徐婧婷,张菀坤,陈 辰,郭顺堂,
(1.中国农业大学食品科学营养工程学院,植物蛋白与谷物加工北京市重点实验室,北京 100083;2.北京康得利智能科技有限公司,北京 100074)
糌粑是由青稞经除杂、润麦、翻炒、磨粉而制成的粉状食物,食用时佐以少量的酥油茶、曲拉捏合成团即可,被称作“藏餐四宝”之一。糌粑作为一种区域性食物深受当地人民喜爱,是藏族人民不可替代的主粮,作为口粮在当地消费占比高达80%[1]。在糌粑的生产中,糌粑粉是将青稞全籽粒直接炒制后磨粉而成。由于青稞中的不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的60%以上,因此在炒制磨成粉过程中容易形成醛类、酮类、芳香族和醇类等风味物质,但这些风味化合物在贮藏过程中极易受环境因素、包装材料及微生物等的影响,易出现哈败味等不良气味,出现产品品质劣变、产品货架期缩短等问题[2]。
油脂氧化是造成谷物粉哈败劣变的重要因素之一[3]。通常通过检测脂肪酸值、丙二醛值等油脂氧化指标及挥发性成分的变化监测产品产生哈败劣变程度。例如在小麦的国家标准中便明确规定小麦粉的脂肪酸值不超过80 mg KOH/100 g[4]。在贮藏过程中,谷物粉中的脂肪酸进一步氧化为脂肪氢过氧化物,分解成小分子醛类、酮类物质,此过程的主要产物是丙二醛,因此丙二醛值也常用于反映谷物粉的贮藏品质[5]。朱克瑞等以过氧化值、酸度值和丙二醛值为评价指标,通过加速贮藏实验,预测大豆小麦混合粉的的贮藏期[6]。此外,谷物粉产生哈败味其风味发生明显的改变,挥发性成分的种类及含量变化与谷物粉的品质优劣有着十分密切的关系。采用顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用的方法可分析谷物贮藏期间挥发性风味[7]。因此为明确糌粑粉的贮藏品质变化规律,本研究采用50 ℃条件下进行货架期加速实验,对糌粑粉的感官评价、氧化品质和挥发性成分进行分析。
另一方面,包装材料和包装方式对食品的稳定性可产生重要的影响作用[8]。目前食品中常用的包装方式有:真空、充气、脱氧、抗菌、防潮、透气和避光包装等。张岭等[9]采用乙醇浸泡结合脱氧剂的复合处理方式可延缓糙米粉脂质氧化劣变速率,室温贮藏条件下货架期延长至180 d。李亚娜等[10]研究了脱氧剂对板栗的保鲜作用,发现脱氧剂可以延缓板栗的褐变,使板栗保持良好的品质。Tsuzuki等[11]研究发现添加脱氧剂并密封储存后,可以延缓糙米中亚油酸的氧化降解。对于糌粑粉而言,光照和氧气是影响糌粑粉货架期的重要因素。光照容易使糌粑粉中的酯类发生反应,破坏光敏性成分;氧气又极易使糌粑粉中的油脂发生氧化反应,引起哈败。因此,为延长糌粑粉的货架期,有必要研究糌粑粉合适的贮藏保鲜方法,维持贮藏品质的稳定。
目前在糌粑粉的市售产品包装中,通常采用的是聚乙烯普通包装,其成本低、质地软,使用方便,但其透氧率和透光率较高。与此同时,锡箔包装因其遮光性好、透氧率低也被广泛用于食品包装中。另一方面,茶多酚是茶叶的主要活性成分,具有显著的抗氧化、抗病毒、抗菌等生物活性,可以特异性地凝结结构蛋白,与脱氧核糖核酸分子结合,破坏微生物的细胞壁和细胞膜,从而抑制微生物的生长[12];维生素E则可以通过从羟基提供氢原子来减少自由基,目前已在许多国家被作用食品抗氧化剂[13]。除此以外,材料科学和工程的发展催生了活性包装技术,目前市场上售有将还原铁粉、活性炭、硅藻土、氯化钠等组合进行复合的脱氧剂片状产品,这些成分的组合作用可以通过减少包装内氧气的含量延缓食品的氧化速度。
基于此,本研究进一步分析了在分别采用普通包装、铝箔包装的条件下,在糌粑粉中添加VE和茶多酚、添加脱氧剂片(市售、吸氧量30 mL)后其脂肪酸值、丙二醛值和挥发性成分的变化情况,以明确不同处理条件下糌粑粉的品质稳定性变化情况并预测产品的货架期,提出了对于糌粑粉产品更有效的货贺期延长方法,以为实现未来糌粑的工业化生产提供技术支持。
