莲藕片汽蒸加工工艺及其挥发性风味物质变化研究

唐小闲，董明琴，罗杨合 ，李官丽，伍淑婕，黎小椿,2，刘 艳，聂 辉,2

（1.贺州学院食品与生物工程学院，广西贺州 542899；2.贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西贺州 542899；3.贺州学院广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地，广西贺州 542899）

莲藕（Nelumbo nuciferaGaertn）为睡莲科属多年生水生草本植物，其品种丰富，在我国已有3000 多年的种植历史[1−2]。莲藕主要成分为淀粉、蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素等营养成分，此外还含有生物碱、酚类、黄酮、多糖等活性物质，是一种很好的食品资源[3]。莲藕作为一种美味、营养的水生蔬菜，其加工方法多样，口感和风味各异，深受人们的喜爱。随着我国经济、社会的快速发展和人们生活水平的提高，人们更多关注于食品安全、营养及口感风味，对莲藕制品需求也在不断增加。近几年，我国水煮藕片、盐水藕片及脱水藕片等莲藕制品出口量快速增长[4]。

目前国内外对莲藕的研究主要集中在莲藕种植选育[5]、护色保鲜[6−7]、脆片干燥[8−9]、抗氧化活性研究[10]、膳食纤维与多酚制备[11]和不同品种莲藕的风味特性[12]，除此，陈亭[13]研究了油炒、水煮、汽蒸和微波4 种烹饪方法对莲藕营养成分等的影响。莲藕无论是鲜食，还是加工成制品，都有其独特的感官属性及风味品质，有研究表明汽蒸处理能更有效地减少蔬菜中营养成分的流失[14]。目前关于莲藕挥发性研究报道较少，罗庆[15]运用了气相色谱-质谱联用（GCMS）技术对不同莲藕的挥发性风味物质进行检测分析，并研究煮制和蒸制两种加工方式对三种品种莲藕其挥发性风味化合物变化研究；韩丽娟等[16]采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱的联用（SPME-GCMS）技术对不同品种莲藕水煮风味物质比较，本实验主要探索莲藕片汽蒸加工工艺，并采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析莲藕片挥发性风味物变化。风味物质构成与果蔬加工质量有明显关联，这促使其成为人们研究的重点和热点[17−18]。

固相微萃取技术（Solid phase micro-extraction,SPME）是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的风味分析方法[19−20]，具有操作简便、快速安全、样品容量小，无溶剂萃取、重现性好等优点，并且容易实现自动化，可直接与气相色谱-质谱（GC-MS）联用实现挥发性成分定性定量分析，大大加快了分析检测的速度。目前广泛应用于食品、医药领域的分析检测[21]。刘登勇等[22]利用SPME-GC-MS 分析熏鸡腿挥发性风味物质。Yang 等[23]通过HS-SPME-GC-MS 和电子鼻研究热风干燥对金针菇挥发性化合物的影响。本研究以莲藕为研究对象，采用汽蒸加工技术，拟以蒸煮时间、电磁炉功率、切片厚度为主要因素进行正交试验，考查其对莲藕片的色差ΔE、硬度及感官评分指标的影响，在单因素实验基础上，通过正交试验优化法对莲藕片汽蒸加工工艺条件进行优化，确定最佳工艺参数。在汽蒸加工最优条件下，采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析莲藕片风味物质成分，旨在为莲藕加工工业提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

莲藕（Nelumbo nuciferaGaertn）鄂莲6 号，贺州市泰兴连锁超市，挑选新鲜、无黑斑、无机械损伤、大小均匀莲藕。

BSA124S 分析天平 德国赛多利斯公司；C21-RT2173 电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；不锈钢蒸锅 潮州市潮安区龍江不锈钢制品有限公司；CR-400 色彩色差计 KONICA MINOLTA 公司；TA.XT.plus 物性测定仪 英国Stable Micro Systems公司；CP-216 手动多功能搅碎机 双马塑业有限公司；MR-Hei-Tec（CN）加热型磁力搅拌器 德国Heidolph 公司；20 mL 顶空瓶 美国Supelco 公司；50/30umDVB/CAR/PDMS 固相微萃取针头 美国Supelco 公司；Trace 1300-ISQ QD 气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 莲藕片汽蒸方法 将新鲜莲藕清洗干净，去节，去皮、切片备用；蒸锅中加入1000 mL 的水，设置电磁炉功率，待水沸腾后，将莲藕片100 g 放于隔水单层置料框进行汽蒸，并开始计时，汽蒸结束后，关闭电磁炉，取出莲藕片。

