芝麻品种对芝麻酱品质特性的影响

刘素慧,汪学德,*,魏其超,曹艳明

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001;2.河南驻马店顶志油脂有限公司,河南驻马店 463000)

芝麻是世界上最古老的优质油料作物之一[1],广泛种植在热带和亚热带地区[2],种皮颜色有白、黑、其他纯色和杂色[3],其中黑色和白色是典型的颜色[4]。黑、白芝麻在物理化学组分和生物活性上存在明显差异。黑芝麻为我国传统的滋补肝肾类中药,具有较大的药用价值,受到中医和养生学家的推崇,常作为药膳治疗一些疾病[5]。黑芝麻多用来加工成黑芝麻糊、黑芝麻乳等;与黑芝麻相比,白芝麻价格较低,常用来加工成芝麻香油、小磨麻油、芝麻酱等。

芝麻酱营养价值高,浓香醇厚,深受消费者的喜爱。目前,对白芝麻酱的研究较少且集中在改善芝麻酱稳定性[6-7]方面,对黑芝麻酱的研究鲜有报道,芝麻原料对芝麻酱品质影响方面的研究尚属空白。因此,本文选取黑白芝麻品种各两个,对其制备的芝麻酱品质进行分析研究,为进一步开发加工利用黑白芝麻提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验所用4个芝麻品种及来源如表1。

表1 芝麻品种Table 1 Sesame varieties

三氟化硼 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;乙醚、甲醇 分析纯,天津市天力化学试剂有限公司;三氯甲烷 分析纯,烟台双双化工有限公司等。

JM-L80胶体磨 温州市龙湾华威机械厂;高速离心机3-30K 德国Sigma公司;TA.XT Plus质构仪 英国SMS公司;全自动凯氏定氮仪 丹麦FOSS公司;SRJX-4-13高温箱式电阻炉 北京市永光明医疗仪器厂;Rheostress60哈克流变仪 德国Haake公司;ME204E分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;UV-1100型紫外可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 芝麻酱的制备工艺:芝麻→筛选→清洗→干燥→烘炒→扬烟冷却→碾磨→装罐→密封→贮藏。

操作要点:

筛选:肉眼挑除砂砾、金属等杂质,并用20目筛筛选去除瘪粒、浮土等。

干燥:用电热鼓风干燥箱在50 ℃条件下对清洗过的芝麻进行干燥,干燥时间为4～6 h,至水分含量为4%～5%。

烘炒:将干燥后的芝麻用炒籽机在150 ℃条件下炒籽40 min,至质地酥脆。

碾磨:胶体磨进行一次碾磨,碾磨后芝麻酱样品粒径在8～10 μm。

装罐:将500 g样品储存在500 mL黑盖无色透明玻璃瓶中,密封后贮藏。

贮藏:4 ℃冰箱中贮藏,备用。

1.2.2 芝麻酱基本成分测定 水分的测定[8]:参考GB 5009.3-2016食品中水分的测定;灰分的测定[9]:参考GB 5009.4-2016食品中灰分的测定;粗脂肪[10]:参考GB 5009.6-2016食品中脂肪的测定;粗蛋白[11]:参考GB 5009.5-2016食品中蛋白质的测定;粗纤维[12]:参考GB/T 5009.10-2003植物类食品中粗纤维的测定;总糖的测定采用苯酚-硫酸法[13];草酸含量的测定采用高锰酸钾滴定法[14]。

1.2.3 芝麻酱感官评价 选取10位主修食品科学与工程专业的学生、教师,均不抽烟,年龄18～40岁,其中女性6人,男性4人,在评分前进行为期3个小时的芝麻酱描述性的统一认定与培训。采用9分制,1代表低分,9代表高分。评分标准见表2[15]。

表2 芝麻酱感官评分标准Table 2 The scoring standards of sesame paste

1.2.4 芝麻酱质构分析 将50 g待测芝麻酱样品取出存放于50 mL烧杯中,室温下静置2 h。将P25探头用10.0 g的触发力下压到芝麻酱中,测其稠度、硬度、粘聚性、粘度。测前及测中速度均为1.00 mm/s,测后速度为10.00 mm/s,下压距离10.00 mm。

1.2.5 芝麻酱稳定性测定

1.2.5.1 芝麻酱离心乳析率测定 离心乳析率的测定[16]如下:取40 g芝麻酱放入50 mL离心管中,80 ℃水浴30 min,然后用流动的水冷却至室温,4000 r/min条件下离心10 min后,取出上清油,并用脱脂棉将管壁上残余的油除尽,得出上清油质量。计算公式如下:

