冰烤薯风味轮的构建及应用

张毅,孙健,岳瑞雪,朱红,张文婷,马晨,邓少颖,钮福祥

(江苏徐淮地区徐州农业科学研究所,江苏 徐州,211131)

随着农业产业结构的调整,甘薯产业化进程加快推进。不再作为果腹食物的甘薯,人们对其食味品质的要求日益提高;同时随着大众保健意识的提高和对食品安全的关注,越来越多的人开始追求零添加和原汁原味的制品。烤制作为一种最普遍的加工方式,美拉德和焦糖化反应能使甘薯产生诱人的色泽和香气,成品多见于市井作坊,但烤制环境、产品口感等往往无法保证,也难以实现周年供应。因此,筛选优质的甘薯在适当条件下烤制后速冻,制作成的冰烤薯既延长了产品的货架期,又保证了品质的统一,提高了消费者的满意度。

冰烤薯香甜软糯,但风味品质受品种、种植地、生育期、烘烤温度、烘烤时间、速冻条件等多种因素影响[1-2],因此风味研究和感官评价将对产品的改良和工业化生产有着重大意义。风味的研究主要包括色泽、味道、气味和色泽方面,电子眼和色差仪可以准确读取色差值;味道的评价通常采用感官评价和气相色谱-质谱联用法,随着检测手段的进步,电子舌模拟人舌功能,以低选择性、非特异性和交互敏感性的多传感器阵列为基础,检测样品的整体特征响应信号,消除感官评价主观差异,已逐渐应用于甘薯制品的研究[3];气味的分析主要通过电子鼻[4]和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定[5],两者分析结果相近。感官评价方面,风味轮是一种十分简洁易懂的描述词系统,可以将产品风味特征形象的表现出来,方便专业人员与消费者之间进行交流沟通[6]。国内外在食品风味轮感官评价方面已开展广泛的研究[7],而目前针对甘薯产品感官品质分析的研究多基于简单描述法[8],各研究结果之间难以进行有效地比较分析,因此冰烤薯风味轮的绘制及感官评价方法的探究将进一步推动冰烤薯产品的研究和开发。

定量描述感官评价(quantitative descriptive analysis, QDA)法和快速描述感官评价(check-all-that-apply, CATA)法是分别采用优选评价员和消费者评价员对产品感官品质进行描述分析的方法[9]。QDA法是一种描述产品感官属性的数字化感官评价方法,已成功应用于奶酪[10]和各种饮品[11]中。通过接受过培训的评价员在直线标度尺上标记对描述词的感知强度,从而可以量化产品感官属性,该法适用于建立样品稳定性以及控制质量的研究;CATA法则是以消费者评价员代替优选评价员的一种评价方法,因其高效、短时、灵活和低成本的优势在食品领域得到广泛实践,已成功应用于苋菜[12]和冷萃咖啡[13]等产品。CATA问卷包含一个与产品感官特性相关的描述词列表,消费者在问卷中选出适合描述样品的描述词,该方法不需要对评价人员进行专业的培训和维护,能够节约大量的时间和成本;但感官特征强度无法获取。CATA法进行过程中引入9点标度法对样品的接受程度进行量化赋值,还能够直接反映消费者的喜好[14]。

本研究通过化学分析结合电子舌和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱对样品的营养成分、滋味和气味成分进行检测。在构建冰烤薯风味轮基础上,确定产品风味轮廓的主要描述词,建立相应的感官评价方法,采用QDA和CATA两种方法对冰烤薯的感官特性进行分析,以期筛选出不同产品间的品质差异,通过消费者总体接受度检验明确消费者的喜好,从而更好地满足市场和消费者需求,推动甘薯加工产品提档升级。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯,中国农业科学院甘薯研究所提供,本次试验的10个甘薯品种在相同土壤、气候、栽培及管理条件下统一收获,收获后12 ℃贮藏;耐热α淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶、2-吗啉乙磺酸乙磺酸、三羟基甲基氨基甲烷、硅藻土,美国HEOWNS公司;甲基橙、甲基红、溴甲酚绿、无水乙醇、NaOH、HCl、HNO3、H2SO4、CuSO4、K2SO4、H3BO3、Na2HPO4·12H2O、KH2PO4、丙酮、草酸铵等试剂均为国产分析纯,国药集团有限公司;可溶性糖含量检测试剂盒(BC0035),北京索莱宝科技有限公司;阴离子和阳离子溶液、内部液、参比溶液、6种味觉标准溶液,日本Insent公司。

