核桃(Juglans regia L.)是我国重要的木本油料作物,其营养价值高,富含蛋白质、脂肪及维生素[1];具有抗氧化、抗衰老及提高记忆力等功效[2]。随着加工技术的多元化发展,核桃加工产品日益丰富,如核桃油、核桃乳、核桃粉、核桃酱及休闲食品等,其中核桃酱作为一种营养便利的佐餐食品,深受消费者青睐。目前传统核桃酱的研究主要集中在加工工艺或单一加工技术对其品质的影响。王维婷等[3]优化了核桃酱的最佳配方;王忠琨等[4]通过利用高能振动球磨技术研究不同处理时间对传统核桃酱的结构特性发现,随着球磨时间的延长,核桃酱的粒径变小、流动性增强。而加工后的传统核桃酱普遍存在油脂含量高(70.3 g/100 g)、稳定性差且易氧化褐变等问题,直接影响了产品品质。随着人们对多场景健康食品的需求不断提升,低脂食品的需求也随之增长,尤其是低脂坚果酱产品开发已成为研究热点,现有针对低脂芝麻酱的研究,但尚未见低脂核桃酱产品的开发。牛逍瞳等[5]以脱脂核桃粕为原料,结合代脂辅料复配加工初创了低脂核桃酱产品(脂肪含量<3 g/100 g),并优化了其加工工艺。但尚未探明不同加工工段对低脂核桃酱品质特性的影响。
因此,本研究基于化学计量法,结合现代仪器分析,从多维角度分析了不同工段低脂核桃酱的色泽、基本组分、离心析出率、组织结构、挥发性成分等品质指标的变化,解析不同加工工段对低脂核桃酱微观结构变化的影响,探索影响低脂核桃酱品质的关键加工工段,以期为新产品创制、品质提升与生产应用提供理论参考依据。
低脂核桃酱,新疆阿克苏晟鼎油脂有限责任公司;海藻酸钠,河南祥意商贸有限公司;单甘酯,河南万邦实业有限公司;蜂蜡,佰康蜂业;均为食品级。盐酸、硫酸,四川西陇科学有限公司;CuSO4、K2SO4、H3BO3、NaOH、无水乙醇、NaCl、石油醚,天津市致远化学试剂有限公司;甲基红、溴甲酚绿,上海源叶生物科技有限公司;以上试剂均为分析纯。戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-丁酮,均为优级纯,Sigma公司。
CR-400色差仪,深圳市立新精密仪器设备有限公司;PILOT质构仪,北京盈盛恒泰科技有限责任公司;T10型食品均质机,德国IKA公司;K9840型自动凯氏定氮仪、SH220F型石墨消解仪,海能未来技术集团股份有限公司;Essentia LC-16AAA氨基酸自动分析仪,青岛谱尼科技有限公司;MFLXD325-12马弗炉,上海马弗炉科技仪器有限公司;JSM IT-800场发射扫描电子显微镜(配备JED-2300型能谱仪),日本电子株式会社;Discovery HR-1流变仪,美国TA公司;MasterSizer 2000激光粒度仪,英国Malvern公司;Nicolet iS5傅里叶变换红外光谱仪,赛默飞公司;Flavour Spec气相离子迁移谱联用仪,德国G.A.S公司;TGA/DSC-3同步热分析仪,瑞士梅特勒托利多集团。
1.3.1 低脂核桃酱制备方法
参考牛逍瞳等[5]的方法。将脱脂核桃粕(18%,质量分数,下同)与辅料(海藻酸钠1.1%,蜂蜡0.6%,单甘酯0.3%,水80%)按比例混合均匀,在烘烤时间35 s、烘烤功率770 W、均质时间14 min、杀菌温度85 ℃、杀菌时间29 min的工艺优化条件下制备低脂核桃酱,并置于4 ℃冷藏备用。
1.3.2 品质指标测定
1.3.2.1 色泽
采用色差仪测定低脂核桃酱的外观颜色。
1.3.2.2 基本组分
蛋白质的测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》凯氏定氮法;脂肪的测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》索氏抽提法;灰分的测定参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》;水分采用卤素水分测定仪进行测定;碳水化合物的测定按照碳水化合物=100-(灰分+蛋白质+脂肪+水分)进行计算。膳食纤维的测定参照GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》;氨基酸的测定参照GB 5009.124—2016 《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》。
