燕麦米及燕麦片挥发性风味差异研究

雷 洋 皇甫文倩 胡新中

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710119)

燕麦含有β-葡聚糖、脂肪、维生素等营养成分，蛋白质营养均衡，具有一定的降糖降脂功效[1]。燕麦的主要加工产品包括燕麦片、燕麦米、燕麦粉等，深受消费者喜爱[2]。因为燕麦片、燕麦米食用方式不同，所以需要采取不同的加工、灭酶工艺来保证产品风味[3]。通常，燕麦片是将燕麦原料经水热处理(130 ℃、40 min)、切粒、蒸煮熟化(100 ℃、20 min)、压片成型、干燥等工艺制成。燕麦米是以脱壳燕麦经清洗、碾磨(去皮率3%～5%)、灭酶等工序加工而成，常见的灭酶方式有：传统焙炒(155 ℃、20 min)、红外烘烤(550 ℃、45 s)、微波加热(高火、45 s)、蒸制与焙烤结合等[22]。其中，2种产品的共同之处是都要采取加热灭酶处理，其作用一是热处理能抑制新收获燕麦的微苦味[4，5]，产生特有的谷物香气；二是热处理能杀死燕麦籽粒中的脂肪氧合酶，防止脂肪氧合酶作用下造成的脂肪氧化酸败、变质而产生刺鼻的味道[6-8]。

国内外对燕麦米、燕麦片的加工工艺、营养品质等方面进行了系列研究，在燕麦风味方面的相关研究包括皮燕麦籽粒、酸败燕麦籽粒[5]、烘烤燕麦籽粒[4]、燕麦片[9]及燕麦粉等的挥发性风味物质的探究，已经鉴定出燕麦籽粒含有111种挥发性物质，其中萜烯、烷基苯、醇和酮等为青草味，含量低于50 μg/g[10，11]。酸败燕麦籽粒中己醛含量最丰富[5]，浓度约为10～15 μg/g，远高于其气味阈值(4.5 μg/g)[11]，戊醛、1-戊醇和3,5-辛二酮等物质含量较高。烘烤燕麦籽粒有“浓郁的坚果味、泥土味”的复合味道，主要为吡嗪类化合物，而含量较少、阈值很低的不饱和烷基吡嗪[12]能对整体风味产生较大影响。燕麦片香气的关键化合物为(E,E,Z)-2,4,6-壬三醛[5]，其他重要的挥发性物质有(Z)-3-己醛、乙酸、丁酸、(E) -β-大马酮、1-辛烯-3-酮、3-甲基丁酸、香兰素、2-甲基-3-呋喃硫醇、蛋氨酸、二甲基三硫化物、1-辛醇-3-醇和3,5-二乙基-2-甲基吡嗪[13]。燕麦的风味形成主要源于加工过程，一类是美拉德反应产物，包括杂环吡嗪、吡咯、呋喃和含硫化合物；另一类是不饱和脂肪酸氧化分解产生的醛类和酮类物质，是复杂的挥发性化合物混合在一起的味道[14]。

燕麦产品风味物质组成复杂，不同的加工工艺也会影响其风味特点，而目前国内关于主流燕麦产品燕麦片、燕麦米风味差异的研究甚少。本研究对裸燕麦原料及其产品挥发性风味进行主成分分析、综合主成分评价及感官评价，探讨燕麦米及燕麦片的风味差异，对于推动裸燕麦产品消费，指导燕麦产品工业化加工具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

6个裸燕麦品种(白燕2号、白燕11号、坝莜1号、坝莜6号、燕科2号、定莜9号)于2018年收获，由河北省张家口农科院提供，籽粒清理除杂后使用。

燕麦米：使用TM-05C型碾米机将裸燕麦碾米15 s。将制得的燕麦米置于沸水上常压蒸制20 min。蒸制后将燕麦米放入35 ℃的烘箱中干燥12 h，使水分降低至10%以下，在-20 ℃冰箱中保存。

燕麦片：将燕麦籽粒汽蒸灭酶(140 ℃，保持40 min)，然后将籽粒压成0.5 cm厚的薄片，将其置于140 ℃的烘箱中烘干。将干燥的燕麦片在室温静置后包装为燕麦片成品，在-20 ℃冰箱中保存。

1.2 实验仪器与设备

TM-05C型研磨式碾米机，ST310索氏浸提系统，Kjeltec2300全自动凯氏定氮仪，Isenso Group Corporation电子鼻；GC-MS：DB-wax型柱子、顶空固相微萃取进样手柄CAR/PDMS (75 μm，Fused Silica 24Ga，3pk)。

