不同处理工艺板栗酥饼风味成分的电子鼻检测

2014-03-22,,,,,,*

食品工业科技 2014年3期

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(1.湖北大学知行学院,湖北武汉 430011;2. 清远职业技术学院,广东清远 511510;3.昆明理工大学分析测试研究中心,云南昆明 650093)

板栗含有丰富的营养成分,干物质中以淀粉为主,其次为可溶性糖、蛋白质、脂肪和果胶、纤维素以及较为丰富的Cu、Fe、Zn、Ca、Mg等营养元素[1],因此,它对人类健康有潜在的积极影响。例如,板栗对高血压、动脉粥样硬化等具有较好的防治作用,还可以减轻冠心病和癌症的发病率[2]。板栗脂肪含量低,不饱和脂肪酸占优势,且高纤维素含量也使得其成为一种有益健康的食品,也是一种很好的能量来源。板栗不含胆固醇,其壳和囊衣中的多酚含量很高[3]。我国是板栗种植大国,但不是板栗产品加工大国。目前板栗深加工产品主要有板栗罐头[4]、板栗粉[5]以及各种板栗小食品等,但利润较低。板栗的精深加工必然成为今后板栗综合开发的趋势。

板栗酥饼是将本实验室研制的板栗蓉与湖北天门特色糕点酥饼的制备工艺结合而生产的一种板栗深加工食品,其风味独特,入口酥脆。酥饼的气味是评价其品质的重要手段,也是影响消费者购买的主要因素之一[6]。板栗蓉烘烤后具有独特的香味,气味物质的检测一般采用气相色谱法(GC)、气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)以及电化学方法,但这些检测方法检测周期长,对仪器操作者要求高,测试结果很难代表样品的整体气味,与人的嗅觉很难作系统化和科学化的对照[7]。气味指纹分析技术是近十年来针对复杂介质和含协同作用的样品而发展起来的一门新技术。采用传感矩阵的电子鼻系统可以模拟人类的嗅觉对气味进行感知。电子鼻检测得到的不是被测样品各种成分的定性和定量结果,而是给予样品中挥发成分的整体信息[8]。本实验采用电子鼻分析区分不同处理工艺的板栗酥饼风味,结合感官评价结果以确定板栗酥饼的最佳工艺。板栗加工中,添加一定量淀粉替代板栗粉可降低产品成本,但是添加过多会影响板栗制品风味,而电子鼻可以区分是否用部分淀粉替代了板栗粉,为板栗制品的品质鉴定提供一定参考依据。

表1 板栗酥饼的不同处理方式Table 1 Different treatment methods of chestnut flaky pastry

1 材料与方法

1.1材料与仪器

板栗市售罗田板栗;低筋面粉、白砂糖、CMC、苏打、猪油市售;泡打粉桂林市红星化工有限公司;大豆油湖北中昌植物油有限公司。

HM9型烤箱广州红菱电热设备有限公司;AR1140型电子分析天平奥豪斯国际贸易(上海)有限公司;MJ-25BM01A型搅拌机广东美的电器股份有限公司;C21-SDHC07电磁炉浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司;FOX 4000电子鼻法国Alpha M.O.S.公司。

1.2实验方法

1.2.1 样品制备

1.2.1.1 面皮的制备面皮由水油面团制得,其配料包括生低筋面粉400g,生食用油100g,白砂糖40g,水150g。具体调制方法如下:先把水、糖、油调匀,然后慢慢加入面粉,将面粉搓匀,即得到水油面团,即面皮。

1.2.1.2 酥皮的制备油酥面团的配料包括熟低筋面粉100g,生食用油33g。具体调制方法如下:先将面粉烤熟,把熟面粉与生食用油按照3∶1的质量比揉成光滑的面团,即得到油酥面团,即酥皮。

1.2.1.3 饼皮的制作将面皮与酥皮各自醒发10min,把酥皮包进面皮,再将面团擀开成一层长方形的薄皮,从长边方向将薄皮卷成圆筒形,即得到饼皮。酥饼的饼皮是由间隔出现的面皮和酥皮组成。其中,面皮的面筋强度高;而酥皮采用熟低筋面粉,烤熟后的面粉面筋值较低,且油酥的含油量较高,会影响面筋的形成,采用生面粉做面皮,熟面粉做酥皮,烘烤之后会得到层次较好的酥层。

1.2.1.4 板栗馅料的制作及酥饼烤制表1中列举了6种不同的板栗酥饼加工方式。其中,处理方式1、2和3是添加了面粉的板栗酥饼,且分别比较了不同熟面粉添加量对产品品质的影响;处理方式4、5和6采用的是纯板栗蓉制备的酥饼,比较了不同装样方式和填馅方法对产品品质的影响。本实验采用的食用油需要加热,方法为将生的食用油用电磁炉上的蒸煮档加热,食用油稍稍变色为黄色即可。装样方式有趁热装样和冷却装样,趁热装样是指将刚刚熬煮好的板栗蓉直接包入饼皮中,或迅速与面粉等原料混合后包入饼皮中;涂抹是由于纯板栗蓉均匀抹在饼皮上,将两层饼皮贴合而成。