糌粑粉 西藏农业科学院提供;普通包装袋(聚乙烯PE材质、厚度80 μm、20 cm×14 cm)、铝箔包装袋(聚酯镀铝膜/聚乙烯 VMPET/PE材质、厚度180 μm、12 cm×17 cm)、食品专用复合保鲜脱氧剂(片状、30型、吸氧量30 mL)、VE、茶多酚 市售;NaOH、乙醇、酚酞、三氯乙酸、乙二胺四乙酸二钠、硫代巴比妥酸 分析纯,国药集团;1,1,3,3-四乙氧基丙烷 标准品,美国西格玛公司。
TB-403型千分之一天平 美国丹佛仪器公司;EWK-100型恒温水浴锅、HZQ-F100型恒温培养箱
哈尔滨东联电子技术开发有限公司;7890-5977型气相色谱-质谱联用仪、SPME 手动进样手柄、DVB/CAR/PDMS萃取头、15 mL萃取瓶、DB-WAX 毛细管柱 美国安捷伦公司;LXJ-IIB型离心机 上海安亭科学仪器;WFJ2100型紫外分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司。
1.2.1 糌粑粉的处理及包装方式 分别将糌粑粉进行以下方式进行分装,研究各种方式下的糌粑粉的品质变化情况:
普通包装:60 g糌粑粉用普通自封袋包装;
铝箔包装:60 g糌粑粉用铝箔袋包装;
添加抗氧化物的普通包装:0.0051 g VE+0.012 g茶多酚+59.982 g糌粑粉用普通自封袋包装;
添加抗氧化物的铝箔包装:0.0051 g VE+0.012 g茶多酚+59.982 g糌粑粉用铝箔袋包装;
添加脱氧剂的普通包装:60 g糌粑粉中加入1片脱氧剂后用普通自封袋包装;
添加脱氧剂的铝箔包装:60 g糌粑粉中加入1片脱氧剂后用铝箔袋包装。
其中抗氧化活性物质VE和茶多酚的添加量分别按照国家规定的最大添加量0.085和0.2 g/kg换算[14],脱氧剂片为市售食品专用复合保鲜剂,为片状结构,吸氧量为30 mL,适用克重范围为50~80 g。
1.2.2 糌粑粉的加速贮藏方法 将糌粑粉按照60 g/份进行包装,分别置于50±1 ℃的恒温培养箱(空气湿度<10%)中,并更换其在培养箱中的位置,使其受热均匀,每4 d 取出3~5份样品进行分析。
1.2.3 氧化指标的测定
1.2.3.1 脂肪酸值的测定 脂肪酸值的测定方法参考国家标准GB/T 15684-2015《谷物碾磨制品脂肪酸值的测定》测定[15]。具体操作步骤如下:称取5 g样品置于离心管中,加入30 mL乙醇溶液,加塞密封离心管,采用旋转式搅拌器搅拌1 h后,以2000×g离心加速度离心5 min,将上清液转移至锥形瓶中,加入酚酞溶液。用NaOH乙醇溶液滴定至淡粉红色,持续约3 s,记下滴定NaOH乙醇溶液的体积V1,用20 mL 95%乙醇替代20 mL上清液,进行空白试样滴定,记下滴定NaOH乙醇溶液的体积V0。
脂肪酸值Ak以mg/100 g表示(以KOH计),计算公式为:
式中,c为NaOH乙醇标准溶液浓度(mol/L),ω为样品水分含量(%)。
1.2.3.2 丙二醛值的测定 丙二醛值测定方法参考国家标准GB 5009.181-2016《食品中丙二醛的测定》[16]。具体操作步骤如下:称取均匀的样品5 g置入100 mL具塞锥形瓶中,准确加入50 mL三氯乙酸混合液,摇匀,加塞密封,置于恒温振荡器上50 ℃振摇30 min,取出冷却至室温,过滤。准确移取上述滤液和标准系列溶液各5 mL分别置于25 mL具塞比色管内,另取5 mL三氯乙酸混合液作为样品空白,分别加入5 mL硫代巴比妥酸(TBA)水溶液,加塞,混匀,置于90 ℃水浴内反应30 min,取出,冷却至室温。以样品空白调节零点,于532 nm处1 cm光径测定样品溶液和标准系列溶液的吸光度值,以标准系列溶液的质量浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线。
