烘烤、蒸汽热处理和挤压膨化对藜麦风味和苦味的影响

周 洋，李 璐，吕 莹

（北京农学院食品科学与工程学院，食品质量与安全北京市实验室，农产品有害微生物及农残安全检测与控制北京市重点实验室，北京 102206）

藜麦（Chenopodium quinoaWilld.）原产于南美安第斯山区，是当地一种主要的传统粮食作物，目前在我国的青海、山西及内蒙古等地广泛种植[1]。藜麦营养价值较高，富含优质的蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物质和维生素等营养物质[2]，蛋白的质量分数为14%～18%，脂类质量分数为4.4%～8.8%，淀粉质量分数大约为48%～69%[3]。此外，藜麦中含有人体生长必需的所有氨基酸，其中赖氨酸的含量高于大多数谷物[4]。联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）研究认为藜麦是一种单体植物即可满足人体基本营养需求的食物，正式推荐藜麦为最适宜人类的“全营养食品”，列为全球十大健康营养食品之一[5]。

藜麦种子可磨粉后加工制作成面包、蛋糕和发酵饮料等多种产品，但藜麦用于食品加工生产存在的主要问题之一是种子外皮存在的皂苷所产生的苦味[6]。藜麦中的皂苷是三萜类糖苷，可溶于甲醇和水[7]，不仅会产生苦涩味，影响人们食用藜麦的口感，还是藜麦中的一种抗营养因子[8]。人们对于藜麦当中皂苷的可接受水平为0.06%～0.12%[9]，因此，食用藜麦前一般会去除皂苷。

目前已开发应用的去除皂苷的商业方法包括洗涤和抛光，加工后的藜麦不仅其皂苷含量降低，且苦味程度也随之降低[10]。Brady等[11]研究表明，通过挤压膨化和烘烤等热加工也可以使藜麦皂苷分解。此外，延莎等[12]研究不同蒸煮方式对藜麦风味和营养的影响，但目前针对经过不同方式热加工后藜麦的风味和苦味的变化和差异尚不明确。本研究以藜麦为原料，采用挤压膨化、烘烤和蒸汽热处理3 种方式对藜麦进行热加工，通过感官评价、顶空固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）技术，结合气相色谱-质谱（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）联用法和高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法探究加工方式对于藜麦风味、苦味和皂苷含量的影响，旨在为藜麦的加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

藜麦（贡扎5号）产地为西藏自治区；齐墩果酸标准品 中国食品药品检定研究院；甲醇、乙腈（均为分析纯）；实验室用水为超纯水。

1.2 仪器与设备

C21-SK2101型号电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；DS32-II挤压膨化实验机 济南赛信机械有限公司；OMG-316烤箱 河北欧美佳食品机械有限公司；7890A-5975C GC-MS联用仪、1260 HPLC仪 美国Agilent公司；固相萃取头 美国Supelco公司；粉碎机永康市铂欧五金制品有限公司；KQ-500DE型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；SHZ-III型循环水式多用真空泵 上海知信实验仪器技术有限公司；AF600B ALLway冷水机 北京科德远洋科技有限公司；RE-200B旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 藜麦样品制备

生粉样品：藜麦粒用粉碎机粉碎，过60 目筛。

烘烤样品：称取藜麦生粉放入160 ℃烤箱中，分别烘烤5、10、15 min。

挤压膨化样品：将藜麦生粉进行挤压膨化。挤压膨化条件：喂料频率30 Hz，螺杆转速210 r/min，挤压膨化温度分别为一区50 ℃，二区140 ℃，三区160 ℃，物料加水量5%。挤压膨化的样品用粉粹机粉碎，过60 目筛。

蒸汽热处理样品：称取藜麦生粉（含水量8.57%）加入去离子水，搅匀。将其放入蒸锅屉中隔水蒸制（料层厚度为1～2 cm），待水沸后计时20 min结束。放入－18 ℃的冰箱冷冻后置于冻干机中冻干，粉碎机粉碎，过60 目筛。

1.3.2 不同热加工方式的藜麦风味感官评价

感官评价人员由5 名经过培训并有过类似品评经验的品评人员（18～24 周岁）组成，在正式实验前进行简单培训，熟悉各种参照物和可能出现的各种风味词汇。使用0～5点标度[13]，0为未能感觉到，1为刚刚感觉到风味、强度弱，5为强度非常大。评价标准见表1。

表1 不同热加工方式的藜麦风味感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of flavor of quinoa with different heat treatments

