火麻仁为大麻科植物火麻(Cannabis sativa L.)的成熟种仁,是我国记录较早的药食同源植物[1]。火麻仁中含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、酚类物质和微量元素等,具有润肺、补气血、抗衰老、治关节梗阻、治脱发、润肠通便等多重保健功能。目前,国内外开发的火麻仁产品有火麻面包、火麻面条、火麻饼干、火麻蛋白粉、火麻饮料和火麻发酵乳等,其中火麻饮料在国外市场受到热捧,如Dank公司开发的火麻能量饮[2]、Swiss公司开发的火麻冰镇茶饮料等[2]。火麻饮料由于营养价值高,风味口感好,且具有一定的保健功能,因此具有广阔的发展前景。
火麻仁本身带有生腥味,热处理可以去除这种不良风味,同时激发出火麻仁的香气,还可以杀灭火麻仁表面的微生物[3]。火麻仁中含有约50%的油脂和85%以上的不饱和脂肪酸,加热温度过高或时间过长,都会导致不饱和脂肪酸氧化。陈聪颖等[4]研究发现火麻仁的适宜烘烤温度为70～90 ℃,制备的火麻仁浆具有火麻仁特有的清香味;当烘烤温度<70 ℃时会有令人不愉快的生腥味,<90 ℃则会有焦苦味。蒲海燕[5]的研究也证实火麻仁在70 ℃时烘焙30 min制得的火麻浆呈乳白色,具有火麻仁的清香。朱秀清等[3]研究表明汉麻籽的最适热处理条件为65 ℃热水浸泡10 min,得到的汉麻乳蛋白质溶出率高、乳化稳定性好。上述研究得出的火麻仁热处理温度存在一定的差异,这可能与火麻品种不同有关。以往的研究主要是分析了加热工艺对火麻乳风味和蛋白质稳定性的影响,较少涉及热处理对火麻乳饮料营养品质和关键风味成分的影响。本实验采用低温热浸和烘烤后热浸2种方法对火麻仁进行热处理,并制备火麻乳饮料,比较了热处理方式对火麻乳饮料的稳定性、感官、营养品质与关键风味成分的影响,以期为火麻乳饮料研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
脱壳火麻仁,广西巴马常春藤生命科技发展有限公司;白砂糖,扬州麦德龙超市采购;全脂乳粉,扬大康源乳业有限公司;三氯乙酸、95%乙醇、2-硫代巴比妥酸及其他试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
胶体磨,南通密克瑟尔斯机械设备有限公司;GYB60-08型高压均质机,上海东华高压均质机厂;1510型酶标仪、Trace ISQ气相色谱质谱联用仪,美国Thermo公司;JF-SX-500全自动灭菌锅,日本TOMY公司;5804R高速冷冻离心机,德国EPPEENDORF公司;HP-INNOWax色谱柱(60 mm×320 mm,0.25 μm),安捷伦公司;手动固相微萃取进样手柄、50/30 μm DVB/CAR on PDMS 萃取头,上海安普实验科技股份有限公司;CM-5全自动分光测色仪,KONICA MINOTLA有限公司;A300型全自动氨基酸分析仪,德国曼默博尔公司;Scion SQ 456-GC气质联用仪,美国BRUKER公司。
1.3 实验方法
1.3.1 工艺流程
参考朱敏[6]的方法,工艺流程如下(均为质量分数):
均质→灭菌→成品
1.3.2 操作要点
样品H:将火麻仁于70 ℃的烤箱中烘烤10 min,按1∶10(质量比)加入70 ℃热水,装入铝箔袋中,密封后放入70 ℃的水浴锅中浸泡20 min;样品W:火麻仁与水按1∶10(质量比)加入70 ℃热水,装入铝箔袋中,密封后放入70 ℃的水浴锅中浸泡30 min。
浸泡好的样品于胶体磨中磨浆10 min,得到火麻原浆;将14%火麻原浆、6%脱脂乳粉和4%白砂糖加水混匀,水浴加热至70 ℃,均质2次,第一次均质压力为20 MPa,第二次压力为30 MPa;最后121 ℃灭菌15 min。
1.3.3 脂肪上浮率和离心沉淀率的测定
将4 ℃冷藏24 h的火麻乳饮料以5 000 r/min的转速离心25 min 后,称量脂肪上浮层的质量和底部沉淀的质量,计算公式如公式(1)和公式(2)所示:
脂肪上浮率
(1)
沉淀率
(2)