1.3 方法

1.3.1 基本营养成分测定

水分的测定参考GB/T 24896—2010中的烘干法；灰分的测定参考GB 5009.4—2016的方法；蛋白质的测定参考GB 2009.5—2010，全自动凯氏定氮仪的方法；脂肪的测定参考GB/T 5009.91—2017，索式脂肪浸提仪的方法；总淀粉的测定参考GB 5009.9—2016，Megazyme淀粉试剂盒的方法；β-葡聚糖的测定参考Megazyme β-葡聚糖试剂盒的方法。

1.3.2 燕麦片及燕麦米挥发性风味化合物的气质联用(GC-MS)检测

参照刘丹[15]的方法进行了改进。准确称取8.0 g样品放入20 mL样品瓶中，将老化好的萃取头(CAR/PDMS)插入样品瓶中，65 ℃下平衡30 min，顶空萃取35 min后迅速进样到气质联用仪，解吸5 min。GC-MS条件：Agilent DB-wax毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度280 ℃，柱起始温度50 ℃，保持3 min，以3 ℃/min的速率升至120 ℃，再以8 ℃/min的速率升至230 ℃，保持10 min，载气流速1 mL/min，分流比20∶1。质谱条件：电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，辅助温度280 ℃，扫描范围33～400 Amu，溶剂延迟3 min。

1.3.3 感官品质分析

冲泡燕麦片的制备：燕麦片采用沸水(100 ℃)冲泡，样品与加水量之比为1∶10，用小勺搅匀，室温下静置10 min让燕麦片充分熟化后开始进行感官评价。蒸制燕麦米的制备：向燕麦米中加水，样品与加水量之比为1∶1.6，蒸笼隔水蒸制20 min。蒸熟后迅速进行感官评价。筛选9名(6名女性，3名男性)经过培训的专业品评人员作为感官评价员，感官分析采用的溶剂水为纯净水。用3位数随机标注样品编号。每次品尝间隔在10 min左右，间隔期间需漱口，食用无味的苏打饼干，防止样品间的影响[16]。燕麦片感官评价标准[16]标准分为冲泡前(形状20分、色泽15分)，冲泡后(气味10分、上层液体颜色10分、上层液体适口性20分、燕麦片适口性15分、滋味10分)。燕麦米感官评价标准为气味(15分)、适口性(黏弹性15分、硬度15分)、滋味(30分)、外观(颜色10分、米粒外观结构15分)。

1.4 数据处理

所有实验平行测定3次，采用SPSS 12.0软件进行显著性及主成分分析，GC-MS数据利用自带软件及SPSS 12.0软件处理。未知化合物采用NIST05谱库检索和人工图谱解析，用峰面积归一化法确定各成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 裸燕麦的基本营养成分分析

6种裸燕麦的基本营养成分含量如表1所示。由表1可知不同品种裸燕麦的基本成分存在一定差异，蛋白质含量最高为白燕2号，最低为燕科2号；脂肪含量最高为定莜9号，最低为坝莜6号。因为燕麦挥发性风味与其中蛋白质的美拉德反应与脂肪氧化反应密切相关，所以样品的蛋白质与脂肪含量在一定程度上对燕麦产品风味成分组成及感官评价影响较大。淀粉含量与蛋白质含量的趋势基本相同。而β-葡聚糖含量最高为白燕11号，最低为坝莜6号。这种差异可能由燕麦的品种不同所导致。

2.2 烹制前裸燕麦米及燕麦片的风味及化学组成分析

主成分分析利用降维的思想，把多变量转化为少数几个主成分来揭示多个变量间的内部结构，使它们尽可能多地保留原始变量的信息，且彼此间互不相关[17]。燕麦米、燕麦片的主成分分析结果如图1所示。烹制前裸燕麦米及燕麦片按照因子得分图得到3个主成分，PC1、PC2与PC3分别为44.506%、25.235%与11.909%。根据旋转成分矩阵，PC1主要反映醛类、烷类和醇类的变化；PC2主要反映醚类、糖类和酯类的变化；PC3主要反映酸类和酮类的变化。从PC1角度看，裸燕麦片(定莜9号、白燕11号、坝莜1号、坝莜6号、白燕2号、燕科2号)均处于正向，裸燕麦米均处于负向，说明烹制前裸燕麦片、裸燕麦米在醛类、烷类和醇类上差异明显。从PC2角度，裸燕麦米、燕麦片(定莜9号除外)均处于负向，且分布较聚集，故裸燕麦米与燕麦片在醚类、糖类和酯类上几乎无差异。从PC3角度，裸燕麦米(燕科2号、坝莜1号、白燕11号)处于正向，裸燕麦米(白燕2号、坝莜6号、定莜9号)处于负向；裸燕麦片(定莜9号、白燕11号)处于正向，其余(坝莜1号、坝莜6号、白燕2号、燕科2号)基本处于负向。综合来看，烹制前裸燕麦米及燕麦片在风味组成上存在明显差异。

