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《食品科學(xué)》:沈陽藥科大學(xué)張曉書副教授、宋建新博士等:藜麥特征香氣的研究進展

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藜麥(

Chenopodium quinoa
Willd)是一種莧科藜屬一年生雙子葉植物。藜麥不僅富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素等多種基礎(chǔ)營養(yǎng)組分,還含有多酚、多糖、皂苷、植物甾醇、黃酮、 生 物堿、膳食纖維等特征性功能組分,被用來制作各種傳統(tǒng)食品以及無麩質(zhì)食品,但其風味品質(zhì),尤其是香氣特征仍存在成分不穩(wěn)定、異味殘留等突出問題。研究表明,藜麥的香氣體系主要由醛類、醇類、酮類、酯類及雜環(huán)類化合物組成。藜麥存在眾多栽培品種,常按其籽粒顏色主要分為白藜麥、紅藜麥和黑藜麥)3 個類型。此外,加工工藝(會顯著改變其揮發(fā)性物質(zhì)的組成與含量,從而影響其香氣品質(zhì)。

沈陽藥科大學(xué)功能食品與葡萄酒學(xué)院的張禧燕、張曉書*、宋建新*等人對藜麥香氣的物質(zhì)基礎(chǔ)與特征,歸納加工方法對藜麥特征香氣的影響進行綜述,總結(jié)藜麥特征香氣的形成機制(脂肪酸氧化、氨基酸代謝、美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)及微生物發(fā)酵)。旨在為藜麥風味的深入研究提供參考,以期促進藜麥產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。


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藜麥香氣成分的組成及品種間差異

藜麥的獨特香氣是其風味品質(zhì)的核心,由多種揮發(fā)性有機化合物(VOCs)協(xié)同作用形成,其具體組成比例、特征及關(guān)鍵香氣活性物質(zhì)(OACs)受品種遺傳背景(常以籽粒顏色為表型標記:白、紅、黑)和產(chǎn)地環(huán)境因素的顯著影響。

藜麥的香氣主要由醛類(23.99%~36.81%)、醇類(22.65%~26.50%)、酮類(12.30%~19.97%)、酯類(13.30%~30.99%)及雜環(huán)類(6.8%~19.4%)等化合物構(gòu)成。醛類化合物以己醛、辛醛和戊醛為主,這些醛類香氣物質(zhì)主要通過脂肪酸代謝途徑形成。其中,己醛因其極低的嗅覺閾值(0.004 5~0.005 0 mg/kg),主要為藜麥貢獻清新香氣。白藜麥的己醛含量豐富,顯著高于紅藜麥和黑藜麥。苯乙醛(呈現(xiàn)玫瑰芬芳)在紅藜麥品種‘Rosada de Huancayo’中含量豐富。醇類是重要的香氣組分,包括乙醇、1-己醇(青草味)、1-戊醇和異戊醇(酒香/果香)。1-己醇的閾值(約0.5 mg/kg)遠高于己醛,其感官貢獻相對較弱。白藜麥中1-己醇含量通常較高,黑藜麥和紅藜麥的異戊醇濃度常存在顯著差異(P<0.05),這可能是由它們遺傳背景差異所導(dǎo)致的代謝通路調(diào)控不同引起。酮類中2,3-丁二酮(又稱雙乙酰)具有極其強烈的奶油香氣(閾值約0.000 1 mg/kg),是重要的OAC;6-甲基-5-庚烯-2-酮則貢獻柑橘般清新氣息。紅藜麥常表現(xiàn)出酮類(如2,3-丁二酮)的相對富集。酯類以乙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、己酸乙酯等為代表,主要賦予水果香(如香蕉、蘋果)和甜香。其形成與脂肪酸代謝和微生物活動相關(guān)。黑藜麥(如秘魯‘Negra Collana’和玻利維亞‘Negra Kollana’)常呈現(xiàn)出多種酯類化合物(如庚醛、丙酸丁酯、己酸乙酯)富集的現(xiàn)象,為其貢獻特有的果香及可可焦香。也有研究發(fā)現(xiàn)香格里拉產(chǎn)區(qū)的藜麥中酯類占比最高。雜環(huán)類化合物雖相對含量范圍較寬(約6.8%~19.4%),但因其普遍具有極低的嗅覺閾值,對整體香氣輪廓影響巨大。如2-甲氧基-3-異丙基吡嗪是藜麥的關(guān)鍵特征物質(zhì),呈現(xiàn)典型的“青椒”“蘆筍”氣味(閾值極低,約0.000 02 mg/kg);2-乙?;量┏尸F(xiàn)堅果香(閾值約0.002 mg/kg);2-戊基呋喃呈現(xiàn)青草、豆腥味,常在白藜麥中含量較高;黑藜麥品種‘Negra Kollana’富集的倍半萜類(如β-石竹烯)貢獻辛辣木質(zhì)香和泥土-苔蘚氣息。藜麥香氣輪如圖1所示。


