變化,高溫條件下游離脂肪酸氧化為氫過氧化物,導致脂肪酸值降低。由圖2中C可知,隨著儲藏時間的延長,糌粑粉的過氧化值呈上升的趨勢,在25 d后趨于平緩。這是由于在儲藏前期糌粑粉脂質氧化,不斷產生氫過氧化物導致過氧化值增加;在儲藏后期,氫過氧化物不斷分解,產生次級氧化產物,同時隨著氧氣的耗盡,過氧化氫酶的活性降低并趨于平緩。由圖2中D可知,糌粑粉的丙二醛值呈先上升后下降的趨勢,這與周海芳等[23]的研究結果一致。在儲藏前期,糌粑粉的含水率較高,脂肪酶活性加強,能更快地將脂類物質水解后產生的游離脂肪酸分解為小分子醛類、酮類物質;儲藏后期丙二醛值下降可能是因為高溫、高濕條件導致細胞死亡,細胞內酶類物質活性與氧化游離脂肪酸的能力下降。將丙二醛值作為糌粑粉氧化的次級指標,參考徐婧婷等[24]在研究糌粑粉貯藏期間品質變化情況時所給出的糌粑粉出現哈敗味的臨界值1.16 mg/kg,可知糌粑粉在加速貯藏15 d后丙二醛值已達到1.38 mg/kg,超過了參考臨界值,說明糌粑粉在加速貯藏15 d后已出現氧化劣變。

圖2 青稞糌粑粉在加速貯藏過程中氧化指標的變化Fig.2 Change of oxidation indexes of highland barley Zanba flour during accelerated storage注:A為脂肪含量,B為脂肪酸值,C為過氧化值,D為丙二醛值,不同小寫字母表示同一組別不同儲藏時間差異顯著(P<0.05)。

2.3.2 青稞糌粑粉貯藏過程中脂肪酶與脂肪氧化酶的活性變化

脂肪酶是脂肪分解代謝中第一個參與反應的酶,是糧食儲藏過程中脂肪酸變質的主要原因之一,脂肪酶的催化活性與含水率顯著相關[16]。由圖3中 B可知,隨著儲藏時間的延長,脂肪酶活性呈先上升后下降的趨勢。儲藏前期糌粑粉含水率較高,并吸收環境中的水分,導致脂肪酶活性升高。在儲藏后期,脂肪酶活性降低是由于糌粑粉的含水率有所降低;同時在脂質水解后期,大量的游離脂肪酸對脂肪酶活性有抑制作用[25]。

圖3 青稞糌粑粉在加速貯藏過程中酶活性的變化Fig.3 Change of enzyme activity of highland barley Zanba flour during accelerated storage注:A為含水率,B為脂肪酶活性,C為脂肪氧化酶活性;不同小寫字母表示同一組別不同貯藏時間差異顯著(P<0.05)。

脂肪氧化酶(LOX)參與脂質降解,是導致稻谷陳化變質的關鍵酶[14]。由圖3 中C可知,隨著儲藏時間的延長,糌粑粉LOX活性呈先上升后下降又上升的趨勢。這種變化特性可能與LOX自身結構以及活化機理有關,LOX是一種非血紅素鐵蛋白,其催化活性與所含鐵離子的存在形式密切相關,只有當其所含的鐵離子由Fe2+轉化為Fe3+時,酶才會被激活[26]。有學者認為這種轉變是在少量氫過氧化物的作用下產生的,因此LOX在催化脂質氧化過程中的作用會表現出一定的滯后性[27]。在儲藏前期,糌粑粉中的Fe2+尚未轉化為Fe3+,或僅有少量轉化為Fe3+,酶處于非激活狀態或僅有少量酶被激活,催化活性較低;隨著儲藏時間的延長,大量氫過氧化物產生,因此在這段時間LOX被快速激活,其活性顯著升高。但還有學者認為氫過氧化物能夠使LOX失活,因為巰基對穩定LOX的活性有著非常重要的作用,而氫過氧化物卻會引起巰基氧化,從而導致LOX失活[28]。因此氫過氧化物可能對LOX活性起到了雙重影響,至于哪種影響占主導地位可能與儲藏時間有關。隨后LOX活性呈下降趨勢,可能有三方面原因:一是隨著儲藏時間的延長,細胞可能逐漸被破壞,釋放出一些蛋白酶,這些蛋白酶會對本身作為蛋白質的LOX產生一定的破壞作用;二是含水率降低也會使LOX因缺乏活動媒介而活性降低;三是氫過氧化物對LOX的滅活作用是造成其活性降低的一個重要原因。之后LOX活性又出現回升,這可能是由于在儲藏后期大量的氫過氧化物進一步裂解生成醛類、酮類等小分子物質,從而氫過氧化物對LOX的滅活作用消失,表明這種LOX失活是可逆的。

3 結論

在不同的炒制條件下糌粑粉的品質會有所變化,炒制功率為1 300 W、炒制時間為6 min、水分含量為20%時,糌粑粉的綜合評分最高。與青稞粉相比,經高溫炒制后,糌粑粉的營養成分損失,揮發性風味物質也發生變化,香氣種類更加豐富,醛類和雜環類含量明顯增加,酮類和烯烴類含量明顯減少。加速貯藏期間,脂肪含量呈下降趨勢;脂肪酸值和丙二醛值均呈先上升后下降的趨勢;過氧化值呈現上升趨勢;脂肪酶與LOX活性的變化總體呈先上升后下降的趨勢;糌粑粉在加速貯藏15 d(相當于常溫貯藏120 d)后出現氧化劣變。