JF-168烤箱,北京富佳伟业机械制造有限公司;XOCSL-120F超声波速冻冷柜,南京先欧仪器制造有限公司;CM-5分光测色计,日本柯尼卡美能达公司;Multiskan FC酶标仪,美国赛默飞世尔公司;Avanti J-26XP高效离心机,美国内科曼库尔图公司;FE20 pH计,德国IKA公司;FA124T电子天平,上海力辰公司;F6010CN马弗炉,北京易安科仪;DHG-9920A烘箱,上海一恒公司;SA402B电子舌,日本Insent公司;Agilent Technologies 7000 GC/MSTiple Quad三重四级杆气质联用仪,美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品选择

试验材料于2022年5月16日栽插,10月12日收获,生育期150 d,贮藏30 d后,选取薯皮光滑,薯块无畸形、无创伤、无开裂、无虫伤、无病害,重量约300 g的典型薯块制备冰烤薯[2]。

1.2.2 样品制备

去除待测薯块表面泥土污渍后放入预热好的烤箱,烘烤温度200 ℃,烘烤时间 60 min[8],结束烘烤后迅速置入超声波速冻冷柜,速冻好的冰烤薯置于-20 ℃保存,恢复室温后横向切半,一半测定营养成分,一半进行感官评价。

1.2.3 营养成分测定

蛋白质、脂肪、膳食纤维含量和干物质率的测定采用美国分析化学家协会的标准方法[15];可溶性糖含量按照试剂盒说明书步骤测定;分光测色计记录横切面L*、a*和b*3个色值。

1.2.4 感官评价专家选择和培训

按照国家标准GB/T 16291.1—2012 《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》,招募有品鉴能力的评价人员,对评价员进行选拔、培训与管理。经过初筛、复筛,对通过选拔的品尝测试人员进行感官培训及20 h以上的强化训练,最终建立10人的感官评价专家组。配置不同描述词的参照样(表1)应用于冰烤薯场景,经专家组讨论确定强度I,部分参照样参考徐锡明等[16]制备方法。

表1 冰烤薯描述词参照样

1.2.5 电子舌检测方法

1.2.5.1 样品预处理

分别称取样品50 g,加入250 mL蒸馏水打成浆状,3 500 r/min离心15 min,过滤,取澄清上清液备用。

1.2.5.2 传感器活化

参考朱红等[3]方法活化6根脂质膜传感器(AAE、CA0、CT0、C00、AE1、GL1)和3根Ag/AgCl参比电极,其中咸味传感器、涩味传感器、鲜味传感器、苦味传感器、酸味传感器和参比电极活化24 h;甜味传感器和参比电极活化48 h。

1.2.5.3 电子舌的测定

参比溶液为KCl和酒石酸的混合溶液,是用来模拟人体口腔中只有唾液时的状态,所有样品均以参比溶液作为对照。每个样品测量前后,将传感器进行清洗和标准化;每个样品平行测定3次。