丙二醛含量计算公式为:
式中:X为样中丙二醛含量(mg/kg);c为从标准曲线中得到的试样溶液中丙二醛的浓度(μg/g);V为试样溶液定容体积(mL);m为样品质量(g)。
1.2.4 感官评价方法 嗅闻糌粑粉是否有哈败味由10名感官评价员来完成。参照GB/T 5492-2008,在感官评价之前对成员进行培训。感官评价标准:-表示没有哈败味;±表示哈败味不明显;+表示哈败味明显;++表示严重的哈败味。
1.2.5 风味物质的提取和测定方法 利用固相微萃取技术对挥发性物质进行提取,结合气相色谱质谱联用仪分析糌粑粉中的挥发性物质。
1.2.5.1 样品处理 参照扎西穷达等[17]的方法,称取2 g糌粑粉样品于15 mL萃取瓶中,在50 ℃水浴条件下平衡20 min后,萃取针(CAR/PDMS)插入距离粉体上方0.5~1 cm处萃取40 min,然后立即插入气相色谱质谱联用仪(GC-MS)进样口中,推出萃取头,250 ℃解析3 min。
1.2.5.2 气相色谱条件 采用DB-WAX柱;升温程序:起始温度40 ℃保持4 min,以5 ℃/min上升至170 ℃,保持2 min,以10 ℃/min上升至230 ℃保持5 min;进样口温度:250 ℃;载气流速:1.5 mL/min;不分流模式。
1.2.5.3 质谱条件 离子源:EI源;离子源温度:230 ℃;四极杆温度:150 ℃传感温度:240 ℃;采用全扫描采集模式;溶剂延迟:3 min。
1.2.5.4 定性与定量分析 挥发性成分的定性采用NIST库检索,选用匹配度均在800以上。挥发性成分的定量分析采用峰面积归一化法。
所有试验均进行重复,结果取其平均值。数据采用Excel软件、SPSS22.0软件和OriginPro9.0软件进行统计分析。
糌粑粉贮藏期间的感官品质变化最直观地表现是风味变化及对其可接受程度,当哈败味明显时意味着产品已到达贮藏期限。从表1中可以看出,若只是普通包装,糌粑粉在第12 d时开始产生哈败味,16 d时产生明显哈败味,20 d时哈败味严重,这说明糌粑粉确实极易出现品质哈败现象。即使是添加了抗氧化物和脱氧剂,也很难阻止哈败味的产生,在第12 d时均开始出现哈败味,说明仅靠抗氧化物和脱氧剂的作用,对哈败味的阻止效果不明显。改为铝箔包装后,哈败味相对于普通包装有一定改善作用,在第16 d时哈败味还不是特别明显;特别是添加脱氧剂后,在第20 d时才开始略有哈败味,这说明脱氧剂和包装方式对哈败味的阻止效果最好。由此可见,即使加入了抗氧化物后,普通包装的糌粑粉仍出现了明显的哈败味,说明普通包装并不适用于糌粑粉的包装。而铝箔包装对于阻止糌粑粉哈败具有更好的效果,特别是加入脱氧剂后可极大地延长其货架期。与普通包装的相比,货架期从12 d延长至了20 d。
表1 糌粑粉的哈败味感官评价Table 1 Rancidity sensory evalution of Zanba powder
糌粑具有浓郁的谷物风味,其主要风味物质包括醛类、醇类、酸类、烷烃类、酮类、杂环类等,这些相对含量较高的风味物质赋予了糌粑粉青草味、蘑菇味、坚果味、烘烤味、脂肪气味等,构成了糌粑粉特征性香气[18]。然而在糌粑粉贮藏期间,随着油脂的不断氧化,糌粑粉开始产生哈败,不良风味随之而来,其挥发性物质的种类和相对百分含量也会随着贮藏时间发生变化。为明确糌粑粉随贮藏期间的风味变化,采用气相色谱对糌粑粉不同类别风味物质及相对含量进行分析,结果如图1所示。
