热处理方法对燕麦饮料品质的影响

刘通通，罗 洁，张 晖，王 立，钱海峰，齐希光

(江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

热处理方法对燕麦饮料品质的影响

刘通通，罗 洁，张 晖*，王 立，钱海峰，齐希光

(江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

采用炒制、常压蒸制和高压蒸制三种方法对燕麦进行热处理后制备燕麦饮料,研究热处理方法对燕麦表面微观结构的影响,并比较相应燕麦饮料的可溶性固形物含量、蛋白含量、多肽分子量分布、粒径、色泽、风味物质组成和感官品质。与炒制和常压蒸制相比,高压蒸制对燕麦微观结构的影响最大,能显著降低燕麦饮料的平均粒径(p<0.05),其大分子量肽所占比例最小,同时显著增加饮料可溶性固形物含量和蛋白含量(p<0.05)。与常压蒸制相比,炒制能显著增加燕麦饮料中可溶性固形物含量和蛋白含量(p<0.05),另外,其燕麦饮料中大分子量的肽所占比例更大。炒制与高压蒸制饮料风味物质更为丰富。炒制燕麦饮料色泽偏暗黄,而两种蒸制燕麦饮料色泽明显偏乳白色,其感官品质显著优于炒制制备的燕麦饮料(p<0.05)。

燕麦,热处理,炒制,蒸制,品质

燕麦是谷类食品中最好的全价营养食品之一,是目前唯一经美国食品和药品管理局(FDA)确认,可以在包装上注明有保健功能的谷物[1]。燕麦蛋白在促进人体生长发育和提高免疫力上优于一般的谷物蛋白[2-3]。燕麦脂肪中亚油酸含量为38.1%～51.0%,亚油酸对降血脂、清除自由基起着重要作用[4]。燕麦中丰富的β-葡聚糖[5],具有降低胆固醇、预防糖尿病等功效。

我国《饮料通则》规定,谷物饮料是指以谷物为原料经调配制成的饮料。谷物饮料可以满足当前人们快节奏生活的营养补给需求[6],如今,谷物饮料产业已被列入饮料行业的振兴规划纲要中,是国家鼓励发展的产业。在谷物饮料的制作中,为获得更好的感官品质,需对原料进行热处理,炒制与蒸制是最常用的两种方法,然而,关于不同热处理方法对饮料品质的影响尚少有系统的研究,且关于蒸制的讨论多集中在常压蒸制。本文对高压蒸制进行了尝试,并将其与炒制、常压蒸制对燕麦及所得饮料的影响进行比较分析,以期为谷物饮料研发者提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

燕麦、米糠油、蔗糖 市售;中温α-淀粉酶(80000 U/mL)、中性蛋白酶(45000 U/mL) 诺维信生物技术有限公司;所用试剂均为分析纯 国药集团化学试剂有限公司。

DHG-9055A型电热鼓风干燥箱 上海市实验仪器总厂;Quanta-200扫描电子显微镜 荷兰FEI公司;AL 104型电子天平 梅特勒-托利多(上海)公司;DFY-500型粉碎机 上海分析仪器三厂;JMS-30CX型胶体磨 廊坊市廊通机械有限公司;KDN-2C型定氮仪 上海昕瑞仪器仪表有限公司;H1650型离心机 长沙湘仪离心机有限公司;YXQ-LS-SⅡ型全自动立式电热压力蒸汽灭菌器 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;NS1001 L2K型高压均质机 意大利尼鲁索尔维公司;UltraScan Pro1166色差仪 日本柯尼卡/美能达;Zetasizer nano ZS型纳米粒度及ZETA电位仪 英国马尔文公司;PT-20C-R型超高温杀菌机 日本Powerpoint Interuational公司;2WAJ型阿贝折光仪 上海光学五厂;TSQ Quantum XLS型气质联用仪 美国Thermo fisher公司。

表1 感官评定标准

1.2 实验方法

1.2.1 燕麦热处理 首先将燕麦中的杂质弃去,过筛去粉尘。炒制燕麦:120 ℃炒制10 min;常压蒸制燕麦:燕麦置于普通蒸锅中隔水蒸30 min;高压蒸制燕麦:燕麦置于高压锅中隔水蒸30 min,温度为120 ℃。

1.2.2 燕麦微观结构分析 将不同方法处理后的燕麦用双面胶固定于铝钵上,并在样品表面喷洒镀金,然后置于扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)下记录样品微观结构。

