草果酱制备工艺的响应面法优化及挥发性风味成分分析

和俊才 林毅 吴桂苹 高鹏慧 刘霖娜 谷风林

草果酱制备工艺的响应面法优化及挥发性风味成分分析

和俊才1林毅2,3吴桂苹3高鹏慧4刘霖娜4谷风林3

（1. 怒江绿色香料产业研究院 云南怒江 673200；2. 上海应用技术大学生态技术与工程学院 上海 201418；3. 中国热带农业科学院香料饮料研究所/海南省特色热带作物适宜性加工与品质控制重点实验室 海南万宁 571533；4. 怒江州农村科技与生产力促进中心 云南怒江 673200）

以泡草果为原料，以香菇添加量、火腿添加量、炒制温度、炒制时间为影响因素，研究草果酱的最佳工艺条件。在单因素实验的基础上，应用Box-Benhnken中心组合方法进行三因素三水平的实验设计，以草果酱感官评分为响应值，运用响应面法(RSM)对草果酱配方条件进行优化，并利用气质联用仪（GC-MS）对草果酱成分进行检测及分析。结果表明：在泡草果20%、大豆油30%的条件下，草果酱配方的最佳工艺条件为：香菇30%，炒制温度为100℃，炒制时间3 min；经3次平行试验验证，草果酱平均感官评分值为89.58分，实际与理论值相差不大；共鉴定出55种化合物成分，分别是醇类（15种）、醛类（6种）、烯类（22种）、酯类（6种）、其他类（6种），主要化合物中相对含量较高的有1,8-桉叶油醇（29.86%）、萜烯醇（3.72%）、-松油醇（7.22%）、糠醛（3.72%）、-蒎烯（6.23%）、石竹烯（5.89%）和丁酸芳樟酯（13.00%）等，检测出的成分主要是醇类和烯类化合物。本研究结果为草果酱风味和营养提升工艺提供理论参考。

草果酱；响应面优化；气相色谱；成分分析

草果（CrevostLemarie），姜科豆蔻属多年生草本植物，又称草果子、草果仁[1]，主要分布于我国的云南、广西、贵州等地区[2]。草果不仅可以抑菌和改变药物通透性[3]，还可以调节胃肠功能、去除肉食腥、膻味，增加食品的香气风味。草果不仅作为中草药，还可以作为香辛料调味品，且含有大量的营养成分，具有药食同源的作用[4]。草果的主要成分有1,8-桉叶油醇，反-2-十一烯醛，还有柠檬醛、-蒎烯、-蒎烯、柠檬烯、壬醛、癸醛、芳樟醇、樟脑、-松油醇、香叶醇、橙花叔醇等成分[5]，在调味酱中，这些成分不仅可以增加食品的风味，也具有较好的营养保健作用。其中，-蒎烯、-蒎烯、1,8-桉叶油醇以及香叶醇等成分具有一定的药用活性，如抗炎、抗真菌、镇痛等作用。近些年，人们对健康更加关注，对调味食品的要求也随之提高，更加注重调味品的营养和保健效果。

虽然市售调味酱越来越多，但同时具有较高品质和营养保健功能的调味酱却很少。贾庆超等[6]对黑蒜和鸡枞菌酱制备工艺进行研究，得到的酱香味十足，营养丰富，为后期加工和生产提供理论参考。耿吉等[7]研究了猴头菇牛肉酱的制备工艺，获得口感最佳、风味独特的猴头菇牛肉酱配方工艺。刘馥源等[8]在传统香菇酱的工艺基础上，研发了风味更佳的鲜辣香菇酱的加工工艺。王彩虹等[9]以洋葱为原料，通过响应面优化，对洋葱酱产品的配方工艺进行了优化，从而确定口感更佳的洋葱酱产品。但是，目前尚无关于草果酱产品研发的报道。本研究以具有保健功能和营养丰富的泡草果为主要原料，研制一种具有保健功能且营养丰富的调味酱，以满足现阶段消费者对调味酱制品的需求，为开发更多不同品质的草果酱制品提供科学基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材 草果（购于云南省怒江州）、火腿（购于云南怒江州老窝）；香菇、味精、花椒粉、辣椒粉、白糖、大豆油均为市售。

1.1.2 仪器 YF-1000物料粉碎机，瑞安市永利制药机械有限公司；ME4002E电子天平，上海梅特勒-托利多仪器有限公司；7890B-5977B气质联用仪，美国安捷伦科技有限公司；C21-WT2112T电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；CC-01炒锅，麦卡仕。

