烤制甘薯香味的研究进展

杨金初，郝辉，马宇平，陈芝飞，张展，高明奇，董艳娟，赵志伟，于建春，聂聪

（河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州450000）

烤制甘薯香味的研究进展

杨金初，郝辉，马宇平*，陈芝飞，张展，高明奇，董艳娟，赵志伟，于建春，聂聪

（河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州450000）

烤制甘薯是我国历史悠久的休闲食品，其浓郁、诱人的香味深受大众喜爱。综述国内外关于烤制甘薯香味的研究进展，重点论述烤制甘薯香味的形成机制、关键挥发物、关键前体物，分析加热方式影响甘薯香味的原因，为指导甘薯制品加工提供一些理论参考。

甘薯；烤制；香味；美拉德反应；麦芽酚

烤制甘薯，又名烤地瓜，由于其香甜可口的味道和外焦内嫩的质地而成为我国著名的街头小吃。上世纪80年代以来，国外学者对烤制甘薯香味成分进行了大量研究［1-10］。而国内对甘薯的研究主要局限在甘薯淀粉加工［11-13］、天然产物提取［14-17］、保健食品开发［18-22］、新品种选育［23-25］等领域。由于国内对烤制甘薯香味成分及其形成机制认识不足，这在很大程度制约了甘薯加工业的发展。因此，系统总结烤制甘薯香味的形成机制、关键挥发物、关键前体物，深入分析加热方式影响甘薯香味的原因具有重大的理论和现实意义。

1烤制甘薯香味的形成机制

热诱导碳水化合物降解反应是熟制食品挥发物形成的常见途径［26-30］。由于甘薯的碳水化合物含量高，类似的化学反应也可能在加热期间发生。碳水化合物的热降解产物包括大量挥发性成分［31］，其中美拉德反应和焦糖化反应是最重要的两个途径［4］。1995年，Sun J-B等发现麦芽酚只在甘薯不溶性级分和热解甘薯中出现，不管有无麦芽糖，糖的热降解产物都不存在麦芽酚。这些结果表明，麦芽酚的形成取决于除糖之外的其他物质。由于烤制甘薯中鉴定的大量挥发物（如糠醛、麦芽酚、异麦芽酚）与氨基酸存在时，碳水化合物热降解的挥发物相同，故美拉德反应可能在烤制甘薯特征香味的合成过程中起着重要作用［5］。2000年，董志文通过比较生鲜甘薯和烤制甘薯的风味差异，推测烤制甘薯的主体香气是由美拉德反应产生的［32］。

2000年，Wang Y等采用GC、GC-MS、AEDA-GCO分析了烤制甘薯的香味提取物，认为烤制甘薯特征香味的产生涉及美拉德反应、焦糖化反应、Strecker降解、脂类和类胡萝卜素降解、糖苷萜类的热释放等［8］。2001年，Wang Y等采用GCO测定了烤制甘薯的挥发性提取物，结果表明一组美拉德反应/焦糖化反应产物具有最高的香气稀释因子，这说明美拉德反应和焦糖化反应对于烤制甘薯的香气起着重要作用［9］。2003年，Wang Y等将烤制甘薯风味活性化合物按来源分为美拉德反应/焦糖化反应产物、Strecker降解产物、类胡萝卜素降解产物、脂质衍生化合物、萜类化合物5类，并比较了Jewel、Centennial、GA90-10、GA90-16、GA90-56、GA90-167六个烤制甘薯品种香味活性化合物的差异，结果表明美拉德反应和焦糖化反应是多数的烤制甘薯品种的香味活性化合物主要来源［10］。

1994年，Sun J-B研究了加热温度和微波预处理对甘薯糖类和挥发物形成的影响，证明烤制甘薯大部分香味成分来源于2个基本步骤：麦芽糖的酶催化合成和一系列热降解反应。任何一步受到抑制，甘薯香味化合物将会出现巨大的定性、定量差异［4］。在加热温度较低（如85℃）时，不会产生典型的烤制甘薯香气，Sun J-B认为热反应可能是合成特征香味物质必不可少的步骤［5］。由于麦芽糖是烤制甘薯香气合成过程中的一种关键底物［4］，Sun J-B断定：烤制甘薯特征香气的合成还涉及酶促反应［5］。通过α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用，甘薯淀粉先后被水解为麦芽糖和还原性单糖。在蛋白质和/或氨基酸提供了氮源的条件下，单糖发生美拉德反应，产生大量挥发性化合物。

综上所述，烤制甘薯特征香味的形成涉及酶促反应和热反应，包括美拉德反应、焦糖化反应、Strecker降解、脂类和类胡萝卜素降解、糖苷萜类的热释放等，主要为美拉德反应和焦糖化反应，并以美拉德反应作用最为显著。

