茶多酚在油炸过程中对马铃薯片品质及其贮藏稳定性的影响

,2,2,*

(1.四川大学食品工程系,四川成都 610065; 2.四川大学食品科学与技术四川省高校重点实验室,四川成都 610065)

油炸是一种以油脂为传热媒介的食品加工方法,被广泛用于食品工业和家庭烹饪,而油炸食品因独特的风味和质构受广大消费者喜爱[1]。在油炸过程中,油炸食品和油脂间不仅进行着能量和物质的交换,而且还会发生各种复杂的化学反应,如氧化反应、美拉德反应、焦糖化反应等,进而影响着油炸食品的品质[2-3]。作为传热传质媒介,油脂与油炸食品的品质紧密相关,油脂在油炸过程中极易氧化劣变,产生大量对人体健康有害的物质,并通过物质交换迁移到油炸食品中,从而导致油炸食品品质的下降[4]。食品工业中常用合成抗氧化剂抑制油脂的氧化,进而延缓食品品质的下降,如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、特丁基对苯二酚(TBHQ)等。但由于合成抗氧化剂在高温条件下不稳定,抗氧化效果差,并且对人体健康存在潜在的威胁,使得其使用受到了限制。因此,寻求高效、稳定、安全的天然抗氧化剂进而解决油炸过程中油炸食品品质的下降已成为相关领域的研究热点[5]。

茶多酚是从茶叶中提取得到的酚类化合物的总称,是茶叶中的主要功能活性成分。茶多酚的主要成分是儿茶素,包括表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素(EGC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(ECG)和表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)[6]。茶多酚具有多种有益人体健康的作用,如抗氧化、抗肿瘤、抗血栓、防辐射、抑菌、降血糖等活性[7-10],且因其高效的功能和低廉的价格,茶多酚已被广泛应用于食品工业的生产中。相关研究指出,茶多酚热稳定性较好,在高温条件下也能够发挥其功能特性[11],这表明茶多酚具有保护油炸食品在油炸过程中品质下降的潜力。但是目前有关茶多酚用于保护油炸食品品质的研究较少,研究茶多酚在油炸过程中对油炸食品品质的影响具有重要的意义。

本文以马铃薯片为载体,研究茶多酚在油炸过程中对马铃薯片感官、理化、风味等品质特性、危害物丙烯酰胺含量以及其贮藏稳定性的影响,为茶多酚应用于油炸食品体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶多酚(纯度≥95%) 通泽生物科技有限公司;菜籽油(不含抗氧化剂)、马铃薯 成都当地市场,常温避光保存,备用;丙烯酰胺标准品 阿拉丁试剂公司;无水乙醚、石油醚、三氯甲烷、乙酸、乙醇、硫代硫酸钠、碘化钾、淀粉(均为分析纯),甲醇(色谱纯) 成都科隆化工试剂厂;实验用水 为蒸馏水。

DF25B型电炸锅 中山斯乐得电器有限公司;DHP-9082型电热恒温培养箱 上海一恒科技有限公司;XS205型高精确电子分析天平 美国Mettler-Toledo公司;Milli-Q Element超低元素型超纯水系统 上海晶仪科学仪器有限公司;DL-1单联型电炉 北京科伟永兴仪器有限公司;GL-20G-C型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂;GC-QP 2010 Plus型气相色谱质谱仪 日本岛津公司;1260 infinity II型高效液相色谱仪 美国Agilent公司;TA.XT.Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司;SZC-101型脂肪仪 上海纤检仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 油炸马铃薯片样品的制备 称取0.4 g茶多酚(溶于2 mL乙醇)混合到1000 g菜籽油中,于室温下搅拌混匀10 min,制备得煎炸油。将新鲜马铃薯切片成大小一致的薯片(直径为(4.50±0.05) cm,厚度为(0.30±0.05) cm),纯水漂洗除去表面游离淀粉和可溶性物质,备用。

油炸马铃薯片的制作[12]:将煎炸油倒入炸锅中加热至180 ℃,温度稳定后开始计时,并以(100±2) g新鲜马铃薯片为一批样品进行油炸,油炸3 min,此后每间隔1 h重复油炸一批新鲜薯片,油脂温度控制在180 ℃,每天持续加热8 h,共加热24 h(3 d);每次油炸结束后,薯片样品沥油后包装,按油脂加热时间(0～24 h)对每批次的薯片样品进行编号(编号:T0～T24),取编号T0、T4、T8、T12、T16、T20、T24批次的薯片样品用于后续指标的测定,各批次样品均于4 ℃下密封保存。未添加茶多酚的菜籽油作为空白对照进行同样的油炸程序,油炸过程为连续油炸且不添加新菜籽油。