1.2 方法

1.2.1 原料处理 草果：先采用无菌水清洗草果鲜果，然后用20%的盐水和酱油制成浸泡液；将经过清洗的草果鲜果放入浸泡液中，室温下腌制半年以上[10-11]，得到皮质松软的棕色泡草果样品，记为泡草果。香菇：干香菇泡发30 min，控干水分后绞碎。火腿：切块绞碎。其他辅料：花椒和辣椒（粉碎），大豆油、糖和味精。

1.2.2 草果酱制作工艺流程 将大豆油烧至八成热，加入绞碎后的泡草果炒制，沥油捞出；倒入香菇和火腿，水分炒干后，小火加入草果炒制，并搅拌加入糖、味精、花椒和辣椒粉；炒制均匀后，装瓶密封。

1.2.3 草果酱感官评分标准 根据《食品感官评价》和《食品感官评价原理与实践》制定感官评价标准，见表1。选10名经过培训的人员进行评价打分，对成品组织形态、色泽、风味、口感4个方面进行评定[12]。

1.2.4 单因素实验 在预实验的基础上，选取草果添加量20%、大豆油添加量30%、香菇添加量20%、火腿添加量15%、辣椒添加量4%、花椒添加量0.5%、糖添加量10%、味精添加量0.5%，固定草果和大豆油的添加量，分别以香菇添加量、火腿添加量、炒制温度和炒制时间进行单因素试验，确定最佳工艺配方。

表1 感官评定的评分标准

固定泡草果20%、大豆油30%，比较香菇添加量（10%、20%、30%、40%、50%）对草果酱感官评分的影响。固定泡草果20%、大豆油30%、香菇添加量为30%，比较不同火腿添加量（5%、10%、15%、20%、25%）对草果酱感官评分的影响。固定泡草果20%、大豆油30%、香菇添加量为30%、火腿添加量15%，比较不同炒制温度（60、80、100、120和140℃）对草果酱感官评分的影响。固定泡草果20%、大豆油30%、香菇添加量为30%、火腿添加量为15%、炒制温度为100℃，比较炒制时间（2、3、4、5、6 min）对草果酱感官评分的影响。根据以上单因素条件进行草果酱的制备工艺优化。

1.2.5 响应面法试验 根据单因素实验结果，利用Design Expert 8.0.5软件进行响应面实验设计，将优化草果酱的响应面的3个实验因素分别设定为：香菇添加量、炒制温度和炒制时间，并根据响应面的实验方法，优化草果酱三因素三水平的制备工艺，从而确定最佳配方。综合考虑草果酱的感官评分对草果酱制备工艺配方的影响，实验因素与水平见表2。

表2 Box-Behnken实验因素水平设计

1.2.6 草果酱风味物质分析鉴定 参照Dong等[13]方法，并稍作修改。称取样品1.00 g装入SPME样品瓶，加盖密封；于100℃下平衡20 min，顶空萃取（萃取头CAR/DVB/PDMS）吸附30 min，然后在250℃的GC-MS进样口解吸3 min，每个样品重复3次；将获得的质谱与NIST14库中的质谱进行比对，结合相关文献分析，对挥发性化合物的相对含量进行初步鉴定，以总离子色谱峰面积的百分比表示。

GC条件：色谱柱为DB-WAX（30 m×0.25 mm, 0.25 μm），进样口温度250℃；载气He；流量1.00 mL/min，采用不分流方式进样。升温程序见表3。

表3 柱升温程序

MS条件：电子轰击（EI）离子源温度230℃；接口温度250℃，电子能量70 eV；四极杆温度150℃，全扫描模式；扫描范围35～450 m/z。谱库NIST14。

1.2.7 数据分析 数据用Excel、Origin8.6、SPSS 23.0、Design Expert 8.0.5软件处理，通过模型方程的决定系数2及方差进行分析判定，统计显著性和回归系数，显著性由值来检测，值取0.05、0.01两个不同水平。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 香菇添加量对草果酱感官得分的影响 由图1可知，不同香菇添加量对草果酱的感官得分影响差异较为明显。不同的香菇添加量在草果酱中的感官得分依次为50%（64.67分）<10%（73.67分）<40%（75.67分）<20%（86分）<30%（89.67分）。当香菇添加量为30%时，草果酱的感官得分最高。当香菇添加量达到50%时，感官得分最低。因为香菇添加量过多时，不仅影响草果的风味，对整个草果酱的口感也具有一定的影响。香菇具有较高的营养价值，其膳食纤维很多，可以促进人体新陈代谢，提高机体适应能力[14]。然而，香菇添加量太高一是会影响产品的口感，导致酱料口感层次感不够，二是香菇的味道也会冲淡草果本身的特色风味，产品整体香味协调性变差。因此，选取香菇添加量30%作为后续实验的最佳添加量。

