不同干燥方式对慈姑挥发性风味成分影响

刘春菊,李大婧,刘春泉

(江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；国家蔬菜加工技术研发专业分中心，江苏南京 210014)

不同干燥方式对慈姑挥发性风味成分影响

刘春菊,李大婧,刘春泉*

(江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；国家蔬菜加工技术研发专业分中心，江苏南京 210014)

为研究不同干燥方式对慈姑挥发性风味化合物的影响,采用固相微萃取技术萃取慈姑鲜样和热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥慈姑挥发性成分,用气质联用分析鉴定其风味化合物,探讨不同干燥方式下慈姑风味成分变化。结果显示热风干燥、微波干燥和热风联合微波干燥慈姑分别检测出19种、25种、28种风味化合物。干燥方式对慈姑中的醇类、醛类、烯类、醚类、杂环类及含硫类挥发性风味成分影响较明显,醇类化合物数量和含量上均减少,醛类化合物含量均增加,除了热风干燥,数量上也增加,醚类化合物和烯烃类化合物含量减少,而含硫类化合物含量大幅增加。热风联合微波干燥慈姑挥发性风味物质的种类和含量均高于热风干燥和微波干燥,该方法结合了热风干燥和微波干燥生成风味物质的优势,可促使慈姑干燥片风味物质的有效形成。

慈姑,干燥方式,风味成分,气质联用技术

慈姑(SagittariasagittifoliaL.)为泽泻科多年生水生宿根草本植物,在我国有广泛分布和栽培,资源十分丰富。慈姑属于药食同源性植物,富含硒、磷、维生素E等多种营养成分。慈姑性微寒,味甘苦,具有凉血止血、止咳通淋、散结解毒、和胃厚肠等功效[1-2],是冬春蔬菜供应淡季的重要水生蔬菜。

干燥作为蔬菜加工的一种重要方式,将蔬菜中水分降低到一定程度,延长保质期,获得蔬菜干制产品。蔬菜干燥包括多种方式,近几年联合干燥方式受到了食品研究专家的广泛关注,联合干燥是通过两种或三种干燥方式合理组合,发挥不同干燥方式之长,互相取长补短,提高干燥效率,降低能量损耗,提升产品品质。热风联合微波干燥技术是先热风干燥再微波干燥,通过热风干燥技术先去除一部分自由水分,再通过微波干燥去除剩下的自由水和结合水,利用了热风和微波的干燥优势,巧妙避开热风和微波干燥缺陷。不同干燥方式对脱水蔬菜研究主要集中在硬度、色泽、复水率、收缩率、维生素C含量等物理性质、营养成分和感官评价方面[3-5]。吴海虹等人研究了4种不同干燥方式对慈姑物理性质、营养成分、微观结构的影响,发现热风联合微波干燥慈姑脆片色泽最好,硬度和脆度适中,感官品质最佳,多酚保留率较高,且体现了较好的膨化效果。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,而对慈姑挥发性风味成分及干燥加工对风味的影响研究较少。因此,本研究通过SPME 萃取方法富集慈姑挥发性风味成分,用气相色谱-质谱联用仪对挥发性风味成分进行分离鉴定,探讨热风、微波、热风联合微波三种干燥方式对慈姑主体挥发性风味成分的影响,为慈姑干制产品风味的提升奠定一定理论基础。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

供试慈姑于2013年3月从孝陵卫菜场采购,选取果形和成熟度适宜的慈姑,购买后贮藏于(4±1)℃、相对湿度90%～95%冰箱中备用。氯化钠、柠檬酸(均为分析纯),南京化学试剂有限公司。

Finnigan Trace MS气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司;手动SPME进样器,75 μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司;DW-86L286超低温冰箱 青岛海尔特种电器有限公司;BS224S型电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;HR1707飞利浦二合一搅拌机 珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司。