式中:m1,上浮脂肪的质量,g;m2,沉淀的质量,g;m,火麻乳饮料的质量,g。
1.3.4 脂质氧化测定
参考李颜丽[7]的方法,精确量取17.6 mL样品溶液于容量瓶内,水浴至样品温度达30 ℃,然后加入1.0 mL三氯乙酸溶液(1 g/mL)和2.0 mL 95%乙醇(体积分数),振荡混合,静置5 min,然后用42 # whatman 滤纸过滤。取4.0 mL滤液,加入1.0 mL TBA溶液(0.1 mol/L),60 ℃水浴反应1 h后,冷却至常温,于532 nm处测吸光度,用蒸馏水作为对照。
1.3.5 可溶性固形物含量测定
采用GB/T 12143—2008《饮料通用分析方法》的折光计法测定样品中的可溶性固形物含量。
1.3.6 色泽的测定
取5 mL样品置于透明烧杯中,用高精度分光测色仪对样品的L*值、a*值和b*值进行测定。
1.3.7 感官评价
选取10名经感官评定培训后的专业人员进行评分(表1),结果取平均值。
表1 火麻乳饮料感官评分标准
Table 1 The sensory evaluation standard of hemp seed milk beverage
指标评分标准评分区间/分气味与滋味(25分)细腻润滑,风味协调,具有火麻香味和奶香味细腻,奶香味浓郁,略带火麻仁的涩味口感粗糙,风味不协调,带较重的火麻涩味25≥分数>2020≥分数>1515≥分数>0色泽(25分)乳白色,有光泽白色,略有光泽灰白色,无光泽25≥分数>2020≥分数>1515≥分数>0组织状态(25分)质地均匀,无沉淀,无脂肪上浮少量颗粒,少量沉淀和脂肪上浮粗糙,有较多沉淀,脂肪上浮25≥分数>2020≥分数>1515≥分数>0总体可接受性(25分)喜欢较喜欢不喜欢25≥分数>2020≥分数>1515≥分数>0
1.3.8 脂肪酸含量测定
参考王世连[8]的方法对样品进行脂肪酸甲酯化预处理。
色谱条件:DB-WAX (30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管色谱柱;升温程序:170 ℃,保持1 min,以5 ℃/min升温至240 ℃,保持8 min;进样口温度250 ℃,载气为高纯氦气,分流比20∶1,柱流量0.80 mL/min,进样量1 μL。
质谱条件:电离方式为EI,电子能量70 eV,离子源温度200 ℃,接口温度250 ℃,检测电压1 000 V,全扫描方式。
1.3.9 游离氨基酸含量测定
将样品冷冻干燥,得到冻干粉末样品,参考张涛等[9]的方法进行水解氨基酸的制备,采用全自动氨基酸分析仪对样品水解氨基酸的组成和含量进行检测。
1.3.10 挥发性风味物质测定
取2 mL样品溶液放于25 mL 固相微萃取仪采样瓶,55 ℃水浴锅里平衡30 min,再用50/30 μm DVB 纤维头吸附30 min,然后将纤维头于GC进样口270 ℃解吸附3 min进样。
GC条件参数:色谱柱为HP-INNOWax色谱柱(60 m×320 mm×0.25 μm);进样方式为不分流进样,载气流速为1.0 mL/min,进样口温度为200 ℃;升温程序:60 ℃保持5 min,以8 ℃/min升至100 ℃,保持3 min,以8 ℃升至230 ℃,保持5 min。
MS条件参数:电离方式为EI;GC-MS接口温度为250 ℃;离子化能量为70 eV;离子源温度为250 ℃;四级杆温度180 ℃;MS扫描范围m/z 20～550。
1.4 数据处理
实验数据使用Spss 17.0和Origin 8.0软件进行统计分析和作图。
2 结果与分析
2.1 火麻乳饮料相关指标测定结果
火麻乳饮料相关指标测定结果如表2所示。
表2 火麻乳饮料相关指标测定结果
Table 2 Measurement results of related indexes of hemp seed milk beverage
样品脂肪上浮率/%离心沉淀率/%可溶性固形物含量/%脂质氧化/OD532nm感官评分/分H0.84±0.041.85±0.2612.57±0.350.127±0.1895.3±1.72W0.75±0.051.37±0.149.21±0.240.083±0.0992.6±1.58