最新研究通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(HS-SPME-GC-MS)聯(lián)用技術(shù)檢測到藜麥中存在58 種揮發(fā)性成分,包括長鏈烷烴(C15~C25)、芳香族化合物(苯乙醛、苯乙醇)及含氮化合物(吡啶、吡咯)。Almaguer等發(fā)現(xiàn)吡嗪類化合物(如2,5-二甲基吡嗪)呈現(xiàn)堅果香特征,其在加工后樣品中的含量與未加工樣品差異顯著。這些發(fā)現(xiàn)為藜麥的風味調(diào)控提供了新視角,尤其是在平衡其固有土腥味(源于甲氧基吡嗪類物質(zhì))與開發(fā)天然食品應(yīng)用方面具有重要意義。

生長環(huán)境對藜麥香氣有顯著影響。高海拔地區(qū)(如秘魯安第斯高原海拔超過3 000 m,晝夜溫差大)種植的藜麥,其醛類總含量通常顯著高于低海拔地區(qū)??鐕容^研究顯示,黑藜麥的揮發(fā)性成分指紋圖譜具有地理特異性(秘魯與玻利維亞樣本同源,與中國樣本區(qū)別顯著),而白藜麥的總揮發(fā)性物質(zhì)含量從大到小呈現(xiàn)中國>玻利維亞>秘魯?shù)内厔?。特定產(chǎn)區(qū)如云南香格里拉,其藜麥揮發(fā)性香氣成分特征以酯類(占比最高)為主。不同類型藜麥主要香氣成分組成及特征如表1所示。


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藜麥香氣成分的形成機制

藜麥香氣成分主要通過兩種路徑形成:一種是藜麥在生長成熟過程中通過脂肪酸代謝和氨基酸代謝生成香氣物質(zhì);另一種是藜麥在加工過程中經(jīng)過美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)和微生物發(fā)酵,產(chǎn)生特征香氣物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)途徑。

2.1 脂肪酸代謝途徑

藜麥中的醇類、醛類以及酯類大部分是以脂肪酸為前體通過生物合成而形成。脂肪酸代謝主要通過脂氧合酶(LOX)途徑與β-氧化實現(xiàn)。LOX途徑中,脂肪酶水解?;视王メ尫艁喡樗岷蛠営退?,經(jīng)9-LOX/13-LOX特異性催化生成共軛雙鍵氫過氧化物,再由氫過氧化物裂解酶(HPL)催化轉(zhuǎn)化為含氧酸及揮發(fā)性醛類物質(zhì)(如己醛、(Z,Z)-3,6-壬二烯醛、(Z)-3-己烯醛)。其中,(Z)-3-己烯醛易異構(gòu)化為(E)-2-己烯醛,最終在乙醇脫氫酶(ADH)作用下還原為揮發(fā)性醇,醇還可以通過醇?;D(zhuǎn)移酶(AAT)酯化生成酯類。β-氧化代謝路徑主要包括以下步驟:首先,脂肪酸在脂酰輔酶A合成酶催化下轉(zhuǎn)化為脂酰輔酶A,隨后經(jīng)脂酰輔酶A脫氫酶催化脫去兩個氫原子,生成(E)-烯酰輔酶A。該中間產(chǎn)物在烯酰輔酶A水合酶作用下發(fā)生水合反應(yīng),形成β-羥酰輔酶A,再通過β-羥酰輔酶A脫氫酶進一步氧化為β-酮酰輔酶A,最終在β-酮酰輔酶A硫解酶作用下裂解為乙酰輔酶A和縮短的脂酰輔酶A。該過程中生成的己酸、乙酸等短鏈脂肪酸可被ADH還原為相應(yīng)的醇類物質(zhì),后者在AAT催化下與酰基輔酶A結(jié)合生成酯類化合物。此外,脂肪酸還可以通過自體氧化形成風味物質(zhì),如油酸作為前體進行自體氧化形成辛醛、壬醛和(E)-2-癸烯醛;亞油酸作為前體進行自體氧化形成己醛。時小東等通過轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn),藜麥種子中乙酰輔酶A羧化酶、β-酮脂酰-酰基載體蛋白合成酶等關(guān)鍵酶基因高度表達,調(diào)控亞油酸和亞麻酸的合成,為揮發(fā)性化合物的生成提供前體。Zhang Yiru等對藜麥粥的分析也證實,己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇等醛類和醇類是主要的香氣物質(zhì),而這些物質(zhì)主要由多不飽和脂肪酸在LOX途徑作用下氧化分解產(chǎn)生。脂肪酸代謝途徑如圖2所示。