1.3.2.3 离心析出率
称取1 g样品于离心管中,将离心管置于高速台式离心机中,以8 500 r/min离心15 min,倒置5 min沥出液体。
1.3.2.4 质构
采用质构仪进行测定,将20 g样品搅拌均匀后置于50 mL烧杯中,测试速度为0.1 mm/s,循环2次,探头为圆柱形;测试过程在室温下进行。
1.3.2.5 流变性
选用60 mm不锈钢2°锥板,间隙在52 μm(样品需铺满直径60 mm,高度52 um,锥度2°,样品量约2~3 mL左右),温度25 ℃,上样后稳定30 s开始测试,剪切速率0.1~100 s-1;配制质量分数10%的淀粉乳液,置于沸水中加热20 min至完全糊化,糊化后在室温(20 ℃)下平衡5 min后测定。测定条件:应变1%、25 ℃、振荡频率0.1~10 rad/s。记录扫描过的储能模量(G′)、损耗模量(G″)和损耗因子(tanδ)变化。
1.3.2.6 感官评价
参照浩楠等[6]的方法,选择10名经过感官评价培训的食品专业研究人员,分别从色泽、香气、口感、组织状态、总体可接受性5个方面进行评价。
1.3.2.7 气相色谱-离子迁移谱法(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)测定挥发性成分
称取5 g核桃酱放置于顶空进样瓶中,80 ℃孵化10 min,孵化振动转速500 r/min;进样针吸取顶空瓶中样品1 mL,不分流模式进样。
1.3.3 微观结构分析
1.3.3.1 扫描电镜
取少许粉末样均匀地撒在导电胶上面,用洗耳球除去多余样品,喷金60 s。采用场发射扫描电子显微镜进行测试,配备JED-2300型能谱仪,测试模式为二次电子模式,加速电压为15 kV,放大3 000倍。
1.3.3.2 粒径多分散指数
取一定量的样品分散于去离子水中,超声波振荡5 min,然后滴加到样品池中,调至合适的遮光度,用粒度仪测量粒度,测试3次取平均值。
1.3.3.3 傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)
取0.05 mL左右样品滴于金刚石ATR模块窗片上,放入红外光谱仪中测试谱图。测试范围400~4 000 cm-1,分辨率4 cm-1,扫描次数为32次。
1.3.3.4 差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)
称取5 mg样品放入氧化铝陶瓷坩埚中,以10 ℃/min的升温速率,从室温升温至500 ℃。软件记录样品随温度变化的失重数据和热流数据。
所有实验重复3次,结果均以“平均值±标准差”表示。采用SPSS 23.0统计软件对数据进行统计分析、差异显著性分析(P<0.05表示差异显著),使用Excel、SPSS 23、Origin 2021、SIMCA软件进行数据绘图与分析。
2.1.1 不同加工工段对低脂核桃酱色泽的影响
如表1所示,L*为亮度值,a*为红绿值,b*黄蓝值,c代表色泽饱和度,h代表色度角。杀菌阶段低脂核桃酱L*值显著降低,这是由于杀菌阶段产生的美拉德反应使样品棕色物质不断积累,导致酱体颜色变暗,亮度下降[7]。而不同加工工段对低脂核桃酱a*值的影响差异不显著(P>0.05),表明加工工段对红绿值的变化影响较小。烘烤阶段的低脂核桃酱b*值下降,这可能与高温烘烤导致样品内部色素降解有关。总色差值(ΔE)与亮度值呈正相关,这表明色差的增加与亮度的大小有关,总色差值越大说明色泽越好;色泽饱和度与色泽的多少有关,饱和度低代表色泽稀疏暗淡,饱和度高则表示色泽饱满、强烈[8]。经烘烤和均质的低脂核桃酱c值降低,但在杀菌阶段c值上升,这是由于杀菌过程中低脂核桃酱中的氨基化合物和羰基化合物之间互作产生的褐变反应,使饱和度上升。h为颜色的色相,用来量化颜色的主观视觉属性或色调,h值越低,红色越明显[9],除均质阶段外,其他各加工工段中的样品h值差异不显著,这可能与酱体本身的固有色泽有关。综上,不同加工工段对低脂核桃酱的色泽影响较大,尤其是高温加工过程会导致酱体颜色变深,不易被消费者接受。
表1 不同加工工段对低脂核桃酱色泽的影响