1.3.3 不同热加工方式藜麦风味的GC-MS分析

1.3.3.1 SPME

参照文献[12]方法，称取1 g藜麦样品加5 mL水混匀，于密封顶空样品瓶中，置于100 ℃水浴锅中平衡20 min后，使用SPME萃取头插入样品瓶中顶空吸附10 min，然后将萃取头插入GC进样口，解吸5 min。

1.3.3.2 色谱条件

DB-5MS毛细管色谱柱（60 m×0.250 mm，0.25 μm）；载气：He；流速：1 mL/min；进样口温度：270 ℃；无分流进样；升温程序：起始柱温：45 ℃保持2 min，再以6 ℃/min的升温速率升至210 ℃保持5 min。

1.3.3.3 质谱条件

接口温度：280 ℃；离子源温度：240 ℃；离子化方式为电子电离；电子能量70 eV；采用全扫描模式采集信号。

1.3.3.4 数据处理及相对含量计算

通过NIST、Wiley图谱库进行化合物的检索与分析，确认不同方式热加工的藜麦风味物质。通过峰面积归一化法确定各挥发性物质的相对含量[15]，计算如式（1）所示：

式中：M为单组份挥发性化合物成分的峰面积；N为总峰面积。

1.3.3.5 风味物质的评价

采用相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）的方法[16]评价各挥发性化合物对样品总体风味的贡献，对样品总体风味贡献最大的组分定义为：ROAVstan=100，当挥发性成分ROAV≥1时，认为其对样品风味有重要贡献，为关键风味物质，当0.1≤ROAV＜1时，确认其对样品风味有重要的修饰作用。挥发性风味成分的ROAV计算如式（2）所示：

式中：Ci为各挥发性化合物的相对含量/%；Ti为各挥发性化合物的感觉阈值；Cs为样品整体风味贡献最大挥发性化合物的相对含量/%；Ts为样品整体风味贡献最大挥发性化合物的感觉阈值。

1.3.4 HPLC法测定藜麦皂苷含量

1.3.4.1 齐墩果酸标准溶液配制

参照刘泰然等[17]的方法。

1.3.4.2 样品皂苷提取

称取藜麦样品0.5 g，加入30 mL甲醇振荡均匀，放入超声波仪中于25 ℃、240 W条件下提取2 h。随后1 000 r/min离心5 min，收集上清液进行旋转蒸发至稍干，用0.5 mL乙腈溶解后经0.45 μm滤膜过滤。

1.3.4.3 色谱条件

采用Agilent ZORBAX SB-C18色谱柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流动相A：超纯水，流动相B：乙腈；梯度洗脱见表2；柱温：40 ℃；流速：0.75 mL/min；进样量：10 μL；在254 nm波长处进行检测。

表2 流动相洗脱程序Table 2 Mobile phase elution program

60 20 80

1.3.4.4 皂苷含量计算

根据齐墩果酸峰面积（y）对其质量浓度（x）进行线性回归，得到标准曲线方程。皂苷峰定义为0～15 min保留时间所有峰[18]，采用外标法定量。样品皂苷含量以齐墩果酸表示，单位为mg/g。

1.4 数据处理

采用SPSS Statistics 18进行数据处理与分析，所有的实验结果均以±s表示，以单因素方差分析ANOVA检测平均值之间的差异，P＜0.05，差异显著。根据每个样品有关成分相对含量的标准化值及特征根、特征向量计算出各主成分值，并以此作散点图。使用Origin 8作图软件进行相关图形的绘制。

2 结果与分析

2.1 不同方式热加工的藜麦风味感官评价结果

表3 不同方式热加工的藜麦样品风味感官评分Table 3 Sensory evaluation of flavor of quinoa with different heat treatments