2.2 氨基酸代謝途徑

藜麥含有完整的氨基酸譜系,包括人體所需的9 種必需氨基酸(異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、組氨酸),其必需氨基酸含量可滿足所有年齡段人群的需求,僅嬰兒對亮氨酸的需求未被完全滿足。氨基酸不僅是重要的營養(yǎng)成分,還是多種呈香物質(zhì)(如醇類、醛類、酯類)的重要生物合成前體。氨基酸途徑又可以分為支鏈氨基酸途徑、芳香族氨基酸途徑和含硫氨基酸途徑,其中以支鏈氨基酸途徑為主。氨基酸在脫氨酶或轉(zhuǎn)氨酶催化下進行脫氨基或轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)生成α-酮酸,α-酮酸有兩條代謝路徑:1)經(jīng)脫羧酶生成醛類,再由ADH還原為醇類;2)經(jīng)脫羧酶生成醛類,醛類再經(jīng)氧化酶轉(zhuǎn)化為羧酸,羧酸與輔酶A結(jié)合形成酰基輔酶A,最終在AAT作用下合成酯類。Carciochi等研究表明,發(fā)芽過程激活蛋白酶和淀粉酶,促進藜麥中游離氨基酸和還原糖的釋放,可以為美拉德反應(yīng)提供前體物質(zhì);適度烘烤(145 ℃)顯著增加吡嗪類(如2,3-二甲基吡嗪)和醛類(如己醛)的含量,而高溫(190 ℃)則導(dǎo)致氨基酸過度降解,香氣物質(zhì)減少。在藜麥酸面團發(fā)酵過程中,乳酸菌(如植物乳植桿菌(Lactiplantibacillus plantarum))通過蛋白水解作用釋放亮氨酸、賴氨酸等游離氨基酸,這些氨基酸經(jīng)Strecker降解等代謝途徑,進一步轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性衍生物。例如,亮氨酸代謝生成3-甲基丁醛,異亮氨酸轉(zhuǎn)化為2-甲基丁醛,賦予產(chǎn)品獨特的果香和巧克力香氣。研究證實,氨基酸分解代謝是藜麥發(fā)酵香氣的關(guān)鍵機制。植物乳植桿菌接種組的特征代謝物濃度顯著高于對照組(P<0.05),其感官評分同比提升32.7%,且不良風味物質(zhì)(乙醇、乙酸)與低評分顯著關(guān)聯(lián),證實代謝物濃度與感官品質(zhì)具有協(xié)同提升效應(yīng)。氨基酸代謝途徑如圖3所示。


2.3 美拉德反應(yīng)途徑

美拉德反應(yīng)是食品加工中重要的非酶褐變反應(yīng),歷經(jīng)縮合、重排、降解及聚合等階段,通過氨基與還原糖(醛糖/酮糖)的相互作用生成Amadori/Heyns產(chǎn)物,經(jīng)Strecker降解等途徑形成揮發(fā)性風味物質(zhì),其反應(yīng)路徑受溫度、pH值及反應(yīng)底物性質(zhì)(糖/氨基酸類型)的顯著影響。藜麥富含糖類物質(zhì)和蛋白質(zhì),在高溫加工時會發(fā)生美拉德反應(yīng),促進吡嗪類和呋喃酮類等物質(zhì)的生成,賦予藜麥堅果香、脂肪香和可可香。Song Jianxin等研究紅棗粉對藜麥零食香氣的影響,發(fā)現(xiàn)紅棗中的還原糖(如葡萄糖)與藜麥蛋白在烘焙過程中發(fā)生美拉德反應(yīng),增強焦糖和烤香,同時抑制苦味。Almaguer等對比了大麥、黑麥和藜麥在發(fā)芽及烘焙過程中揮發(fā)性成分的變化,發(fā)現(xiàn)藜麥烘焙后產(chǎn)生大量美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,如3-甲基丁醛(麥芽香)和2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮(焦糖香)。美拉德反應(yīng)途徑如圖4所示。


2.4 焦糖化反應(yīng)途徑

藜麥獨特風味的生成機理與焦糖化過程密不可分,該反應(yīng)主要包含3 個關(guān)鍵步驟:異構(gòu)與初級裂解、深度脫水與環(huán)化以及聚合與色素形成。首先,蔗糖在高溫(通常超過120 ℃)或酸性條件下水解為葡萄糖和果糖,少量單糖脫水生成微量5-羥甲基糠醛(5-HMF),體系因生成有機酸逐漸酸化。然后,隨著溫度升高至140~180 ℃,單糖分子通過連續(xù)脫水反應(yīng)生成高活性中間體,如3-脫氧葡萄糖醛酮(3-DG)及大量5-HMF,中間體環(huán)化形成呋喃類(如呋喃酮)、吡喃類(如麥芽酚)風味物質(zhì)。最后,當溫度超過200 ℃時,活性中間體通過縮聚反應(yīng)生成高分子質(zhì)量的焦糖色素聚合物,同時釋放揮發(fā)性醛類(如苯甲醛),賦予焦糖特征性烤香與甜香。Castro-Alba等的研究表明,干烤處理可通過焦糖化反應(yīng)使藜麥生成醛類(如壬醛)和雜環(huán)類(如吡嗪)化合物,賦予其堅果香和焦糖香。Peng Siwang等結(jié)合多種分析技術(shù),發(fā)現(xiàn)烘烤處理使藜麥生成2,5-二甲基吡嗪、2-呋喃甲醛等80 種揮發(fā)性物質(zhì),感官評價證實,焦糖香氣強度隨烘烤時間延長顯著增加(P<0.05),在160 ℃烘烤15 min時達到峰值。焦糖化反應(yīng)途徑如圖5所示。