Table 1 Effects of different processing sections on the color of low-fat walnut sauce
色泽调配烘烤均质杀菌L∗62.38±0.35a61.93±0.04a63.53±0.28a57.34±0.27ba∗3.29±0.28a3.38±0.23a3.45±0.45a3.58±0.03ab∗14.39±0.28a12.51±0.30ab12.05±0.04b13.45±0.45abΔE64.10±0.54a63.52±0.31a64.75±0.41a59.00±0.51bc15.07±0.03a13.33±0.06d12.65±0.04c14.39±0.04bh1.33±0.00a1.31±0.01ab1.26±0.00c1.32±0.00a
注:同行不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)(下同)。
2.1.2 不同加工工段对低脂核桃酱基本组分的影响
由表2可知,低脂核桃酱蛋白质含量在7.60~9.27 g/100 g,烘烤和杀菌阶段的蛋白质含量显著增加,这是由于高温产生的热效应使酱体中的蛋白质结构变性和聚集所致[10],而均质阶段对蛋白质的影响较小。不同加工工段中低脂核桃酱的脂肪含量为2.00~2.96 g/100 g,烘烤阶段样品的脂肪含量最低(2.00 g/100 g),这是由于烘烤产生的过高温使样品中的脂肪发生了氧化降解,导致脂肪含量降低。烘烤和杀菌阶段酱体的水分显著下降,是由于高温导致水分逸失。灰分在烘烤和杀菌阶段含量较高,分别为1.83、1.65 g/100 g,这与高温处理下有机物挥发及碱金属离子烧结融合并形成无机矿物增多有关[11]。杀菌后的碳水化合物含量显著增加,这主要是由于水分降低时物料浓度增加所致。综上,杀菌和烘烤阶段对低脂核桃酱的基本组分影响较大,尤其是杀菌阶段酱体的水分流失严重。
表2 不同加工工段对低脂核桃酱基本组分的影响
Table 2 Effects of different processing sections on basic components of low-fat walnut sauce
加工工段蛋白质/(g/100 g)脂肪/(g/100 g)水分/%灰分/(g/100 g)碳水化合物/(g/100 g)调配7.60±0.03d2.64±0.04bc65.83±1.05a1.33±0.01bc21.60±0.98c烘烤9.27±0.04a2.00±0.09c52.32±0.02b1.83±0.16ab32.60±0.03b均质7.86±0.03c2.96±0.06a64.26±0.04a1.17±0.17c22.77±0.24c杀菌8.84±0.03b2.76±0.10ab48.57±0.49c1.65±0.02a37.19±0.60a
2.1.3 不同加工工段对低脂核桃酱膳食纤维的影响
膳食纤维具有促进人体消化提高代谢的功效[12]。如图1所示,不同加工工段低脂核桃酱的膳食纤维含量在3.46~4.88 g/100 g。其中烘烤和杀菌阶段可显著提高低脂核桃酱中的膳食纤维含量,而烘烤阶段低脂核桃酱的膳食纤维含量最高,这是由于加热后生成的美拉德反应产物与不溶性膳食纤维形成了“不溶性膳食纤维-蛋白-美拉德反应产物-多酚”复合物[13],从而增加了膳食纤维含量。这与陈丽艳[14]采用微波加热烘烤处理得到黑芝麻酱中膳食纤维含量高于未烘烤的研究结果一致。
图1 不同加工工段对低脂核桃酱膳食纤维的影响
Fig.1 Effect of different processing sections on dietary fiber of low-fat walnut sauce
注:*表示组间差异显著(P<0.05),***表示组间差异极显著(P<0.001)(下图同)。
2.1.4 不同加工工段对低脂核桃酱的离心析出率的影响
由图2可知,不同加工工段中低脂核桃酱的离心析出率为16.5%~19.3%,初始调配阶段样品中的离心析出率最高(19.3%)。均质阶段受均质压力和摩擦力的影响,酱体中的小分子物质被释放出来,导致持水性较差,样品的组织状态发生改变,从而影响酱体的稳定性[15]。随着烘烤、均质和杀菌加工工段的进行,离心析出率降低,最终杀菌阶段样品的离心析出率最低,这可能与高温杀菌导致水分蒸发,提高了酱体稳定性有关。