1.2.2 单因素实验 分别研究不同汽蒸时间、功率及切片厚度对汽蒸莲藕片品质的影响。通过汽蒸莲藕片的色差ΔE、硬度及感官评分三个指标来判定试验结果，确定较好加工条件进行正交优化试验。

1.2.2.1 汽蒸时间对莲藕片品质的影响 在切片厚度为4 mm、功率为1200 W 条件下，考查汽蒸时间为12、16、20、24、28 min 对莲藕片色差、硬度、感官评分的影响。

1.2.2.2 功率对莲藕片品质的影响 功率为电磁炉功率，在切片厚度为4 mm、汽蒸时间为20 min 条件下，考查电功率为800、1000、1200、1400、1600 W对莲藕片色差、硬度、感官评分的影响。

1.2.2.3 切片厚度对莲藕片品质的影响 在汽蒸时间为20 min、功率1400 W 条件下，考查莲藕片厚度为2、3、4、5、6 mm 对莲藕片色差、硬度、感官评分的影响。

1.2.3 正交试验 在单因素实验基础上，选取适度的汽蒸时间、功率、切片厚度，以色差ΔE值、硬度、感官评分三个指标为判断依据，以综合加权评分法作为确定汽蒸莲藕片正交实验最佳工艺条件的依据。评分时以各指标最佳值为参考，将数据进行归一化，再给出不同的权重[24]。感官品质被认为是汽蒸工艺优化的重要前提基础，故感官得分权重系数为0.5，色差权重系数为0.3，硬度权重系数为0.2。

式中：M 为综合评分，分；X 为感官得分，分；Xmax为感官得分最大值，分；Y 为色差；Ymin为色差最小值；Z 为硬度，g；Zmax为硬度最大值，g；10 为10 分制。

采用L9（34）正交试验对汽蒸莲藕片进行最佳加工工艺的优化试验。正交实验设计的因素及水平见表1。

表1 汽蒸莲藕片正交试验因素水平设计Table 1 Level table of orthogonal test factors for steamed lotus root slices

1.3 指标测定

1.3.1 感官评定 由20 位食品专业人员组成评定小组，采用观、闻、尝的方式对样品进行感官评定。按照感官评价标准表打分，利用加权法[25]计算总分作为最终感官评分，分析不同汽蒸条件对莲藕片的感官品质影响。感官评分表见表2。

感官评分分为色泽、滋味、质感、气味4 项，分别为X1、X2、X3、X4，每项权重为0.25，总分记为X。X=0.25（X1+X2+X3+X4）。

1.3.2 色差的测定 采用色彩色差计对每组样品色泽进行测定，测量5 次后取平均值。样品色泽参数为L*、a*、b*。色差ΔE，反映汽蒸处理后样品与鲜生样品之间的颜色差异，ΔE值越大说明处理后物料色泽变化越明显。色差ΔE按式（2）计算[26]，以新鲜莲藕为对照。

1.3.3 硬度的测定 采用物性测定仪进行测定，测试模式：return to start；探头：P2/E 圆柱型探头；测前速度：1.00 mm/sec；测试速度：2.00 mm/sec；测后速度：10.00 mm/sec；触发力：5.0 g，测试距离：7 mm。硬度值为图中的最大分值点，即样品断裂所需要的最大力，数值越大，表明产品越硬[27]。