1.2.6 挥发性风味成分检测方法

1.2.6.1 萃取头老化处理

第一次使用时,将50 μm DVB/CAR/PDMS复合萃取头在气相色谱进样口老化30 min。

1.2.6.2 萃取条件

将装有样品的萃取瓶放置在自动进样器上,孵化温度70 ℃,顶空吸附萃取时间50 min,结束后,250 ℃解吸附5 min,同时启动仪器收集数据。

1.2.6.3 气质联用仪参数设定

HP-5MS色谱柱(30.0 m×250 μm×0.25 μm);载气He,流速1.0 mL/min,进样方式自动进样,进样口温度250 ℃,接口温度250 ℃。温度设定:起始温度50 ℃,保持2 min;以20 ℃/min升温速率升至110 ℃保持1 min;以5 ℃/min升温速率升至250 ℃保持2 min;以30 ℃/min升温速率升至280 ℃保持1 min。质谱条件:电离方式EI;电子能量70 eV;离子源温度250 ℃;扫描质量范围33～650m/z。

1.2.7 冰烤薯风味轮的研究方法

1.2.7.1 冰烤薯食味感官风味轮的建立

参考孔祥伟等[6]研究:专家组通过头脑风暴,初步给出冰烤薯样品嗅觉、触觉和味觉等相关感官描述词,通过反复讨论对描述词进行合并和删除,对最终得到的描述词进行归类,绘制冰烤薯风味轮。

1.2.7.2 冰烤薯风味轮廓描述词的选择

利用冰烤薯风味轮所得到的感官描述词,对10个冰烤薯样品进行定量描述分析,按照强度进行评分(0表示未能感觉到;1表示最低强度;5表示中等强度;9表示最高强度;部分描述词强度参照样见表1)。参照国际标准ISO 11035—1994,通过对专家组评价样品所得的强度评分,几何平均值M计算如公式(1)所示。

(1)

式中:F,描述词实际被述及的次数占总次数的百分比;I,描述词的强度和占最大可能强度的百分比。

根据M值和方差分析对描述词进行筛选,并对筛选出的描述词进行主成分分析[17]。

1.2.8 冰烤薯风味轮的应用

1.2.8.1 定量描述感官评价法的建立

根据已构建的风味轮,建立适合冰烤薯感官评价的QDA[18]。选择从事甘薯专业研究的10名评价员组成优选评价员小组,根据风味轮廓描述词建立的感官属性描述词汇表;采用9点标度(1表示最低强度;9表示最高强度)对上述描述词进行强度评价。

1.2.8.2 快速描述感官评价法的建立

根据已构建的风味轮,建立适合冰烤薯感官评价的CATA[18]。选择40名无评审背景知识的消费者组成消费者评价小组。试验开始前,对普通消费者进行试验所需的流程介绍以及品尝方式的基本知识培训。快速描述分析法调查表包含了风味轮中的全面风味描述词,消费者选择上述描述词对样品进行全面描述;消费者接受度检验采用9点喜爱标度(1表示非常不喜欢,9表示非常喜欢)[19]对样品的整体喜好度进行勾选。

1.3 数据处理

采用DPS V9.01软件对营养成分数据进行统计分析和相关性分析,同行样品间小写字母不同表示具有显著性差异(P<0.05);采用SPSS V18.0软件对感官评价数据进行方差分析和主成分分析;对QDA所得数据进行单因素方差分析和多重比较分析;并对CATA法得到的描述词频率进行Cochran’s Q检验。

2 结果与分析

2.1 冰烤薯的主要营养成分及滋味、气味分析

2.1.1 冰烤薯的皮色肉色及主要营养成分

对10个品种冰烤薯样品的皮色肉色、主要营养成分及烤制得率进行分析(表2)。10个参试样品覆盖目前市售主要的高端优质鲜食品种,肉色主要分为三类,2种橙红色、7种黄色和1种紫色。由于品种差异,不同品种冰烤薯的营养成分及烤制得率具有一定差异,可溶性糖含量为16.08%～25.93%;蛋白质含量为0.65%～2.45%;脂肪含量均小于0.31%;膳食纤维含量为1.69%～2.76%;干物质率差异较大,最小值为21.07%,最大值为40.68%。