图2 不同加工工段对低脂核桃酱离心析出率的影响
Fig.2 Effect of different processing sections on centrifugal precipitation rate of low-fat walnut sauce
注:**表示组间差异非常显著(P<0.01)。
2.1.5 不同加工工段对低脂核桃酱质构特性的影响
如表3所示,均质与调配样品的质构特性相近,指标均无显著差异(P>0.05);烘烤与杀菌阶段之间的差异较小,处理后样品的黏附性影响差异显著(P<0.05),但内聚性差异不显著(P>0.05);烘烤与杀菌过程中,硬度、弹性、内聚性增加。前期研究表明,随着温度的上升,样品的硬度、内聚性和咀嚼性均呈现上升趋势,这是由于样品内部形成了稳定的三维网络结构,使样品的交联程度增加[16]。均质可使样品的胶黏性与黏附性呈下降趋势,从而破坏样品的稳定性。
表3 不同加工工段对低脂核桃酱质构特性的影响
Table 3 Effects of different processing sections on texture characteristics of low-fat walnut sauce
样品组硬度/N弹性/mm胶黏性/N咀嚼性/mJ黏附性/mJ内聚性调配0.81±0.03ab12.51±0.17b0.52±0.06b6.45±0.12b0.65±0.01c0.82±0.01a烘烤0.88±0.01a14.52±0.24a0.64±0.06a9.54±0.18a0.88±0.01b0.83±0.03a均质0.86±0.04b12.50±0.13b0.46±0.05b6.43±0.07b0.65±0.02c0.84±0.03a杀菌0.88±0.02a14.29±0.09a0.68±0.02a9.73±0.04a1.09±0.01a0.85±0.02a
2.1.6 不同加工工段对低脂核桃酱流变特性的影响
如图3-a所示,随着剪切速率的增大,剪切应力逐渐平缓,表观黏度随着剪切速率的增加而降低,表现出剪切稀化(图3-b),低脂核桃酱整体属于非牛顿流体的假塑性行为特征,这种行为与花生酱酱体类似[17]。储能模量(G′)表示酱体抵抗弹性变形的能力,损耗模量(G″)代表酱体黏性大小,频率扫描主要表现为G′与G″随振荡频率变化的规律[18]。由图3-c、图3-d可看出,G′与G″均呈现上升趋势,G′表明分子间具有相互作用和稳定的网络结构,G′始终大于G″表明样品的弹性大于黏性,表现为类固体行为[19],损耗因子(tanδ)是综合衡量体系黏弹性的指标,其值为G″与G′的比值。由图3-e可看出,tanδ<0.5,酱体呈凝胶特性,所有样品的tanδ值随着频率的增加呈现先减小后增大的趋势,tanδ越大黏性越大。表明烘烤和杀菌的黏性优于弹性,使酱体的状态更加稳定,同时反映G′和G″低于调配组与均质组。该结果与低脂核桃酱离心析出率的结果一致,也进一步解释了酱体稳定性的原因。
a-剪切应力-剪切速率的关系;b-表观黏度-剪切速率的关系;c-储能模量(G′);d-损耗模量(G″);e-损耗因子(tanδ)
图3 不同加工工段对低脂核桃酱流变特性的影响
Fig.3 Effect of different processing sections on rheological properties of low-fat walnut sauce
2.1.7 不同加工工段对低脂核桃酱感官评价的影响
如图4所示,不同工段低脂核桃酱之间的感官评分差异显著(P<0.05)。烘烤阶段样品除了色泽外,香味、组织状态、口感与总体可接受性均得分最高;均质阶段低脂核桃酱的色泽、口感和组织状态得分均最高,说明均质处理使酱体分子间互相作用,形成了稳定的组织状态,可有效保护酱体色泽和风味。杀菌后的样品除组织状态相对较好,其香味、色泽、口感和总体可接受度评分最低,这与王越等[20]研究超声波与低热联合杀菌非浓缩还原(not from concentrate, NFC)橙汁因热敏成分遭到破坏,从而对产品的风味及品质产生不良影响的结果一致,巴氏杀菌(<100 ℃)易导致NFC果汁色泽褐变、营养物质破坏,甚至产生异味,影响产品品质。因此,选择适宜的杀菌方式在产品加工中尤为重要。综上,杀菌和烘烤阶段作为关键加工环节均降低了低脂核桃酱的整体色泽,对样品的感官影响较大,而杀菌阶段对样品的香味、口感、组织状态和总体可接受性的影响尤为显著。
