宁强核桃馍焙烤过程中品质特性及挥发性风味物质动态变化

金文刚，刘俊霞，金晶，耿敬章,2，王金泽, 殷冬霞，江海

1(陕西理工大学 生物科学与工程学院，陕西 汉中，723001)2(陕西理工大学 陕西省资源生物重点实验室，陕西 汉中，723001)

传统食品是指历史悠久，用传统加工工艺生产，反映地方和民族特色的食品[1-2]。我国传统食品是民间经验和智慧的积累、通常具有较好的色、香、味、型，兼具营养性和安全性，如我国几千年传承下来馒头、面条、包子、饺子、馄饨、油条、锅贴、肉夹馍、煎饼、羊肉泡馍、馓子等[2-4]。近年来，我国传统主食工业化生产有了较快发展，如面条、馒头、保鲜米饭、方便米粉、八宝粥等有了一定规模的工业化生产[2]。但是我国幅员辽阔，一些地方特色和民族特色的传统食品还需要深入挖掘，通过传统工艺改造和现代工业化进行规模生产，对于继承和发扬这些传统食品具有重要的现实意义[5]。

宁强核桃馍，是陕西南部汉中市宁强县著名的传统特色小吃之一，宁强王家“福兴老号”核桃馍从乾隆时代问世至今，已有近300年历史，被列入陕西省第1批非物质文化遗产名录。核桃馍主要是将核桃仁去皮后与椒盐、芝麻等一起制成馅泥，再将油面经过发酵后，面胚(圆形或者长方形)抹上核桃泥，放入烤炉里烘烤后制作成糕点[6]。目前，宁强核桃馍店已经遍布汉中市各县区，由于核桃馍口感酥脆，风味独特，深受当地老百姓喜爱,也是外地旅游观光人士馈赠亲朋的礼品之一。然而长期以来，宁强核桃馍以手工作坊式生产为主，不同商家由于原料、配方、工艺条件等差异，造成成品质量不一，亟需对其传统工艺和食用品质进行标准化。

目前，很多传统焙烤食品综合品质可通过感官评价、物性分析仪以及挥发性风味物质等进行表征。BAGDI等[7]利用富含膳食纤维糊粉层面粉制作面包，对其营养组成、焙烤性能、质构以及感官质量进行了研究；LONGIN等[8]采用基因组学和代谢组学技术对不同小麦品种焙烤面包的品质以及香气进行了研究；曹志勇等[9]通过理化指标、质构和挥发性成分对蒲城椽头馍与普通馒头品质特性进行了比较研究；樊月等[10]采用电子鼻、电子舌、固相微萃取-气相色谱-质谱联用、离子色谱仪、氨基酸分析仪等现代感官分析技术对5种山东煎饼(小米煎饼、板栗煎饼、芝麻煎饼、核桃煎饼、杂粮煎饼)中挥发性和非挥发性风味物质进行比较分析，并结合相对气味活度值分析其关键风味化合物；王丹等[11]分析比较了传统手工与方便包装羊肉泡馍挥发性风味成分的差异；金婷等[12]利用电子鼻结合定量感官描述分析了不同食用油焙烤燕麦片质构、感官质量和风味特征。

然而有关宁强核桃馍生产过程中感官质量以及挥发性风味成分的变化规律，尚未见相关报道。本研究对宁强核桃馍焙烤过程中品质特性和挥发性风味物质变化规律进行了探究，旨在为今后宁强核桃馍批量化生产过程中品质控制、标准制定提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

试验材料：宁强核桃馍样品，于2021年1月5日采集于汉中市宁强核桃馍某老字号摊点。由烤馍师傅经发面、揉面、制作面胚、核桃泥质量分数(15.62±1.03)%和焙烤工艺制作，取自不同烤制阶段(设置烤炉上层温度为170 ℃，下层温度为150 ℃，面胚分别烤制3、6、9和12 min)获得4组供试样品(外观状态见图1)，每个时间点5个核桃馍，包装后运至实验室4 ℃贮藏，3 d内进行品质分析。

图1 宁强核桃馍焙烤过程中外观照片Fig.1 Appearance photo of Ningqiang Hetaomo during baking

仪器设备：一喜牌食品电烤炉，温州一喜商用机械有限公司；CT3型质构仪，美国Brookfield公司；NR145精密色差计，深圳三恩时科技有限公司；FA320413型电子天平，上海精科天美科学仪器有限公司；FlavourSpec®风味分析仪，德国G.A.S 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 质构剖面分析