脂肪上浮率和离心沉淀率可以反映火麻乳的稳定性。由表2可知,经烘烤处理的H组样品的脂肪上浮率和离心沉淀率均高于热浸组W,这可能是因为烘烤使火麻仁中的部分蛋白质发生轻微的热变性,原本伸展开的蛋白质分子相互交联,形成不溶性聚集体,蛋白质的溶解度降低,导致火麻乳饮料的稳定性降低[10]。H组样品的可溶性固形物含量为12.57%,比W组高3.36%,这与火麻仁在烘焙过程中的水分蒸发和蛋白质的热变性有关[11]。这与刘婷玉[12]的研究结果相似,燕麦籽粒经加热处理后制备的燕麦乳可溶性固形物含量升高。对样品的脂质氧化程度进行测定的结果表明,在532 nm处样品H的吸光度为0.127,比样品W高34.65%,表明烘烤使火麻仁中的脂质氧化程度提高,部分不饱和脂肪酸氧化加剧。感官评定的结果显示H组样品的感官评分较高,为95.3分。2组样品均呈浅褐色,质地均匀,无沉淀和脂肪上浮现象,口感细腻润滑,具有火麻仁的清香味和奶香味。与W组样品相比,H组样品的火麻仁香味更浓郁,这是因为烘烤过程中火麻仁的羰基化合物和氨基化合物反应发生美拉德反应,生成还原酮、醛和杂环类化合物等风味物质,赋予了火麻仁浓郁的香味[13]。
2.2 火麻乳饮料的色泽测定结果
火麻乳饮料的色泽测定结果如表3所示。
表3 火麻乳饮料的色泽
Table 3 The color of hemp milk beverage
色泽样品H样品WL∗82.76±0.0878.89±0.06a∗3.35±0.066.22±0.02b∗17.89±0.0518.13±0.02
注：L*表示亮度;a*和b*表示色度;a*为正值表示颜色偏红,为负值表示颜色偏绿;b*为正值表示颜色偏黄,为负值表示颜色偏蓝。
由表3可知,2组火麻乳饮料的L*值、a*值和b*值均为正值,表明其在乳白色的基础上偏浅褐色,这可能与样品中的氨基化合物和羰基化合物在高温下发生美拉德反应,生成了棕色大分子物质有关。相比之下,样品W的a*值和b*值较大,样品H的L*值较大,说明H组样品的色泽更偏乳白色,可能与烘烤后的火麻仁蛋白质溶出率更高有关。但刘通通等[13]研究热处理方法对燕麦饮料色泽的影响,发现炒制燕麦饮料的a*值和b*值较大,L*值较小,颜色更接近暗黄色,蒸制燕麦饮料L*值较大,更接近乳白色。
2.3 火麻乳饮料的氨基酸组成及相对含量
火麻乳饮料的氨基酸组成与相对含量测定结果如表4所示。
表4 火麻乳饮料的氨基酸组成与相对含量(n=3)
Table 4 Amino acid composition and relative content of hemp milk beverage (n=3)
氨基酸种类氨基酸含量/(g/100 g)样品H样品W天门冬氨酸0.226 0.228谷氨酸0.614 0.613 丝氨酸0.120 0.118 组氨酸0.073 0.066 甘氨酸0.066 0.069 苏氨酸∗0.105 0.103 精氨酸0.123 0.121 丙氨酸0.093 0.091 酪氨酸0.095 0.083 半胱氨酸0.004 0.003 缬氨酸∗0.173 0.170 甲硫氨酸∗0.050 0.044 苯丙氨酸∗0.125 0.125 异亮氨酸∗0.141 0.138 亮氨酸∗0.149 0.234 赖氨酸∗0.170 0.166 脯氨酸0.241 0.229 ∑EAA0.913 1.091 ∑TAA2.616 2.598 ∑EAA/%34.88 42.01
注：色氨酸未检测;*表示必需氨基酸;∑EAA表示总必需氨基酸(essential amino acid)含量;∑TAA表示氨基酸总量(total amino acids,TAA);∑EAA(%)表示总必需氨基酸占氨基酸总量的百分比。