图1 糌粑粉贮藏期间风味化合物相对含量分布Fig.1 Relative content distribution of Zanba powder flavor compounds during storage
在醛类物质中,糌粑粉中共检测出了15种醛类物质,其中己醛是糌粑粉风味物质中最重要的化合物,其含量远高于其它化合物。在与表1中的感官评价表结合研究发现,在第12 d糌粑粉出现轻微哈败味的所有包装糌粑粉中,己醛含量均达到峰值,特别是普通包装下的己醛最高达到66.8%,但随后已醛含量开始下降。但对于贮藏第20 d哈败味仍不明显的添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉而言,其己醛相对含量始终未超过50%。这说明当开始产生不愉快的脂肪气味时,已醛含量也处于最高值,因此可以将己醛的含量高低作为氧化哈败预警的指标。在低浓度时呈青草气味,而在浓度较高时则会产生不愉快的脂肪气味,若超过50%,则样品开始出现了哈败味。
在烷烃类物质中,普通包装的烷烃类物质其含量在贮藏第4 d时迅速下降,从第0 d的20%含量降至第4 d的5%左右。说明普通包装由于透氧量高、不避光等因素,导致其极易在贮藏过程中发生化学作用,转化为其它醛类、醇类等化合物,从而对糌粑粉的风味产生一定的影响。而对于铝箔包装而言,烷烃类物质均保持较水平,特别是添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉中,其烷烃类物质的相对含量始终维持在较高的水平,均保持在20%以上,进一步说明铝箔包装更有利于糌粑粉的贮藏。
酸类化合物是造成食物产生异味的主要挥发性物质[19]。到了贮藏后期(第16 d时),糌粑粉中开始出现酸味,结合感官评价,糌粑粉在第16 d时已产生不同程度的哈败味,因此推测糌粑粉氧化劣变往往伴随着酸类物质的出现。特别是普通包装的糌粑粉的酸类物质含量明显高于铝箔包装,说明铝箔包装可在一定程度上抑制糌粑粉产生哈败味;而且添加了脱氧剂的铝箔包装糌粑粉未检测出酸类物质,进一步说明其贮藏效果最佳。
此外,在糌粑粉中还检测出了5种醇类化合物、7种酮类物质、4种杂环类物质和6种酯类化合物。醇类物质被认为是由脂肪酸的氢过氧化物分解、羰基化合物还原或是脂质氧化酶对脂肪酸的作用产生而成[20],其种类和含量变化规律不明显;酮类物质是由不饱和脂肪酸的氧化降解产生的[21],是醛类化合物进一步氧化的结果,其中3,5-辛二烯-2-酮的含量较高,赋予糌粑粉陈气味;4种杂环类物质的相对含量在1.9%~11.7%,其中2-正戊基呋喃、萘在不同包装条件下始终存在,而且2-正戊基呋喃是亚油酸氢过氧化物的降解产物[22],贡献的香气为焦香,但由于其风味阈值较低[23],因此对糌粑粉风味也有较大的作用。酯类化合物是由醇和小分子脂肪酸酯化反应产生的[24],大多在贮藏期第16 d才出现,相对含量在0.50%~3.50%之间,一般酯类化合物的阈值较低,具有花香、果香等柔和的气味[25]。
总体来看,随着贮藏时间的延长,糌粑粉的烷烃类物质呈下降趋势,酸味物质呈上升趋势,而且哈败味越重,趋势越明显。此外,己醛的浓度可被认为是糌粑粉氧化哈败的预警指标,低浓度时呈青草气味,高浓度时呈不愉快的脂肪气味,当含量超过50%,样品开始出现哈败味。
2.3.1 糌粑粉在贮藏期中的脂肪酸值变化 为进一步明确糌粑粉在贮藏期内的氧化变质程度,本研究通过检测糌粑粉的脂肪酸值来判定其变质程度,将糌粑粉进行50 ℃加速试验,结果如图2所示。随着贮藏时间的延长,糌粑粉的脂肪酸值逐渐增加。普通包装的糌粑粉从初始脂肪酸值的14.17 mg KOH/100 g增长至20 d后的39.86 mg KOH/100 g,增加了1.81倍,说明糌粑粉中的不饱和脂肪酸极易发生氧化,保质期短,因此必须对其进行一定的处理才能保证产品的货架期。