2.5 微生物發(fā)酵途徑

藜麥發(fā)酵產(chǎn)品的特征風味形成主要依賴于微生物的代謝途徑,其中乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵代謝途徑共同塑造了藜麥發(fā)酵產(chǎn)品獨特的風味輪廓。乙醇發(fā)酵由酵母菌在厭氧條件下主導(dǎo):葡萄糖經(jīng)糖酵解(EMP)途徑生成丙酮酸,隨后丙酮酸在丙酮酸脫羧酶(PDC)作用下釋放CO2并轉(zhuǎn)化為乙醛,乙醛最終通過ADH還原為乙醇。此過程常與細菌(如醋酸菌)產(chǎn)生協(xié)同作用,細菌代謝產(chǎn)生的氨基酸(如亮氨酸)為酵母合成酯類提供前體(如高級醇),其分泌的酯酶直接催化酸與醇縮合,形成乙酸乙酯等風味物質(zhì)。乳酸發(fā)酵以乳酸菌為核心,葡萄糖經(jīng)同型發(fā)酵途徑轉(zhuǎn)化為丙酮酸,丙酮酸又在乳酸脫氫酶(LDH)作用下轉(zhuǎn)化成乳酸,同時部分丙酮酸通過α-乙酰乳酸合成酶生成α-乙酰乳酸,其自發(fā)脫羧形成2,3-丁二酮(奶油風味關(guān)鍵成分);2,3-丁二酮可進一步被還原為乙偶姻及2,3-丁二醇。兩類產(chǎn)物與乳酸共同構(gòu)成發(fā)酵產(chǎn)品的風味主體,其含量可通過調(diào)控菌種活性與發(fā)酵條件(如pH值、氧濃度)實現(xiàn)定向優(yōu)化。di Renzo等對比副干酪乳酪桿菌(Lactobacillus paracasei)、植物乳植桿菌(L. plantarum)和短乳桿菌(L. brevis)對藜麥面團揮發(fā)性成分的影響,藜麥面團發(fā)酵后產(chǎn)生吡嗪類(2,6-二甲基吡嗪)和酮類(2,3-丁二酮),賦予烤香和奶油味,其中,L. paracasei表現(xiàn)最佳,雖使原料中固有的3-甲基丁醛(麥芽香)含量降低,但通過代謝促進酮類物質(zhì)生成,并在發(fā)酵過程中檢測到少量二甲基硫醚(卷心菜味)。常嘉樂等采用嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)6063、德氏乳桿菌保加利亞亞種(L.delbrueckii subsp. bulgaricus)6064與動物雙歧桿菌乳亞種(Bifidobacterium animal subsp. lactis)B-15混合發(fā)酵生產(chǎn)藜麥酸奶,通過GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn),其主要揮發(fā)性物質(zhì)包含酯類(如己二酸二乙基己基酯)、酸類(己酸、2-甲基丁酸)和醛類(壬醛),這些物質(zhì)共同賦予藜麥酸奶獨特的堅果香與發(fā)酵酸香。乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵途徑如圖6所示。