1.2.3 饮料制备 依据谷物饮料的一般制备工艺[1],采用如下工艺进行饮料制备。燕麦经热处理后,加水(料水质量比为1∶10),胶体磨处理30 min(此时pH为6.7),然后加入中性蛋白酶(90 U/g)及中温淀粉酶(40 U/g),在50 ℃下酶解140 min,离心(4000 r/min、15 min)取上清液,加入3.0%的蔗糖及0.3%的米糠油,均质两次(预热温度为80 ℃、第一段均质压力为40 MPa、第二段均质压力为20 MPa),最后选择UHT杀菌灌装,杀菌条件为135 ℃下5 s。

1.2.4 饮料可溶性固形物含量的测定 采用GB/T 12143-2008的方法测定饮料的可溶性固形物含量。

1.2.5 饮料蛋白含量的测定 采用GB 5009.5-2010的方法对饮料的蛋白含量进行测定。

1.2.6 饮料多肽分子量分布的测定 采用高效凝胶过滤色谱法,见QB/T 2653-2004。色谱条件为:TSKgel G2000SWXL型色谱柱;柱温为30℃;流动相为乙腈/水/三氟乙酸(10∶90∶0.1);流速为0.5 mL/min;进样量为10 μL;检测波长为UV 220 nm。

1.2.7 粒径及粒径分布分析 体系的平均粒径大小和粒径分布均能在一定程度上反映体系的稳定性。平均粒径和粒径分布宽度指数PDI的测定采用纳米粒度仪及Zeta电位仪来测定[7-8]。参数设定为:温度25 ℃、粘度0.8872 mPa·s、折光指数1.33,每个样品测定3次。

1.2.8 色泽的测定 采用高精度分光测色仪对燕麦饮料的色值进行测定,用标准白板进行校正。L*值表示亮度,数值越大样品越白;a*值表示红-绿,+a*表示红色,-a*表示绿色;b*值表示黄-蓝,数值越大则样品越黄。

1.2.9 风味物质的测定 HS-SPME:取10 mL样品加到样品瓶中,于60 ℃下平衡30 min,采用老化后的75 μm CAR/PDMS萃取头进行挥发性物质萃取,萃取时间为30 min。采样完毕后,立即将萃取头插入气相色谱仪解析待测组分,并进行质谱分析。

GC-MS采用的毛细管柱为DB-WAB,柱程序升温设置为起始温度为4 ℃、恒温4 min、以4 ℃/min的速度升温到50 ℃,然后以6 ℃/min的速度升温到120 ℃,接着以10 ℃/min的速度升温到230 ℃,最后于230 ℃恒温7 min,载气为氦气,流速0.8 mL/min。

质谱条件:电子轰击能量50 eV;离子源温度220℃;扫描间隔0.134 s;传输线温度220℃;质量扫描范围33～500 u。

色谱数据通过Xcalibur软件进行处理,图谱经分析,将每个峰与Willey谱库及NIST谱库相匹配检索,匹配度大于900的作为最终的鉴定结果[9-10]。

1.2.10 燕麦蛋白饮料感官评定 选择10名优秀饮料感官评价员组成感官评定小组。感官评价员在常温下对饮料进行品评。由10位感官评价员对饮料的外观、香味和口感三个方面的重要性进行排序,由大到小依次取值为3、2、1,三个方面各自的总分之比即为其权重之比,且权重之和为1,最终确定外观、香味及口感的权重分别为0.35、0.20、0.45,评价标准见表1,饮料的总分为100,计算公式如式(1)。各饮料的最终感官得分为评价员对其打分的平均值[11-12]。

Y=0.35A+0.20B+0.45C

式(1)

其中,Y为总分,A为外观得分,B为香味得分,C为口感得分。

1.2.11 数据分析 采用SPSS V13.0和Origin pro V8.0对数据进行基本处理和作图。

2 结果与分析

2.1 热处理方法对燕麦表面微观结构的影响

扫描电子显微镜(SEM)是最常用的表面微观结构分析手段。通过SEM观测燕麦经过不同热处理后的表面微观结构,实验结果如图1所示。由图1可以看出,未经热处理的燕麦蛋白质膜完整,淀粉颗粒由蛋白质基质包被着;常压蒸制的燕麦则蛋白质膜受到一定程度的破坏,部分淀粉颗粒裸露出来;炒制燕麦的淀粉颗粒的分散程度有所增加,蛋白质基质变模糊,但是蛋白质膜的完整性受破坏程度不大;高压蒸制燕麦受损最严重,蛋白质膜受到严重破坏,很多淀粉颗粒裸露出来。可见不同热处理对燕麦的影响是不同的。这可能是因为原本淀粉颗粒由蛋白质基质包被着,淀粉颗粒大小不一,形状各异[13],燕麦经热处理后,淀粉糊化的程度,表面变粘连的程度,以及淀粉颗粒分散的程度各不相同。可以看出,与炒制燕麦相比,常压蒸制和高压蒸制对蛋白质膜的破坏性更大。在蒸制过程中,水分受热渗入到燕麦中,水分的渗入消弱了原本淀粉与蛋白质间的关系[14],从而导致蒸制燕麦的蛋白质膜的破坏更大。