参考BAGDI等[7]的方法，通过预实验确定质构仪适宜参数，选取核桃馍样品表面相对均匀区域进行质构剖面分析。CT3型质构仪实际测试参数如下，模式：质构剖面分析(texture profile analysis，TPA)；目标距离：10 mm；触发点负载：5.0 g；预测试速度、测试速度和返回速度均为：1 mm/s；数据采集频率：8个/s；TA5探头；循环次数：2次。测试结束在参数界面勾选硬度、胶着性、弹性、内聚性和咀嚼性进行测试结果输出。每个样品平行测试5次，分别计算平均值。

1.2.2 色差分析

各组样品色差采用NR145精密色差仪测定，以D65为光源，色差仪经黑板、白板校正后，读取各组样品亮度值L*，红度值a*和黄度值b*。每组样品绞碎混合均匀，装入玻璃培养皿铺平，读取5个不同表面区域的数据，平行测定3次，取平均值。

1.2.3 感官评价

招募挑选10名年龄21～22岁食品专业本科生(5男，5女)，在前期修完《食品感官评价》专业课程基础上进行一定初步培训，分别从外观、质地、风味、色泽4个方面分别评分，按照25%的权重计算总感官分值，参考文献制定评分标准[9]，如表1所示。

表1 核桃馍感官评分标准Table 1 Sensory score scale of Hetaomo

1.2.4 挥发性风味物质分析

焙烤过程中每个时间点宁强核桃馍样品绞碎，混合均匀后准确称量3.0 g，置于20.0 mL进样瓶内，90 ℃ 保温1 min进样分析，每个样品测定3次，由仪器软件获得挥发性风味物质差异谱图；再通过仪器自带的NIST和IMS数据库进行风味物质定性分析。风味仪详细参数设置详见实验室前期文献[13]。

1.3 数据处理

数值以平均值±标准偏差(n≥3)表示，采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析，t检验进行差异显著性分析。利用风味仪Laboratory Analytical Viewer、Reporter、Gallery Plot插件分析数据，通过内置GC×IMS Library Search NIST数据库和IMS数据库对样品气味成分进行定性分析。核桃馍挥发性成分数据主成分和聚类热图，利用ClustVis在线统计工具中PCA和Heatmap插件绘制。

2 结果与分析

2.1 宁强核桃馍焙烤过程中感官评分和TPA

核桃馍不同焙烤时间下质构、色差和感官评分结果如表2所示。通过质构仪TPA测试模式获得不同焙烤时间核桃馍质构参数，如硬度、内聚性、弹性、胶着性和咀嚼性。硬度表示探头模拟牙齿咀嚼样品所需的最大力，即圧缩循环的最大负载；内聚性代表构成食品质地的内部作用力；弹性代表样品在第1次和第2次压缩，样品可恢复的高度，即第1循环至目标距离到第2循环触发点的距离；胶着性指示半固体食品达到可吞咽状态所需的能量，与硬度小的样品高度相关；咀嚼性反应样品模拟咀嚼后达到可吞咽状态所需的能量[8,13]。由表2可看出，随着焙烤时间的延长，核桃馍硬度、内聚性和咀嚼性逐渐增加，烤制3～12 min，硬度、内聚性和咀嚼性分别增加了114.4%、46%和68.78%，而弹性、胶着性呈现先增加后减小的趋势；焙烤过程中核桃馍亮度值L*和黄度值b*显著下降、而红度值a*逐渐上升；核桃馍焙烤过程中感官评分值，从3 min的4.5分，分别增加至6 min、9 min的7.2分和8.6分。究其原因主要因为随着烤制时间延长、焙烤程度加剧，核桃馍面胚与辅料高温熟化、水分含量下降、美拉德反应产物赋予核桃馍硬度、内聚性、咀嚼性、感官分值逐渐提高[7,14]；而烤制9 min之后，由图1可看出，过度焙烤造成了核桃馍焦化，外观、色泽和风味产生劣变，按照各自权重25%计算的总感官分值急剧下降，与TPA、色差结果基本一致。因此，结合质构、色差和感官评分结果来看，核桃馍焙烤9 min，具有较好的外观、色泽、质地、风味等食用品质。

表2 宁强核桃馍焙烤过程中质构、色差和感官评分Table 2 Texture, color and sensory scores of Ningqiang Hetaomo during baking process