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加工方法對藜麥香氣的影響

目前,藜麥的加工方法主要有膨化、炒制、焙烤、蒸煮、微波、發(fā)酵和真空冷凍干燥等(圖7),不同的加工方法對藜麥的香氣成分造成不同程度的影響。


3.1 膨化

膨化是原料預(yù)熟化的重要工藝,在改善食物品質(zhì)的同時,還可賦予其獨特香氣。藜麥膨化加工主要包括擠壓膨化與氣流膨化兩種工藝。擠壓膨化通過螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高溫、高壓和強剪切力作用,在封閉腔體中使物料瞬間糊化并形成多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu);氣流膨化則利用過熱蒸汽滲透物料,通過突然降壓使內(nèi)部水分汽化,在開放式設(shè)備中形成疏松多孔結(jié)構(gòu)。兩種膨化工藝均能有效保留物料的營養(yǎng)成分和風味。張文剛等以白藜麥為原料,經(jīng)氣流膨化和擠壓膨化處理后的藜麥均顯現(xiàn)出酯類含量驟減,而醛類含量增加的現(xiàn)象,其中,氣流膨化組中癸醛和(E)-2-壬烯醛為主要呈香物質(zhì),賦予藜麥焦糖香,擠壓膨化組則以癸醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、3-甲硫基丙醛等化合物為主,賦予藜麥青草香與堅果香,擠壓膨化使得藜麥各類香氣成分分布更為均衡,整體風味復(fù)雜度更高。蔣華彬等在藜麥擠壓膨化粉中鑒定出正己醛、壬醛、(E)-2-辛烯醛和(E)-2-壬烯醛等10 種核心香氣物質(zhì),并揭示了醛類在藜麥中的生成機制,正己醛是亞油酸自動氧化的產(chǎn)物,壬醛是油酸氧化的產(chǎn)物,而(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛來源于多不飽和脂肪酸(如亞油酸、亞麻酸)的氧化降解。此外,擠壓膨化藜麥也會使酮類和雜環(huán)類物質(zhì)增加,有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的灰藜麥通過脂肪酸代謝、美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng),酮類及雜環(huán)類物質(zhì)占比顯著提升,均高于未處理組。由此可見,膨化通過高溫高壓促進脂肪酸代謝、美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng),導(dǎo)致藜麥醛類含量顯著增加(青草香、脂肪香增強),酮類和雜環(huán)類增多(油脂香、烘烤香突出),使整體香氣復(fù)雜度顯著提高。

3.2 炒制

炒制指在受控熱源條件下,通過傳導(dǎo)、對流或輻射方式對食材進行快速干熱處理的過程,此過程可調(diào)控谷物的香氣。張文剛等采用GC-MS技術(shù)對白藜麥炒制樣品的揮發(fā)性成分進行系統(tǒng)解析,發(fā)現(xiàn)炒制顯著減少酯類,而雜環(huán)類、醛類和酮類物質(zhì)顯著增加。其中,雜環(huán)類(如2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪)通過美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)大量生成,賦予藜麥堅果香與焦糖香;醛類(如癸醛)貢獻甜香與柑橘香。炒制工藝還被應(yīng)用于各種類型的茶葉加工,包括綠茶、紅茶、鞘蕎茶、大麥茶、蘆筍茶等,李麗霞等將藜麥加工成具有獨特風味的藜麥茶產(chǎn)品,通過控制龍井鍋炒制溫度(150、180、210 ℃),發(fā)現(xiàn)180 ℃處理25 min的藜麥茶感官品質(zhì)最優(yōu)且香氣濃郁,成分分析顯示含硫化合物、芳烴化合物和醇類含量顯著增加,這與高溫通過促進含硫氨基酸分解和美拉德反應(yīng)生成含硫化合物有關(guān)。王紅等在探究藜麥加工參數(shù)時,通過營養(yǎng)保留率與感官評價綜合判定,同樣得出最佳炒制條件為180 ℃炒制10 min,與李麗霞等研究中的溫度參數(shù)一致,印證了該溫度在平衡風味形成與營養(yǎng)成分保留中的關(guān)鍵作用。綜上所述,炒制加工通過高溫促進脂肪酸代謝、氨基酸代謝、美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)的協(xié)同作用,推動了藜麥吡嗪類和醛類等特征性香氣前體物質(zhì)的生成與轉(zhuǎn)化。此外,控制炒制的溫度和時間能夠在保留營養(yǎng)特性的同時優(yōu)化風味層次。

3.3 焙烤

焙烤是一種干熱加工方式,可通過熱化學(xué)反應(yīng)顯著提升食品香氣復(fù)雜度。研究表明,其風味調(diào)控機制主要基于脂肪酸氧化分解與美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)的協(xié)同作用。聶攀等研究發(fā)現(xiàn),隨著焙烤溫度從100 ℃升至150 ℃,藜麥中醛類、酮類及吡嗪類等物質(zhì)含量顯著上升。此變化主要源于兩條路徑:1)脂質(zhì)高溫氧化分解直接生成醛類物質(zhì);2)美拉德反應(yīng)與焦糖化反應(yīng)協(xié)同作用產(chǎn)生酮類及雜環(huán)化合物。Castro-Alba等的研究表明,在120 ℃條件下以美拉德與焦糖化反應(yīng)為主導(dǎo),雜環(huán)類物質(zhì)顯著增加,2,3-二甲基吡嗪(焦糖香/堅果香)含量提升。周洋等研究發(fā)現(xiàn),160 ℃烘烤藜麥10 min,醛類總含量由6.96%提升至9.21%~11.8%,苯乙醛相對氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)提高3.3 倍,強化熟花生香特征。還有研究表明,160 ℃焙烤15 min可顯著提升藜麥中醛類(如2-呋喃甲醛)、酮類(如2,3-戊二酮)和吡嗪類(如2,3-二甲基吡嗪)化合物的含量,其中,2,3-二甲基吡嗪對焦糖香和可可香貢獻突出,但高溫(180 ℃)或過長時間處理(20 min)會導(dǎo)致不良氣味物質(zhì)積累。烘烤過程中發(fā)生脂肪酸代謝、美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng),生成了多種具有香氣的揮發(fā)性物質(zhì),隨著烘烤時間的延長,醛類物質(zhì)的含量先增高后降低,美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)趨向于產(chǎn)生具有焦糊味的揮發(fā)性成分,香氣類型主要由癸醛等提供的花生香和杏仁香向2-甲氧基苯酚提供的焦糊味和煙熏味轉(zhuǎn)變。通過精準調(diào)控焙烤溫度和時間參數(shù),可定向調(diào)控藜麥揮發(fā)性物質(zhì)組成,在保留其營養(yǎng)特性的同時,顯著提升產(chǎn)品的感官品質(zhì)。