表1 燕麦原料基本营养成分(以干基计)/%

图1 烹制前裸燕麦米、燕麦片因子得分图

2.3 烹制后裸燕麦米及燕麦片的风味及化学组成分析

采用主成分分析方法，比较了烹制后裸燕麦米及燕麦片中挥发性化合物种类和含量的差异，如图2所示。烹制后裸燕麦米、燕麦片按照因子得分图得到4个主成分，PC1、PC2、PC3及PC4分别为30.568%、21.617%、18.629%及13.300%。其中，PC1主要反映酯类、酚类和胺类的变化；PC2综合反映糖类和其他类的变化，PC3反映醚类和酸类的变化，PC4反映醛类和烯类的变化。从PC1角度看，除定莜9号外，其余5种裸燕麦片均位于正向，且所有裸燕麦米均处于负向，说明烹制后，裸燕麦米与裸燕麦片之间仍存在明显差异，主要体现在酯类、酚类和胺类的差异上。从PC2角度看，除白燕11号燕麦片，其余燕麦片、燕麦米都处于0刻度附近和负向，差异性不明显。从PC3角度看，结果较为复杂，燕麦米、燕麦片风味交错。综合来看，烹制后裸燕麦米和裸燕麦片之间的差异性主要体现在酯类、酚类和胺类上，坝莜1号燕麦片、白燕2号燕麦片、燕科2号燕麦片、坝莜6号燕麦片风味差异较大，但燕麦米风味较为集中，且差异较小，难以分辨。

图2 烹制后裸燕麦米、燕麦片因子得分图

如表2所示，烹制前燕麦米、燕麦片的共有物质有3种，分别为癸烷、十二烷和己醛；烹制后的共有物质有9种，分别为十二烷、己醛、2，4-二叔丁基苯酚、丁基苯甲醇、3，7-二甲基癸烷、4，6-二甲基十二烷、4-甲基十二烷、十六烷和十四烷。烹制前，燕麦片共有物质11种，燕麦米20种；烹制后，燕麦片12种，燕麦米23种。烹制前后燕麦片挥发性风味物质总数从123种增加到204种，燕麦米从142种增加到152种，说明烹制加工可增加燕麦米与燕麦片的挥发性风味物质数量及其共有物质种类，与文献报道一致。Zhou等[18]在对12种燕麦粥的研究中指出加热会导致燕麦挥发性物质产生，增加挥发物数量。Deng等[19]对普通大米的风味物质的研究表明，大米风味物质主要包括醛类、醇、酮及烷烃类，与燕麦产品风味物质差异不大，己醛都是含量最高的物质。总体而言，烹制会增加燕麦产品的挥发性风味物质。

表2 裸燕麦米及裸燕麦片烹制前后的共有物质

2.4 裸燕麦米及燕麦片感官评价分析

对燕麦米感官数据进行显著性分析，各品种在气味、外观、滋味、适口性方面差异不显著，最终感官评分结果差异也不显著(表3)。白燕11号燕麦米的气味评分最高，坝莜1号最低；外观得分在13.64～16.39分之间，燕麦米粒偏白，略带黄色，颗粒较完整；滋味得分在16.6～19.5分之间，燕麦米咀嚼有淡淡的燕麦香味或甜味，味道保持时间较短；适口性得分在13.57～16.6分之间，口感比较粗糙，略有弹性，米粒偏硬，这是因为皮层外面的纤维含量高，导致口感较差。从感官评分结果来看，从高到低依次为，坝莜6号、燕科2号、白燕11号、白燕2号、坝莜1号、定莜9号。