2烤制甘薯香味成分的分析

2.1烤制甘薯香味成分的种类

上世纪80年代以来，烤制甘薯香味成分分析已经成为食品科学、园艺学领域的研究热点之一，大量的挥发性化合物从烤制甘薯中鉴定出［1-7］。

1985年，Tiu C S等采用GC-HS从烤制甘薯中发现了27种挥发性化合物，嗅觉分析表明其中2，3-戊二酮、2-乙酰呋喃、甲基糠醛、芳樟醇等5种挥发物对香味有利，正己烷、糠醛、三甲基苯、2-戊基呋喃等8种挥发物对香味不利［7］。1993年，Sun J-B等采用GCMS从烤制甘薯中鉴定了23种挥发性化合物，其中含量较大的有2-糠醛、2-糠醇、苯甲醛、甲基糠醛、苯乙醛、5-羟基麦芽酚等［3］。1995年，Sun J-B等采用GC-MS分析了三种甘薯级分（不溶性级分、极性级分、非极性级分）和正常甘薯组织的挥发性热分解产物。研究表明，不溶性级分与热解甘薯中鉴定出的挥发性热分解产物在定性上是类似的，但不溶性级分不含苯乙醛；极性级分的热降解产生丙酮醇、糠醛、糠醇和5-羟甲基-2-糠醛（HMF），属于典型的糖衍生挥发物；非极性级分中鉴定的挥发物包括丙酮醇、糠醛、甲基糠醛、糠醇和β-紫罗兰酮等［5］。2000年，Wang Y等采用GCFID在烤制甘薯香味提取物中发现了大约60种挥发性化合物，并鉴定出了48种，包括杂环化合物、醛类、醇类、酮类、酸类、芳香烃和萜类化合物，其中24种化合物鲜见在烤制或新鲜甘薯中报道［8］。2000年，董志文对烤制甘薯的香气进行分析，认为其主体香气是美拉德反应物，其主要成分为糠醛、呋喃酮、二甲基四氢呋喃、甲基环戊烯醇酮、2-乙酰基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、甲硫代丙醛、4-甲基-5-羟基噻唑等［32］。2013年，Nakamura A等采用GC-MS从Ayamurasaki、Beniazuma和Simon 1三个甘薯品种的精油中鉴定出了75种挥发性化合物，三个甘薯品种分别各占91.6%、84.1%和87.7%。其中Ayamurasaki甘薯精油的主要成分是棕榈酸、苯乙醛、愈创木酚、乙烯基愈创木酚等。研究还鉴定出了18种香气活性化合物，包括苯乙醛（花香）、麦芽酚（甜香）和甲硫基丙醛（土豆味）［33］。

2.2烤制甘薯香味的关键挥发物

为了鉴定烤制甘薯的关键风味挥发物，Sun J-B等采用GC-MS分析了甘薯块根级分的热降解产物［5］。在加热（200℃）过程中，甘薯块根中不溶于甲醇和二氯甲烷的组分产生了与传统烤制甘薯类似的挥发性物质，其主要成分包括淀粉、纤维素、半纤维素、蛋白质、大分子化合物以及其他不溶性物质。非极性的二氯甲烷级分和极性的甲醇级分热降解产生的挥发物与传统烤制甘薯挥发物的色谱图不同。因此，关键挥发物形成的最初反应可能在不溶于甲醇和二氯甲烷的成分中发生，这一级分中的物质可能是烤制甘薯香味前体物质的主要来源［3，5］。

Tiu C S等通过对烤制甘薯挥发性化合物进行GCO感官评价，发现2种未知化合物具有甘薯的特征香味［7］。1995年，Sun J-B等使用制备气相色谱仪对传统烤制甘薯中收集的挥发物进行分级，并对各级分进行嗅觉分析。实验表明，级分C和级分E被描述为与烤制甘薯香气“相似”或“非常相似”。级分D与级分E相比仅缺少麦芽酚，却没有出现烤制甘薯香气，80%的专家描述为与烤制甘薯香气“不同”。两个包含麦芽酚的级分（级分C和级分E）被认为更类似于烤制甘薯香气［5］。因此，麦芽酚可能是特征香气的关键组分。2000年，Wang Y等通过实验发现，在所有挥发性化合物中，麦芽酚、苯乙醛、香叶酸甲酯的风味稀释因子最大［8］，这进一步验证了麦芽酚的重要性。