图2 不同包装方式糌粑粉脂肪酸值随贮藏时间的变化Fig.2 Fatty acid value changes of Zanba powder with different packaging methods
进一步对不同包装条件下的糌粑粉的脂肪酸值比较发现,糌粑粉的脂肪酸值均随着贮藏天数的延长而增加,但表现一定的区别。在未添加抗氧化物和脱氧剂时,铝箔包装糌粑粉的脂肪酸值低于普通包装,其含量是普通包装的80.01%(第20 d),说明铝箔包装可有效抑制脂质的氧化。从添加抗氧化物(VE+茶多酚)和脱氧剂来看,以普通包装为例,贮藏前8 d,添加抗氧化物的糌粑粉和添加脱氧剂的糌粑粉脂肪酸值增长幅度分别为31.3%、68.8%;贮藏第8~12 d,添加抗氧化物的糌粑粉脂肪酸值增长速率为2.21 mg/(100 g·d),明显高于添加脱氧剂的糌粑粉(0.88 mg/(100 g·d)),说明到贮藏中期脱氧剂依旧发挥抑制氧化的作用,而抗氧化物在前8 d不断被消耗,随着时间的延长其贮藏保鲜效果减弱。总体而言,添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉脂肪酸值是所有样品中增长速率最低的,第20 d时其含量是普通糌粑粉的66.67%。这表明添加抗氧化物、脱氧剂以及铝箔包装均在一定程度上可以延缓氧化指标增加的速度。
表1 与图2结果,确定了当糌粑粉产生明显哈败味时几种样品的脂肪酸值分别是:35.43 mg KOH/100 g(添加抗氧化物的普通包装)、31.00 mg KOH/100 g(添加吸氧剂的普通包装)、32.77 mg KOH/100 g(铝箔包装)、31.00 mg KOH/100 g(添加抗氧化物的铝箔包装)、32.77 mg KOH/100 g(添加吸氧剂的铝箔包装),综合取其平均值为32.59 mg KOH/100 g,这一脂肪酸值可作为判断糌粑粉氧化劣变的临界指标。
2.3.2 贮藏过程糌粑粉丙二醛值变化 油脂的不饱和脂肪酸在贮藏期间发生氧化反应,生成一系列醛类化合物进而产生的不愉快气味,其中丙二醛含量常用来表示食品哈败的程度。为进一步明确糌粑粉的哈败情况,本研究分析并比较了不同处理方式糌粑粉丙二醛含量随贮藏时间的变化趋势,结果如图3所示。与脂肪酸值结果一致,随着贮藏时间的延长,丙二醛含量呈增长趋势,普通包装的丙二醛值从初始的0.402 mg/kg增加至20 d的1.388 mg/kg,增加了2.45倍。
图3 不同包装方式糌粑粉丙二醛含量随贮藏时间的变化Fig.3 MDA value changes of Zanba powder with different packaging methods
处理方式对丙二醛值的变化也表现很大的差异,但效果与脂肪酸值一样,即铝箔包装优于普通包装,脱氧剂效果优于抗氧化物的效果。总体而言,仍是添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉丙二醛值及增长速率是所有处理中最低的。使用脱氧剂后,包装内的氧气含量下降,而且配合铝箔包装的低透氧率,使糌粑粉贮藏在相对含氧量较低的环境下,明显延缓了丙二醛值增加的速度,使其贮藏保鲜效果最好[26]。综合感评价表,当产生哈败味时,几种样品的丙二醛值分别为1.26 mg/kg(添加抗氧化物的普通包装),1.18 mg/kg(添加吸氧剂的普通包装)、1.04 mg/kg(铝箔包装)、1.16 mg/kg(添加抗氧化物的铝箔包装)、1.18 mg/kg(添加吸氧剂的铝箔包装),平均值为1.16 mg/kg,即当样品中的丙二醛含量达1.16 mg/kg时,糌粑粉开始出现哈败味。
根据加速实验氧化指标的变化结果,用Arrhenius方程拟合推算,得出不同包装糌粑粉贮藏期间脂肪酸值和丙二醛值的变化均遵循一级反应动力学,决定系数R2均大于0.9,故可以进行货架期预测[27]。表2为脂肪酸值和丙二醛值的回归方程和决定系数R2。