蛋白质的营养价值除了与其总含量有关外,还与其氨基酸的组成及含量有关。由表4可知,2组火麻乳饮料中均检出16种氨基酸,氨基酸总量分别为2.616、2.598 g/100 g,差异较小。样品H和样品W均检出7种人体必需氨基酸,必需氨基酸总量占氨基酸总量的百分比分别为34.88%和42.01%,说明火麻乳饮料的必需氨基酸含量较为丰富。2组样品中含量最高的氨基酸均为谷氨酸,其次为脯氨酸、天门冬氨酸和亮氨酸,这与WANG等[14]测定的火麻仁中的氨基酸构成基本一致。谷氨酸作为神经中枢和大脑皮质的重要补充剂,能通过延缓能量物质消耗而提高抗疲劳能力,脯氨酸有利于维持皮肤和结缔组织健康成长,帮助人体分解蛋白质,创造体内健康细胞[15]。样品W中的亮氨酸含量和必需氨基酸总含量均显著高于样品H,而样品H中的脯氨酸和酪氨酸含量显著高于样品W,说明加热方式不同,会对火麻仁的蛋白质溶出率产生一定的影响。ZHENG等[16]对溶解性较差的大豆蛋白进行水热处理后发现,虽然其蛋白质的高级结构破坏严重,但溶解性有明显提高。在本研究中,相对于烘烤热浸更有利于蛋白基团展开,促进蛋白质溶解性提高,蛋白质溶解性提高有利于蛋白酶水解和提高可溶性蛋白含量,而在烘烤过程中部分氨基酸与还原糖发生了美拉德反应,使其蛋白质溶出率下降,所以样品W的∑EAA(%)较高。
2.4 火麻乳饮料的脂肪酸组成及相对含量测定结果
火麻乳饮料的脂肪酸组成与相对含量测定结果如表5所示。
表5 火麻乳饮料的脂肪酸组成与相对含量
Table 5 Composition and relative content of fatty acids in hemp milk beverage
脂肪酸种类脂肪酸相对含量/%样品H样品W油酸52.5751.37亚麻酸26.6928.52硬脂酸17.8917.36花生酸-0.323-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸1.270.87十七酸1.571.58∑SFA19.4719.24∑MUFA52.5751.37∑PUFA27.9629.39∑USFA80.5380.76
注：∑SFA表示饱和脂肪酸(saturated fatty acid)总量;∑MUFA表示单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid)总量;∑PUFA表示多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid)总量;∑USFA表示不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acid)总量。
由表5可知,样品W中共检出6种脂肪酸,样品H中无花生酸检出,可能是烘烤过程使含量较少的花生酸完全氧化所致。2组样品中不饱和脂肪酸含量较丰富,均为80%以上,相对含量最高的脂肪酸均为油酸,占总脂肪酸含量50%以上;其次为亚麻酸,占总脂肪酸含量的25%以上;样品H中油酸、硬脂酸和3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的含量均高于样品W,可能是烘烤使火麻仁中的部分蛋白质发生了变性,造成油脂和蛋白质的紧密结合状态被破坏,同时细胞壁的渗透性增大,使得少量的复合脂肪游离出来所致[17]。样品W的不饱和脂肪酸含量和多不饱和脂肪酸含量高于样品H,说明热浸更有利于不饱和脂肪酸的溶出。王世连[8]发现炒制、微波、热风烘烤都会使火麻仁的不饱和脂肪酸减少,这是因为加热过程使部分不饱和脂肪酸发生了氧化反应。
2.5 火麻乳饮料挥发性风味物质的测定结果
火麻乳饮料中的挥发性成分及相对含量测定结果如表6所示,各类风味物质含量如图1所示。
图1 火麻乳饮料各类风味物质含量
Fig.1 Content of various flavor substances in hemp milk beverage
表6 火麻乳饮料中的挥发性成分及相对含量
Table 6 Volatile components and relative contents in hemp milk beverage