图4 不同加工工段对低脂核桃酱感官评价的影响
Fig.4 Effects of different processing sections on sensory evaluation of low-fat walnut sauce
2.1.8 不同加工工段对低脂核桃酱挥发性风味物质的影响
采用GC-IMS对不同加工工段低脂核桃酱的挥发性风味物质进行分析,如表4所示,共鉴定出39种挥发性化合物,其中醛类10种、醇类9种、酮类6种、酯类7种、烯烃类2种、吡嗪类2种、其他类3种。其中,3对物质是其单体(M)和二聚体(D),多聚体均为同一化合物,其形成取决于物质浓度和性质[21]。不同杀菌方式低脂核桃酱的挥发性化合物浓度差异显著(P<0.05),从表4可知低脂核桃酱中己醛-D(脂肪味、青香、水果味)、3-甲基丁醛(巧克力、脂肪味)、3-戊烯-2-酮(水果香)等挥发性物质含量相对较高,初步判定清新水果香、油脂味为不同加工阶段低脂核桃酱的主要风味贡献。
表4 不同加工工段低脂核桃酱GC-IMS检测结果
Table 4 GC-IMS detection results of low-fat walnut sauce in different processing sections
化合物种类化合物名称调配烘烤均质杀菌保留时间/s香气描述醛类(10)1-壬醛1.46±0.09a1.42±0.26a1.51±0.05a1.37±0.27a1.49玫瑰、柑橘等香气,有强的油脂气(E)-2-庚烯醛1.23±0.21b1.34±0.1b1.17±0.22b4.20±0.08a1.26辛辣的、青香蔬菜、新鲜、脂肪庚醛-M2.96±0.14a3.00±0.6a2.79±0.63a2.94±0.62a1.34新鲜、醛、脂肪、青香草药、酒、果香庚醛-D2.39±0.29a1.82±0.98a1.90±0.93a2.36±1.36a1.69新鲜、醛、脂肪、青香草药、酒、果香甲硫醛0.86±0.11a0.76±0.07a0.80±0.10a0.57±0.03b1.40洋葱、肉香、果香己醛-D10.46±0.41a9.58±2.83a8.58±2.91a9.51±2.24a1.56新鲜的、青香、脂肪味、水果味(E)-2-戊烯醛1.87±0.11a1.86±0.43a1.58±0.37a1.41±0.28a1.10土豆、豌豆3-甲基丁醛-M10.35±0.25b12.37±0.58a10.49±1.33b9.93±0.27b1.17巧克力、脂肪味3-甲基丁醛-D2.57±0.02bc3.01±0.19a2.45±0.10c2.75±0.21ab1.40巧克力、脂肪味2-甲基丙醛2.78±0.17a2.19±0.09a3.58±1.83a2.19±0.18a1.29香蕉味、甜瓜味、微弱坚果气味醇类(9)1-辛烯-3-醇0.90±0.10c1.54±0.11b1.08±0.17c2.28±0.20a1.16蘑菇、薰衣草、玫瑰和干草香气2-甲基-3-呋喃硫醇0.92±0.03b1.21±0.04a1.14±0.07ab1.21±0.23a1.15烤牛肉1-己醇-M2.72±0.12a3.38±0.65a3.49±0.15a3.18±0.67a1.33清新的、果味、酒精、甜、青香1-己醇-D1.14±0.10a1.69±0.79a2.48±0.30a2.12±1.68a1.65清新的、果味、酒精、甜、青香呋喃醇4.13±1.28a2.85±1.10a3.69±1.96a1.99±1.16a1.33甜味、木头、杏仁香、烤面包3-甲基丁醇0.78±0.78a0.54±0.54b0.74±0.74a0.70±0.70a1.49威士忌酒香、香蕉果香2-丙硫醇1.71±0.01b2.24±0.24a2.01±0.11ab2.15±0.19a1.15臭鼬味1-丙醇6.05±0.23a3.83±1.34b5.39±0.36a4.83±0.32ab1.25酒精、刺激性气味1-丁醇1.70±