1.3.4 汽蒸莲藕片挥发性风味物质测定 SPME 条件：将汽蒸前后的莲藕片破碎，称取5 g 样品置于20 mL 顶空瓶，迅速密封，置于80 ℃的恒温加热磁力搅拌器中水浴，转速为100 r/min，将萃取头插入其中，在80 ℃的条件下吸附40 min 后在250 ℃ GC进样口解析3 min。

1.3.5 GC-MS 分析条件 GC 条件：DB-WAX 色谱柱（30.00 mm×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度：250 ℃；载气：高纯度氦气（纯度≥99.999%）；流速1.000 mL/min，分流方式：不分流进样。程序升温：初始温度40 ℃，保持3 min,以5 ℃/min 上升至80 ℃，保持3 min，再以8 ℃/min 上升至250 ℃，保持7 min。

MS 条件：电子电离源（Elector Ionization，EI）；电子电离能量70 eV；离子源温度200 ℃，传输线温度250 ℃，四级杆温度150 ℃；扫描方式为全扫描监测模式，质量扫描范围33～450 m/z；质谱库为NIST 11。

1.3.6 挥发性物质鉴定及相对含量的确定 GC-MS检测出的挥发性风味物质通过计算机检索与Library-Mainlib 标准谱库相匹配得出[25,28]，仅统计正反匹配度均超过800 或有一个超过900（最大值为1000）的挥发性风味物质，并采用面积归一化法确定挥发性物质的相对含量[29−32]。

1.4 数据处理

采用Origin 7.5 及SPSS 25.0 软件进行数据处理和绘图，采用Excel 2010 软件对莲藕中挥发性风味物质结果进行分析。

表2 汽蒸莲藕片感官评分标准Table 2 Standard for sensory evaluation of steamed lotus root slices

2 结果分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 汽蒸时间对汽蒸莲藕片品质的影响 在切片厚度为4 mm、功率为1200 W 的条件下，考查汽蒸时间对莲藕片品质的影响，结果见图1。由图1 可知，在汽蒸时间为12～20 min 时，色差ΔE值和硬度均逐渐下降，莲藕片色泽分布越来越均匀。当汽蒸时间为12～16 min 时，硬度从672.79 g 下降到662.55 g，感官得分逐渐增加，但莲藕片仍较生硬。在汽蒸时间为20 min 时，莲藕片色泽呈淡黄色，与新鲜莲藕片颜色接近，色泽均匀，色差ΔE值最低，为8.75，莲藕片的硬度为631.55 g，肉质较脆嫩，感官得分为88 分。但随着汽蒸时间增加，莲藕片颜色越来越深，且色泽分布不均匀，色差ΔE值较大，硬度逐渐增大，感官评分明显下降。原因是汽蒸时间越长物料生成的呈色物质越多使其颜色变深。随着汽蒸时间延长，细胞中胶层逐渐被破坏，硬度持续下降，咀嚼性变差[32]。综合考虑色差、硬度、感官评分，选取最佳汽蒸时间为20 min 进行正交优化试验。

图1 汽蒸时间对汽蒸莲藕片感官评分、色差、硬度的影响Fig.1 Effects of steaming time on sensory scores,color difference and hardness of steamed lotus root slices

2.1.2 功率对汽蒸莲藕片品质的影响 在切片厚度为4 mm、汽蒸时间为20 min 条件下，考查电磁炉功率对莲藕片品质影响，结果见图2。由图2 可知，功率在800～1000 W 时，物料色差ΔE值变化不大，硬度从606.04 g 增加到632.24 g。原因是电磁炉功率增大其热量快速增加使得蒸锅内热水转化蒸汽量迅速增加，物料中果胶甲酯酶受热被激活，在钙盐存在条件下，果胶酸钙含量增加使硬度变大。功率较低时，莲藕片出现微涩味，出现不良口感，感官评分不高。功率1000～1600 W 莲藕片硬度趋于下降，原因是随着电磁炉功率的增大，蒸锅产生大量蒸汽加剧了物流受热程度，因而引起果胶和细胶壁多糖的分解，降低细胞间的黏着力和束缚力，致使物料硬度下降[33]。在功率为1400 W 时，莲藕片为淡黄色，物料色泽均匀，色差ΔE值最小，为8.16，硬度良好，感官评分为88.17 分。增大功率，莲藕片颜色逐渐变深色，色差ΔE值增大，硬度偏小，肉质较软，缺乏口感，感官评分降低。综合考虑色差、硬度、感官评分，选取最较佳功率为1400 W 进行正交优化试验。