ES(%)=A1/A×100

式中：ES-芝麻酱离心乳析率,%;A-样品的质量,g;A1-上清油的质量,g。

1.2.5.2 芝麻酱过氧化值的测定 过氧化值[17]的测定参考GB 5009.227-2016 食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定。

1.2.5.3 芝麻酱酸价的测定 酸价[18]的测定参考GB 5009.229-2016 食品安全国家标准 食品中酸价的测定。

1.2.6 芝麻酱流变学特性的测定 用哈克流变仪来研究芝麻酱样品的流变学特性。将待测样品50 g取出放于50 mL烧杯中,用玻璃棒搅拌均匀,在室温下放置2 h。测量前每个样品搅拌1 min,待仪器校准后取适量样品于平板上,平衡3 min后,下压转子至板间距离为1 mm,去除边缘多余的样品。流变仪的温度固定为25 ℃,剪切速率为0.01～100 s-1,以剪切速率为自变量,剪切应力和表观黏度为因变量作图分析。

1.3 数据处理

除流变学测定重复2次外,其他实验均平行测定3次。用 Microsoft Excel对数据进行整理,SPASS对数据进行显著性分析,Origin 8.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同品种芝麻酱理化指标分析

芝麻酱的基本组分和含量对芝麻酱品质有重要的影响。Akbulut M等[19]研究得出,在不同的食品体系,蛋白质和脂肪对食品的功能性起着重要作用。蛋白质影响食品体系的稳定性,可以提高食品的感官品质;脂肪含量影响食品的风味和质地,对食品的感官品质起着重要作用[20]。对4个品种芝麻酱的基本组分进行分析，结果如表3所示。黑芝麻酱粗蛋白含量为23.25%～23.95%,高于白芝麻酱粗蛋白含量20.21%～20.68%,由方差分析可得黑、白芝麻品种间有显著性差异(p<0.05)。白芝麻酱粗脂肪含量平均为56.33%,黑芝麻酱粗脂肪含量平均为49.92%,白芝麻酱粗脂肪含量明显高于黑芝麻酱。不同品种芝麻酱中的粗纤维含量有显著差异(p<0.05),其中含量最高的品种是B1,为4.83%,含量最低的品种是W2，为2.30%。白芝麻品种的灰分含量是4.68%,比黑芝麻品种低19%,黑白芝麻品种之间灰分含量差异显著(p<0.05)。草酸主要集中分布在芝麻皮中,味苦,推测是引起芝麻酱口感苦涩的原因之一[21]。方差分析可得,黑、白芝麻制备的芝麻酱,草酸含量差异显著(p<0.05),黑芝麻酱草酸含量高于白芝麻酱。四个品种芝麻酱的水分含量为0.41%～0.97%,这与Tolga K等[20]报道的芝麻酱水分含量(<1.0%)一致。

表3 不同品种芝麻酱基本成分分析Table 3 Basic component analysis of different varieties of sesame paste

2.2 不同品种芝麻酱感官品质分析

对芝麻酱的色泽、组织状态、涂抹性、香味、口感、组织状态6个方面进行评价,在口感特征方面具体考察了黑白芝麻酱在甜味、苦味、烘烤程度、粗糙度、氧化程度方面的差异。4个芝麻品种制备的芝麻酱在色泽、组织状态、口感特征等方面有不同程度的差异。从表4可以看出，4个品种中白芝麻酱(W1、W2)平均得分7.17,黑芝麻酱(B1、B2)平均得分6.29,因此4个品种中白芝麻酱的感官品质高于黑芝麻酱,这与王颖颖等[22]研究所得结果一致。具体来说,黑白芝麻酱在色泽、苦味、甜味三方面存在显著差异(p<0.05)。色泽方面,白芝麻酱(W1、W2)平均得分7.79,黑芝麻酱(B1、B2)平均得分6.46。黑芝麻酱(B1、B2)苦味明显,平均得分4.46显著低于白芝麻酱得分6.17(p<0.05)。这是由于黑芝麻酱草酸含量明显高于白芝麻酱,所以黑芝麻酱偏苦;传统芝麻酱几乎不含单糖和低聚糖[23],所以甜味较低,再加上黑芝麻酱苦味较重,使得甜味更不明显，另外，由于白芝麻酱色泽金黄,能引起食欲,加之市场上多以白芝麻酱居多,黑芝麻酱尚未被广为接受,所以在色泽方面,白芝麻酱感官评分高于黑芝麻酱，总体可接受性好。

表4 不同品种芝麻酱感官品质分析Table 4 Sensory quality analysis of different varieties of sesame paste