1.2.2 感官评价 由10位经过专业培训的感官分析员组成评价小组对油炸薯片的感官品质进行评定。评价小组对油炸薯片的各感官指标逐一进行定量描述分析,并完成评价表。其中,感官指标包括口感、香气、颜色、脆度、可接受性,采用0～9数字标度作为感官评分标尺,数字由高到低代表特性由强到弱的变化,感官评分尺度表如表1所示。评价完成后收集评价小组的评价表,统计计算评价小组对每个样品的各个感官特征的平均分,结果采用雷达图表示[13]。

表1 马铃薯片感官评价标准(分)Table 1 Sensory evaluation standard of potato chips(score)

1.2.3 马铃薯片的质构测定 采用TA.XT.Plus型质构仪对薯片样品的质构特性进行测定,具体测试参数如表2所示,每批样品测定15～20次,结果取平均值[14]。

表2 马铃薯片质构测定参数Table 2 Texture determination parameters of potato chips

1.2.4 马铃薯片水分含量的测定 采用GB 5009.3-2016中的直接干燥法[15]。

1.2.5 马铃薯片含油率的测定 采用GB 5009.6-2016中的索氏抽提法[16]。

1.2.6 马铃薯片挥发性风味成分的测定 马铃薯片的挥发性风味成分采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)方法分析测定[17]。称取薯片样品2 g,置于20 mL顶空采样瓶中,50 ℃恒温水浴中加热平衡10 min,将SPME进样器固定在HS-SPME搭载装置上,并将针头插入顶空瓶中,推出萃取纤维(PDMS/DVB),于50 ℃恒温水浴条件下顶空吸附萃取30 min。吸附结束后,将萃取头插入GC-MS进样口,于250 ℃解析10 min。

采用GC-MS对样品中的挥发性化合物进行分析,色谱柱型号为DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),以氦气为载气,恒定流速为1.0 mL/min;色谱升温程序为:初温 40 ℃,保留3 min,以5 ℃/min升温至90 ℃后不保留,再以6 ℃/min升至230 ℃保留2 min;质谱离子源温度230 ℃,电离方式EI,电子能量70 eV,质量扫描范围 40～400 m/z。根据物质的保留时间和质谱结果与数据库(NIST,14.0,Gaitherburg,MD,USA)比对以及归一化积分法对样品中挥发成分进行定性及定量分析。

1.2.7 马铃薯片丙烯酰胺含量的测定 马铃薯片丙烯酰胺含量采用高效液相色谱法测定[18]。用甲醇配制浓度为0.1 mg/mL的丙烯酰胺标准溶液,置于4 ℃冰箱中保存,使用前用甲醇稀释至0.001、0.002、0.003、0.004、0.005 mg/mL的浓度制备标准曲线。用粉碎机将薯片样品粉碎,称取粉碎样品5 g于50 mL离心管中,加入20 mL甲醇,涡旋振荡提取1 min,超声提取20 min,5000 r/min离心10 min,取上清液于分液漏斗中,加入20 mL石油醚,充分振荡静置分层,取下层甲醇溶液经0.45 μm滤膜过滤得待测溶液。色谱柱采用日本GL科技公司的PREP-ODS-3反相色谱柱(4.6 mm× 250 mm,5 μm),流动相为20%甲醇溶液(甲醇∶水=20∶80,v/v),流速为0.3 mL/min,检测器为DAD,检测波长为210 nm,柱温为30 ℃,进样量为10 μL。

1.2.8 马铃薯片贮藏稳定性测定 马铃薯片的贮藏稳定性采用烘箱加速法测定[19]。将薯片放置于60 ℃恒温箱中贮藏,分别在第0、2、4、6、8 d取样提取油脂,测定其过氧化值(POV)。样品过氧化值的测定及计算按照《食品国家安全标准 食品中过氧化值的测定》(GB 5009.227-2016)中的滴定法进行[20]。