图2 加工功率对汽蒸莲藕片感官评分、色差、硬度的影响Fig.2 Effects of processing power on sensory scores,color difference and hardness of steamed lotus root slices

2.1.3 切片厚度对汽蒸莲藕片品质的影响 在汽蒸时间为20 min、功率1400 W 条件下，考查切片厚度对莲藕片品质的影响，结果见图3。由图3 可知，莲藕片切片在2～3 mm，色差值ΔE变化不明显，硬度值过低，为359.91～411.21 g，藕片没有嚼劲，感官评分不高。在切片厚度4 mm 时，藕片基本保持着鲜藕原有色泽，藕淡黄色，且色泽均匀，色差值ΔE最小，且硬度适中，为560.62 g，咀嚼感较好，具有莲藕特有香味，感官评分最高，为88.08 分。随着切片厚度的增加至6 mm，色差值ΔE增大，硬度达到了最高值，621.80 g，原因是切片厚度增大，蒸汽热传导阻力增大，导致藕片受热不匀，局部温度过高或局部升温过慢，汽蒸总时间较长，导致藕片整体颜色变深，色泽不均匀，色差值ΔE增大，切片厚度增大咀嚼阻力也随之增加，感官评分下降。综合考虑色差、硬度、感官评分，选取较佳切片厚度为4 mm 进行正交优化试验。

图3 切片厚度对汽蒸莲藕片感官评分、色差、硬度的影响Fig.3 Effects of slice thickness on sensory scores,color difference and hardness of steamed lotus root slices

2.2 正交试验结果

在单因素对汽蒸莲藕片感官评分、色差、硬度影响的实验基础上，采用L9(34)正交表，对汽蒸莲藕片加工设计三因素三水平试验，结果见表3。

表3 汽蒸莲藕片正交试验设计表Table 3 Orthogonal design for steamed lotus root slices

由表3 极差分析和表4～表7 方差分析可知，若以硬度为考查指标，影响莲藕片硬度的因素排序为C>A>B，若以感官评分为考查指标，影响莲藕片感官评分的因素排序为B>C>A，若以色差为考查指标，影响莲藕片硬度的因素排序为C>A>B。综合硬度、感官评分、色差三指标，以综合评分为考察指标，影响莲藕片品质的因素排序为C>A>B，最优组合为A1B2C2。即汽蒸时间为16 min，功率为1400 W，切片厚度为4 mm。

表4 硬度方差分析Table 4 Analysis of hardness variance

表5 感官评分方差分析Table 5 Analysis of variance of sensory score

表6 色差方差分析Table 6 Analysis of color variance

表7 综合评分方差分析Table 7 Analysis of variance of comprehensive score

根据理论优化所得的最佳配方A1B2C2，汽蒸时间为16 min，功率为1400 W，切片厚度为4 mm 进行验证实验，结果见表8。在A1B2C2组合下实验，得出莲藕片的感官评价得分为89.08 分，色差9.85，硬度555.57 g。指标均优于正交试验表中A1B2C2的感官评分88.00 分，色差10.59。所以，可认为A1B2C2是最佳配方。