对燕麦片感官数据进行显著性分析，如表4所示，形状及滋味两个方面均存在显著性差异(P<0.05)，上层液体色泽、上层液体适口性、燕麦片适口性等方面样品间差异不显著。燕麦片片型较大、均一性较差，有少量碎片，色泽呈白灰色，有光泽，与实验室的燕麦片制作为小型设备有一定关系；冲泡后燕麦片气味较好，有轻微烘烤燕麦香气和较浓郁燕麦香味；适口性包括上层液体适口性和燕麦片适口性，冲泡后燕麦片呈中等黏度、柔软，汤汁较爽滑；滋味方面，具有浓郁持久的燕麦风味。从感官评分结果来看，从高到低依次为，坝莜1号、定莜9号、白燕11号、燕科2号、坝莜6号、白燕2号。

表3 燕麦米感官评价得分

表4 燕麦片感官评价得分

对燕麦米、燕麦片烹制前后综合主成分值进行排序，如表5所示，烹制前，裸燕麦片按照综合主成分值排名顺序为白燕11号、白燕2号、坝莜1号、定莜9号、坝莜6号、燕科2号；烹制后综合成分值排名顺序为燕科2号、白燕11号、坝莜1号、白燕2号、坝莜6号、定莜9号，发生了颠覆性变化。按照感官评价，最终评分顺序为坝莜1号、定莜9号、白燕11号、燕科2号、坝莜6号、白燕2号。感官评价结合了风味、形态、适口性，兼备了食品应该考虑的色、香、味、型，具有综合性的特点。

烹制前，裸燕麦米按照综合主成分值排名顺序为白燕11号、燕科2号、坝莜1号、白燕2号、坝莜6号、定莜9号；烹制后综合主成分值排名顺序为白燕2号、白燕11号、定莜9号、坝莜6号、燕科2号、坝莜1号，发生了极大变化。按照感官评价，最终评分顺序为坝莜6号、燕科2号、白燕11号、白燕2号、坝莜1号、定莜9号。燕麦米加工对燕麦风味、形态、适口性有了较大的改变，要从原料选择、工艺、食用方式等方面来提升燕麦米品质。

表5 综合主成分值及感官评价排名表

3 讨论

3.1 燕麦米及燕麦片加工差异

灭酶是影响燕麦米及燕麦片风味的最主要因素。燕麦的脂肪含量较高，其中不饱和脂肪酸比例较大，这些物质为燕麦提供了其他谷物所不具备的营养，同时也会因为贮藏不当、籽粒破损而加速燕麦的氧化哈败从而严重影响产品的口感，所以燕麦产品加工必须要考虑脂肪酶的酶活[2]。通过灭酶处理可以使燕麦产品的外观更好，色泽发亮，另外可以产生燕麦特有的香味。但是如果灭酶不彻底，残留的脂肪酶会影响燕麦的风味，导致燕麦食品中产生肥皂味和苦味等异味[20]。因此，有效抑制酶活性是燕麦产品加工中最为关键的技术环节。目前市场上燕麦米加工工艺不尽相同，有的经过烘烤灭酶，但大部分未经过灭酶；有的经过打磨，有的只是清选过的燕麦籽粒，口感差，所以燕麦米应采取适当的加工工艺克服以上缺陷。燕麦米在加工成成品前，要对燕麦籽粒进行打磨处理，打磨加工不仅可以改善食品口感，为燕麦产品深加工提供原辅料，而且也能够有效去除籽粒微生物污染和降低燕麦香毛簇含量[21]。但打磨处理破坏了燕麦籽粒的完整结构，增加了内部与空气接触的机会，如果不能在短时间(2 h)内灭酶，会激活脂肪酶，使脂肪酶活性增加从而氧化分解脂肪产生游离脂肪酸，导致产品口感变苦、保质期缩短[21]。而裸燕麦在生产燕麦片时，要求热处理温度130 ℃，保持40 min来钝化燕麦中的脂肪酶，防止酸败，增加燕麦的焙烤香味。在压片工序前，要进行蒸汽蒸制，在热量和水分共同作用下进一步灭酶，不仅可以使籽粒中的脂肪酶失活，还可以调整燕麦籽粒中的含水量，增加韧性，减少在后续籽粒切割中因籽粒破损所带来的损失，所以燕麦片在加工处理过程中灭酶更充分。常压蒸制、高压蒸制能穿透籽粒，100%杀死酶[22-27]，加压蒸汽(2.4 bar)的灭酶效果更好[24,26,28]；红外烘烤能完全杀死裸燕麦米的脂肪酶和过氧化氢酶[24]；热风烘烤未能抑制酶活性[24]，烘干速度和温度曲线(籽粒水分17%，90 ℃烘干20 min；20%水分100 ℃烘干40 min；25%水分130 ℃烘干20 min)对燕麦风味有很大影响[7]。