然而，目前在烤制甘薯鉴定出的大量挥发性化合物中，却没有发现一种可代表其特征香味关键成分的挥发物［1-3，6-7］。1995年，Sun J-B等发现麦芽酚的气味与烤制甘薯并不完全一致，并断定特征香气是由两种或更多的挥发物组成，其中麦芽酚只是关键组分之一［5］。2000年，Wang Y等通过香味提取物稀释分析实验发现，苯乙醛（香水味）、麦芽酚（焦糖味）和香叶酸甲酯（糖果味）的风味稀释因子最大（1500），2-乙酰基呋喃（烤马铃薯味）、2-戊基呋喃（花香）、2-乙酰基吡咯（焦甜香）、香叶醇（甜花香）、β-紫罗兰酮（紫罗兰香）的风味稀释因子为1 000。这些香味剂被认为对烤制甘薯香味的贡献最大。另外，1，2，4-三甲苯、2-呋喃它酮、苯甲醛、甲基糠醛、芳樟醇、异胡薄荷酮、癸醛、2，4-癸二烯醛、辛酮、α-古巴烯、4-癸内酯以及一种未知化合物也对烤制甘薯香味有贡献。然而，GCO测得的37种香味物质都没有烤制甘薯香味，并推测所有挥发性成分对烤制甘薯香味都有贡献，其香味可能是不同类型化合物的微妙平衡［8］。

2.3烤制甘薯香味的关键前体物

1994年，Sun J-B等发现微波预处理（2 min或4 min）使甘薯产生的麦芽糖和挥发性香气成分大幅度降低。在80℃条件下，微波预处理大约抑制80%麦芽糖的合成。向微波预处理甘薯中添加麦芽糖继续烤制，除了苯乙醛，绝大多数挥发性化合物恢复。此外，与空白组相比，微波预处理甘薯的糠醛、2-乙酰基呋喃、5-甲基-2-糠醛、呋喃它酮、麦芽酚等含量大幅增加，故可断定：麦芽糖是烤制甘薯中很多挥发性化合物的主要前体物［4］。

在此基础上，Sun J-B等还研究了加热温度对烤制甘薯糖含量的影响，结果表明甘薯本身麦芽糖含量很少，当温度升高到50℃，麦芽糖含量快速升高，在80℃达到最大值，继续升温则麦芽糖含量降低。烘烤温度对果糖、葡萄糖、蔗糖几乎没有影响，而对麦芽糖影响较大。因此，麦芽糖是烤甘薯香味合成的关键前体物质，其他糖类浓度在反应过程中几乎不变，不是反应的关键成分［4］。

由此可见，烤制甘薯中存在大量的挥发性化合物，其特征香气是由两种或更多的挥发物组成，其中麦芽酚只是关键组分之一。麦芽糖是烤制甘薯香味合成的关键前体物质，而甘薯中不溶于甲醇和二氯甲烷的组分可能是烤制甘薯香味前体物质的主要来源。

3加热方式对甘薯香味的影响

熟制甘薯挥发物有两个主要来源：（1）加热时随着温度升高，甘薯中现存化合物的挥发性增大；（2）加热过程中，化学反应产生从头合成产物［34］。加热方式可影响热穿透模式、升温方式和样品的周围环境，这些都将影响新物质的合成与现存成分释放或降解速度［9］。因而，加热方式对熟制甘薯香味有着重大影响。烤制甘薯的表现为焦糖味、煮糖味和甜味；煮制甘薯的香气浓度比烤制甘薯低，香味不明显；微波甘薯只含有非常微弱的糖果香，缺少烤制甘薯的焦糖香［9］。

3.1不同加热方式甘薯香味成分的差异

2001年，Wang Y等通过GC、GC-MS和GCO测定了烤制、煮制和微波处理甘薯的挥发性提取物。结果表明不同加热方法之间挥发物化学特性存在明显的定性和定量差异，烤制、煮制和微波甘薯的风味在感官和化学层面均有较大差异。GCO证明烤制甘薯样品中存在37种风味活性化合物，煮制和微波甘薯提取物中分别只有20和32种。在三种加热方式处理的甘薯中，风味稀释因子≥100的挥发性化合物，烤制甘薯中有21种，煮制甘薯含有12种，微波甘薯含有14种。烤制、煮制和微波甘薯香气活性化合物的总浓度分别为26.87、14.58、1.73 μg/kg。与传统烤制甘薯相比，煮制甘薯和微波甘薯分别只获得了54.26%和6.43%香味活性化合物［9］。正因为烤制甘薯中包含全部被鉴定出的香气活性化合物，并且浓度比煮制和微波甘薯高，所以烤制甘薯比煮制和微波甘薯香味更为浓郁。