3.4 蒸煮

蒸煮是一種以蒸汽為熱介質(zhì)的烹飪方式,它通過蒸汽潛熱的高效傳遞實現(xiàn)對食材的精細處理,有助于保留食品的自然質(zhì)地、顏色、風味和營養(yǎng)成分。蒸煮能使藜麥直接生成類似大米的谷物香與堅果香,更能激發(fā)青草香與焦糖香的復(fù)合層次,形成特別的風味矩陣。研究表明,藜麥在常壓蒸煮條件下?lián)]發(fā)性物質(zhì)釋放最為充分,可釋放60 種揮發(fā)性物質(zhì)(如壬醛、2-戊基呋喃等),其持續(xù)焦糖化反應(yīng)效果顯著優(yōu)于易導(dǎo)致風味分解的高壓模式及抑制反應(yīng)進程的微波模式,成為香氣調(diào)控的最優(yōu)選擇。不同品種藜麥呈現(xiàn)特異性風味響應(yīng),Yang Xiushi等采用HS-GC-離子遷移譜(IMS)聯(lián)用技術(shù)分析白、黑、紅、亞麻色藜麥,發(fā)現(xiàn)蒸煮顯著改變?nèi)┐碱愇镔|(zhì)譜系:所有品種均呈現(xiàn)醛類(如己醛和壬醛)和醇類(如1-辛烯-3-醇)含量增加現(xiàn)象,且甲硫醛、異丁醛等特征醛類僅在熱處理后檢出,其中,白色品種富集青草香特征物質(zhì)(E)-2-辛烯醛,黑色品種中含有果香物質(zhì)己酸甲酯,亞麻色品種則通過癸醛與5-甲基糠醛呈現(xiàn)甜香-焦糖香復(fù)合特征。以上研究表明,蒸煮加工能夠通過脂肪酸代謝、美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)改變藜麥的香氣成分。不同的蒸煮方式會導(dǎo)致香氣成分產(chǎn)生差異,常壓蒸煮在保留藜麥特征風味方面具有優(yōu)勢,能夠釋放豐富的揮發(fā)性物質(zhì),形成獨特的風味。此外,不同品種的藜麥在蒸煮過后揮發(fā)性物質(zhì)也有所差異。

3.5 微波

谷物在長期儲藏過程中存在顯著的品質(zhì)劣變問題,其機理主要與脂肪酶活性持續(xù)升高密切相關(guān)。微波技術(shù)基于微波的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng),能夠抑制脂肪酶與氧化酶活性,阻斷脂質(zhì)水解-氧化鏈式反應(yīng),同時激活美拉德反應(yīng)重構(gòu)風味體系,實現(xiàn)儲藏品質(zhì)的協(xié)同調(diào)控。曹洪偉等發(fā)現(xiàn)微波處理顯著降低了白藜麥中甲基酮、1-辛烯-3-醇、(E)-2-壬烯醛等異味物質(zhì)的含量,有效抑制了豆腥味和刺激性氣味的產(chǎn)生。同時,美拉德反應(yīng)促進了吡咯、吡嗪、糠醛等雜環(huán)類化合物的生成,賦予藜麥烤香和焦糖香特征。此外,微波處理的樣品在儲藏期間過氧化值和酸價增幅較對照組分別降低32.7%和28.4%(P<0.05),證實該技術(shù)可顯著延緩油脂氧化進程。孫如璉則通過不同微波參數(shù)結(jié)合GC-MS/電子鼻聯(lián)用技術(shù),進一步驗證了該技術(shù)的多重效應(yīng):關(guān)鍵醛類物質(zhì)己醛、壬醛、癸醛含量分別下降35.89%、39.97%和58.26%,2,4-二甲基-3-己醇、苯甲醇等異味前體物質(zhì)顯著減少,有效抑制了豆腥味、酵母味等不良氣味。呋喃酮類和2-乙?;量┑脑隽窟M一步賦予藜麥焦糖香、烤香特征。在儲藏穩(wěn)定性方面,藜麥經(jīng)50 ℃加速儲藏6 周后,微波處理組的醛類物質(zhì)種類由17 種減至7 種,且乙酸等酸敗標志物生成量明顯受抑制,證實該技術(shù)對儲藏期品質(zhì)劣變具有持續(xù)抑制作用。以上研究指出,微波處理通過抑制脂肪酶和氧化酶活性,減少了醛類、酮類和醇類的不良氣味,如豆腥味、脂肪味、霉味;促進了美拉德反應(yīng),生成呋喃酮、吡咯等雜環(huán)類物質(zhì),賦予藜麥焦糖香和烘烤香等香氣。