表8 最佳工艺验证试验Table 8 Best process validation test

2.3 莲藕片汽蒸前后挥发性物质种类

2.3.1 莲藕片汽蒸前后挥发性风味化合物变化鉴定结果 汽蒸莲藕片汽蒸前后挥发性风味化合物总离子流图见图4、图5，具体组成见表9、表10。由表9可见，新鲜莲藕片挥发性风味物质共检测出45 种，汽蒸莲藕片挥发性风味物质共检测出42 种，其中有28 种挥发性物质均在新鲜莲藕片和汽蒸莲藕片中存在。在新鲜莲藕片样品中，醛类的相对含量最高，其次是醇类和酯类，经过汽蒸后莲藕片中醛类相对含量出现明显增加趋势，但酮类、烃类、酯类、醇类、醚类和酸类的相对含量出现下降趋势。新鲜莲藕片中醛类的相对含量为35.66%，经过汽蒸后其醛类的相对含量增加到68.70%；醇类的相对含量由原来的23.74%下降到8.97%；酯类的相对含量由原来的20.15%下降到6.18%。这说明通过汽蒸方可改变新鲜莲藕片原有的挥发性物质种类及相对含量，使汽蒸后的莲藕片具备特有的挥发性风味物质。

图4 新鲜莲藕片挥发性风味物质的总离子流色谱图Fig.4 Total ion current chromatogram of volatile flavor compounds in fresh lotus root slices

图5 汽蒸后莲藕片挥发性风味物质的总离子流色谱图Fig.5 Total ion flow chromatogram of volatile flavor components in steamed lotus root slice

表9 汽蒸莲藕片加工过程中挥发性成分种类及占总量的百分比Table 9 Types and percentage of volatile components in steamed lotus root slices

2.3.2 汽蒸加工前后挥发性风味化合物变化分析 由表10 所示，烃类物质主要来自脂肪酸烷氧自由基的均裂[25]，烷烃类一般是无气味或者气味较弱，因此不用作为汽蒸莲藕片呈香物质考虑。而柠檬烯阈值较低且其相对含量较高对莲藕风味物质起重要的作用。柠檬烯是主要的烃类物质，具有愉快新鲜橙子香气，能形成独特的芳香风味[34]。

表10 汽蒸前后莲藕片风味物质成分及相对含量Table 10 Flavor components and relative contents of lotus root slices before and after steaming

续表 10

与新鲜莲藕相比，汽蒸后莲藕片，其醛类化合物相对含量增加，酯类、醇类、杂环类及其他化合物含量减少、烃类化合物含量无明显变化。新鲜莲藕醛类的相对含量为35.66%，经汽蒸后莲藕片的相对含量为68.70%。说明莲藕经过汽蒸处理后，增加了莲藕油酸氧化，醛类物质含量增加，香味更浓郁，醛类物质多为不饱和脂肪酸氧化降解的主要产物，阈值比较低。壬醛和癸醛含量最高，是莲藕片中主要醛类风味物质。莲藕片经过汽蒸加工后，苯甲醛等物质的相对含量增加了，其原因可能是加热使醛类物质之间及其降解产物之间发生了反应，使醛类物质发生了变化[35]。

醇类物质来源于不饱和脂肪酸氧化降解，其气味阈值一般比高，但对整体气味影响不大[36]。但也有一些风味独特的醇类，如新鲜莲藕检测到的1-壬醇、苯乙醇、辛醇和香叶醇等，是新鲜莲藕香气形成的主要呈香物质。经过汽蒸后，醇类化合物种类不变，但香气成分相对含量由23.74%下降到8.97%。这可能是因为在加热条件下醇类物质和脂肪酸氧化降解形成酮类或醛类化合物[36]。芳樟醇具有花香或具玫瑰样香气，是天然植物中普遍存在的醇系挥发性成分[37]。莲藕经过汽蒸后，减少了苯甲醇、2-癸烯-1-醇、橙花醇、香叶醇、1-癸醇这5 种醇类物质，增加了2-壬烯-1-醇、十一醇、反-2-十一烯醇、反式-橙花叔醇、（1R,2R,5S,7R,8R）-2,6,6,8-甲基三环[5.3.1.01.5]十一烷-8-醇这5 种醇类物质。