0.07a1.29±0.24b2.63±1.33a2.24±0.38ab1.37红酒味酮类(6)3-甲基-2-环戊烯-1-酮1.00±0.03ab0.96±0.06ab0.92±0.07b1.10±0.15a1.42果香6-甲基-5-庚烯-2-酮0.88±0.02a0.92±0.02a1.02±0.15a0.90±0.06a1.18柑橘味、果味、霉香、酮香2-甲基-2-环戊烯-1-酮0.82±0.18a0.60±0.05ab0.77±0.23ab0.51±0.03b1.12烤香、焦糖香2-甲基二氢-3(2H)-呋喃酮1.54±0.10a1.22±0.09b1.50±0.21a1.38±0.07ab1.41甜味、面包、黄油、坚果3-戊烯-2-酮7.63±0.03a8.97±1.81a8.67±1.27a8.90±1.21a1.35水果香,贮藏期间变为辛辣的刺激味2-戊酮2.12±0.07ab1.65±0.41b2.56±1.05ab2.89±0.32a1.39丙酮气味、清新的、甜果味、酒香酯类(7)丙烯基异硫氰酸酯2.21±0.15a2.24±0.20a1.84±0.43ab1.38±0.36b1.09硫磺、刺激性、大蒜味乙基反-2-丁烯酸酯1.29±0.13b1.49±0.19ab1.58±0.09a1.35±0.04ab1.18强烈酸焦香、朗姆酒、水果香气异戊酸甲酯3.23±0.15a3.21±0.21a2.84±0.61a3.14±0.33a1.27李子、梅子及黑醋栗样香气异丁酸甲酯3.07±0.07ab3.49±0.38a2.67±0.49b3.39±0.28a1.20果香、醚香、朗姆酒甲基丙酸酯2.83±0.06a3.55±0.69a4.08±1.46a4.33±0.25a1.30水果、朗姆酒乙酸乙酯2.60±0.04a2.53±0.89a2.43±0.47a1.99±0.25a1.10清新的、果味、甜味、草味异丙酸乙酯1.08±0.16a0.38±0.03b0.52±0.08b0.39±0.01b1.48果香烯烃(2)苯乙烯2.03±0.14a1.53±0.5a1.53±0.61a1.32±0.63a1.53特殊的芳香气味、有机的、甜味的、刺鼻的(+)-柠檬烯2.18±0.10a2.55±0.24b2.40±0.26a2.25±0.15ab1.26柠檬、甜味、橘子、松油吡嗪(2)2-乙基-3,5-二甲基吡嗪0.68±0.06ab0.70±0.06ab0.73±0.10b0.64±0.07a1.23烧焦味、咖啡、坚果、烤木质甲基吡嗪3.50±0.12b3.02±0.16ab2.93±0.45ab2.53±0.50c1.08坚果香、霉香、烤香其他(3)2-甲基-3-(甲硫基)呋喃2.45±0.03ab3.18±1.46a1.78±0.19ab1.29±0.24b1.15薄荷味、辣味己腈1.24±0.03b1.15±0.13b1.23±0.04b1.48±0.08a1.26不愉快气味2-乙基丁酸0.64±0.06ab0.74±0.31ab0.51±0.08b0.94±0.14a1.57酸性果味
如图5所示,挥发性化合物占比分别为醛类34.9%~37.4%、醇类18.6%~22.7%、酮类14.0%~15.7%、酯类16.0%~16.9%、烯烃类3.6%~4.2%、吡嗪类3.2%~4.2%、其他类3.7%~5.1%;其中醛类和醇类占比较大,醛类主要来源于脂质氧化,贡献为果香、油脂香。由图5可知,杀菌与烘烤阶段的低脂核桃酱醛类成分占比较大,这可能是由于加热过程中脂质发生了氧化分解所致;醛类物质主要存在于肉类[22]、坚果类[23]和酒[24]中。醇类主要来源于不饱和脂肪酸的氧化,如亚油酸和亚麻酸。在所有挥发性化合物中占比最大的为1-丙醇、1-己醇等,为低脂核桃酱提供了坚果香、青香和酒香风味。酮类化合物是脂肪香味形成的前体物质,一般由脂肪酸的氧化形成[25]。3-戊烯-2-酮、2-戊酮在所有酮类物质中占比较大,主要贡献为清新甜香味。酯类物质一般具有愉悦、怡人的果香,其在烘烤阶段中的低脂核桃酱中占比最高,这是由于高温条件导致了蛋白质加热分解成肽段和氨基酸与乳糖发生美拉德反应,使酯类物质增多[26];而杀菌阶段酯类物质明显降低,这是由于长时间加热处理导致了酯类损失[27]。而吡嗪类化合物主要贡献了坚果香、烘焙香风味,是重要的含氮类化合物之一,不仅可提升低脂核桃酱的香气浓度,也是酱香型白酒极为重要且必不可少的风味成分[28]。但其在杀菌工段显著下降至3.17%,使低脂核桃酱的风味受到影响。