如果产品在贮藏过程中产生已产生了哈败味,说明其已不再适于食用,即已超出了产品货架期,因此在本研究中,分别对糌粑粉产生哈败味的脂肪酸值32.59 mg KOH/100 g和丙二醛值1.16 mg/kg作为贮藏终点进行货架期的预测。从表2中可以看出,无论用脂肪酸值和丙二醛值都可较好地预测产品的货架期,而且从处理方式来看,以添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉贮藏时间最长,与普通糌粑粉相比,其贮藏期延长了78%。
表2 肪酸值和丙二醛值在不同包装条件下的回归方程及货架期预测Table 2 Regression equation of the acid value and MDA value with different packaging methods and the prediction of shelf life
根据Arrhenius经验公式,对于大多数食品的化学反应,温度每升高10 ℃,反应速率常数K提高一倍,即K(T+10)=2K(T),而反应速率常数与食品货架期成反比[2],因此本实验条件下,50 ℃贮藏 1 d相当于20 ℃贮藏8 d,对两个氧化指标预测得到的货架期取平均值,根据温度与货架寿命系数推算出在20 ℃贮藏时,普通糌粑粉的货架期仅为116 d,无法达到目前市场上的谷物粉一般要求的6个月保质期。因此在对糌粑粉进行贮藏时,必须进行特殊的处理,才能达到保质期的要求。在本研究的其它处理方式中,铝箔包装糌粑粉160 d、添加抗氧化物的普通包装糌粑粉136 d、添加抗氧化物的铝箔包装糌粑粉172 d、添加脱氧剂的普通包装糌粑粉148 d、添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉贮藏时间分别为208 d,只有添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉可达到较好的品质保证要求。
为明确糌粑粉在贮藏期的品质变化情况,本文采用50 ℃条件下进行货架期加速实验,对糌粑粉的感官评价、氧化品质和挥发性成分进行分析,预测其产品货架期。结果表明:随着贮藏时间延长,普通包装下的糌粑粉在短时间内其品质便发生氧化劣变,哈败味增加,脂肪酸值和丙二醛值也随之增加,其中出现哈败味其临界值分别为32.59 mg KOH/100 g和1.16 mg/kg。而且伴随着哈败味的产生,糌粑粉风味中的烷烃类物质呈下降趋势,酸类物质呈上升趋势,哈败味越重,趋势越明显。更换包装方式后,糌粑粉的货架期可得到有效延长。对比包装方式发现,铝箔包装均优于普通包装,脱氧剂效果优于抗氧化物。通过预测试验,常温条件下6种糌粑粉货架期从长到短依次为:添加脱氧剂的铝箔包装(208 d)、添加抗氧化物的铝箔包装(172 d)、铝箔包装(160 d)、添加脱氧剂的普通包装(148 d)、添加抗氧化物的普通包装(136 d)、普通包装(116 d)。其中添加脱氧剂的铝箔包装糌粑粉的货架期较普通包装延长了近0.8倍。
目前市场普通谷物粉的货架期标准通常为180 d,但普通包装的糌粑粉,无论是否添加抗氧化物或脱氧剂,均无法达到其要求,说明普通包装因其较高的透氧率和无法避光而不适用于糌粑粉的贮藏,需使用透氧率较低的铝箔包装效果更好[28]。而改用铝箔包装后,其货架期208 d,可达到目前市场普通谷物粉的货架期标准。这一研究表明,糌粑粉因其加工工艺的特殊性,而使具有明显的短货架期问题。因此若要使其在市场上形成较好的流通和运输,需要相关企业在其包装方式上进行特殊的处理,才能达到与市场普通谷物粉相同的货架期条件。