表2 冰烤薯的皮色肉色及主要营养成分

2.1.2 冰烤薯电子舌滋味分析

通过电子舌的6个传感器检测,获得了10个不同品种冰烤薯的6种先味信号值(甜味、酸味、苦味、涩味、鲜味和咸味)和3种回味信号值(苦味回味、涩味回味和鲜味丰富度)。如图1所示,不同品种冰的烤薯除咸味之外,其他指标间都存在显著差异(P<0.05),所有样品的酸味均为负值,而苦味回味、涩味、涩味回味、鲜味丰富度和咸味的响应值都很低。S6的甜味最高,苦味最低;S7、S8和S1甜度次之,说明这几个品种冰烤薯食味品质相对优秀。S10的鲜味最高,但苦味最高,说明该品种冰烤薯适合进行风味修饰或复配研究。电子舌雷达图将冰烤薯的滋味量化成了6种基本味觉值,一定程度上反映了冰烤薯的味感特征,但冰烤薯的整体滋味复杂,还需要通过感官评价进行描述和细分。

图1 冰烤薯电子舌滋味雷达图

2.1.3 冰烤薯挥发性风味成分分析

甘薯烤制过程中,淀粉会酶解成还原糖,糖类与氨基酸在高温下发生美拉德反应生成一系列挥发性的风味物质。本次试验一共检测出77种挥发性化合物,包括烃类41种、醇类10种、醛类7种、酮类3种、苯环类12种、杂环类4种。烃类化合物包括烯烃类和烷烃类2类,主要产生自脂肪酸氧自由基的均裂[20],是挥发性风味物质中含量相对较高的一类化合物(表3),其中S2、S10、S9和S7相对含量高于其他品种。醇类化合物的风味阈值较高,对风味贡献相对较少,除S1和S9外,其余品种相对含量均较低。醛类化合物为美拉德反应的主要产物之一,多具有脂肪、奶油或油炸香[21],S5、S2、S4和S7含量较高,对风味的产生具有一定作用,另外醛类物质与其他物质具有重叠的风味效应[22]。酮类化合物也是脂肪氧化和美拉德反应的产物,主要起辅助作用,仅S2和S5检测出的含量相对较高。苯环类化合物由于其独特的结构一般都具有香甜味,对整体风味有一定的贡献[23],S3、S2和S4具有较高含量。含氮、氧杂环类化合物普遍存在于烘烤坚果中,多呈现坚果香味和焦糖香气,冰烤薯中糠醛和糠醇含量较高,可赋予产品焦糖的香韵。

表3 冰烤薯挥发性风味成分的相对含量 单位:%

2.2 风味轮的构建

2.2.1 风味感官描述词的获取

经过3次感官描述评价,共获得嗅觉描述词9个、触觉词12个、味觉描述词31个。对上述描述词进行筛选,删除主观术语、定量术语、出现频率较低的描述词,整合相近词语(如:栗子香和板栗香,删除栗子香;有筋、有纤维和粗糙,删除有筋和有纤维;泥土气和生腥气,删除泥土气等)。经专家组讨论最终获得描述词:嗅觉6个、触觉6个、味觉18个。尽管视觉感官也会影响评价结果,但不适宜作为一种风味组成成分,故本次不涉及视觉感官评价。

2.2.2 风味轮的绘制

经多次研究讨论,绘制完成冰烤薯风味轮(图2)。

图2 冰烤薯风味轮

内层为嗅觉、触觉和味觉3大类。嗅觉即为气味,最外层描述词共6个,包括板栗香、南瓜香、胡萝卜香、清香、焦香和生腥气。触觉即为口感,最外层描述词共6个,包括细腻、粗糙、干面、粉糯、软糯和稀软。味觉包括综合口味、基本味和回味3类,末端具象的描述词共18个,基本味分为甜、酸、苦、鲜和咸;综合口味包括板栗味、南瓜味、胡萝卜味、焦糖味、奶香味、蜂蜜味、芋香味、水果味、果脯味、烟熏味和草药味;回味分为绵长和短暂。

2.3 特征感官描述词

在风味轮的基础上选择特征描述词用来描述冰烤薯感官基本特征。几何平均值M表示描述词的重要程度,方差越大表示样品间风味属性差异越大,保留M值大于0.1且变异系数较大的词汇,最终筛选出4个嗅觉描述词,5个触觉描述词和7个味觉描述词作为特征描述词(表4)。