2.2 宁强核桃馍焙烤过程中气相-离子迁移谱(GC-ion mobility spectrometry，GC-IMS)风味成分分析

食品中挥发性风味物质分析方法已经非常成熟，包括气相色谱-质谱联用[15-16]、气相色谱-嗅闻[17-18]、GC-IMS[19-20]等技术，结合固相微萃取、风味提取物稀释、重组及感官分析可实现对各种食品及原料挥发性成分的定性、定量分析。GC-IMS是近年来出现的较新挥发性风味物质分离和检测技术，该技术整合了气相与离子迁移谱在分离和检测方面的优势，具有样品制备简单、高灵敏度、高分辨率、操作简便、分析快速和风味物质可视化等特点[13, 19-20]，应用范围和优势受到了广泛认可。

图2是由FlavourSpec®风味分析仪该仪器自带LAV分析软件中的Reporter插件程序获得的宁强核桃馍焙烤过程中挥发性成分3D GC-IMS谱图。谱图离子峰上每个化合物可能会有1、2个斑点(指示单体或二聚体)，受到挥发性有机物含量和状态的影响[13, 20]。图2中宁强核桃馍挥发性成分谱图从左到右分别为焙烤3、6、9和12 min。从谱图外观可见，宁强核桃馍焙烤过程中不同阶段的GC-IMS 三维谱图非常相似(图2)。

图2 宁强核桃馍焙烤过程中GC-IMS三维谱图Fig.2 Three dimensional GC-IMS spectra of Ningqiang Hetaomo during baking process

将图2中3D的GC-IMS图转换生成二维俯视平面图(图3)，能直观对比分析宁强核桃馍焙烤过程中挥发性成分的细小差别。由图3可以看出，4个不同焙烤时间宁强核桃馍样品挥发性成分通过GC-IMS技术可以得到较好的分离，不同焙烤时间宁强核桃馍样品，呈现出不同的GC-IMS特征谱信息，且不同焙烤时间下宁强核桃馍样品中部分风味物质浓度出现升高或降低，显示出了较明显的差异(图3-B中红色虚线框中所示)。PU等[21]利用GC-IMS对面包口腔加工过程中风味物质进行了检测；宋莎莎等[22]利用GC-IMS技术研究了香菇超微粉对不同制作工艺面包挥发性成分的影响；本试验利用GC-IMS技术分析不同焙烤阶段下宁强核桃馍挥发性风味成分，结果发现不同焙烤时间核桃GC-IMS特征谱呈现一定的差异，可能由于高温热处理、核桃馍原、辅料中面团熟化、水分损失、核桃仁蛋白、油脂氧化以及美拉德反应产物变化等因素[7, 14]，造成样品间挥发性风味物质的差异。

2.3 宁强核桃馍GC-IMS挥发性气味成分定性分析

经过对比特征性风味物质的保留时间和迁移时间，通过GC-IMS数据库识别从而实现挥发性物质的定性分析。图4为对焙烤6 min核桃馍样品Library Search定性分析结果，图中信号峰旁的每个数字对应着1个具体风味化合物。调用风味仪NIST气相保留指数与离子迁移谱(ion mobility spectrometry，IMS)迁移时间数据库，从不同焙烤时间核桃馍60个信号峰中，鉴定了41种风味化合物，包括醛类17种、酮类6种、酯类5种、醇类6种、烯类5种、醚类1种和酚类1种，结果如表3所示。

表3 不同焙烤时间宁强核桃馍鉴定的挥发性风味物质及其相对含量

A-俯视图；B-差异对比图图3 宁强核桃馍焙烤过程中GC-IMS二维谱图Fig.3 Two dimensional GC-IMS spectra of Ningqiang Hetaomo during baking process

图4 宁强核桃馍挥发性风味物质Library Search定性分析Fig.4 Characteristic analysis of volatile compounds of Ningqiang Hetaomo

2.4 宁强核桃馍焙烤过程中挥发性成分指纹图谱和相对含量

为解析不同焙烤时间核桃馍挥发性风味物质的差异性，利用不同焙烤时间核桃馍3次测试的IMS中所有挥发性有机物信号值，调用Gallery Plot生成的焙烤过程中核桃馍风味物质指纹图谱见图5。