将板栗脱壳、去衣、切碎以及打浆后,按照表1的比例进行配料,然后在电磁炉蒸煮档进行熬煮10min,即得板栗蓉。将制得的板栗蓉按照表1的比例加入面粉、白砂糖、泡打粉和苏打,混匀,制得板栗蓉馅料。加入的小苏打与泡打粉为疏松剂,会产生大量的气体,使得酥饼体积膨胀,有助于馅料在饼皮里面形成均匀细密组织。取20g馅料,15g饼皮,将饼皮按成圆形的薄皮,再将馅料捏成团放入饼皮中间,使饼皮包住馅料后,按压成象棋子状,且中间稍稍为凹形,将放入烤箱中,烤箱面火为200℃,底火为180℃,烘烤时间为15min,待酥饼饼皮表面鼓起为金黄色即可。

1.2.2 感官评价感官评价采用加权评分法[9]。由6名评价员组成评价小组进行,对照表2评分标准进行打分,各项指标满分10分。其中,气味和滋味分值各占整个感官评定分值的30%;口感和色泽各占20%。将各指标得分进行加权平均即为最后感官加权得分,即感官加权评分=气味得分×30%+滋味得分×30%+色泽得分×20%+口感得分×20%。

表2 板栗酥饼感官评价标准表Table 2 Sensory evaluation standards of chestnut flaky pastry

表3 不同处理工艺板栗酥饼感官评分Table 3 Sensory evaluation of chestnut flaky pastry with different treatment methods

1.2.3 电子鼻检测电子鼻是利用传感器矩阵作检测,根据样品与传感器产生的物理变化(如电阻量)而进行数据处理,基本检测系统由多个属同一类族的传感器构成,称为“传感器矩阵”,常用的为金属氧化物传感器(metal oxide sensor,MOS)和电化学传感器[10]。基于传感器阵列技术和模式识别技术,电子鼻可以敏感的识别气味指纹及其变化[11]。由于气味的变化通常与其品质的变化紧密相关,所以电子鼻成为电子感官分析的重要工具,让风味感官检测成为客观、可靠、可行的重要手段[12]。本实验所用FOX 4000型电子鼻包含18个金属氧化物传感器,其型号分别如下:

Sensor chamber 1中六个传感器分别为:LY2/LG,LY2/G,LY2/AA,LY2/GH,LY2/gCTL,LY2/gCT;Sensor chamber 2中六个传感器分别为:T30/1,P10/1,P10/2,P40/1,T70/2,PA2;Sensor chamber 3中六个传感器分别为:P30/1,P40/2,P30/2,T40/2,T40/1,TA/2。

电子鼻检测时,称取3.0g板栗酥饼于10mL顶空瓶中,加盖密封待检。密封瓶中的样品经过静置,达到液-气两相平衡后(1h以后),采用顶空进样器抽取2.5mL气体,并经载气送入传感器中。当金属氧化物传感器和气味物质相互作用时,活性材料的导电性发生变化,信号以电路中电阻的变化来测量,通过软件分析得出传感器信号强度图。样品的检测时,顶空注射采用直接顶空方式;载气流速150mL/min;注射体积2.5mL;注射针总体积5.0mL;注射速度2.5mL/s;注射针温度50°C;获取时间90s。每个样品重复4次。

1.2.4 数据分析方法采用Alpha Soft Version 12.3软件对电子鼻获得的数据信息进行统计学分析,包括主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和判别因子分析(Discriminant Factor Analysis,DFA)。PCA是在对样品特性一无所知的前提下,通过对原始数据向量进行线性变换,从而在一定的视角来寻找样品间的差异的一种算法[13]。该算法不丢失任何样品信息,仅仅通过改变坐标轴来达到区分样品的目的。通过统计学分析,可以获得更多产品之间的信息,作为以后进一步研究的基础。DFA是在有先验知识的前提下,即知道各样品所属类别的情况下,对原始数据向量进行线性变换,使得各类样品能够更好的区分,这是与PCA的区别。DFA分析常用于建立样本数据库而后对未知样本进行定性判别[14]。

2 结果与分析

2.1感官分析

采用SPSS软件对不同处理工艺板栗酥饼感官评分数据进行Duncan分析,实验结果见表3。

由表3可以看出,在气味和滋味得分方面,样品1、3、4、5、6显著高于样品2(p<0.05),样品1、3、4、5、6之间无显著差异;在色泽得分方面,6个样品无显著差异(p=0.444);在口感得分方面,样品1、2和3极显著高于样品4、5和6(p<0.001),样品1、2和3之间无显著差异(p=0.167),样品4、5和6之间无显著差异(p=0.654);在综合评分方面,样品2、4、5和6之间差异不显著(p<0.071),样品1、3、4、5和6之间差异不显著(p=0.076),而样品2与样品1和3分别有显著差异)。实验结果说明,在感官单项评分中,面粉的添加在一定程度上可以提高产品口感,而对产品的气味、滋味以及色泽影响不显著。感官评分显示,装样方式和填馅方法对产品品质无显著影响。综合评分结果显示,只能区分熟面粉的加入量对板栗酥饼品质的影响，不能区分其它加工方式对该产品品质的影响。