3.2不同加热方式甘薯香味不同的原因

煮制甘薯香味淡薄的主要原因有（1）低温抑制美拉德反应，Sun J-B等发现低温加热（如85℃）不能产生典型的甘薯烘烤香气［4］；（2）水溶性物质的浸出，靠近甘薯表面的极性化合物进入水相流失，导致煮制甘薯的挥发性化合物含量降低；（3）热水快速灭酶，由于水的导热性强，沸水易使涉及香味前体物（如麦芽糖）合成和键合态香气物质释放（如从糖苷释放）的关键酶快速灭活；（4）缺少萜烯类香味化合物，一系列对烤制和微波甘薯香气贡献巨大的萜烯类化合物（如芳樟醇、香叶醇、α-古巴烯）不在煮制甘薯中出现。因此，煮制甘薯呈现的香气浓度比烤制甘薯低，香味不明显［9］。

微波甘薯香气强度极低，为了获得和烤制甘薯相同量级的气相色谱图，微波甘薯需要5倍样品量［4］。其根本原因是其传热机制不同，烤制甘薯热量迁移主要是通过传导和对流实现的，微波甘薯热量迁移主要通过电波渗透引起的分子振动完成的，前者将在甘薯内外形成温度梯度，后者几乎整体同时升温［9，35］。直接原因包括（1）表面温度低、加热时间短、表面Aw高（水蒸气向表面迁移所致）使得美拉德反应速度大大降低；（2）低温等温和处理条件不利于焦糖化反应进行，焦糖化反应比美拉德反应要求的条件更严格，在微波条件下基本不可能发生。（3）快速升温使得淀粉酶系统灭活，麦芽糖是烤制甘薯的许多挥发性化合物的一种主要前体物质，微波处理的快速加热钝化了对淀粉水解和麦芽糖产生必不可少的淀粉酶系统，阻碍了麦芽糖的产生［4，9］。

烤制甘薯香味浓郁的的原因是：美拉德反应的理想条件是温度大于100℃，水分活度（Aw）0.60～0.80，而烤制食品的表面正好具备这样的条件。用于烤制甘薯的高温（如204℃）以及烤箱内的低湿度导致蛋白质变性、淀粉糊化、焦糖化反应和其他有利反应的进行［9］。1989年，Damir A.研究了加热过程中烤制和煮制甘薯温度和糖含量变化，实验表明：加热初期的甘薯内部升温增强了淀粉酶活力，促使大量淀粉水解为还原糖。煮制和烤制甘薯传热方式不同，其中心温度达到淀粉酶（主要为β-淀粉酶）的最适温度分别需要10 min和30 min，由于烤制甘薯升温速度慢，淀粉酶作用时间长，产生更多的还原糖用于香味物质的合成［36］。

烤全薯比烤薯块（丝）更香的原因是：将整块甘薯置于烘箱中，整个烤制过程热量不是迅速传递至细胞各部位，而是从外层向内逐层传递，有利于淀粉酶发挥作用，从而使烤制后的甘薯糖化程度高，甜度大，香味更好［37-38］。而薯块（丝）升温速度快，淀粉酶作用时间短，生成的麦芽糖含量低，不利于香味成分的产生［2，4］。

4结语

烤制甘薯香气飘逸、香甜可口，是一种理想的香精香料来源，其香气特征对于焙烤食品、烟草制品均有一定的适用性。然而，长期以来国内一直忽视了对这一领域的研究。基于对烤制甘薯香味的不断研究，本课题组已成功开发了3种适用于卷烟调香的甘薯提取液和甘薯香精［39-41］，通过在卷烟加料或加香工序均匀喷洒到烟丝上，能够凸显卷烟“烤甜”香韵，改善其吸食品质和感官舒适度。这一探索对于提高甘薯经济附加值、拓展甘薯应用范围，进而促进我国甘薯加工产业的发展壮大具有重要意义。

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Review of the Aroma of Baked Sweetpotatoes

YANG Jin-chu，HAO Hui，MA Yu-ping*，CHEN Zhi-fei，ZHANG Zhan，GAO Ming-qi，DONG Yan-juan，ZHAO Zhi-wei，YU Jian-chun，NIE Cong
（Technology Center，China Tobacco Henan Industrial Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，Henan，China）

Baked Sweetpotatoes are a snack food with a long history in China.Its rich and attractive flavor is greatly popular with large customers.The article summarized the domestic and abroad research progresses on the aroma of baked sweetpotatoes.And it mainly introduced formation mechanism，critical volatiles and its precursors of the aroma of baked sweetpotatoes，as well as analyzed the reasons of cooking method affecting the aroma of sweetpotatoes.This article aims to provide some theoretical reference to guide the sweetpotato products processing.

sweetpotato；baked；aroma；Maillard reaction；maltol

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.036

2014-08-10

杨金初（1987—），男（汉），工程师，硕士，主要从事卷烟调香和卷烟配方研究。

马宇平（1965—），男，研究员。