基于智能感官分析的热处理青稞粉滋味品质评价

朱嘉文, 迟 明, 张艳珍, 王 菲, 白家瑞

(青海省轻工业研究所有限责任公司1,西宁 810001)

(郑州轻工业大学食品与生物工程学院2,郑州 450002)

青稞(Highlandbarley),又称裸大麦,禾本科大麦属[1],是典型的营养比较均衡的作物,高度符合“三高两低”的饮食结构[2,3],而且富含β-葡聚糖、多酚、黄酮、花青素等生物活性成分[4,5],对调节血糖[6]、降低血脂[7]和胆固醇[8]、抑制动脉粥样硬化[9]等有促进作用[10],受到广大消费者的关注。

随着消费者对青稞营养和功能认识的逐渐提高,青稞食品市场不断扩大,关于青稞米[11]、青稞面条[12]、青稞饼干[13]等的研究和相关产品已经进入大众视野。然而,青稞籽粒中不饱和脂肪酸含量较高,易引起氧化和水解,从而导致产品酸败变质,产生不良风味,严重影响青稞产品的保质期[14]。一般采用加热灭酶的方法处理青稞原料,以此钝化青稞中的脂肪酶活力,延长货架期[15,16,17]。

常见的灭酶处理包括炒制、微波、湿热处理及过热蒸汽处理等[18]。这些处理在钝化脂肪酶的同时,往往也会导致青稞谷物的微观结构、理化特性等发生变化。景孝男等[19]发现经热处理后青稞全粉组织形态和晶体结构改变,但未产生新的化学基团,且青稞全粉糊化温度显著增加。孙若琪等[20]、陈远娇等[21]、Liu等[22]发现湿热处理后青稞粉的糊化特性发生变化,部分快消化淀粉转化为慢性或抗性淀粉形式[23],其中炒制处理的青稞粉糊化黏度最低,淀粉结构被严重破坏[24]。王伟玲等[25]、卞华伟等[26]发现干热处理可以提高青稞粉糊的稳定性,降低淀粉黏度和回生值,这是由淀粉有序化程度和结晶度的增加以及淀粉分子断链后的重排引起的,且随着干热处理时间的延长,相对结晶度逐渐降低。目前的研究多集中于热处理后对青稞谷物营养组分、理化特性及加工特性的研究,对于热处理后青稞粉滋味口感等食用品质的研究分析鲜有报道,而食品原材料的食用品质严重影响着食品加工产业的发展。

研究开展了不同热处理对青稞粉食用品质的影响。首先对青稞粉进行感官剖面分析,并结合色度仪、电子舌味觉分析和电子鼻气味分析,探究不同热处理对青稞风味和品质的影响;再利用主成分分析方法,探明不同热处理制得青稞粉滋味品质的差异,为青稞的精准化加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青稞,昆仑14号,由青海省农林科学院作物育种栽培研究所青稞研究室提供;电子舌基准液。

1.2 仪器与设备

BS224S分析天平,GT10-1高速离心机,SA402B电子舌,PEN3型电子鼻,BCD-177H冰箱、BC/BD-560FA低温冷冻柜,FW135超微粉碎机,THZ-312恒温振荡仪。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

1.3.1.1 原青稞粉(SQ)

将青稞籽粒清洗、除杂,挑选完整饱满青稞颗粒作为实验原料,加10%(质量分数)蒸馏水润麦2 h以平衡水分,每隔20 min充分搅拌1次。将平衡水分之后的青稞籽粒在40 ℃下烘干,磨粉过80目筛备用。

1.3.1.2 炒制青稞粉(CQ)

将1.3.1.1中平衡水分之后的青稞籽粒进行分段式烘炒,第一阶段155～165 ℃炒制70～75 min,第二阶段175～185 ℃炒制65～75 min,第三阶段195～205 ℃炒制40～45 min。炒制完成后冷却至室温,弃去焦糊籽粒,磨粉,过80目筛备用。

1.3.1.3 煮制青稞粉(ZQ)