图5 不同加工工段低脂核桃酱挥发性化合物分类图
Fig.5 Classification diagram of volatile compounds in low-fat walnut sauce in different processing sections
为建立不同加工工段低脂核桃酱间的相关性与差异性,建立正交偏最小二乘法模型,如图6所示。
a-PCA图;b-置换检验图;c-VIP得分图
图6 不同加工工段对低脂核桃酱挥发性风味物质的影响
Fig.6 Effects of different processing steps on volatile flavor compounds in low-fat walnut sauce
注:c图中,A34:(E)-2-庚烯醛;A19:己醛;A36:糠醇;A3:3-甲基丁醛;A17:1-丙醇;A10:丙酸甲酯;A33:1-辛烯-3-醇;A31:2-甲基-3-(甲硫基)呋喃;A26:2-戊酮;A14:甲基吡嗪;A11:3-戊烯-2-酮;A25:2-甲基丙醛;A30:庚醛;A16:硫氰酸烯丙酯;A32:1-己醇;A29:苯乙烯。
所有挥发性化合物模型中的拟合优度参数、模型解释能力、预测能力分别为0.854、0.501、0.215,并进行200次置换检验,得到R2=0.201,Q2=0.458,没有过拟合现象,表明模型成立,稳定性好。由图6-a可知,不同杀菌方式低脂核桃酱各样品间存在差异与共性,除了杀菌阶段的样品外,其余3组低脂核桃酱的挥发性化合物相接近且主要位于第一象限,这表明杀菌后的样品生成了新的物质,与原始样品差异显著。为了表征从不同组中获得的关键差异化合物,对变量的投影值(variable importance in project,VIP)进行研究,得到VIP值>1的化合物共16个(图6-c),将其视为有重要贡献的化合物,分别为:(E)-2-庚烯醛(青草、油脂)、己醛(青草、果香以及类似油脂氧化)、糠醛(焦甜、坚果和烘烤)、3-甲基丁醛(水果、甜香和奶油)等,醛类为主要化合物类别,突出了低脂核桃酱“青香”型风味轮廓[29],在加工过程中起着重要贡献。
2.2.1 不同加工工段对低脂核桃酱表观形态的影响
扫描电镜主要用于分析评估样品颗粒的尺寸和形貌。如图7所示,低脂核桃酱颗粒以球形为主,并含有一些较大且不规则的颗粒。在加工过程中,大颗粒的尺寸逐渐减小,均质阶段造成了球形蛋白的部分破损和变形,随着加工过程的进行,破损更加明显。杀菌阶段,球蛋白团聚严重,这可能与高温导致蛋白质结构发生凝集有关。以上变化也与低脂核桃酱的水分、蛋白质、离心析出率等品质指标密切相关。
图7 不同加工工段对低脂核桃酱微观结构的影响
Fig.7 Effect of different processing sections on microstructure of low-fat walnut sauce
2.2.2 不同加工工段对低脂核桃酱粒径的影响
如图8所示,随着加工过程的进行,低脂核桃酱的粒径体系也发生变化。而低脂核桃酱的颗粒尺寸的减小仅涉及物理变化,不同加工工段中低脂核桃酱的粒径分布均呈多峰现象,主要集中在1~100 μm,随着加工处理进行,粒径的分布逐渐减小,这与芝麻酱所测粒径分布结果一致[30]。不同加工工段粒径之间差异显著(P<0.05),d10、d50、d90表示累计粒度分布数。如表6所示,不同工段中d50与d90均呈下降趋势,均质过程受到的摩擦作用力使样品中的颗粒粒径减小,随着工段的变化,颗粒逐渐变小。研究表明粒径越小体系越稳定[31],这与扫描电镜的测定结果一致。
图8 不同加工工段对低脂核桃酱粒径分布的影响
Fig.8 Effects of different processing sections on texture characteristics of low-fat walnut sauce
表6 不同加工工段对低脂核桃酱粒径变化的影响