不同字母标注表示差异显著（p<0.05），下同。

2.1.2 火腿添加量对草果酱感官得分的影响 由图2可知，随着火腿添加量的升高，草果酱的感官得分呈增加的趋势，当火腿添加量从5%增加到10%时，草果酱的感官得分从72.67分上升到82.67分；随着火腿添加量继续增加，草果酱的感官得分达到89分；当火腿添加量为25%时，草果酱的感官得分达到最高。这是因为随着火腿添加量的增加，火腿中的香气成分会释放更多，从而刺激人体的感官系统，使得草果酱的感官评分不断增加。当火腿添加量从15%增加到25%时，草果酱感官得分的增加速度要低于火腿添加量从5%增加到15%的速度，这可能是由于随着火腿添加量的继续增加，盐含量和熏烤风味较重，造成草果酱的感官得分增长速度不如之前。在实际的生产过程中，由于火腿的价格较高，若使用较高添加量的火腿，会导致草果酱的生产成本增加。此外，在后续工艺优化中，由于使用大量当地的桃花盐腌制并熏烤，导致火腿内产生较多的盐类物质和熏烤等类物质，这些成分可能对产品产生影响。因此，选取火腿添加量15%作为后续实验的最佳添加量。

图2 火腿添加量对草果酱感官得分的影响

2.1.3 炒制温度对草果酱感官得分的影响 由图3可知，当草果酱的炒制温度过高时，会将草果酱炒焦，对其感官得分会有一定的影响。当炒制温度增加到100℃时，草果酱的感官得分为90.67分；继续将炒制温度升高至140℃时，草果酱的感官得分从90.67分下降至66.33分。可见，随着炒制温度的增加，草果酱的感官得分呈现先增加后下降的趋势，炒制温度为100℃时，草果酱的感官得分达到最高。这可能由于随着炒制的温度升高，草果、香菇和火腿杂环类物质浓度不断升高，香气也随之不断释放，从而发生美德拉反应[15-16]。在炒制过程中，将火腿和泡草果一起炒制时，其香气分子会随着油脂渗透至植物原料内部，而植物原料中的香气分子又随之渗透到火腿中，二者的香气分子相互渗透，从而使草果酱产生香味，并达到最佳口感。但是，随着炒制温度的继续上升，伴随美德拉反应，草果酱容易被炒制焦黑状及产生致癌物质，其营养成分大量损失，对食用安全也会造成一定的影响[17]。因此，选取炒制温度100℃作为后续实验的最佳温度。

图3 炒制温度对草果酱感官得分的影响

2.1.4 炒制时间对草果酱感官得分的影响 由图4可知，炒制时间也是影响草果酱感官得分的重要因素之一，不同炒制时间下草果酱感官得分存在显著性差异(<0.05)。当炒制时间从2～3 min时，草果酱感官得分呈增加趋势，草果酱感官得分从85分增加到90.33分。这可能由于随着炒制时间的增加，草果酱香味物质的浓度会不断上升；但炒制时间的不断增加，又会造成草果酱进一步发生炒焦现象，从而破坏了其营养价值，导致草果酱的感官评分不断降低。因此，选取炒制时间3 min作为后续实验的最佳时间。

图4 炒制时间对草果酱得率的影响

2.2 响应面试验结果

2.2.1 试验设计与结果 利用Box-Benhnken 中心组合进行三因素三水平的试验设计，考察香菇添加量（A）、炒制温度（B）、炒制时间（C）对草果酱感官评分的影响，结果见表4。

表4 Box-Behnken试验设计及结果

对回归方程进行显著性检验分析，结果如表5所示，该模型极显著（<0.001），失拟项显著（=0.078 7>0.05），并且回归方程的拟合度较好，模型实验的误差不显著。因此，回归方程可以作为草果酱得率预测与分析的依据。得到的多元二次回归模型为：感官评分=90.77–0.31*–6.36*– 2.05*+1.04**+1.17**–1.53**–10.51*2–10.28*2–9.41*2，其中模型的、2、2、2为极显著，为显著。由香菇添加量（A）、炒制温度（B）、炒制时间（C）3个影响因素的值可知，各单因素对草果酱得率影响的大小依次为：B>C>A；交互项对草果酱得率影响的大小依次为>>。模型中回归方程的相关系数2＝0.987 8，说明模型精确度高，可准确地对试验结果进行预测和分析；变异系数..%=2.34，表明试验结果与真实值存在2.34%的偏差，模型可靠性较高；调整系数2＝0.972 0，说明通过调整系数可以较好地解释97.20%的响应值变化，从而论证了回归方程的拟合度良好、精确度较高、实验误差不显著、重复性好的优点。