对采用烘烤、挤压膨化和蒸汽热处理3 种方式得到的藜麦样品进行感官评价，结果如表3所示。3 种不同方式加工后藜麦的苦味和涩味感官得分与藜麦生粉相比均降低。藜麦的苦涩味来源于其种子外皮的皂苷[19]，Kowalski等[18]研究表明挤压膨化可以使皂苷发生降解。Brady等[11]研究也发现在挤压膨化过程中存在的剪切力和高热能破坏了藜麦皂苷的原有结构，皂苷的含量降低，苦味减少；该研究同时也提出烘烤工艺也可以使得藜麦的苦涩味降低。以上相关研究结果与本研究结果一致。此外，经过蒸汽热处理的藜麦苦味降低显著，其得分最低可能是因为蒸汽处理时水分含量较高，淀粉颗粒充分受热吸水膨胀破裂，释放出淀粉分子。研究表明淀粉或糊精对食品体系中的小分子物质具有一定的包埋作用[20-21]。因此，本研究中蒸汽热处理样品的苦、涩味下降最明显，可能与淀粉分子对皂苷的包埋有关。与蒸汽热处理的加工方式相比，藜麦在挤压膨化过程中也向物料中添加水分，但添加量仅为物料的5%，低于蒸汽样品的含水量，此时淀粉颗粒受热吸水膨胀破裂且释放淀粉分子的程度与蒸汽热处理加工方式不同，这可能是挤压膨化藜麦样品的苦味高于蒸汽热处理藜麦样品的原因。另外，根据感官评价结果还发现，对于烘烤（160 ℃）方式，随着烘烤时间的延长，苦涩味得分也随之降低，可能是因为烘烤时间越长，皂苷被破坏程度也就越严重，从而导致苦味和涩味得分呈现降低趋势。

藜麦生粉含有豆腥味，经过烘烤处理后藜麦豆腥味下降最明显，挤压膨化和蒸汽热处理虽然也使得豆腥味得分降低，但差异并不显著。此外，豆腥味的变化也与烘烤时间有关，随着烘烤时间的延长，豆腥味下降越显著。单长松等[22]研究表明，利用欧姆加热方式将豆浆加热到100 ℃可以明显降低其豆腥味，原因为豆浆的豆腥味与大豆中脂肪氧化酶的活性有关，热加工可以抑制该酶的活性。但藜麦豆腥味与热加工的关系，以及藜麦中脂肪氧化酶的活性仍需进一步研究。

如表3所示，经过烘烤、挤压膨化和蒸汽热处理后藜麦样品的熟花生香味得分均增高，挤压膨化和蒸汽热处理虽使得藜麦样品熟花生香味感官评分提高，但与藜麦生粉相比并没有显著性差异，而烘烤后藜麦熟花生香味则显著增强。藜麦中含有蛋白质[23]，烘烤会使谷物发生美拉德反应[24]，从而产生系列风味物质，为感官评价中的熟花生香味来源。挤压膨化和蒸汽热处理的熟花生香味没有显著增加的原因可能为：对于挤压膨化热加工方式，三区温度与烘烤温度同为160 ℃，但样品在高温加热区停留时间短，产生的风味物质较少。蒸汽热处理温度较低，但加热时间长（100 ℃、20 min），且这种加工方式导致样品含水量较多，藜麦中的淀粉吸水膨胀糊化，从而对风味产生部分影响[20]。烘烤不仅显著增强了藜麦的熟花生香味，且随着烘烤时间的延长，熟花生香味越明显。其原因为美拉德反应受时间的影响，反应时间决定香气和呈味特点的差异[25]，焙烤5 min的样品反应时间相对较短，产生风味物质的系列化学反应还未完全发生，导致其熟花生香味没有明显增加。

2.2 不同方式热加工的藜麦挥发性风味物质分析

表4 不同热加工方式的藜麦样品挥发性成分组成及其相对含量Table 4 Composition and relative contents of volatile components in quinoa samples with different heat treatments

续表4

采用SPME-GC-MS方法检测分析3 种不同热加工方式藜麦的挥发性风味成分，不同样品的挥发性成分组成及其相对含量见表4。可以看出，未经热加工的藜麦生粉共检测出挥发性物质17 种，经过烘烤5 min的藜麦样

品共检测出18 种挥发性成分，烘烤10 min的藜麦样品共检测出16 种挥发性成分，烘烤15 min的藜麦样品共检测出19 种挥发性物质，经过挤压膨化热加工的藜麦样品共检测出25 种挥发性成分，经蒸汽热处理的藜麦样品共检测出27 种挥发性物质。以上数据结果说明，烘烤、挤压膨化和蒸汽热处理方式使得藜麦的挥发性风味物质种类增加。所有样品的GC-MS检测结果中，酸类相对含量均较高，但酸类的阈值高，对样品整体风味的贡献不大[26]。此外，藜麦样品中醛类物质的相对含量也较高，通过比较分析发现，经过烘烤10、15 min，挤压膨化和蒸汽热处理的藜麦样品醛类物质的相对含量均高于未经处理的藜麦生粉。有研究表明，醛类物质多来自于脂质的降解，也有部分是来自于还原糖和氨基酸的美拉德反应，且醛类物质的阈值较低，对样品风味贡献相对较大[27]。藜麦当中含有丰富的脂质，其中游离脂肪酸的含量较高，占总脂类的18.9%[28]，藜麦经过烘烤、挤压膨化、蒸汽热处理后则会造成不饱和脂肪酸的氧化分解，故导致醛类物质的含量增加，且对于烘烤热加工方式，烘烤的时间越长，醛类物质的相对含量越高。