Table 6 Effect of different processing sections on particle size change of low-fat walnut sauce
样品组d10/μmd50/μmd90/μm调配0.42±0.00b55.28±1.92a364.13±9.51a烘烤0.56±0.01c45.77±1.83b255.97±6.13b均质0.66±0.01d27.72±0.84c107.55±3.47c灭菌0.39±0.00a22.87±0.43d92.94±2.68d
2.2.3 不同加工工段对低脂核桃酱红外光谱的影响
红外光谱中吸收峰的位点表示官能团的类型,吸收峰的高度表示官能团的数量。由图9可看出,吸收峰的位点相似,但吸收峰强度不同。吸收峰主要在1 028~1 750、2 852~3 300 cm-1附近波动。1 028~1 750 cm-1附近可能是含氮杂环、酰胺、酯类物质的化学键引起[32],主要是C
C、C
N、C—O或C—N伸缩振动、N—H、O—C—N弯曲振动。2 852~3 300 cm-1主要与N—H拉伸耦合氢键有关,氢键会促进疏水作用产生。不同加工工段样品的光谱峰形趋势基本一致,但光谱的位置和峰强度发生变化,说明其结构也发生了变化。这主要与蛋白质的内部结构有关,不同加工工段处理影响了蛋白质内部氢键的强度和酰胺单元间的相互作用模式,从而引起特定光谱变化[33]。
图9 不同加工工段对低脂核桃酱红外光谱的影响
Fig.9 Effect of different processing sections on infrared spectrum of low-fat walnut sauce.
2.2.4 不同加工工段对低脂核桃热力学特性的影响
DSC可研究蛋白质热诱导行为,通过DSC测定配体存在时蛋白质的热变性温度和展开焓的变化,是表征配体结合效应的最有效方法之一[34]。由图10可知,随着温度上升,不同加工工段的低脂核桃酱吸热量逐渐增多。其中,均质过程低脂核桃酱的吸热量增加,结构重组需要吸收额外热量以维持热力学平衡,导致蛋白质变性温度向高温偏移,同时吸热峰面积增加。研究表明,粒径会影响峰值温度,随着粒径的减小,热传导加速[35]。调配、烘烤与杀菌过程变化趋势相近,均因蛋白质和多糖的热变化出现吸热峰,其吸热强度小于均质阶段;其吸热过程多为单一组分主导,由此可知,均质阶段对热量的需求更高。
图10 不同加工工段对低脂核桃酱DSC的影响
Fig.10 Effect of different processing sections on DSC of low-fat walnut sauce
加工工段对低脂核桃酱的品质特性影响显著,其中烘烤和杀菌阶段产生的高温效应对低脂核桃酱的色泽、水分、脂肪和蛋白质等品质指标的影响尤为显著。烘烤处理可显著增加蛋白质含量(9.27 g/100 g)和膳食纤维含量(4.88 g/100 g);均质处理可有效改善酱体的稳定性;杀菌处理降低了低脂核桃酱的色泽,增加了硬度、弹性和咀嚼性。不同加工工段低脂核桃酱的流变特性一致,均呈非牛顿流体的假塑性行为特征,储能模量(G′)高于损耗模量(G″),表明酱体呈类固体弹性行为。采用GC-IMS从不同加工工段低脂核桃酱中共鉴定出39种挥发性化合物,其中醛类物质为主要挥发性化合物;烘烤阶段低脂核桃酱生成的醛类(如糠醛、3-甲基丁醛)和吡嗪类挥发性化合物,贡献了坚果香与焦糖风味;而杀菌后的样品产生的异味物质(如2-乙基丁酸)积累,导致总体可接受性下降15.6%;进一步通过挥发性物质正交偏最小二乘模型(VIP>1)筛选出16种关键差异化合物,其中(E)-2-庚烯醛和己醛为“青香型”风味的主要贡献,明确了低脂核桃酱呈“青香”风味。通过微观结构分析进一步表征了低脂核桃酱颗粒以球形为主;不同加工工段样品光谱峰形趋势基本一致,但光谱的位置和峰强度发生变化,说明其结构也发生了变化;不同加工工段的低脂核桃酱随着温度上升,其吸热量逐渐增多。研究确定了热杀菌阶段是影响低脂核桃酱品质特性变化的关键工段,为产品品质调控提供了一定的理论依据。后期可通过进一步研究不同杀菌方式对低脂核桃酱关键品质的影响,优选适宜的杀菌方式与条件来调控核桃酱品质,实现产品高效保质。
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