酯类物质是一种良好的风味物质，对莲藕风味贡献较大，其来源于莲藕中醇类和羧酸类物质发生酯化反应，是莲藕甘甜和芳香的主要来源[12]。新鲜莲藕中酯类物质种类和相对含量较多，经过汽蒸处理后，其种类减少，相对含量由20.15%下降到6.18%。棕榈酸乙酯相对含量为11.20%，具有果香和奶油香气，是莲藕中主要酯类物质[34]。经过汽蒸加工后，减少了甲酸庚酯、十五酸乙酯、反油酸乙酯这3 种酯类物质，酯类的减少可能会导致汽蒸莲藕甜味和芳香气味减弱。

烃类物质主要来自脂肪酸烷氧自由基的均裂[34]。其种类和含量变化不明显，柠檬烯是主要的烃类物质，具有愉快新鲜橙子香气，能形成独特的芳香风味[34]。经过汽蒸加工后，减少了乙基苯、十二烷、奥苷菊环、1,2-环氧十二烷、异丁基环戊烷这5 种烃类物质，增加了十三烷、1,2-环氧十八烷这2 种烃类物质。烃类物质阈值较高，对莲藕风味直接贡献不明显，但起着一定作用，使得莲藕口感风味更饱满，与韩丽娟等[34]检测洪湖藕、鄂莲水煮挥发性风味物质烃类物质结果相似。

酸类化合物多存在于发酵食品中，且挥发性一般比较低，对食品挥发性风味贡献较小。在新鲜莲藕和汽蒸后莲藕中仅检测到棕榈酸，它是自然界分布最广的脂肪酸之一，具有特殊的香气和滋味。但经过汽蒸后其相对含量略有降低，可能是因为在莲藕加热过程中发生酯化反应形成酯类化合物。

新鲜莲藕醚类物质含量较少，对莲藕风味影响不大，主要有对甲苯甲醚、4-烯丙基苯甲醚和茴香脑3 种，具有花香、茴香味。莲藕经过汽蒸后，其种类和相对含量均减少，4-烯丙基苯甲醚物质消失，但对莲藕风味基本无影响。

酮类物质对风味的贡献相对较小[38]，加工前后基本无变化，一般具有水果香和新鲜清香香气，其主要对其他风味物质起辅助作用，使莲藕香味更加浓郁。

在蒸煮时会导致酚类物质的损失，汽蒸莲藕片中未检测到酚类物质。新鲜莲藕中酚类物质含量极少，但是作用却十分明显。其中，2-甲氧基-5-甲基苯酚呈香辛料、丁香、香兰素和烟熏香气。新鲜莲藕中未检测出杂环类物质，2-正戊基呋喃多来源于美拉德反应[39−40]，具有清香、肉香、果香等气味，其阈值相对较低，对汽蒸莲藕片的风味有一定的影响。

3 结论

本实验采用单因素和正交试验确定汽蒸莲藕片最佳工艺条件，在汽蒸时间16 min、功率为1400 W、切片厚度为4 mm 的条件下汽蒸莲藕片的感官评分为89.08 分、色差为9.85 及硬度555.57 g，此时莲藕片呈淡黄色，藕片肉质脆嫩，咀嚼性较好，具有藕香味。

采用固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术，分析汽蒸处理前后莲藕片挥发性风味物质的变化。结果表明，在新鲜莲藕片中共鉴定出45 种风味物质，醛类、醇类、酯类、烃类相对含量较高，占总组分的90.02%，是新鲜莲藕的主要风味组分。经过汽蒸处理后莲藕片共鉴定出42 种风味物质，醛类含量最高，占总组分的68.70%。其中二者共有的风味化合物有28 种，与新鲜莲藕相比，莲藕片经过汽蒸处理后，醛类、杂环类及含氮化合物相对含量增加，酯类、醇类、酚类和酸类相对含量减少，其他化合物相对含量则无明显变化。莲藕中主要有壬醛、癸醛、柠檬烯、棕榈酸乙酯、辛醇、1-壬醇、香叶基丙酮等风味物质，这些风味物质具有花香、果香、脂香和香辛料等香味，使莲藕片呈现不同的风味特征。