黑皮鸡枞菌酱工艺优化及其香气成分分析

樊一鸣，冯瑶，支胤宏，马世宇，杨镇，辛广*

(1.沈阳农业大学 食品学院，沈阳 110161；2.葫芦岛农函大玄宇食用菌野驯繁育有限公司，辽宁 兴城 125100)

黑皮鸡枞菌,也称为蚁枞、鸡脚麟菇,是在热带非洲和亚洲发现的一种药食两用大型共生真菌[1-2]。它富含氨基酸、矿物质、多糖和维生素等营养成分,肉质脆嫩,味道鲜美,香气浓郁,有“菌中之王”的美誉[3]。从其子实体中分离出蛋白质、多糖、脂质以及脑苷脂、皂苷、香豆素、麦角甾醇等生物活性成分,具有降血糖、降血脂、抗氧化、提高免疫力的作用,在新型健康食品开发方面具有广阔前景[4]。

食用菌具有典型的鲜味和香气[5],香气是蘑菇及其产品被消费者接受的关键感官参数[6-7]。挥发性风味物质是食用菌香味的主要组分,包括醇类、酮类、酯类、烃类和杂环类化合物[8-9]。对于食用菌酱的研究集中于其加工工艺上,其挥发性成分在加工过程中动态变化的研究却鲜有报道。以黑皮鸡枞菌为原料加工的调味酱食用方便,营养丰富,同时提高了黑皮鸡枞菌的经济价值, 满足了市场需求,逐渐成为人们的研究热点[10]。

通过水分含量、水分活度及模糊数学感官评价法确定了最佳的炒制时间和炒制温度;利用响应面法优化了黑皮鸡枞菌酱的加工工艺;对不同炒制时间下的黑皮鸡枞菌酱的挥发性风味物质进行定性与定量分析,筛选出对挥发性风味形成最有利的炒制时间。

1 材料和方法

1.1 材料

干制黑皮鸡枞菌:葫芦岛农函大玄宇食用菌野驯繁育有限公司;葱伴侣豆瓣酱:欣和食品有限公司;精炼一级大豆油:益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司;白砂糖:太古糖业(中国)有限公司。

1.2 主要仪器与设备

HD-3A智能水分活度测量仪 无锡市华科仪器仪表有限公司;电子舌 北京盈盛恒泰科技有限责任公司;WGL-65B电热鼓风干燥箱、双列六孔电热恒温水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司;Agilent 7890B-5977B气质联用仪 美国安捷伦公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

干制黑皮鸡枞菌复水→将黑皮鸡枞菌切丁→热油→加入黑皮鸡枞菌翻炒→加入酱和水→加入糖和水→装罐→密封灭菌→成品。

1.3.2 单因素试验设计

规定黑皮鸡枞菌每份100.00 g,豆瓣酱添加量为10.00,20.00,30.00,40.00,50.00 g;白砂糖添加量为4.00,5.00,6.00,7.00,8.00 g;水添加量为50.00,100.00,150.00,200.00,250.00 g;食用油添加量为30.00,40.00,50.00,60.00,70.00 g,进行单因素试验,通过电子舌鲜味值与模糊数学感官评分,为响应面试验确定合适的因素水平范围。

1.3.3 响应面试验设计

选择豆瓣酱、食用油、水的添加量为响应面的优化因素,以模糊数学感官评分为响应值,设计三因素三水平的响应面优化试验。

1.4 品质指标检测

1.4.1 水分活度的测定

水分活度按照国标GB 5009.238-2016规定的方法进行测定。测定条件为25 ℃,将黑皮鸡枞菌酱平铺到样品盒中,打开水分活度仪开关,待稳定后读取数据。

1.4.2 水分含量的测定

水分含量按照国标GB/T 5009.3-2016规定的方法进行测定。

1.4.3 电子舌的测定

准确称取黑皮鸡枞菌酱样品10.00 g,分别加入30.00 mL蒸馏水,混匀,在6 000 r/min条件下离心30 min,取上清液进行测定。

1.4.4 基于模糊数学评价法的黑皮鸡枞菌酱的综合感官评价[11]

根据GB/T 24399-2009《黄豆酱》确定评定域由5个因素构成,即X=(色泽、形态、香味、味道、口感),感官评价标准见表1。通过用户调查法确定权重集为V=(0.15,0.15,0.25,0.3,0.15)。选择沈阳农业大学食品学院10名年龄分布在20～30岁之间的有食用菌及酱类相关研究经验的研究生组成感官评价小组,对产品进行感官质量评价,各因素的评价确定4个等级,即评语域Y=(优、良、中、差)。将评议人评定分值转化为评语域各等级得票数。评语域的赞成比率=得票数/10。最终得到模糊评价集:b=(b1,b2,b3,…,bn)=a·R,评价等级集:K=(95,85,75,65),模糊综合评价得分:T=b·K。