2.3 不同热加工方式的藜麦关键性风味物质分析

表5 不同热加工方式的藜麦挥发性成分ROAVTable 5 ROAVs of volatile components of quinoa with different heat treatments

仅通过挥发性化合物的相对含量无法确认其对风味的影响，相对含量高的挥发性成分并不能说明其对风味的贡献度越大，还需要结合感觉阈值进行ROAV分析。通过文献查阅，共查询到11 种挥发性成分的阈值（表5），本实验仅对查找到的挥发性化合物进行ROAV分析。通过表5可知，经过烘烤、挤压膨化和蒸汽热处理的藜麦样品与未经处理的藜麦生粉共有的关键挥发性物质（ROAV≥1）为苯乙醛、反-2-辛烯醛、壬醛和癸醛。研究表明，醛类物质一般具有较强的挥发性，阈值也较低，是食品中重要的风味物质[30]。其中壬醛、癸醛的ROAV较大，ROAV越大的物质对样品总体风味的贡献也越大[31]，且壬醛和癸醛为阈值较低的醛类，即使在痕量条件下，也具有较强的与其他风味物质重叠的风味效应[32]，因此对构成藜麦风味具有重要贡献。

经过烘烤5、10、15 min后藜麦样品苯乙醛的ROAV分别为4.848 5、9.423 7、5.456 3，均大于藜麦生粉（2.861 5）、挤压膨化（1.432 6）和蒸汽热处理（1.818 1）后的藜麦样品。李淑荣等[33]研究表明，苯乙醛等物质对烘烤花生风味的贡献较大，为烘烤花生的主要香味化合物；林茂等[34]也表明苯乙醛等物质为烘烤花生的主要呈味物质，对熟花生甜的芳香味贡献较大。因此，苯乙醛为烘烤的藜麦样品在感官上呈现出烤花生香味的主要风味物质。此外，烘烤10、15 min藜麦样品的苯乙醛ROAV大于烘烤5 min的藜麦样品，说明其在烘烤10、15 min样品中香味贡献更大，所以导致感官评价结果中烘烤10、15 min熟花生香味得分较高（表3）。经过蒸汽热处理的藜麦样品中反,反-2,4-壬二烯醛为特有的关键性风味物质，壬二烯醛是多不饱和脂肪酸氧化产生的醛类[32]，其香味呈现为青香、瓜香、脂肪香、鸡肉香和蔬菜香等香气[35]，对蒸汽热处理藜麦样品的风味具有重要贡献。除以上关键风味之外，香叶基丙酮（0.1≤ROAV＜1）具有青香、果香、蜡香、木香的风味[36]，对烘烤10 min和挤压膨化热加工的藜麦样品风味也起着重要的修饰作用。

2.4 不同热加工的藜麦GC-MS挥发性风味物质主成分分析

表6 5 个主成分的特征值及其贡献率Table 6 Eigenvalues of 5 principal components and their contributions and cumulative contributions to total variance

图1 不同热处理方式藜麦样品第1主成分和第2主成分散点图Fig.1 Scatter plot of PC1 versus PC2 for quinoa samples with different heat treatments