图1 热处理方法对燕麦表面SEM微观结构的影响Fig.1 Effect of heat treatment methods on the surface SEM microstructures of oat

2.2 热处理方法对饮料中可溶性固形物含量的影响

图2所示为不同热处理方法对燕麦饮料中可溶性固形物含量的影响。炒制和高压蒸制燕麦饮料中可溶性固形物含量都显著高于常压蒸制燕麦饮料(p<0.05),尤其高压蒸制能大大增加饮料中可溶性固形物含量,分析原因可能是炒制和高压蒸制处理温度更高,燕麦经炒制或者高压蒸制后对淀粉酶更敏感,更有利于淀粉酶的酶解,从而水解产生更多的可溶性固形物。Mwangwela等[15]对豇豆进行热处理的研究发现类似情况,经处理后豇豆的理化性质发生改变,其对淀粉酶的敏感度有所增加。而宁更哲[16]对燕麦炒制进行研究,发现适当的炒制可增加燕麦的出粉率,这可能也一定程度上有利于淀粉酶的酶解。

图2 热处理方法对燕麦饮料中可溶性固形物含量的影响Fig.2 Effect of heat treatment methods on soluble solid content in oat beverage

2.3 热处理方法对饮料中蛋白含量的影响

图3所示为不同热处理方法对燕麦饮料中蛋白质含量的影响。从图中可以看出炒制和高压蒸制都能显著增加饮料中蛋白质的含量(p<0.05),这可能是因为高温热处理可以导致燕麦蛋白的变性,蛋白质的热变性会对其特性造成一定的影响,突出表现为其对蛋白酶的敏感性提高,有利于后续蛋白酶降解,从而提高了饮料中的蛋白质含量。燕麦蛋白的变性温度较高,为108.85 ℃,而实验中炒制和高压蒸制较常压蒸制而言温度更高,更有利于燕麦蛋白的变性。同时高压蒸制和常压蒸制属于水热处理,更利于对物料进行改性,可以更好的促进蛋白酶解。此外经水热处理后蛋白结合水的能力和溶解性等也会发生变化,适当的热变性有利于蛋白基团的展开,提高其溶解性。高压蒸制在蒸汽压的参与下,水相体系温度可达到100 ℃以上,在此条件处理下,食品原料会发生一些在常压下难以实现的转化。Vijayakumari等[17]对一些豆类进行水热处理,发现处理后的蛋白质消化率有所提高。Hua等[18]通过水热处理对大豆蛋白进行增溶,经水热处理后,蛋白质在pH7时的溶解度从14.3%提升至67.5%。Mohamed等[19]通过水热处理将谷朊粉中的蛋白质解聚,Zheng等[20]对溶解性较差的大豆蛋白进行水热处理,研究发现经处理后蛋白质的高级结构被严重破坏,但溶解性有明显提高,研究认为,水热处理对难溶蛋白可溶化的原因是可溶性聚集体的形成。以上研究结果表明,溶解性较差的蛋白可通过适当的水热处理进行增溶。蛋白质溶解性的提高一方面可以增加饮料中可溶性蛋白含量,一方面有利于蛋白酶的水解,从而产生更多的可溶性肽,最终提高饮料中蛋白质含量。

图3 热处理方法对燕麦饮料中蛋白含量的影响Fig.3 Effect of heat treatment methods on protein content in oat beverage

2.4 热处理方法对饮料中多肽分子量分布的影响

从表2中可以看出炒制燕麦饮料中大分子量的肽所占比例更多,而高压蒸制饮料中大分子量肽所占比例最少。这可能是因为热处理方法的不同,对燕麦蛋白性质的影响也不同。炒制对燕麦蛋白的影响主要是高温使其变性,适当的变性可能提高了其消化性,以及促进蛋白酶的酶解,其对蛋白质膜的破坏性较弱。常压蒸制和高压蒸制都属于水热处理,水热处理对蛋白质膜的破坏性较大,其中高压蒸制更明显。