2.3.1 嗅觉描述词的选择

对表4的嗅觉描述词进行主成分分析,结果见图3。PC1与PC2累计贡献率达到75.63%,说明这些描述词可以完整地反映出冰烤薯的嗅觉属性,互相之间不能作为替代。因此嗅觉的描述词最终定为焦香、南瓜香、板栗香和胡萝卜香4个。

a-嗅觉;b-触觉;c-味觉

2.3.2 触觉描述词的选择

对触觉描述词进行主成分分析,PC1与PC2累计贡献率达到73.21%,其中细腻和软糯围绕在稀软附近,而粉糯和干面分布较散,这5个描述词能够较好反映出触觉属性。

2.3.3 味觉描述词的选择

对味觉描述词进行主成分分析,PC1与PC2累计贡献率达到70.44%,能够基本反映原数据的情况。其中甜味和焦糖味相关性较高,板栗味、南瓜味、果脯味较为分散。结合M值与方差选择这7个描述词作为冰烤薯的嗅觉风味描述词较为恰当。

2.4 冰烤薯风味轮的应用

2.4.1 定量描述感官评价的建立

通过在风味轮的基础上选择特征描述词,制作QDA法调查表(表5);统计10名优选评价员的打分,对结果进行单因素方差和多重比较分析。如表6所示,16个描述词对于不同样品均有显著差异。对比表6和图1可以发现,定量描述感官评价与电子舌检测结果的符合度较高。定量描述感官评价中,S6、S8和S1的甜味排前三位,而S10相对较低,说明紫甘薯的甜味略有不足,电子舌检测结果也显示S6、S7、S8和S1的甜味相对较高。与电子舌相比,感官评价存在一定主观性,但建立在风味轮基础上的定量描述获取的信息更丰富。S6、S1、S7、S8和S2的细腻程度区别于其他样品,与表2测定结果中膳食纤维含量呈负相关;S6和S7口感最为软糯,S1口感更稀软,S10口感偏粉糯, S10、S3和S4干面程度更高,与干物质率呈正相关。S1和S2由于β-胡萝卜素含量较高,南瓜味、胡萝卜味和南瓜香、胡萝卜香特性区别于其他样品;S3、S9和S4以板栗味和板栗香区别于其他样品;焦香和焦糖味与美拉德反映有关,甜度越高的样品其焦香和焦糖味也越浓。4个日本品种S6～S9的果脯味显著区别于其他样品,属于日本选育的品种一大特性。

表5 定量描述分析法调查表

表6 定量描述分析法方差分析结果

2.4.2 快速描述感官评价法的建立

根据已构建的风味轮,建立适合冰烤薯快速感官评价的CATA法,调查表如表7所示。为了直观地展示描述词的差异显著性,对CATA法中30个描述词被提及的频率进行Cochran’s Q检验,结果表明(表8),不同品种冰烤薯样品中有14个特征描述词有显著性差异。被选择频率较高并且与其他样品有高度显著差异的描述词主要包括板栗香、板栗味、南瓜香、南瓜味、稀软、焦糖味。针对显著性差异高的描述词,消费者能够区分出不同品种冰烤薯样品间的差异并判断出差异的具体属性。对消费者喜好度检验数据分别进行方差分析,10种冰烤薯的总体喜好度平均值如表9所示,消费者对这10种冰烤薯样品的喜好度排序为S6>S1=S8>S7>S9=S4>S2>S5>S3>S10,尽管消费者对各种冰烤薯的喜爱程度相似,但总体上S6、S1和S8明显优于其他样品。