3.6 發(fā)酵

微生物在發(fā)酵食品中的作用已超越傳統(tǒng)的保存功能,其可通過微生物代謝將碳水化合物、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等大分子營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為多種復(fù)雜的有機化合物,從而賦予食品獨特的風味。Li Songlin等采用L. casei發(fā)酵藜麥種子后,揮發(fā)性成分增加了17 種,涵蓋酸、醛、醇、酮、酚、烷烴、烯烴和酯類八大類別,其中,苯甲醛含量顯著上升,并首次檢測到乙酸乙酯,賦予藜麥堅果香和果香。此外,李云成等使用L. plantarum發(fā)酵藜麥乳時,生成了四甲基哌啶酮和正壬醇,賦予藜麥草本香和果香。利用真菌發(fā)酵藜麥同樣具有潛力,Durga Prasad等用緬甸畢赤酵母(Pichia myanmarensis)發(fā)酵藜麥基無醇啤酒,乙醛、乙酸乙酯和環(huán)丙甲醇等物質(zhì)的組合賦予藜麥啤酒青蘋果香、菠蘿香和檀香木味的復(fù)合香氣。Sánchez-García等采用平菇真菌(Pleurotus ostreatus)對白藜麥進行真菌固態(tài)發(fā)酵,檢出30 種特征性香氣化合物,其中,1-辛烯-3-醇和苯甲醛賦予藜麥蘑菇香和杏仁香,盡管后續(xù)熱風干燥工藝會造成約40%的揮發(fā)性物質(zhì)損失,但發(fā)酵后的藜麥面粉核心香氣成分(如苯甲醛)仍得以保留,這為發(fā)酵藜麥面粉在焙烤食品、代餐產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。這些研究共同構(gòu)建了微生物發(fā)酵影響谷物風味的科學(xué)認知:一方面通過生物轉(zhuǎn)化生成新型香氣化合物,另一方面激活特定代謝通路強化特征性風味表達,這為功能性谷物產(chǎn)品的開發(fā)開辟了新路徑。

3.7 真空冷凍干燥

真空冷凍干燥技術(shù)是國際公認的高品質(zhì)食品加工技術(shù),可最大限度保留食品色澤、風味及營養(yǎng)成分。真空冷凍干燥原理包括兩個核心步驟:先將原料冷凍成固態(tài),再通過真空環(huán)境升華冰晶實現(xiàn)低溫脫水。該技術(shù)通過縮短受熱時間并形成多孔結(jié)構(gòu),有效保留揮發(fā)性成分和熱敏性物質(zhì)。Sánchez-García等的研究發(fā)現(xiàn),真空冷凍干燥可以一定程度上保留發(fā)酵藜麥香氣成分,關(guān)鍵呈香物質(zhì)如1-辛烯-3-醇(蘑菇香)、苯甲醛(甜香)保留率超過85%,其中,3-甲氧基苯甲醛含量顯著增加(P<0.05),雖然白藜麥凍干樣品總峰面積下降50%,但3-辛醇與1-辛烯-3-醇的協(xié)同作用使其蘑菇風味特征更為突出。主成分分析進一步證實,凍干樣品與原始發(fā)酵樣在香氣組分分布上呈現(xiàn)高度重疊性,特別是黑藜麥經(jīng)凍干后總揮發(fā)性物質(zhì)可提升14%,凸顯出該技術(shù)對發(fā)酵香氣的強化效應(yīng)。此外,Chen Kai等]研發(fā)的紅外輔助冷凍干燥系統(tǒng)在白藜麥加工中實現(xiàn)干燥時間縮短18.2%~22.7%。電子鼻分析表明,紅外輔助冷凍干燥組的芳香化合物(S1)、萜烯類物質(zhì)(S2)等傳感器響應(yīng)值更接近新鮮樣品,而傳統(tǒng)凍干燥因長時間脫水導(dǎo)致風味損失顯著,該技術(shù)為即食藜麥制品的風味保留提供了創(chuàng)新解決方案??梢钥闯觯婵绽鋬龈稍锛夹g(shù)憑借其低溫脫水特性與冰晶升華機制,有效減少揮發(fā)性成分損失,從而維持食品的感官特征。此外,紅外輔助等工藝創(chuàng)新進一步優(yōu)化了傳統(tǒng)凍干的效率與品質(zhì)穩(wěn)定性,在縮短干燥周期的同時實現(xiàn)風味物質(zhì)的保留,為高品質(zhì)食品加工提供了重要的技術(shù)支撐。