1.2 慈姑干燥处理

1.2.1 慈姑热风干燥处理 挑选新鲜、无机械伤的慈姑,去皮,切分为4～5 mm薄片;置于1 g/100 mL的氯化钠溶液与0.2 g/100 mL的柠檬酸溶液按1∶1(v/v)混合配制而成的护色液中,护色30 min后取出;沸水烫漂8 min(物料放入后开始计时),烫漂结束,流动水冲洗降温;沥干后置于-18 ℃冰柜中冻藏24 h;取出慈姑片,解冻后置于热风干燥箱中进行干燥,热风温度70 ℃,干燥至含水量低于5%,密封后于4 ℃冰箱中保藏备用。

1.2.2 慈姑微波干燥处理 取按1.2.1节解冻后的慈姑片,置于微波干燥设备中进行干燥,微波强度7.5 W/g,干燥至含水量低于5%,密封后于4 ℃冰箱中保藏备用。

1.2.3 慈姑热风联合微波干燥处理 取按1.2.1节解冻后的慈姑片,置于热风干燥箱中进行干燥,热风温度70 ℃,干燥70～75 min至转换水分为40%;将预干燥后的慈姑片均湿2 h后放入微波干燥设备中进行干燥,微波强度7.5 W/g,干燥至含水量低于5%,密封后于4 ℃冰箱中保藏备用。

1.3 挥发性风味化合物检测

1.3.1 慈姑挥发性成分SPME萃取 慈姑样品用搅拌机打碎后,取打碎后的粉末2 g,置于20 mL顶空进样瓶中,在磁力搅拌速度600 r/min、50 ℃条件下加热平衡15 min,将已老化的萃取头插入样品瓶中,使之与样品表面保持1.5 cm的距离,萃取30 min后进入GC-MS分离鉴定,解析5 min。

1.3.2 GC-MS条件 色谱条件:色谱柱为DB-WAX,30.00 m×0.25 mm,0.25 μm毛细管柱;载气:He气;流速:1 mL/min,不分流进样。程序升温:起始温度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,汽化室温度250 ℃。质谱条件:电子轰击电离源,电子能70 eV,发射电流250 μA,电子倍增器电压350 V,离子源温度200 ℃,接口温度250 ℃,质量扫描范围m/z 33～450。

1.3.3 数据处理 通过GC-MS所带的NIST 2008、Wiley 275图谱库对慈姑挥发性成分进行解析,再结合有关文献进行人工图谱解析,确认挥发性风味成分的各化学组成;利用图谱库工作站数据处理系统按峰面积归一化算法求得各化学成分在挥发性风味成分中的相对含量。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式慈姑挥发性风味成分分析

采用SPME萃取与气质联用法对慈姑鲜样和热风干燥、微波干燥及热风联合微波干燥后制得的慈姑片挥发性风味物质进行分离、鉴定,总离子流图见图1。

挥发性成分、相对含量及部分化合物感觉阈值如表1所示。慈姑鲜样和热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥慈姑中分别检测出31种、18种、25种、28种挥发性风味成分,鲜样中挥发性风味成分主要由醇类、烯类、醚类和醛类等构成,占总质量分数的92.77%;热风干燥慈姑的挥发性风味成分主要由烯类、醛类、醚类、含硫类等组成,占总质量分数的90.84%;微波干燥慈姑的挥发性风味成分主要由烯类、醛类、醚类、酮类、含硫类等构成,占总质量分数的90.18%;热风联合微波干燥慈姑的挥发性风味成分主要由烯类、醛类、醚类、酮类、含硫类等组成,占总质量分数的91.58%。

图1 鲜样和不同干燥方式慈姑挥发性风味成分总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of flavor compounds in fresh and differently dried arrowhead