由图5对比分析可知，不同焙烤时间宁强核桃馍挥发性有机物质显示出了一定的差异(图中红色、黄色框区域)。焙烤初期(3 min和6 min)宁强核桃馍中挥发性成分轮廓较为相似，其中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、4-烯丙基苯甲醚、芳樟醇、双戊烯、桉叶油醇、甲基庚烯酮、β-蒎烯、(E)-2-庚烯醛单体、(E)-2-庚烯醛二聚体、正己醛单体、正己醛二聚体、苯乙烯、2-庚酮、3-辛醇、乙酸乙酯二聚体、2,3-丁二酮、戊醛二聚体、乙醇和2-戊酮等化合物含量较高，可能是面胚中发酵面团、香辛料和核桃仁泥混合挥发性气味成分。随着继续高温焙烤(9 min和12 min)，核桃馍挥发性成分呈现明显不同，其中焙烤9 min时，核桃馍样品中，壬醛、正辛醛、苯甲醛、苯乙酸单体、苯乙醛二聚体、γ-丁内酯二聚体、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、2-丁酮、糠醛单体、糠醛二聚体、丁酸内酯和4-甲基-1-戊醇等化合物含量较大，结合表2中质构和感官评价结果，这些化合物可能是核桃馍呈独特风味的物质基础；随着焙烤程度加深(12 min)，核桃馍挥发性成分中壬醛、正辛醛、γ-松油烯、γ-丁内酯二聚体、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、2-丁酮、糠醛单体、糠醛二聚体、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、4-烯丙基苯甲醚、芳樟醇、甲基庚烯酮、3-辛醇、(E)-2-庚烯醛单体、(E)-2-庚烯醛二聚体、双戊烯和桉叶油醇等挥发性成分逐渐增加，可能是由于焙烤过度造成核桃馍以及表面核桃仁泥焦糊引起，此时核桃馍食用品质较重劣变。本研究中虽然通过GC-IMS只分析鉴定出宁强核桃馍中41种挥发性有机化合物，尚有19种化合物无法鉴定，需结合文献报道以及GC-MS方法进行逐一分析鉴定[13, 20-21]。

图5 宁强核桃馍焙烤过程中风味成分Gallery Plot指纹谱图Fig.5 Gallery Plot of flavor components of Ningqiang Hetaomo during baking process注：谱图中数字代表未定性化含物

焙烤食品加工过程中挥发性成分较为复杂、具有多样性，总体包含醛类、醇类、酮类、酯类、萜烯衍生物、烃类以及少量醚、酚类等有机化合物[7-8, 10]。为了更好表征各类挥发性化合物的变化，根据有机物在指纹图谱上的信号强度，采用归一化法换算得到不同焙烤时间下核桃馍中各类挥发性组分的相对含量变化，如图6所示。由图6可看出，核桃馍中挥发性成分以醛类、醇类为主，其次是酯类和酮类。不同焙烤时间核桃馍中检测到醇类物质相对含量为31.97%～46.59%，由芳樟醇、桉叶油醇、3-辛醇、4-甲基-1-戊醇、异丙醇和乙醇构成；醛类物质相对含量为24.30%～42.50%，由壬醛、正辛醛、异丁醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、苯甲醛(单体、二聚体)、苯乙醛(单体、二聚体)、(E)-2-庚烯醛(单体、二聚体)、糠醛(单体、二聚体)、正己醛(单体、二聚体)和戊醛(单体、二聚体)组成；酯类物质相对含量为10.07%～13.38%，由丁酸丙酯、乙酸乙酯(单体、二聚体)和γ-丁内酯(单体、二聚体)构成；酮类物质相对含量为9.88%～11.02%，由2-戊酮、3-羟基-2-丁酮、2,3-丁二酮、2-丁酮、2-庚酮和甲基庚烯酮构成。此外，核桃馍样品中还检出了少量其他成分如烯类(双戊烯、β-蒎烯、γ-松油烯和苯乙烯)、醚类(4-烯丙基苯甲醚)和酚类(4-乙烯基-2-甲氧基苯酚)，这些物质相对含量为3.30%～6.73%。

图6 宁强核桃馍焙烤过程中挥发性风味组分含量的变化Fig.6 Changes of volatile flavor components of Ningqiang Hetaomo during baking process