将1.3.1.1中平衡水分之后的青稞籽粒加入沸水煮制20 min,煮制过程中不断搅拌,完成后浸泡1 h,将青稞捞出,沥干表面多余水分,40 ℃下烘干,磨粉,过80目筛备用。

1.3.2 感官剖面检验分析

感官评价参考冯飞等[27]方法并稍作修改,将40 g青稞粉用200 mL温度80 ℃纯净水溶解,组织10名经专业培训的感官品评员(男女各半),对青稞粉的气味、色泽、口感和冲调性等指标进行综合品评,评价采用百分制。感官评价指标与评分标准见表1,对其结果进行方差分析及感官剖面分析评定。

表1 青稞粉感官评价指标与评分细则

1.3.3 青稞粉色度分析

采用色差分析仪进行测定,同一样品做4份平行。

1.3.4 青稞粉电子舌测定

电子舌的测定参考李燮昕等[28]的方法。取过80 目筛后的青稞粉2 g置于150 mL锥形瓶,加入100 mL去离子水,置于超声机处理10 min后,以120 r/min的速度在恒温振荡器室温振荡2 h,取出后过滤。取80 mL滤液在室温环境进行电子舌分析实验,分析条件:自动进样,每个样品检测120 s,重复测5次,选取后3次的采集的数据为分析数据。SA402B型电子舌传感器(人工双分子膜传感器)的性能描述如表2所示。

表2 SA402B型电子舌传感器性能描述

1.3.5 青稞粉电子鼻测定

电子鼻的测定参考刘强等[29]的方法并稍作修改。采用PEN3型电子鼻对所有样本进行信号采集,重复实验设置3次,取平均值用于后续数据分析。PEN3型电子鼻传感器性能描述如表3所示。

表3 PEN3型电子鼻传感器性能描述

1.3.6 数据分析

每个实验重复3次,实验数据用均值±标准差表示。采用Origin 21Pro做图,采用SPSS 24.0软件进行数据分析处理,用Anova方差分析、Duncan’s多重比较法检验数据显著性差异,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同热处理青稞粉感官剖面检验分析

由热处理青稞粉感官剖析图(图1)及方差分析表(表4)可以看出,青稞粉经热处理后,组织状态无明显差异,但其外观、气味、口感及冲调性均发生显著性变化(P<0.05),这是因为热处理会导致青稞粉发生轻微的美拉德反应和焦糖化反应,使麦麸的颜色变深,且气味产生较浓郁的麦香味,这与王钰麟等[30]的研究结果相同。此外,加热处理会导致淀粉溶解度上升,这也使得青稞粉口感及冲调性有了较为良好的改善。

图1 不同热处理青稞粉感官剖面图

表4 方差分析表

2.2 不同热处理青稞粉色度分析

色度是食品物料重要的物理指标之一,表5和表6分别反映了青稞粉经热处理后色度发生的变化及其方差分析情况。由表5可知,经热处理之后青稞粉的亮度(ΔL*)显著下降、红绿值(Δa*)、黄蓝值(Δb*)则显著上升(P<0.05),ΔL*下降可能是由于青稞粉经热处理之后发生美拉德反应,青稞粉产生轻微褐变,导致颜色亮度下降[31]。热处理后Δa*和Δb*值上升,可见热处理会导致青稞粉的色泽向红、黄色转移,赵波等[11]研究发现热处理过程中的美拉德反应同样会使麦麸的黄色和红色加深,这也与感官评价结果一致。