2.2 干燥方式对慈姑挥发性风味成分的影响

2.2.1 干燥方式对醇类物质的影响 慈姑鲜样中检测出11种醇类挥发性风味物质,相对含量为14.35%,含量较高的物质是己醇(6.12%)、乙醇(2.45%),但这两种物质的感觉阈值较高,对慈姑鲜样的风味贡献较小。热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥得到的慈姑片中分别检测出4种、2种、4种醇类挥发性风味物质,相对含量分别为2.44%、1.39%、2.5%。从而可以看出热风、微波、热风联合微波干燥都会使得慈姑中的醇类挥发性风味物质数量和质量上均显著减少,这可能是由于醇类物质在加热条件下氧化生成醛类或酮类化合物。热风干燥和热风联合微波干燥使得慈姑片中均含有乙醇和1-辛烯-3-醇两种物质,与鲜样相比乙醇含量降低,而1-辛烯-3-醇的含量增加,且热风干燥大于热风联合微波干燥,说明热风干燥会促使慈姑片中1-辛烯-3-醇含量增加,且1-辛烯-3-醇的阈值较低,具有类似蘑菇的香味,对热风干燥慈姑片风味具有一定的贡献。微波干燥和热风联合微波干燥得到的慈姑片中共同含有的物质是戊醇,且鲜样含量大于热风联合微波干燥,热风联合微波干燥大于微波干燥。

2.2.2 干燥方式对醛类物质的影响 慈姑鲜样和热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥慈姑片中分别检测出5种、3种、7种、10种醛类挥发性风味化合物,相对含量分别为8.33%、13.11%、15.28%、16.8%。醛类物质的感觉阈值一般都很低,对慈姑片的风味具有一定贡献。可以看出干燥加工会使得慈姑片中挥发性风味成分含量增加,微波干燥在数量和含量上均有增加,且热风联合微波干燥产生叠加效应,数量和含量上增加幅度更大。这可能是热风联合微波干燥在干燥前期采用热风干燥使得慈姑表面充分发生美拉德反应,在表面形成风味化合物,并脱除一部分水分,后期采用微波干燥使得慈姑内部充分发生美拉德反应,在内部形成风味化合物,产生大量的风味化合物。热风干燥使得慈姑片中己醛含量增加,微波干燥和热风联合微波干燥含量均减少,己醛是ω6-脂肪酸过氧化物降解的主要产物,具有青草香味,赋予慈姑片新鲜的感觉。微波干燥和热风联合微波干燥使得慈姑片中产生了一些新的醛类物质,包括戊醛、庚醛、癸醛、糠醛、3-甲基丁醛,热风联合微波干燥与慈姑鲜样具有5种共同的醛类化合物,包括己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、(Z)-2-庚烯醛,热风、微波和热风联合微波干燥所共有的物质为己醛和3-甲基丁醛。

2.2.3 干燥方式对烯烃类物质的影响 慈姑鲜样中检测出6种烯烃类化合物,相对含量为27.85%,其中D-柠檬烯相对含量13.03%,石竹烯相对含量12.49%,且两种物质的阈值较低。D-柠檬烯具有愉快的甜香、柑橘香和柠檬香气,在香菇干燥中期D-柠檬烯成为挥发性成分中含量较多的烯烃类物质[18]。石竹烯具有辛香、木香、柑橘香和温和的丁香香气,天然存在于柠檬、肉豆蔻、胡椒、覆盆子、丁香叶油中。热风、微波和热风联合微波干燥得到的慈姑片中检测出5种、3种、6种烯烃类化合物,含量分别为17.1%、12.43%、17.16%,虽然数量上变化不大,但含量上均有所降低,可能是加热条件使得部分烯烃转化为醛类化合物和酮类化合物,且温度越高转化的越多。热风干燥与鲜样共有的化合物是石竹烯和α-石竹烯,含量有所增加,微波干燥和鲜样共有的化合物也是石竹烯和α-石竹烯,但含量降低,热风联合微波干燥与鲜样共有的物质是香叶烯、D-柠檬烯、石竹烯和α-石竹烯,香叶烯含量有所增加,其他三种物质含量均降低。