表1 基于模糊数学评价法的黑皮鸡枞菌酱的综合感官评价标准Table 1 Comprehensive sensory evaluation criteria of Oudemansiella raphanipies sauce based on fuzzy mathematical evaluation method

1.4.5 GC-MC分析条件[12]

称取混匀的样品5.00 g放置于20 mL顶空瓶中,加入1,2-二氯苯10 μL(浓度均为 10.00 mg/mL)。将装样的顶空瓶置于60 ℃水浴锅中平衡10 min,将已老化的萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)插入顶空瓶中萃取30 min,在进样器中解吸附3 min后进样。

色谱条件:管柱采用具有弹性的毛细管柱,氦气作为载气,控流1.00 mL/min,不分流;进样口温度为270 ℃;以40 ℃作为初始升温程序温度,5 min后,以6 ℃/min升至230 ℃,保持6 min;载气流速为1.0 mL/min,不分流进样,溶剂延迟10 min。

质谱条件:70 eV、230 ℃的EI离子源,接口温度为280 ℃,质量扫描范围为10～450 m/z。

挥发性成分使用NIST谱库检索结合保留指数进行定性,对保留指数C7～C30正构烷烃进行计算,采用内标法对香气成分进行定量分析。

2 结果与分析

2.1 最佳炒制时间和温度的确定

图1 炒制时间(a)和炒制温度(b)对黑皮鸡枞菌酱水分含量、水分活度和感官品质的影响Fig.1 The effect of frying time (a) and frying temperature (b) on water content, water activity and sensory quality of Oudemansiella raphanipies sauce注：不同小写字母表示不同处理间具有显著性差异(P<0.05)，下图同。

水是所有食品的主要成分,它作为食物烹饪和加工的中间体改变其感官特性。水既是确保食品质量的重要成分,也是高效生产的关键[13]。由图 1可知,随着炒制时间的延长与炒制温度的升高,黑皮鸡枞菌酱的水分含量和水分活度均呈下降趋势,水分含量和水分活度太高不仅导致酱不够黏稠,影响其口感和风味,也缩短了其保质期;水分含量和水分活度过低,酱过于干硬,也严重影响其感官品质。感官评价能够直观地分析和描述食品感官特性,反映评价者对食品的接受和喜好程度[14]。基于模糊数学感官评价得分与水分活度、水分含量,最佳炒制时间和温度分别为5 min和160 ℃,此时的产品具有最佳的色泽、形态、口感和风味。

2.2 单因素试验

2.2.1 豆瓣酱添加量对产品品质的影响

图2 豆瓣酱添加量对产品品质的影响Fig.2 The effect of addition amount of broad bean paste on the quality of product

豆瓣酱添加量会影响酱料的黏稠度、风味和色泽[15]。由图2可知,豆瓣酱添加量为30 g时感官得分最高,为89.6分。随着豆瓣酱添加量的增加,黑皮鸡枞菌酱的色泽加深,酱味浓郁,当过量加入时,产品色泽过深,酱味过浓,降低了口感,掩盖了黑皮鸡枞菌特有的风味。不同添加量下测得的电子舌鲜味值分别为9.12,9.16,9.24,9.20,9.26。综合考虑,选择豆瓣酱添加量为30 g进行下一步试验。

2.2.2 水添加量对产品品质的影响

图3 水添加量对产品品质的影响Fig.3 The effect of addition amount of water on the quality of product

由图3可知,随着水添加量的增加,黑皮鸡枞菌酱的感官评分和鲜味值均呈先上升后下降的趋势,当水的添加量为100 g时,感官得分为91.8分,鲜味值最高。此时,产品黏稠适中,鲜味和香气协调,色泽油亮。因此,选择水添加量为100 g进行下一步试验。

2.2.3 食用油添加量对产品品质的影响

图4 食用油添加量对产品品质的影响Fig.4 The effect of addition amount of edible oil on the quality of product

由图4可知,当食用油添加量为60 g时,菌酱色泽油亮,黏稠度较佳,菌粒和酱汁较好地融合,感官评分最高,为92.3分。鲜味值呈现逐渐上升的趋势,在食用油添加量为70 g时,测得的鲜味值最高,为9.75。这是由于随着食用油添加量的增加,分子运动加剧,更多鲜味物质被浸提,鲜味越浓[16]。食用油的含量过高会使产品过于油腻,影响其口感,选择食用油添加量为60 g进行下一步试验。

2.2.4 白砂糖添加量对产品品质的影响

图5 白砂糖添加量对产品品质的影响Fig.5 The effect of addition amount of white granulated sugar on the quality of product