序号保留时间物质名称相对含量/%样品H样品W15.07己醛9.2810.7227.302-甲基戊醛2.757.7837.93小白菊内酯0.880.9948.272-戊基呋喃1.262.7558.95庚醛8.241.9469.102-甲基吡嗪2.01-79.422-辛酮0.982.23810.64甲基庚烯酮0.941.21911.08正己醇4.268.991011.69二甲基三硫1.030.731112.08壬醛1.162.211213.282-庚醇0.85-1313.901-辛烯-3-醇18.4610.811414.16糠醛32.4535.881515.09癸醛1.402.181616.283,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇丙酸酯1.081.321717.261-石竹烯1.73-1817.924-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮1.181.121919.36肉豆蔻醛1.891.62019.76仲辛醇1.241.512120.03乳酰氨1.161.212220.132-甲基-2-咪唑啉1.19-2322.141,3,5-环己烷三醇1.942.752422.972-乙烯氧基乙醇1.191.152523.14苯并噻唑1.450.92
注：“-”表示该风味物质未检出。
由表6可知,样品H中共鉴定出25种挥发性化合物,比样品W多4种物质,分别为2-甲基吡嗪、2-庚醇、1-石竹烯和2-甲基-2-咪唑啉4种化合物,这是因为火麻仁在烘焙过程中其蛋白质和糖类发生了美拉德反应,所以挥发性化合物的种类增多[18]。2-甲基吡嗪有类似于牛肉加热时产生的香味,以及果仁和可可香味;2-庚醇呈鲜柠檬的香气和青草-草药气味,略有醚香和油香;1-石竹烯呈淡的丁香气味;2-甲基-2-咪唑啉呈脂肪胺类物质特有的气味。2组样品中相对含量较高的化合物为醛类和醇类,占比分别达55%和25%以上。醛类物质具有脂肪、清香和果香等气味,醇类物质一般具有绿色植物的青香气,酮类物质一般有奶油香味和果蔬香味,杂环类物质的阈值很低,但对样品的风味贡献很大[19]。2组样品中含量较高的3种风味物质相同,依次为糠醛、1-辛烯-3-醇和己醛。糠醛的气味类似杏仁油,1-辛烯-3-醇的气味类似中草药,己醛的气味类似刚切好的草。由图1可知,样品H中的醇类、杂环类和硫类化合物的相对含量高于样品W,样品W中2-甲基戊醛、正己醛和糠醛的相对含量高于样品H,庚醛和1-辛烯-3-醇的相对含量低于样品H;LIU等[20]研究发现,花生烘烤后,芳香族化合物含量会显著增加,产生浓郁的香味。ERTEN等[21]通过GC-MS测定了杏仁烘烤前后挥发性物质的含量变化,发现杏仁中的挥发性物质由烘烤前的17种增加至烘烤后的35种。本研究结果说明采用烘烤后热浸的方式比单纯热浸制得的火麻乳饮料香气物质更丰富,有利于改善火麻乳饮料的香味。
3 结论与讨论
将火麻仁采用烘烤后热浸和热浸2种预处理后制成火麻乳饮料,样品W的脂肪上浮率、离心沉淀率较小,说明其稳定性较好,样品H的可溶性固形物含量、脂肪氧化程度和感官评分较高;2组样品的L*值、a*值和b*值均为正值,样品H的L*值更大,色泽更偏乳白色,样品W的a*值和b*值更大,色泽更偏浅褐色;2组火麻乳饮料的必需氨基酸含量和不饱和脂肪酸含量丰富,氨基酸总量为2.60 g/100 g左右,不饱和脂肪酸相对含量为80%左右,其中谷氨酸是含量最高的氨基酸,油酸是含量最高的脂肪酸。样品W的必需氨基酸总量和不饱和脂肪酸含量更高,说明热浸更有利于火麻仁营养成分的保留;样品H共鉴定出21种挥发性化合物,样品H在样品W的基础上新增了2-甲基吡嗪、2-庚醇、1-石竹烯和2-甲基-2-咪唑啉4种化合物,样品W中2-甲基戊醛、正己醛和糠醛的相对含量显著高于样品H,庚醛和1-辛烯-3-醇的相对含量显著低于样品H;综合看来,2款火麻乳饮料品质较好,稳定性高,营养丰富,风味较佳。相比之下,经烘烤后热浸预处理制成的火麻乳饮料风味更好,感官评分更高,而经热浸预处理制成的火麻乳稳定性更好,脂肪氧化程度较小,营养成分保留得更好。
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