2.2.4 干燥方式对醚类、杂环类及含硫类物质的影响 慈姑鲜样和热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥慈姑片中都只检测到一种醚类物质,即是泪柏醚。在慈姑鲜样中含量非常高,高达38.71%。泪柏醚是一种二萜烯类化合物,具有重要的药用价值,一般认为阈值较低,存在于烟叶、松叶、向日葵花盘、银杏叶、花柏树精油、酿酒葡萄、巴豆中。慈姑鲜样、热风干燥和热风联合微波干燥中均检测出2-戊基呋喃,2-戊基呋喃被认为是亚油酸的一种氧化产物,具有豆味、泥土、青草及类似蔬菜的香韵[19]。而微波干燥中产生大量的吡嗪类化合物,吡嗪类化合物是由Maillard反应和 Strecker降解产生的氨基酮经缩合反应而成[20],这些化合物能够赋予慈姑片浓厚的坚果、马玲薯片、巧克力香味及烘烤香味。这可能是微波干燥使慈姑中温度及蒸汽压最高处在食品的内部,在此有利于风味前驱物—糖与氨基酸美拉德反应的进行,蒸汽易于向外转移并诱发香气成分汽化[21]。在Na等人[22]、李延华[23]等人的研究中都发现高温加热会促使吡嗪类化物的生成,赋予食品一种独特的烘焙香气。二甲基硫醚在热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥慈姑片中含量呈现几十倍增加,二甲基硫醚是海藻、熟大蒜、熟玉米、牛乳中含硫组分的主要风味物质,会呈现奶油香气、海藻香气、萝卜样气味,许多食品经过热处理后都会产生二甲基硫醚化合物,可能是这些食品中的含硫氨基酸经高温烫漂后降解产生的。二甲基亚砜稍带苦味,具有大蒜或牡蛎味道,虽然经过热处理其含量有所增加,但相对含量较低,对干燥慈姑片风味的影响不大。

表1 不同干燥处理后慈姑挥发性成分及相对含量

续表

3 结论

通过对慈姑鲜样和热风干燥、微波干燥、热风联合微波干燥慈姑进行顶空固相微萃取后用气质联用法分析其挥发性风味物质,慈姑鲜样的主要风味物质为1-辛烯-3-醇、己醛、D-柠檬烯、石竹烯、泪柏醚、2-戊基呋喃,其中相对含量最高的风味物质是泪柏醚,含量为38.71%。热风干燥、微波干燥和热风联合微波干燥改变了慈姑风味物质构成,热风干燥慈姑的主要风味物质为1-辛烯-3-醇、己醛、3-甲基丁醛、石竹烯、泪柏醚、二甲基硫醚,微波干燥慈姑的主要风味物质为戊醛、己醛、2-甲基丁醛、石竹烯、泪柏醚、二甲基硫醚,热风联合微波干燥慈姑的主要风味物质为1-辛烯-3-醇、戊醛、己醛、壬醛、D-柠檬烯、石竹烯、泪柏醚、二甲基硫醚。可以看出,经过热风干燥、微波干燥和热风联合微波干燥慈姑相对含量最高的风味物质成为了二甲基硫醚,其含量分别为41.88%、37.77%、37.47%。热风联合微波干燥融合了热风干燥和微波干燥的优势,使得慈姑片挥发性风味物质的种类和含量都有明显的提高,更有利于慈姑片挥发性化合物的形成,赋予其浓郁的风味。联合干燥技术将成为今后果蔬干燥领域的研究热点,逐渐替代单一干制技术,对干燥产业发展具有重大的现实意义。

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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

刘春菊(1979-)，女，硕士，助理研究员，主要从事果蔬加工与质量控制研究，E-mail：cjliu0306@163.com。

*通讯作者:刘春泉(1959-)，男，硕士，研究员，主要从事农产品精深加工与产业化开发研究，E-mail：lcq@jaas.ac.cn。

江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(13)3082)。

TS255.1

A

1002-0306(2015)21-0102-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.012