2.3 不同品种芝麻酱质构分析

质构分析可以客观评价食品的质构特性。稠度、硬度、粘聚性、粘度四方面的物理性质是评价芝麻酱质构特性的重要指标,可以进一步分析和评价芝麻酱的品质。质构分析结果见表5。不同品种芝麻所制备的芝麻酱在稠度、硬度、粘聚性、粘度上差异较大,其中,黑白芝麻品种在稠度、硬度两方面差异显著(p<0.05)。W1、W2、B1和B2在稠度、硬度、粘聚性、粘度大小均为W2

表5 不同品种芝麻酱质构分析Table 5 Textural analysis of different varieties of sesame paste

2.4 不同品种芝麻酱稳定性分析

2.4.1 不同品种芝麻酱离心乳析率测定结果 采用离心机对芝麻酱进行离心分离,加速油脂分离过程,进而分析不同品种芝麻酱的体系稳定性。离心乳析率与稳定性负相关。由图1可知,4个品种的离心乳析率变化范围在4.30%～6.90%。其中,白芝麻酱(W1、W2)离心乳析率高于黑芝麻酱(B1、B2),因此4个品种中黑芝麻酱的稳定性优于白芝麻酱。影响芝麻酱体系稳定性的因素有很多,芝麻原料组分是其中一个方面。宋国辉等[25]研究发现，粗脂肪含量对芝麻酱稳定性起负面影响;粗蛋白含量对芝麻酱稳定性起正面影响。Elleuch M等[26]在甜味芝麻酱中添加脱脂芝麻皮,利用纤维的持油性来提高甜味芝麻酱的稳定性。本实验中,B1和B2的精蛋白、粗纤维含量均高于W1和W2,而粗脂肪含量明显低于W1和W2(表3)。因此离心乳析率白芝麻酱(W1、W2)高于黑芝麻酱(B1、B2)。其中B2的离心乳析率最低,在相同储藏时间油脂分离程度最低。

图1 不同品种芝麻酱稳定性分析Fig.1 Stability analysis of different varieties of sesame paste

2.4.2 不同品种芝麻酱过氧化值测定结果 进行连续30 d的烘箱实验,测定样品过氧化值和酸价的变化,来表示4种芝麻酱的氧化稳定性,结果如图2、图3所示。从图2可以看出,芝麻酱的过氧化值与时间呈正相关。四个芝麻品种的初始过氧化值分别是W1 0.21 mmol·kg-1、W2 0.12 mmol·kg-1、B1 0.39 mmol·kg-1、B2 0.38 mmol·kg-1,W2品种初始过氧化值较低,说明该品种初始氧化稳定性较好;在0～20 d,随着氧化时间的延长,4个芝麻品种的过氧化值均呈现稳定而缓慢的增大趋势,差异不大;在20～30 d,B1、B2品种过氧化值增幅较大,W1、W2品种增幅较小;在第30 d,四个芝麻品种的过氧化值分别是1.01、0.88、2.55、1.82 mmol·kg-1,均未达到国标规定的一级芝麻油的过氧化值上限6.00 mmol·kg-1[27],这说明在加速氧化过程中油脂的氧化酸败尚未被加速。

图2 不同品种芝麻酱烘箱实验过氧化值的变化Fig.2 Changes in the peroxide values(PV)of different varieties of sesame paste during the Schaal oven test

2.4.3 不同品种芝麻酱酸价测定结果 图3所示,W1、W2、B1和B2的酸价随着时间的增加逐渐增加,变化幅度依次为W1>B1>B2>W2。W1、B1增幅最大,在第10 d酸价分别为W1 5.91 mg·g-1、B1 5.39 mg·g-1,已超过国标规定的一级芝麻香油的上限2 mg·g-1[27]。体系中水分的存在会加速油脂的酸败,而W1、W2、B1和B2样品中水分含量依次为0.97%、0.44%、0.63%和0.41%(表3)。因此推测是因为W1、B1品种初始水分含量较高,加速了油脂的水解酸败。对比烘箱实验酸价和过氧化值的变化趋势,W2的氧化稳定性最好。

图3 不同品种芝麻酱烘箱实验酸价的变化Fig.3 Changes in the acid values(AV)of different varieties of sesame paste during the Schaal oven test

2.5 不同品种芝麻酱流变学特性分析

2.5.1 不同品种芝麻酱剪切速率与剪切应力的关系 芝麻酱是粘稠糊状或凝固状调味食品,其品质、风味、口感与其流变学性质密切相关[28]。侯丽霞[29]研究了不同加水量对芝麻酱流变学性质的影响,将芝麻酱流变学性质与感官评价相结合,确定了最适加水量。由图4可得,在0～70 s-1剪切速率范围内,随着剪切速率的增加,4个品种的芝麻酱样品剪切应力均呈现增加趋势,表现出非牛顿流体的特征。而B1品种剪切速率在70～100 s-1时,随着剪切速率的增加,剪切应力逐渐下降,推测此时芝麻酱样品出现分层,原因可能是随着剪切时间的增加,在较高的剪切速率下,B1样品发生沉淀,不再是均匀的多相分散体系,油脂上浮,故而随着剪切速率的增加,剪切应力下降。