醛类物质主要为脂肪氧化的产物，阈值较低，对焙烤食品总体挥发性风味影响较大；酮类和醇类物质也来源于脂肪酸的氧化降解，其阈值高于醛类，带有花香、水果香等令人愉悦的风味；酯类物质主要是酸类和醇类物质酯化反应的产物[21-24]。由图6可知，核桃馍不同焙烤阶段样品中，均以醇类、醛类、醇类和酯类有机物为主，烤制3 min后，核桃馍样品醇类占比46.59%、醛类占比24.30%、酮类占比10.19%、酯类占比为12.98%，其他成分占5.79%。随着焙烤时间延长(3～12 min)，核桃馍样品中醇类物质占比有所下降，醛类物质占比逐渐上升，而酯类、酮类、其他成分占比仅有较小波动，差异不明显。本研究核桃馍高温焙烤过程中产生了较高的醛类物质，如壬醛、正辛醛、异丁醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、苯甲醛(单体、二聚体)、苯乙醛(单体、二聚体)、(E)-2-庚烯醛(单体、二聚体)、糠醛(单体、二聚体)、正己醛(单体、二聚体)和戊醛(单体、二聚体)。分析其原因，一方面核桃仁油酸的氧化降解可产生壬醛和辛醛，亚油酸可氧化生成己醛、戊醛、庚醛和(E)-2-己烯醛；亚麻酸还是(Z,Z)-2,4-庚烯醛、(E)-2-庚烯醛和2-甲基丙醛的前体[25]。另一方面，面胚高温焙烤也可因为美拉德反应产生较多的挥发性醛类、酯类成分[7-8]。由于核桃馍挥发性成分很不稳定，容易受到外界环境条件贮藏及氧化的影响[24-25]，今后还有必要对其贮存温度时间以及包装方式对挥发性风味物质的影响进行研究。

2.5 不同焙烤时间下宁强核桃馍挥发性成分主成分及聚类分析

试验中将不同焙烤时间核桃馍样品的GC-IMS挥发性成分数据，采用主成分和聚类分析探究其用于焙烤过程中不同阶段区分的可行性，结果如图7所示。

A-主成分得分图；B-聚类热图图7 宁强核桃馍焙烤过程中挥发性风味物质主成分及聚类分析Fig.7 PCA and cluster analysis of volatile organic compounds of Ningqiang Hetaomo during baking process注：聚类热图中数字代表未定性化合物

由图7-A可知，焙烤初期(3 min和6 min)宁强核桃馍风味物质谱图数据大致聚集较近，焙烤9 min和12 min相对焙烤初期明显不同，总体主成分1和主成分2累计贡献率达到84.9%，同一焙烤时间宁强核桃馍样品相对聚集在一起。图7-B是不同焙烤时间宁强核桃馍样品挥发性风味物质的热图聚类分析，从中也可以大致看出，焙烤初期(3 min和6 min)各类挥发性成分较为相似，焙烤9 min和12 min 相对较为类似，与图5风味指纹图谱和图7-A主成分结果一致。采用GC-IMS技术结合化学计量学方法，能使用风味物质谱图数据实现宁强核桃馍焙烤阶段的区分，与前人有关GC-IMS分析各类食品风味分析的结果一致[20, 26-29]。研究中核桃馍焙烤时间点的选取，从未全熟的3 min到焦糊的12 min，初步明确了核桃馍面胚焙烤过程中的品质和风味特性变化规律，为指导核桃馍批量化生产过程中品质控制提供了重要的基础数据。

3 结论

通过对宁强核桃馍焙烤过程中品质和风味特性进行研究，结论如下：(1)随着焙烤时间从3 min增加到12 min，核桃馍硬度、咀嚼性显著增加，而弹性、胶着性呈现先增加后减小的趋势；不同焙烤时间后，核桃馍亮度值L*和黄度值b*显著下降，而红度值a*逐渐上升。(2)采用GC-IMS技术对宁强核桃馍焙烤过程中挥发性风味物质进行分析，共鉴定出41种挥发性有机化合物，以醛类、醇类为主，其次是酯类和酮类，还有少量烯类、醚类和酚类。随着焙烤时间延长，核桃馍样品中醇类物质占比明显下降，醛类物质占比逐渐上升，而酯类、酮类、其他成分占比仅有较小波动。(3)综合来看，核桃馍面胚按照传统工艺焙烤9 min，具有较好的品质和风味特性。该研究构建了核桃馍焙烤过程中挥发性风味物质指纹图谱，通过主成分分析和聚类分析可以实现核桃馍焙烤过程的区分，为今后宁强核桃馍批量化生产品质控制及质量标准制定提供了数据资料。