表7 快速描述感官评价法和消费者总体接受度调查表

表8 快速描述感官评价法建立的风味描述词及被提及的频率统计

表9 冰烤薯样品总体喜好度均值

3 讨论与结论

不同品种、烘烤和速冻工艺对冰烤薯的风味品质都有一定影响。不同甘薯品种烘烤后的理化、感官、质构特性等指标均有一定差异[24],但过高的温度和过长的时间会产生焦味和酸味,对风味产生不良影响。前人研究发现[25],200 g左右的甘薯最佳烘烤工艺是200～220 ℃的烘烤温度下,烘烤时间在1～2 h,可获得最佳的感官综合评价,本次试验采用统一的烘烤条件为200 ℃、1 h,除个别样品出现表皮破裂外,大部分样品外观完整,口感较好。而冻结过程中冰晶体的尺寸和分布,也造成产品解冻后汁液流失、结构坍塌等问题,本次试验将烤制好的样品统一采用超声速冻,样品解冻后形态完整,食味品质保持稳定。糖、蛋白质和脂肪等营养成分是气味形成的物质基础,也是不同品种冰烤薯挥发性风味成分组成与含量差异的初始来源,本次试验通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱共检测出6大类,77种挥发性化合物,不同品种冰烤薯的挥发性风味成分和含量存在一定的差异,其中含量较高的烃类、醛类和杂环类化合物共同作用构成了冰烤薯独特的风味,能够较好地区分不同品种冰烤薯风味的差异。电子舌结果发现,苦味回味、涩味、涩味回味、鲜味丰富度和咸味的响应值都很低,不同品种的冰烤薯主要区别在于甜味、苦味和鲜味。感官评价结果与电子舌结果相类似,甜味为样品品尝到的最基本味道;紫薯型样品具有苦味,可能是样品中花青素含量较多造成的;值得注意的是,电子舌酸味信号值均为负值,感官评价发现酸味多来源于烤焦的表面,赵祥颖等[26]研究表明,甘薯皮层部分对甘薯特征香气的形成至关重要,因此冰烤薯特征香气的生成机制及对品质的影响值得进一步研究。冰烤薯的咸味可能与种植环境有关[16];鲜味一般与氨基酸类和有机酸类物质含量有关;涩味曾被认为是一种味觉,其实质是某些特殊分子(如单宁等)与舌头上受体蛋白质结合后产生摩擦与收敛的感觉,属于触觉,但此次评价中并未品尝出。

通过理化指标、电子舌和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定检测,准确地反映出不同冰烤薯制品整体的品质特性,虽然设备检测结果在准确性和客观性方面有优势,但在信息量的获取上存在着一定的局限性,与感官评价可以起到互补的作用。本试验表明理化指标、电子舌和气相色谱-质谱的检测结果与定量描述、快速描述感官评价结果的符合度较高,红瑶、烟薯25和鸣门金时甜度高,苦味小,市场接受度较高,可以作为冰烤薯的原料;徐紫薯8号富含花青素,适合有的放矢的进行风味修饰或复配研究;烟薯25和心香的杂环类化合物含量较高,与焦香味描述一致,而普薯32、高系12和玛莎莉的烃类和醛类化合含量较高,可能与南瓜香、板栗香和胡萝卜香有关。

风味轮的构建为冰烤薯感官属性的描述语体系提供统一标准[27],从而加深了人们对产品风味的认识。值得注意的是,受本次样品数量限制,不能完全包含全部甘薯品种冰烤薯产品所具备的风味感官特征,因此需要不断增加试验品种以完善冰烤薯风味轮的发展。基于风味轮构建的2种评价方法为产品的感官评定提供了参考方案,QDA法能够准确区分感官特征强度差异且能够对感官属性进行细化及量化,但也存在一定的局限性,例如培训评价员小组存在增加成本、消耗时间长的缺点;CATA法能够相对快速、低成本地从消费者中获取感官特征差异,但无法评价感官特征强度,同时开展的消费者喜好度检验则可以直接了解消费者对冰烤薯的偏好性。2种方法可应用于不同场景,为甘薯加工企业深入了解产品特性和提供消费者偏爱的产品提供不同方向的信息,从而更好地促进冰烤薯市场的繁荣。