表2 热处理方法对燕麦饮料中多肽分子量的影响

水热处理可以对不溶性蛋白进行增溶[21],同时还可增加蛋白的消化性[22],促进蛋白和多肽的酶解。高压蒸制同时具备了炒制和常压蒸制的特点,其高温(120 ℃)使蛋白适当变性,同时水热处理促进蛋白的溶出,所以这种方式处理后的燕麦蛋白能被更充分的水解,在多肽分子量分布上表现为小分子量多肽所占比例更大。

2.5 热处理方法对饮料粒径的影响

从图4可以看出热处理方法对燕麦饮料粒径的影响,高压蒸制燕麦饮料的平均粒径为269.0 nm,PDI为0.3,显著低于炒制饮料和常压蒸制饮料(p<0.05)。这说明高压蒸制燕麦饮料的平均粒径最小,同时其粒径分布最均匀。通过2.3和2.4的分析,这可能是因为高压蒸制处理更有利于提高燕麦淀粉和蛋白的消化性[23],燕麦蛋白性质的变化促进了蛋白酶的作用效果,在燕麦饮料的制作工艺中加入了蛋白酶对燕麦蛋白进行水解,将燕麦蛋白大分子水解为多肽小分子,从而提高了饮料中蛋白含量以及降低了饮料的平均粒径。平均粒径越小,粒径分布越均匀,饮料体系也就越稳定,这也说明适当的高温高压处理燕麦有助于提高燕麦饮料的稳定性。

图4 热处理方法对燕麦饮料粒径的影响Fig.4 Effect of heat treatment methods on particle-size of oat beverage

2.6 热处理方法对饮料色泽的影响

图5所示为热处理方法对燕麦饮料色泽的影响,从图a中可以直观的看出两种蒸制燕麦所制取饮料的色泽明显偏乳白色,而炒制燕麦饮料色泽偏暗黄。从L*值上看出,常压蒸制燕麦饮料的L*最高,高压蒸制燕麦饮料次之,而炒制燕麦饮料的L*最小,L*代表饮料的亮度,L*越大,饮料越接近乳白色。从a*值和b*值上可以看出,炒制燕麦饮料的a*值和b*值都最大,a*越大饮料越偏红色,b*越大饮料越偏黄色,这在直观上的反映是炒制燕麦呈暗黄色,这可能是因为炒制过程中容易局部过热出现焦糖化反应[24],使得整个饮料体系的色泽品质急剧下降;常压蒸制燕麦饮料及高压蒸制饮料颜色偏亮偏白,与牛奶性状类似,色泽较受欢迎。

图5 热处理方法对燕麦饮料色泽的影响Fig.5 Effect of heat treatment methods on the colour of oat beverage

2.7 热处理方法对燕麦饮料风味的影响

三种热处理方法制备的燕麦饮料风味物质相对含量比较见表3,三种燕麦饮料都含有较多的醛类和醇类物质,两种蒸制燕麦饮料的酮类物质含量高于炒制燕麦饮料。燕麦经热处理后能降低产品的苦涩味,热处理过程中主要可能发生的反应是美拉德反应、焦糖化反应以及脂肪的降解反应,热处理后产品的香味物质与这些反应有很大关系[25]。表中风味物质分为六类:醛类、醇类、酮类、酯类、烯类以及杂环类。由表3可以看出,三种热处理方法制取的饮料都产生了一些风味物质,但种类与含量有所不同。对于炒制燕麦饮料,其相对含量为醛类为20.110%、醇类13.728%、酮类1.897%、酯类1.553%、烯类1.435%、杂环类1.693%;对于常压蒸制燕麦饮料,其相对含量为醛类为17.357%、醇类7.847%、酮类7.105%、酯类0.179%、烯类1.584%、杂环类未检出;对于高压蒸制燕麦饮料,其相对含量为醛类为36.427%、醇类7.009%、酮类5.161%、酯类1.749%、烯类1.320%、杂环类0.597%。