对藜麦生粉和经过烘烤、挤压膨化、蒸汽热处理的藜麦样品GC-MS挥发性成分的相对含量进行主成分分析，主成分的特征值和特征向量见表6。可以看出，5 个主成分的累计贡献率达到100%，表明提取的5 个主成分包含指标所携带的全部信息，代表了样品中主要挥发性成分的组成。以第1主成分值作为横坐标，第2主成分值作为纵坐标可得到主成分散点图，见图1。可以看出，6 个样品呈明显的3 组分布，未经处理的藜麦生粉经过烘烤的藜麦样品为一组，蒸汽热处理的藜麦样品为一组，挤压膨化热加工的藜麦样品为一组。此分布结果说明，与烘烤相比，蒸汽热处理和挤压膨化这两种加工方式对藜麦的风味影响较大。挤压膨化是一种高温短时的热加工方法，在相对密闭的挤压膨化设备腔膛内螺杆向前挤压并剪切物料、产生压力，藜麦样品中的淀粉与加入的占物料质量5%的水分在高温作用下快速糊化，当物料经过磨具出口时，压力的下降使水蒸气迅速膨胀散失进而导致物料膨化[37]，在这短时升温、加压、水蒸气蒸发和物料膨化过程中化学反应的不断发生，导致其挥发性物质的种类和含量变化较大[38]。而蒸汽热处理中物料吸水较多，水分充分渗透到藜麦样品中，有助于淀粉熔融，且随着温度的升高会导致淀粉颗粒溶胀并释放其内容物，促进了更大程度的淀粉糊化[39]，从而产生更多的风味物质。同时，挤压膨化加工时，加热温度为二区140 ℃，三区160 ℃；而蒸汽热处理时温度为100 ℃。可见，不同加工方式中，加热温度、物料含水量以及加工方式本身（如挤压膨化中的剪切和膨化）导致的藜麦样品中淀粉和蛋白质等物质存在状态的不同可能是影响藜麦样品风味的主要因素。另外，图1显示藜麦生粉和不同烤制时间的藜麦粉经过主成分分析后被归为一类，分析其原因可能是烤制时直接将藜麦生粉在160 ℃加热，并未加入水分；而在藜麦粉加工过程中有水分参与的蒸汽热处理和挤压膨化藜麦与藜麦生粉风味差异较大。同时，与烘烤处理藜麦相比，挤压膨化的温度也为160 ℃，但两种加工方法中，物料的含水量和被处理的方式（直接烤制和挤压膨化）不同是导致其风味上存在差异的重要原因。而不同的加工方式对藜麦中淀粉和蛋白质等物质存在状态的影响，以及其与藜麦风味物质形成的相关性仍需要进一步研究。

2.5 不同方式热加工的藜麦皂苷含量分析

由图2可以看出，经过烘烤5 min、挤压膨化和蒸汽热处理的藜麦样品皂苷含量与未经热加工的藜麦生粉相比均降低，而烘烤10、15 min的藜麦样品皂苷含量升高。据Brady等[11]的研究结果，挤压膨化和烘烤能够使皂苷分解，皂苷的降解会直接影响藜麦的感官特性，从而使得皂苷所产生的苦味降低；同时Kowalski等[18]研究也表明挤压膨化热加工方式的剪切力和热能破坏了皂苷的原始结构，从而使得其含量降低，藜麦苦味减少，这与本研究结果一致。烘烤、挤压膨化、蒸汽热处理方式能够降低藜麦中的皂苷含量，其产生的苦味也会随之降低。

图2 不同方式热加工的藜麦样品皂苷含量Fig.2 Saponin contents in quinoa samples with different heat treatments

图3 藜麦样品HPLC图Fig.3 HPLC profile of quinoa sample

图4 4.9 min保留时间下样品峰面积Fig.4 Peak areas at retention time of 4.9 min of quinoas samples

烘烤10、15 min的藜麦样品与未经热加工的藜麦生粉相比皂苷含量增加，此部分结果与Brady等[11]的研究结果不一致，原因可能为藜麦经过烘烤10 min和15 min后产生了某种新的物质，也能够在此波长下被检测，导致其峰面积增加，故皂苷含量计算结果增加。但通过感官评价结果可知，烘烤10、15 min的藜麦样品与藜麦生粉相比苦味均减少，同时对比分析藜麦样品的HPLC图谱（图3）发现，在4.9 min保留时间下，经过3 种不同方式热加工的藜麦样品与未经处理的藜麦生粉相比峰面积均有所下降（图4）。因此通过此结果推测，导致藜麦产生苦味的物质不仅是齐墩果酸型的皂苷，可能还存在其他导致藜麦产生苦味的物质，还需要进一步的研究。

3 结 论

烘烤、挤压膨化、蒸汽热加工方式均能降低藜麦的苦涩味，且烘烤方式能够使藜麦产生熟花生香味，随着烘烤时间的延长，熟花生香味明显增加。经3 种不同方式热加工后藜麦的醛类物质含量增加，结合ROAV结果确定藜麦的关键性风味物质为苯乙醛、反-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-壬烯醛和癸醛。反,反-2,4-壬二烯醛为蒸汽热处理藜麦样品特有的关键风味物质。主成分分析结果表明挤压膨化和蒸汽热处理方式对藜麦的挥发性风味物质影响较大。烘烤、挤压膨化和蒸汽热处理均能够使藜麦中的皂苷含量下降，从而导致苦涩味降低。