表5 响应面试验结果的方差分析

注：*<0.05，差异显著；**<0.000 1，差异极显著。

2.2.2 各因素间的相互作用 利用 Design Expert 绘制因子间的响应曲面图，分析拟合的响应面形状，以及各因素之间的交互作用对草果酱感官评分的影响，结果见图5。

2.2.3 草果酱的响应面图分析 在响应面中，等高线中最高点即为最小椭圆圆心，响应面的陡峭程度反应两两因素之间交互作用对响应值影响的变化情况，越陡峭，两两因素的交互作用越明显；反之，越平缓，交互作用越不显著。等高线的形状越趋于椭圆形，两两因素交互作用越显著，反之则不显著[18]。由图5可知，各图均开口向下，凸形曲面，都存在极值。A（香菇添加量）与B（炒制温度）、A（香菇添加量）与C（炒制时间）、B（炒制温度）与C（炒制时间）的交互作用对响应值影响较大，整个曲面陡峭程度较为明显，等高线的形状也接近椭圆，说明两两因素的交互作用较为显著。由图5-a可知，炒制温度对草果酱的影响大于香菇添加量；由图5-b可知，炒制时间对草果酱的影响大于香菇添加量；由图5-c可知，炒制温度对草果酱的影响大于炒制时间；由图5-a～5-c可知，等高线形状趋近于椭圆形，两两因素交互作用明显。因此，各因素对草果酱感官得分影响大小依次为B（炒制温度）>C（炒制时间）>A（香菇添加量），其结果与方差分析结果相同，证明了该模型可靠性高。

图5 因素间交互作用对草果酱感官评分影响的响应面图和等高线图

2.2.4 验证试验 通过Design-Expert 8.0.6对回归方程进行求解，得出草果酱制备的最佳工艺条件：香菇添加量为30%，炒制温度为93.90℃，炒制时间为2.91 min。在此条件下草果酱的理论感官评分值为91.83分。考虑炒锅和电磁炉具体的温度设置和实际操作的可行性，将最佳工艺条件修正为：香菇30%，炒制温度为100℃，炒制时间3 min。经3次平行试验验证，草果酱平均感官评分值为89.58分，结果与理论值相差不大，由此表明，试验模型可靠，实验结果理想。

2.3 草果酱的挥发性风味成分分析

对最佳配方工艺条件下制得的草果酱进行挥发性风味物质分析，其总离子流图如图6所示。经质谱工作站检索、人工谱图解析，并查对有关质谱图集资料[19]，鉴定草果酱中的风味物质，用峰面积归一化法计算各组分的相对百分含量，结果如表6所示。

表6 草果酱的挥发性风味物质

续表6 草果酱的挥发性风味物质

图6 草果酱挥发性风味物质总离子流图

对草果酱中的香气成分进行检测分析。由图7、表6可知，共鉴定出55种香气成分，主要包括醇类（15种）、醛类（6种）、烯类（22种）、酯类（6种）、其他类（6种）。

图7 草果酱的挥发性成分种类比较

草果酱中的醇类占总化合物相对含量的43.14%，醛类占8.45%，烯类占28.66%，酯类占14.63%，其他类占3.80%。其中主要化合物相对含量较高的成分为1,8-桉叶油醇（29.86%）、萜烯醇（3.72%）、-松油醇（7.22%）、糠醛（3.72%）、-蒎烯（6.23%）石竹烯（5.89%）、丁酸芳樟酯（13.00%）等。以上挥发性物质主要源于香辛料[20-22]，丁酸芳樟酯、α-松油醇、萜烯醇等在草果酱中均被检测出。其中丁酸芳樟酯提供了酱香味[23]，其他成分为草果酱提供了铃兰香、花果香等香味。醛类物质种类虽然较少，但其阈值也大多数较低，是火腿肉类的主要挥发性成分之一[24-25]。酯类的物质种类较少且阈值低，对草果酱的整体风味具有平衡和调节作用，是一类重要的呈香物质[26-27]。酯类物质中的主要成分为乙酸酯类，包括乙酸芳樟酯、乙酸松油酯和乙酸香叶酯，这些成分具有花香和果香味、清香甜味、玫瑰和薰衣草香味；此外，其中的甲基苯乙基醚呈现茉莉花和晚香玉香气，可以掩盖草果酱中脂肪酸及胺类物质带来的不愉快气味，对草果酱的风味有重要贡献，使草果酱的风味更加受人喜爱。