3.2 燕麦米及燕麦片食用方式差异

燕麦米与燕麦片加水量的差异也导致其风味发生了较大变化。蛋白质、β-葡聚糖主要分布于籽粒皮层，蒸煮过程中容易受热变性、黏度增加，阻碍外界水分进入籽粒内部，导致蒸煮时间延长、口感粗糙、爽滑度降低，因此需要对籽粒进行破壁、压片处理，这也正是燕麦米打磨、燕麦片压片的主要原因[24]。在烹制过程中，燕麦片冲泡时加水比是1∶10，加水量充足，燕麦中的淀粉、β-葡聚糖充分吸水涨润，片型完整且饱满；而燕麦米蒸制时的加水比是1∶1.6，与燕麦片相比加水量较低，籽粒不能充分吸水膨胀，感官状态不佳，所以评分较低。燕麦在加工过程中，热处理会破坏淀粉分子间的氢键和淀粉颗粒的结晶区，膨胀性和吸水性增加，更易糊化，淀粉颗粒之间互相靠紧，导致糊化时产生了较高的内部摩擦力，黏度增加[29,30]。燕麦片的糊化温度低于燕麦米，峰值黏度和最终黏度高于燕麦米，β-葡聚糖分子量更大，表观黏度更大，从而燕麦片更易糊化，口感更好[31]。对于燕麦米而言，如果加水量充足，米粒充分吸水，有利于燕麦米蒸煮时充分糊化，提高燕麦米的感官品质；如果加水量少，米粒吸水不足，导致淀粉糊化不充分，米饭有硬心，口感较差。控制燕麦米加水量在1.2～1.9倍，能够保持米粒的完整，得到口感较好的米饭[32]。所以加水量也是影响燕麦产品感官品质的主要因素之一。

3.3 燕麦米及燕麦片挥发性风味物质差异分析

燕麦风味物质的形成通常与加工中的美拉德反应及脂肪降解有关。对风味成分组成影响最大的是脂肪含量。裸燕麦原料营养成分的分析结果显示，原料中脂肪含量的差异较显著。热处理后典型的美拉德反应产物如吡嗪和呋喃酮的含量会增加[3]，脂肪降解产物也会和美拉德反应产物之间相互作用，甚至会产生异味。其中，氧化途径是产生异味的主要原因。正常储存时，燕麦籽粒、燕麦片较为稳定，但加工过程会激活其内部脂氧合酶，产生酸败味和其他不良风味[9]，影响燕麦整体风味的形成。裸燕麦米、燕麦片烹制前在醚类、糖类和酯类上存在明显差异，烹制后在酯类、酚类和胺类上存在明显差异。烹制前后，裸燕麦片风味组成丰富度均优于裸燕麦米。研究表明，燕麦片挥发性风味物质产生于压片之后，它们是热依赖性化合物前体和热依赖性化合物的复杂混合物，这些物质是燕麦籽粒和燕麦片风味差异的原因之一[10]。而燕麦米由于未经过灭酶或灭酶不充分，产生一些脂肪降解产物如2-戊基呋喃、1-辛-3-醇、2-庚醛、1-己醇、己醛和2-庚酮等，风味组成受到影响。结合感官评价结果，燕麦片风味评价整体评分值高，燕麦米整体评分值低，需要引起注意，否则会给消费者带来负面影响。

4 结论

通过结合主成分分析、综合主成分评价及感官评价，分析了国内6种裸燕麦原料制成的裸燕麦片和裸燕麦米的营养成分、挥发性风味组成方面的差异。裸燕麦片无论烹制与否，风味组成丰富度都优于裸燕麦米，并且烹制可以增加裸燕麦米、燕麦片的风味物质丰富度。灭酶是影响燕麦米、燕麦片风味和感官的最主要因素。充分灭酶保证了燕麦片风味的清爽浓郁，灭酶不足的燕麦米在蒸煮前后差异巨大，其脂肪易酸败，产生生涩、略带苦味等不良风味，为了稳定燕麦米质量，充分灭酶是质量控制的关键因素。加水量也是影响燕麦产品品质与感官的重要因素。充足的加水量有利于燕麦片充分吸水膨胀，使其中的淀粉充分糊化，提高燕麦片的感官品质；而加水量较低的燕麦米粒吸水不足，淀粉糊化不充分，使其感官风味较差，所以提高加水量是控制燕麦产品风味的重要因素。