由图5可知,随着白砂糖添加量的增加,黑皮鸡枞菌酱的感官评分先升高后降低,鲜味值呈上升趋势。当白砂糖添加量为6 g时,感官评分最高,这是因为糖具有提鲜作用[17]。当白砂糖添加量过高时,在高温炒制下发生焦糖化和美拉德反应,会影响产品的色泽和口感。与其他因素相比,不同白砂糖添加量对感官评分的影响相对较小。

2.3 响应面优化

2.3.1 响应面试验设计与结果

以豆瓣酱添加量(A)、水添加量(B)、食用油添加量(C)为自变量,采用Box-Behnken进行三因素三水平的响应面优化试验,以黑皮鸡枞菌的感官评分为响应值,探究其最佳加工工艺,试验结果见表2。

表2 响应面试验方案及结果Table 2 Response surface test scheme and results

2.3.2 模型的建立及方差分析

对表2中数据进行多元回归拟合，得出黑皮鸡枞菌酱的感官评分与3个因素之间的方程：

Y感官评分=89.12+0.31A+0.26B+0.33C-0.34AB-0.05AC+0.3BC-1.35A2-1.5B2-1.87C2。

方差分析和显著性检验结果见表3。

表3 方差分析和显著性检验Table 3 Analysis of variance and significance tes

续 表

由表3可知,回归模型的P<0.000 1,失拟项的P>0.05,说明构建的模型极显著,能够很好地解释豆瓣酱添加量(A)、水添加量(B)、食用油添加量(C)与黑皮鸡枞菌酱感官评分之间的关系。方差R2=0.900 8,调整系数RAdj2=0.977 5,说明模型对因素与响应值之间的关系有着较好的拟合,综上说明该试验模型误差较小,具有统计学意义,可以用于黑皮鸡枞菌酱加工工艺的优化。模型中因素A(豆瓣酱添加量)与因素C(食用油添加量)对黑皮鸡枞菌酱的感官评分具有极显著影响(P<0.01),因素B(水添加量)对黑皮鸡枞菌酱的感官评分具有显著影响(P<0.05),通过比较F值的大小,可以得出各项单因素对黑皮鸡枞菌综合感官评分的影响,F值越大,对感官评分的影响越大,由大到小依次是食用油添加量(C)>豆瓣酱添加量(A)>水添加量(B)。

2.3.3 响应面分析及最优条件

根据构建的回归模型制作响应曲面图,考察拟合响应曲面的形状, 分析各因素对黑皮鸡枞菌酱感官评分的影响,结果见图6。

图6 各因素交互效应对感官评分的响应面图Fig.6 Response surface diagrams of interaction of various factors on sensory scores

响应曲面图直观地反映了各因素对感官评分的影响,水与豆瓣酱添加量、食用油与豆瓣酱添加量及食用油与水添加量之间的交互曲面较为陡峭,且等高线呈椭圆形,表明这些因素之间的交互作用对感官评分的影响显著,这与表2中方差分析的结果一致。

综上,结合Design Expert 21软件二次回归模型方程的数学分析计算功能,对回归方程进行偏导求解,得出黑皮鸡枞菌酱的最佳加工工艺:豆瓣酱添加量为31.01 g,水添加量为104.13 g,食用油添加量为60.92 g,此时感官评分为89.16分。

2.3.4 制酱工艺验证

为了验证构建模型的可靠性,同时方便操作,采用豆瓣酱添加量为31.01 g,水添加量为104.13 g,食用油添加量为60.92 g,经过3次验证试验,得到黑皮鸡枞菌酱的最终感官评分为90.40分。

2.4 不同炒制时间对黑皮鸡枞菌酱挥发性成分的影响

表4 不同炒制时间对黑皮鸡枞菌酱挥发性成分的影响Table 4 The effect of different frying time on volatile components of Oudemansiella raphanipies sauce

续 表

由表4可知,5个炒制时间下共鉴定出挥发性成分37种,包括醇类5种,醛类4种,酮类4种,酯类7种,酸类1种,含氮化合物3种,烃类和其他杂环化合物13种,炒制2,3,4,5,6 min的样品分别鉴定出25,25,28,32,34,28 种。1-辛烯-3-醇、苯乙醇、2-丁基-1-辛醇、苯甲醛、苯乙醛、甲基庚烯酮、丙酮香叶酯、2,5-二甲基吡嗪、四甲基吡嗪、d-柠檬烯、奥甘菊环是5个样本共有的成分,其浓度也相对较高,是黑皮鸡枞菌酱的重要香气成分。

醇类通常具有植物香气,挥发性的八碳化合物是蘑菇最重要的气味物质[18],1-辛烯-3-醇,又称“蘑菇醇”,被鉴定为一种气味似蘑菇的风味化合物,具有独特的泥土味和甜味,存在于大多数食用蘑菇中。由表4可知,1-辛烯-3-醇在炒制5 min时浓度最高。炒制初期,1-辛烯-3-醇浓度下降,或许是由于它的不稳定性,随着加工时间的延长其浓度升高可能是其他物质向其发生了转化。醇类物质在炒制2,3,4,5,6 min时的总浓度分别为4.13,4.89,8.31,11.95,5.55 mg/kg,5 min时其总浓度最大。