表3 三种热处理方法制取燕麦饮料中挥发性风味物质

续表

注:表中共列醛类化合物共15种,醇类化合物共13种,酮类化合物共10种,酯类化合物共6种,烯类化合物共6种,杂环类化合物共3种;-表示未检测到。

可以看出,三种热处理方法制取的饮料其风味物质中醛类都比较高,其中高压蒸制饮料和炒制饮料高于常压蒸制饮料,醛类一般具有脂肪、清香和果香等气味,如表中含量较高的乙醛、呋喃甲醛和壬醛都可应用于香料中,其对饮料风味的贡献不能忽略。在常压蒸制饮料和高压蒸制饮料中检测出较高的酮类物质,酮类物质一般有奶油香味和果蔬香味。炒制饮料和高压蒸制饮料中检测到部分酯类,其相对含量明显高于常压蒸制饮料,酯类一般呈现出愉快的气味,可作为食用香料用于饮料中。炒制饮料和高压蒸制饮料中还检测到一些杂环类物质,如呋喃和吡嗪,这些杂环类物质的阈值很低,可能对燕麦乳饮料的风味贡献很大。结合各种风味物质分析,炒制燕麦饮料和高压蒸制燕麦饮料的风味物质更为丰富,其相对含量也更高,这可能是因为炒制和高压蒸制这两种热处理方法的温度更高,高温促进了美拉德反应及脂肪的降解等。在高温下蛋白类物质发生降解和变性,淀粉也发生了一定程度的降解[23],形成了非酶褐变的前体,这有利于美拉德反应,从而形成了更多的风味物质[26]。

2.8 热处理方法对燕麦饮料感官评分的影响

如图6所示,炒制、常压蒸制和高压蒸制燕麦饮料的感官评分分别为77、82、82分。炒制燕麦饮料的感官评分显著低于常压蒸制和高压蒸制燕麦饮料(p<0.05)。炒制燕麦饮料的色泽较深[24],从而影响了感官评分。这可能是因为炒制过程易导致燕麦局部过热,产生了过多的美拉德产物,甚至出现了焦糖化反应。常压蒸制和高压蒸制制取的饮料感官评分差别不大,分值较高,从色泽上看常压蒸制燕麦饮料更接近乳白色,而高压蒸制燕麦饮料风味更优。

图6 热处理方法对燕麦饮料感官评分的影响Fig.6 Effect of heat treatment methods on sensory evaluation of oat beverage

3 结论

热处理可以破坏燕麦的微观结构,其中,高压蒸制的破坏程度最大,其次是常压蒸制,炒制破坏程度最小,相对于传统的炒制与常压蒸制工艺,高压蒸制可以获得品质更好的燕麦饮料。得出最佳热处理方法为高压蒸制。高压蒸制获得的燕麦饮料蛋白质含量为0.91%,可溶性固形物含量为8.75%,平均粒径为269 nm,PDI为0.3,色泽乳白,感官评分较高。

通过本文的分析,高压蒸制能够获得最好品质饮料的原因是其同时具有炒制和常压蒸制的优势,即一方面可以实现更高的处理温度,一方面具备水热处理的特点。从这个角度分析,本文选用的三种处理方式,分别代表了三种热处理类型,即单纯高温处理(如炒制、烘烤等),常压水热处理(蒸制、煮制等),以及两者的结合。因此高压蒸制可以作为一种处理模型,在作用机制方面具有很大的参考价值。有些目前早已实现工业化的处理方式,如挤压即属于此类处理方式,挤压技术处理成本低,便于连续化生产[27],长期以来主要用在膨化零食、谷物早餐等的生产中,此类技术或可在谷物饮料的生产中发挥重要作用[28]。

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Effect of heat treatment methods on the quality of oat beverage

LIU Tong-tong,LUO Jie,ZHANG Hui*,WANG Li,QIAN Hai-feng,QI Xi-guang

(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Oat beverages were prepared after the oats were heat treated by frying,normal steaming and high-pressure steaming respectively. The influences of heat treatments methods on the microstructure of oat surface were investigated,as well as the qualities of the corresponding oat beverages including soluble solid content,protein content,distribution of peptides molecular weight,particle-size,color,flovour compounds and sensory quality. Compared with frying and normal pressure steaming,high-pressure steaming had the greatest influence on the microstructure of oat and significantly reduced the average particle-size in the corresponding oat beverages(p<0.05),and the ratio of peptides with high molecular weight was the smallest. Meanwhile,high-pressure steaming significantly increased the soluble solid content and protein content in the corresponding oat beverages(p<0.05). Compared with normal pressure steaming,frying could significantly increased the soluble solid content and protein content in the corresponding oat beverages(p<0.05),and the ratio of peptides with high molecular weight was much bigger. Oat beverages prepared by frying and high-pressure steaming had more flavour compounds. The oat beverages prepared by frying were dark yellow,while the ones prepared by the two kinds of steaming were obviously milky white and had better sensory quality than the former(p<0.05).

oat;heat treatment;frying;steaming;quality

2015-01-28

刘通通(1990-),男,硕士研究生,从事谷物饮料科技方面的研究,E-mail:605906158@qq.com。

*通讯作者:张晖(1966-),女,博士,教授,从事谷物功能成分与健康食品的研究,E-mail:zhanghui@jiangnan.edu.cn。

国家十二五科技支撑计划项目(2012BAD34B08)。

TS274

A

1002-0306(2015)23-0089-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.010