表5 不同热加工处理青稞粉的色度

表6 方差分析表

2.3 不同热处理对青稞粉电子舌的影响

图2和表7中可以得到未经处理的青稞粉与热处理后的青稞粉之间的味觉差异,其苦味、鲜味及甜味较重,响应值均大于9,涩味及其后味较淡,响应值在0左右,且相比未处理对照组与炒制青稞,煮制青稞甜味更明显,该实验结果与感官分析结果相符合。表8反映了不同处理青稞粉味觉响应值的方差分析情况,可以看出,不同处理青稞粉之间味觉响应值均呈现显著性差异(P<0.05),可能是因为热处理会使淀粉颗粒和蛋白结构发生破坏,共价键断裂,促进了糖基化反应发生,从而发生美拉德反应。图3中主成分分析法将数据降维并通过PCA图上的距离表征不同青稞粉间的差异。PC1和PC2的贡献率分别是75.4%和24.3%,总贡献率达到99.7%,研究表明,总贡献率大于80%即可表明样品的整体滋味轮廓。SQ、CQ、ZQ分别聚集在第四、三、一象限,且不同处理的青稞粉在二维空间内的区域距离相隔较远,说明不同样品之间差异显著,可利用电子舌进行有效区分,这与方差分析的结果显示一致。

图2 不同热处理青稞粉电子舌味觉响应值雷达图

图3 热处理青稞粉电子舌主成分分析图

表7 不同热处理青稞粉电子舌响应值

表8 方差分析表

2.4 不同热处理对青稞粉电子鼻的影响

通过电子鼻对不同处理青稞粉中的挥发性风味物质进行直观的分类,其响应值如图4雷达图和表9所示,青稞粉在W1S有极高的响应值,且热处理之后响应值显著下降,说明烷类化合物中青稞粉中最主要的挥发性成分,加热处理会破坏碳碳单键或碳氢键。此外,W1C及W1W传感器响应值也发生显著变化(P<0.05),W1C主要反映芳烃化合物,W1W主要反映硫化合物,热处理过程中由于淀粉破坏已经蛋白质变性,淀粉中的醇羟基以及蛋白质中的二硫键发生断裂,产生芳烃化合物和含硫化合物。

图4 青稞粉电子鼻响应值雷达图

表9 不同热加工处理对青稞粉的电子鼻响应值的影响

表10反映了不同青稞粉挥发性成分的方差分析情况,由表可知,青稞粉经热处理后,W3C、W6S、W5C、W2S、W3S传感器响应值差异不显著(P<0.05),且在雷达图(图4)中的响应值基本重叠,说明青稞粉经热处理后的挥发性风味在氨类、氢化物、短链烷烃类、芳香成分、醇类、醛酮类及长链烷烃类等挥发性物质基本相似,未发生明显变化。但W1C、W5S、W1S、W1W、W2W传感器响应值差异显著(P<0.05),说明不同处理青稞粉挥发性物质在芳烃化合物、氮氧化合物、甲基类、硫化合物和芳烃化合物等挥发性成分及含量显著下降(P<0.05),主要是由于加热过程中脂肪发生氧化,糖类发生美拉德反应导致的,而硫化物在炒制过程中升高则是因为高温炒制会促进美拉德反应。图5是电子鼻响应值的主成分分析图,PCA分析目的是将数据降维,可以看出PC1和PC2的贡献率分别是89.0%和10.2%,总贡献率是99.2%,涵盖了样品的大部分信息。在PCA模型中,不同处理青稞粉虽然在二维区域内的空间距离较近,但CQ处于第四象限,SQ分散在第二、三象限,ZQ处于第四象限,仍可利用电子鼻将不同处理青稞粉进行有效区分。

图5 青稞粉电子鼻主成分分析

表10 方差分析表

3 结论

通过感官剖面分析结合色度仪、电子舌、电子鼻技术等智能感官分析,针对不同热处理的青稞粉进行了滋味品质评价分析。研究结果表明:青稞粉经热处理后,颜色亮度下降,色泽向红、黄转移,此外,通过电子舌和电子鼻技术结合雷达图谱和PCA分析,对不同处理的青稞粉进行了更直观的差异分析,结果发现热处理后的青稞粉味觉和挥发性物质差异显著,芳烃化合物、氮氧化合物和甲基类化合物下降,硫化物升高,可利用电子舌、电子鼻等智能感官仪器对青稞粉进行有效的快速区分,且智能感官分析与感官评价结果相一致。不同热处理青稞粉色泽、滋味、气味、等品质特征具有显著差异,这为青稞谷物类产品的研究开发提供了参考。