1.3 数据处理

每组实验重复三次,结果以“平均值±标准差”的形式表示。实验结果用Origin(version 8.0 for Windows,OriginLab Corporation,MA,USA)进行统计分析,显著性差异P<0.05。

2 结果与讨论

2.1 茶多酚对马铃薯片感官品质的影响

食品的感官特性是食品品质最直观的体现,感官品质好的食品更容易被消费者所接受。油炸食品因加工方式的特殊性,具有酥脆的口感、金黄的色泽以及诱人的风味,被广大消费者所喜爱。油炸马铃薯片的感官分析结果如图1所示。

图1 茶多酚在油炸过程中对马铃薯片感官品质的影响Fig.1 Effect of tea polyphenols on thesensory quality of potato chips during frying

马铃薯片感官品质变化结果(图1)表明,马铃薯片的整体感官品质随油炸批次的增加而降低,脆度、颜色、香气、口感和可接受度的感官评分值均下降,其中马铃薯片的脆度评分值下降最显著(P<0.05),茶多酚组马铃薯片在同一批次下整体感官品质优于空白对照组。结果表明茶多酚提高了马铃薯片的感官品质,并且在连续油炸过程中延缓了马铃薯片感官品质的下降。相关研究表明,油炸食品感官品质的下降主要与油脂品质的劣变有关[21]。茶多酚是一类多酚类物质,具有优良的抗氧化活性,能够抑制油炸过程中油脂品质的劣变,进而对薯片的感官品质起到一定的保护作用。

2.2 茶多酚对马铃薯片质构特性的影响

酥脆的质构特性是油炸食品重要的品质特征,是其能够被消费者接受的一个重要因素[22]。薯片的硬度值是反映其质构特性的重要指标,马铃薯片硬度值的测定结果如图2所示。

图2 茶多酚在油炸过程中对马铃薯片硬度的影响Fig.2 Effect of tea polyphenols on thehardness of potato chips during frying注:图中不同小写字母表示样品不同批次之间差异显著(P<0.05),*表示同一批次不同样品之间差异显著(P<0.05);图3～图5同。

由图2可知,随着油炸批次的增加,茶多酚组和空白组马铃薯片的硬度值均明显降低,与感官结果中脆度的变化趋势(图1)一致。茶多酚组T4批次样品的硬度值为370.01±13.16 N,显著高于同批次空白组样品的硬度值310.79±11.23 N(P<0.05),但随着油炸批次的继续增加(T20、T24),两组薯片的硬度值差异不显著(P>0.05),表明茶多酚在一定范围内能够增强马铃薯片的质构特性,并且能够延缓连续油炸过程中马铃薯片质构的下降。研究指出,薯片在油炸过程中表面脱水从而形成酥脆的外壳,薯片硬度值的下降与薯片表面的脱水程度下降有关。油脂在油炸过程中复杂的化学反应会使油脂传热效率发生改变,导致薯片表面的脱水程度产生差异,从而导致薯片质构的差异[23],茶多酚通过对油脂传热效率的影响改变了薯片的质构特性。

2.3 茶多酚对马铃薯片水分含量的影响

油炸食品含水量是决定油炸食品质构特征的主要因素之一。新鲜马铃薯的含水率一般在70%以上,在油炸过程中,马铃薯片中的水分在高温条件下受热蒸发,引起食品表面脱水形成外壳,进而形成酥脆的质构,水分蒸发越多外壳越酥脆[24]。马铃薯片水分含量的测定结果如图3所示。

图3 茶多酚在油炸过程中对马铃薯片水分含量的影响Fig.3 Effect of tea polyphenolson moisture content of potato chips during frying

由图3可知,茶多酚组和空白组薯片样品的水分含量均随油炸批次的增加而明显增加,同批次茶多酚组薯片的水分含量均低于空白对照,其中T4批次的茶多酚组薯片的水分含量为21.62%±2.59%,显著低于空白组薯片的28.11%±2.54%(P<0.05)。结果表明,与空白对照相比,茶多酚降低了薯片的水分含量,增加了油炸过程中薯片的脱水程度,同时茶多酚能够抑制连续油炸过程中薯片水分含量的增加。在油炸过程中,食品脱水的程度与食品吸收的热量有关,食品水分含量的增加表明其吸收的热量减少,这也与油脂传热效率降低有关[25]。油脂的传热效率主要受油脂成分的影响,油脂在高温下发生反应生成的游离脂肪酸、氧化物、聚甘油酯等反应产物会降低油脂的传热效率[26]。茶多酚具有强的抗氧化活性,能够抑制油脂降解产物的生成,提高油脂的传热效率,从而降低了薯片的水分含量,延缓了油炸过程薯片品质的下降。