2.2样品预处理对传感器响应信号的影响

图1为样品1的18个传感器感应强度随时间变化的响应曲线图,曲线代表板栗酥饼的挥发性物质通过传感器通道时,感应强度随时间的变化情况。

图1 传感器对板栗酥饼样品的响应曲线 Fig.1 Typical recordings for chestnut flaky pastry

由图1可见,电子鼻的最大感应强度在0.7～0.8之间,说明进样量没有超过仪器负载,处于正常的检测范围以内。电子鼻检测每一个样品时,数据采集的时间为90s。图中横轴为时间轴,纵轴为响应强度,每条曲线代表一个传感器在90s内的响应值变化。

为了能更好的观察和分析电子鼻的18个金属氧化物传感器随不同处理工艺板栗酥饼产品的变化,对样品的传感器信号数据进行分析,获取每个传感器的最大响应值,并把18个传感器最大响应值按照间隔20度均匀排列在圆周上,将每个传感器的最大响应值取出并标识,形成雷达图[15],如图2所示。

图2 板栗酥饼样品的雷达图 Fig.2 Radar character of chestnut flaky pastry

由图2可以看出,电子鼻对板栗酥饼的挥发性成分有明显响应,并且每一个传感器对板栗酥饼的响应各不相同,样品之间的差异主要表现在LY型传感器上,传感器LY2/G、LY2/AA、LY2/GH以及LY2/gCTL在当前条件下作用较大,其他传感器的作用相对较小。

2.3PCA法分析不同处理方式的板栗酥饼

不同处理方式下板栗酥饼的PCA分析见图3,横(PC1)、纵(PC2)坐标分别表示在PCA转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率。

图3 不同处理的板栗酥饼的PCA分析 Fig.3 PCA analysis of chestnut flaky pastry for different treatment methods

由图3可以完全区分经过不同处理的6组板栗酥饼样品,样品1、2和3在图中右侧较为接近,而样品4、5和6分布于图中左侧,样品4与样品2的差异最大,样品4采用的是不加面粉、冷却装样以及涂抹方式,而样品2采用的是加一定量面粉、趁热装样以及包馅方式,由此可见,电子鼻可以精确区分板栗酥饼的不同加工方式。为了更加直观的观察,我们再结合主成分分析的三维图谱(图4)来观察。

图4 主成分分析的三维图谱 Fig.4 Three-dimensional map of PCA analysis

从三维图谱中能够更好地看出不同板栗酥饼样品的差异。PCA三维图谱既保持了二维图谱的信息,又使聚类分布的规律性更加明显[16]。第一主成分和第二主成分的总贡献率为99. 772%。通过对所有被测样品数据进行主成分分析,得到被测样品的主成分1(PC1)累积方差贡献率为99.454%,这说明PC1已经包含大量信息,能够反映样品的整体信息。如果两个样品在横坐标上的距离越大,说明他们的差异越大。

2.4DFA法分析不同处理方式的板栗酥饼

由图5和图6可以看出,第一判别因子(DF1)总贡献率为99.435%;第二判别因子(DF2)总贡献率为0.2394%;第三判别因子(DF3)总贡献率为0.1625%。DFA 分析也可准确区分板栗酥饼的6种不同处理方式。

图5 不同处理的板栗酥饼的DFA分析 Fig.5 DFA analysis of chestnut flaky pastry for different treatment methods

图6 判别因子分析的三维图谱 Fig.6 Three-dimensional map of DFA analysis

3 结论

3.1分析了不同处理工艺板栗酥饼的特征挥发性气体,结果显示,样品之间的差异主要表现在LY型传感器上,传感器LY2/G、LY2/AA、LY2/GH以及LY2/gCTL在当前条件下作用较大。

3.2感官评价可以区分板栗馅料中是否添加面粉,但是,对于面粉加入量、装样方式和填馅方法等无法做出精确区分。感官评价结果显示,面粉的添加主要影响产品的口感。而采用电子鼻系统中的主成分分析法以及判别因子分析法可以精确区分板栗馅料中面粉的加入量、装样方式和填馅方法,但是对于品质优劣的评价还需参考感官评分的结果,因此,要确定最佳工艺需将电子鼻技术和感官评价方法结合起来。

3.3结合电子鼻分析和感官评分结果,处理工艺3综合品质最佳,即板栗酥饼的最佳处理工艺为:参照1.2.1的方法,在纯板栗蓉中,按照1∶3的质量比添加面粉,趁热包馅制得的板栗酥饼口感最好,还可建立板栗制品风味检测系统,为区分板栗制品中是否有淀粉替代板栗粉的情况提供一定参考依据。

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