酮类和醛类主要由脂质氧化、羰基化合物和氨基化合物的美拉德反应产生,对食物的香气特征有重要影响。醛类物质由于阈值较低,对风味具有较大贡献[19]。总的来说,5种炒制时间下醛类物质的含量均较高,在炒制后期浓度达到最高,说明脂肪酸的氧化随着加工时间的延长逐渐剧烈。酮类物质在蘑菇中主要提供新鲜、草本、木香和果香香气。在高温炒制过程中,酮类物质也是形成杂环类化合物的重要中间体[20]。5个加工时间下分别检测出4,2,2,4,4种酮类物质,其浓度总的来说也呈现先下降后上升的趋势。前期浓度的下降是由于其在高温炒制过程中部分酮类物质发生了转化，形成了杂环类化合物,加工后期浓度逐渐上升或许是由于高温下氨基酸和酯类物质的降解。

酯类化合物是一类重要的香气化合物,大部分具有果香、花香、蜜香等气味[21]。炒制各个阶段分别检测出酯类5,6,6,5,4种,随着炒制的进行,酯类物质种类减少,与醇类、醛类和酮类物质对比其浓度相对较低,它们对样品的整体风味具有平衡和调节作用,是一类非常重要的呈香物质。

含氮化合物的香气阈值较低,主要来源于氨基酸和还原糖之间的美拉德反应、氨基酸的热降解和硫胺素的降解[22-23]。共检测出3种含氮化合物,总浓度分别为1.43,2.39,4.29,6.35,6.51 mg/kg,总体上呈增加趋势。据报道,烷基吡嗪是由糖分解、α-β-丁二酮与氨基酸的Strecker降解反应形成的氨基酮自身缩合和氧化形成,是许多加热食品中经常出现的挥发物,具有可可和烘烤香气[24-25]。

饱和烃的种类较多,在2 min的样品中相对含量较高,主要来源于脂肪酸烷氧基的裂解反应,阈值较高,对风味的贡献不大,但有些是形成杂环化合物的重要中间体。因此3,4,5,6 min下较低的原因或许是其发生了转化。不饱和烃类物质主要指烯烃类物质,它们的呈味阈值较低,气味强烈,对样品风味的贡献大[26]。本试验检测到的不饱和烃为d-柠檬烯和β-石竹烯,在炒制3 min时其浓度逐渐升高,炒制5 min时浓度达到最大。d-柠檬烯在炒制5 min时浓度为3.76 mg/kg,显著高于其他样本。这种化合物不仅具有强烈的柠檬香,还有消炎、杀菌、抗肿瘤等药理活性[27]。检测出来的一些杂环类化合物有1-甲基萘、2,6-二甲基萘、1-乙烯基-1H-茚、奥甘菊环、苯并噻唑,对风味起着重要的协调作用。在炒制5,6 min时检测出的杂环类化合物种类更多,均为4种,其浓度也相对更高。噻唑类化合物的阈值比较低,对风味的影响显著,在炒制6 min的样品中相对含量最高。

随着炒制温度的升高和时间的延长,会发生糖裂解、Amadori重排、Strecker降解、脂质氧化、醛缩反应等合成分解反应[28]。通过这些反应,最终形成黑皮鸡枞菌酱特有的香气。总的来说,不同炒制时间对黑皮鸡枞菌酱风味成分的影响较大。其主要原因在于不同种类化合物的来源与释放速率不同,以及随着加工条件的改变发生了氧化或降解。炒制后期,炒制5 min时检测出的挥发性香气物质的种类最多,香气成分的总浓度最高,是黑皮鸡枞菌酱合适的加工时间。

3 结论

以100.00 g黑皮鸡枞菌为基准,豆瓣酱、水、油、糖的添加量分别为31.01,104.13,60.92,6.00 g时,在160 ℃下炒制5 min的黑皮鸡枞菌酱色泽油亮、酱体均匀、味道鲜美、香气浓郁。在5个炒制时间下共鉴定出37种挥发性香气成分,其中5 min时黑皮鸡枞菌酱的挥发性成分种类最多,总浓度最高。1-辛烯-3-醇、苯乙醇、2-丁基-1-辛醇、苯甲醛、苯乙醛、甲基庚烯酮、丙酮香叶酯、2,5-二甲基吡嗪、四甲基吡嗪、d-柠檬烯、奥甘菊环是黑皮鸡枞菌酱的重要香气成分。将黑皮鸡枞菌加工成调味酱可以更好地保持其原有的口感与风味,丰富了其加工的产品种类。本研究为黑皮鸡枞菌产品的工艺优化及品质调控提供了基础。