2.4 茶多酚对马铃薯片含油率的影响

油炸食品因酥脆的口感被人们所喜爱,但是油炸食品通常含油量过高,经常食用会对人体的健康产生威胁,引起肥胖、高血压、高血脂等疾病[27]。因此,控制油炸食品的含油率,对于提高油炸食品的品质具有重要意义。马铃薯片含油率的测定结果如图4所示。

图4 茶多酚在油炸过程中对马铃薯片含油率的影响Fig.4 Effect of tea polyphenolson oil ratio of potato chips during frying

由图4可知,茶多酚组和空白组马铃薯片的含油率均随着油炸批次的增加而明显增加,连续油炸结束后,T24批次的茶多酚薯片的含油率为41.96%±2.00%,显著低于空白组薯片的46.29%±1.06%(P<0.05)。结果表明,与空白对照相比,茶多酚能够降低薯片的含油率,同时茶多酚能够抑制连续油炸过程中薯片含油率的增加,提高了薯片的品质。研究指出,马铃薯片中的油脂主要由两部分组成,一是表面吸附油脂,二是渗透到食品内部的油脂,其中表面吸附的油脂是薯片油脂的主要来源。油脂表面吸附的油脂主要与油脂的黏度有关,油脂黏度大会导致表面吸附油脂增多,而油脂黏度的变化最终会导致薯片含油率的变化[28]。茶多酚作为一种强抗氧化剂,能够与油脂分子反应,减少氧化聚合产物的生成,抑制油脂黏度的增大,从而降低了薯片的含油率。

2.5 茶多酚对马铃薯片风味成分的影响

油炸食品的风味是由油、食品成分的分解产物和食品/油相互作用产生的化合物共同作用的结果,是油炸食品重要的品质特征[29]。马铃薯片的风味成分测定结果如表3所示。

表3 茶多酚在油炸过程中对马铃薯片风味成分的影响Table 3 Effect of tea polyphenols on flavor components of potato chips during frying

由表3可知,薯片中风味物质主要分为两类,一类是吡嗪、呋喃类风味物质,主要为2,5-二甲基吡嗪、甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪以及2-戊基呋喃等;一类是醛类风味物质,主要为壬醛、苯乙醛、2-癸烯醛以及2,.4-癸二烯醛等。茶多酚组和空白组薯片中吡嗪、呋喃类风味物质的相对含量均随油炸批次增加而明显降低,T4批次的茶多酚组薯片样品中吡嗪、呋喃类风味物质的相对含量明显高于同批次的空白组;此外,各组薯片中醛类风味物质的相对含量也均随油炸批次的增加而明显增加,且相同油炸批次的茶多酚组薯片的总醛含量均明显低于空白组。结果表明,同空白对照相比,茶多酚能够明显抑制薯片中醛类风味物质的产生,增加吡嗪、呋喃类风味物质的生成,同时能够抑制连续油炸过程薯片中醛类风味物质的增加。相关研究表明,薯片中吡嗪、呋喃类风味物质主要由美拉德反应产生,赋予了薯片烘烤香味,其含量的增加能够提高薯片的品质;而醛类风味物质主要由油脂氧化反应产生,赋予薯片油脂香味,但是油脂氧化除了产生少量的油脂香风味物质,大部分产生的风味物质都是劣变风味,油脂氧化程度越大,产生的醛类风味物质越多,从而降低薯片的品质[30]。茶多酚作为多羟基酚类化合物,能够作为氢质子的供体,有效地清除油脂氧化过程产生的自由基,抑制油脂的氧化反应[6],降低了薯片中醛类风味物质的含量,减缓了劣变风味的产生,从而提高了薯片的风味品质。

2.6 茶多酚对马铃薯片丙烯酰胺含量的影响

马铃薯是一种高淀粉食物,在高温加工过程中极易产生致癌性极强的丙烯酰胺,降低食品的品质,危害人体的健康[31]。通过高效液相色谱法测定马铃薯片中丙烯酰胺的含量,得到丙烯酰胺标准曲线方程为y=968.5852x+208.53(x为丙烯酰胺浓度,y为色谱峰面积),R2=0.99902,薯片中丙烯酰胺含量测定结果如图5所示。