图4 剪切速率对不同品种芝麻酱剪切应力的影响Fig.4 Relationship between the shear rate and shear stress of the different varieties of sesame paste

2.5.2 不同品种芝麻酱Herschel-Bulkley模型参数 4个品种芝麻酱样品的剪切应力随剪切速率的变化趋势与Herschel-Bulkley方程一致。该方程为:τ=τ0+Κ(γ)n 其中:τ表示剪切应力,单位(Pa);τ0表示屈服应力,单位(Pa);Κ表示稠度系数,单位(Pa·s);γ表示剪切速率,单位(r/s);n表示流动指数。

由表6可得,4个芝麻酱样品Herschel-Bulkley方程的决定系数均大于0.97,相关性较好。屈服应力值可表示芝麻酱样品开始流动时的难易,屈服应力值越大,样品越不易开始流动。白芝麻酱的屈服应力值明显小于黑芝麻酱,说明白芝麻酱较易开始流动。稠度系数Κ与样品浓度有关,Κ越大,样品越粘稠。4个样品的稠度系数有较大差异,大小顺序为B2>B1>W1>W2,即B2样品最粘稠,口感不佳。流动指数n均小于1,说明4个芝麻酱样品都是假塑性流体。

表6 不同品种芝麻酱Herschel-Bulkley参数Table 6 Herschel-Bulkley parameters of different varieties of sesame paste

2.5.3 不同品种芝麻酱剪切速率与表观黏度的关系 由图5可得,随着剪切速率的增加,4个品种的芝麻酱样品表观黏度均呈现下降趋势,显示出剪切稀化的现象,推测原因为芝麻酱样品中蛋白质,油脂等物质相互缠结,相互作用形成的复杂结构随着剪切速率的增大遭到破坏,分子间作用力减小,因此样品表观黏度下降[30]。两个黑芝麻酱初始黏度显著高于白芝麻酱,并且在0～70 s-1范围内,在同一剪切速率下,黑芝麻酱的表观黏度均高于白芝麻酱,这说明,与白芝麻样品相比,黑芝麻样品较稠,不易流动,可能是因为黑芝麻脂肪含量较少,而粗蛋白、粗纤维含量较多(表3)。W2样品初始黏度最低且随剪切速率下降较快,说明W2样品较稀薄;而B1样品初始黏度最高,随剪切速率下降较慢,说明B1样品较厚重。4种芝麻酱的流变学性质差异较大,但均为非牛顿假塑性流体。从流变学分析可得,4个芝麻酱品种中,W1品种粘稠适中,品质风味较好,该测定结果与感官品质所得结果保持一致。

图5 剪切速率对不同品种芝麻酱表观黏度的影响Fig.5 Effect of shear rate on apparent viscosity of the different varieties of sesame paste

3 结论

芝麻品种在理化指标、感官品质、质构特性、稳定性和流变性方面对芝麻酱存在不同程度的影响。黑芝麻品种郑芝HL05、郑黑芝1号的粗蛋白、灰分、粗纤维、草酸含量显著高于白芝麻郑芝13、豫芝11,而脂肪含量低于白芝麻品种;感官品质方面,总体来看,黑芝麻酱感官品质低于白芝麻酱,尤其是在色泽、苦味、甜味方面与白芝麻酱差异较大,感官品质最好的是郑芝13;质构分析结果显示,4种芝麻酱在稠度、硬度、粘聚性、粘度四方面差异较大,尤其在稠度、硬度方面,黑芝麻酱显著高于白芝麻酱;稳定性方面,黑芝麻酱的稳定性较好,不易出现析油现象,而在氧化稳定性上,品种间差异明显,但黑白芝麻酱之间未见明显差异,氧化稳定性最好的是豫芝11;同时,流变学分析表明,4个芝麻酱样品均呈现假塑性流体的特征,但流变学性质差异较大,与白芝麻酱相比,黑芝麻酱较粘稠、厚重,不易流动。综合分析可得,白芝麻品种郑芝13、豫芝11制备的芝麻酱颜色金黄,粘稠适中,品质风味较好;黑芝麻品种郑芝HL05、郑黑芝1号制备的芝麻酱脂肪含量较低且不易析油,稳定性好,但是感官品质较差。