在草果酱中，共检测出22种烯类物质，以萜烯类物质为主，主要有-蒎烯、3-蒈烯、-罗勒烯、-柠檬烯等物质；其中，3-蒈烯可能是香菇中的成分，具有令人愉快的果香气味。烯类物质主要来源于添加的香辛料，使草果酱中具有松油味、果香等香辛料的气味[28-29]。由此表明，香辛料中的风味物质经加热炒制，其特殊香味释放到草果酱中，遮掩草果酱中火腿的熏烤气味，从而增加草果酱的浓郁香味，还可使草果酱具有药理活性作用，从而使其具备食用价值和营养保健作用[30]。

3 结论

本研究通过单因素和响应面法试验，并结合感官评价分析，对草果酱的配方进行优化，同时采用气相色谱质谱联用法（GC-MS）对草果酱的挥发性风味物质进行分析。结果表明，草果酱的主要影响因素是炒制温度，各因素对产品的感官评分的影响因素大小为：炒制温度（B）>炒制时间（C）>香菇添加量（A）；其中草果酱的最佳配方工艺为香菇30%，炒制温度为100℃，炒制时间3 min，在此条件下得到的草果酱感官评分最高。利用GC-MS检测了草果酱的挥发性风味成分，共鉴定出55种香气成分，主要包括醇类（15种）、醛类（6种）、烯类（22种）、酯类（6种）、其他类（6种），其中，醇类、烯类、酯类为草果酱中的主要挥发性物质；此外，还检测出一些特征风味物质，如萜烯醇、橙花醇、异戊醛、月桂烯、萜品烯、3-蒈烯、乙酸芳樟酯等，这些物质主要有花香、甜香、果香、丁香、松木香等特征风味。通过对配方工艺和风味物质进行研究可知，草果酱具有食用价值、独特的特征风味及营养保健功效，为后续草果酱产品的深入开发及生产提供理论依据。

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Optimization of Preparation Technology by Response Surface Methodology and Analysis of Volatile Flavor Components ofsauce

HE Juncai1LIN Yi2,3WU Guiping3GAO Penghui4LIU Linna4GU Fenglin3

(1. Nujiang Green Spice Industry Research Institute, Nujiang, Yunnan 673200,China; 2. School of Ecological Technology and Engineering,Shanghai Instituteof Technology,Shanghai, 201418, China; 3. Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agriculture Sciences, Wanning/Key Laboratoryof Processing Suitability and Quality Control of the Special Tropical Crops of Hainan Province, Wanning, Hainan 571533, China; 4. Nujiang Rural Science and Technology Productivity Promotion Center, Nujiang, Yunnan 673200, China)

Taking amomum tsao-ko fruit as raw material, the optimum technological conditions ofsauce were studied by taking the amount of mushroom, ham, frying temperature and frying time as influencing factors.On the basis of single factor experiment, the box benhnken central combination method was used to carry out the experimental design of three factors and three levels. Taking the sensory score ofsauce as response value, the formulation conditions of sauce were optimized by response surface methodology (RSM). GC-MS was used to detect and analyze the components of thesauce. The results showed that when the amount ofwas 20% and soyben oil was 30%,the best technological conditions for the formula of thesauce were as follows: 30% mushroom, 100℃frying temperature and 3 min frying time. The average sensory score of thesauce was 89.58, which was verified by three parallel experiments, and the results were not different from the theoretical value. The were 55 chemical components detected and analyzed by GC-MS, including alcohols (15 species), aldehydes (6 species), olefins (22 species), esters (6 species) and others (6 species). The main compounds with high relative contents were 1,8-eucalyptus oleanol(29.86%), terpenol(3.72%),-Terpineol(7.22%), furfural(3.72%),-Pinene(6.23%), caryophyllene(5.89%), linalyl butyrate(13.00%), the detected components were mainly alcohols and alkenes,which could provide theoretical reference forsauce flavor and nutrition improvement process.

sauce; response surface method; GC-MS; component analysis

S567.239

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.06.015

2022-03-19；

2022-03-31

草果新产品开发与应用（No.2020CY007）；云南怒江草果高值化加工技术研发与新产品创制（No.1630142020017）；云南省科协谷风林专家工作站项目。

和俊才（1983—），男，本科，研究方向为农学，E-mail：396051178@qq.com。

谷风林（1976—），男，博士，研究员，研究方向为食品化学，E-mail：xiaogu4117@163.com。

（责任编辑 林海妹）