图5 茶多酚在油炸过程中对马铃薯片丙烯酰胺含量的影响Fig.5 Effect of tea polyphenols on acrylamidecontent in potato chips during frying

由图5可知,茶多酚组和空白组马铃薯片中丙烯酰胺的含量随油炸批次的增加(T0～T16)变化趋势一致,含量均有显著增加(P<0.05),T24批次的茶多酚组薯片样品中丙烯酰胺的含量为(3.12±0.23) mg/kg,显著低于(P<0.05)同批次的空白组薯片样品的(3.56±0.15) mg/kg,并且茶多酚组薯片中丙烯酰胺的含量在相同批次下均显著低于空白对照组(P<0.05)。结果表明,茶多酚能够抑制马铃薯片中丙烯酰胺的生成,延缓连续油炸过程中马铃薯片中丙烯酰胺含量的增加。相关研究指出,食品中的丙烯酰胺主要来源于美拉德反应,同时油脂氧化劣变能够促进丙烯酰胺的形成。丙烯酰胺主要由天冬酰胺转化而成,在丙烯酰胺生成过程中,天冬酰胺转化成丙烯酰胺时需要与活性羰基化合物(如还原糖)反应来促进转换效率,而油脂氧化会产生大量醛、酮类羰基化合物,从而促进丙烯酰胺的生成[32-34]。茶多酚能够抑制油脂的氧化反应,减少羰基类化合物的产生,抑制了丙烯酰胺的生成,从而提高了马铃薯片的品质。

2.8 茶多酚对马铃薯片贮藏稳定性的影响

储藏稳定性(货架期)是油炸食品的重要品质特性,油炸食品一般含油率高,油脂的氧化是油炸食品在贮藏过程中变质的主要原因,通常采用高温加速货架期试验来研究油炸食品的储藏稳定性[35]。马铃薯片贮藏稳定性的测试结果如图6所示。

图6 茶多酚对马铃薯片贮藏稳定性的影响Fig.6 Effect of tea polyphenolson storage stability of potato chips

由图6可知,随着贮藏时间的延长,各组马铃薯片的过氧化值均明显增加,在贮藏第8 d时,同批次茶多酚组薯片的过氧化值均明显低于空白对照组,并且同一实验组中,随着油炸批次的增加样品的过氧化值增大;此外,根据货架期的预测方法及膨化食品卫生标准,茶多酚组薯片在20 ℃环境下的平均货架期为112 d,大于空白组薯片的平均货架期(104 d)。实验结果表明,同空白对照组相比,茶多酚延缓了马铃薯片贮藏过程中过氧化值的增加,增加了马铃薯片的贮藏稳定性,延长了马铃薯片的货架期。油炸食品的贮藏稳定性与食品中油脂的品质及含量密切相关,有研究指出,油炸食品中油脂的品质越差,油脂含量越大,其贮藏稳定性越低[36]。在油炸过程中,茶多酚能够抑制油脂品质的下降,相同油炸批次下,茶多酚组薯片中的油脂品质优于空白组,油脂的稳定性更好,同时,由图4结果可知,茶多酚能够降低薯片的含油率,进一步提高了马铃薯片的贮藏稳定性。

3 结论

通过对马铃薯片感官品质、理化特性、风味成分、丙烯酰胺含量以及贮藏稳定性的分析可知,茶多酚延缓了连续油炸过程中马铃薯片感官品质及质构特性的下降,明显降低了马铃薯片的水分含量和含油率,减缓了连续油炸过程中马铃薯片水分含量和含油率的增加;同时,茶多酚降低了马铃薯片中醛类劣变风味物质的含量,并且抑制了有害物丙烯酰胺的生成,T24批次的茶多酚组马铃薯片中丙烯酰胺的含量(3.12±0.23) mg/kg显著低于(P<0.05)同批次的空白组(3.56±0.15) mg/kg;此外,茶多酚提高了马铃薯片的贮藏稳定性,延长了马铃薯片的货架期。以上结果表明,茶多酚的添加能够在油炸过程中对马铃薯片的品质起到保护作用,为茶多酚应用于高温油脂加工行业提供了实验及理论基础。