加工方法對藜麥香氣的影響匯總?cè)绫?所示。



4

結(jié) 語

藜麥的香氣形成是一個動態(tài)過程,在生長發(fā)育過程中脂肪酸代謝、氨基酸代謝合成途徑等對其產(chǎn)生影響。在加工過程中,如膨化、炒制、焙烤、蒸煮、微波、發(fā)酵及真空冷凍干燥等主要通過脂肪酸代謝、美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、微生物發(fā)酵和低溫脫水等影響藜麥香氣。明確不同加工過程中藜麥組分與香氣成分變化之間的關(guān)系,對指導(dǎo)藜麥的精深加工具有重要的意義。近年來,雖然藜麥香氣研究取得一定進展,但其在食品工業(yè)中的應(yīng)用仍受限于藜麥的產(chǎn)地和品種差異、加工參數(shù)與香氣動態(tài)關(guān)聯(lián)的認知不足,以及感官評價體系的缺失。因此,未來對藜麥香氣的研究需聚焦以下幾個方向:1)結(jié)合代謝組學(xué)與分子感官科學(xué),解析加工過程中香氣形成的分子機制及動態(tài)演變規(guī)律;2)建立關(guān)鍵工藝參數(shù)(如溫度、時間)與香氣品質(zhì)的定量模型,實現(xiàn)精準調(diào)控;3)構(gòu)建基于感官組學(xué)的香氣貢獻度評價體系,明確核心呈香物質(zhì);4)探索產(chǎn)地、品種與加工方法的協(xié)同效應(yīng),開發(fā)適配國民飲食習(xí)慣的風味優(yōu)化方案。通過多學(xué)科交叉與智能化技術(shù)融合,有望突破藜麥風味調(diào)控的技術(shù)瓶頸,推動高附加值產(chǎn)品的開發(fā),為藜麥產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)支撐。

通信作者:


張曉書,女,博士,碩士研究生導(dǎo)師,沈陽藥科大學(xué)功能食品與葡萄酒學(xué)院副教授,學(xué)院副院長。主要研究方向為藥食同源品的物質(zhì)基礎(chǔ)及功效評價。作為課題負責人主持國家自然科學(xué)基金青年基金1 項,遼寧省科技廳自然科學(xué)基金面上項目2 項,遼寧教育廳項目3 項。沈陽藥科大學(xué)中青年教師事業(yè)發(fā)展支持計劃2 項,遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目2 項。另外,作為主要完成人參與國家“十一五”重大專項1 項,國家“十一五”重大專項子平臺項目1 項,其他省、市級科研項目4 項。兼任《Journal of Polyphenols》編委、《中草藥》、《沈陽藥科大學(xué)學(xué)報》等期刊青年編委。相關(guān)研究內(nèi)容發(fā)表在《Food Research International》、《Journal of Agricultural and Food Chemistry》、《Journal of Functional Food》等SCI論文30余篇,其中中科院一區(qū)論文10 篇,包括2 篇影響因子10以上的論文。主要承擔《功能食品學(xué)》、《新食品原料與特殊營養(yǎng)食品》及《保健食品質(zhì)量與安全評價》等課程。


宋建新,男,中共黨員,博士,碩士研究生導(dǎo)師, 沈陽藥科大學(xué)功能食品與葡萄酒學(xué)院特聘副教授,學(xué)院秘書(兼),青年骨干教師。主要研究方向為功能食品風味化學(xué)和營養(yǎng)科學(xué)。主持遼寧省教育廳課題1項、橫向課題4項以及??蒲袉禹椖?項,參與課題多項。以第一作者或通信作者發(fā)表科技論文25 篇,其中SCI論文15 篇,授權(quán)國家發(fā)明專利2 件,參編教材1 部。兼任《Journal of Polyphenols》編委,《Journal of Future Foods》優(yōu)秀青年編委以及《Food & Medicine Homology》《Food Safety and Health》、《食品研究與開發(fā)》等期刊的青年編委,《國家農(nóng)產(chǎn)品加工科技創(chuàng)新聯(lián)盟》會員、《天津食品學(xué)會》會員,《Food Chemistry》《Journal of Agriculture and Food Chemistry》《LWT-Food Science and Technology》《Journal of Food Composition and Analysis》《食品科學(xué)》《食品研究與開發(fā)》等雜志的審稿專家。主講《葡萄酒工程學(xué)》《食品工廠設(shè)計》《食品感官評價》《葡萄酒衛(wèi)生學(xué)》等課程。

第一作者:


張禧燕,碩士研究生,就讀于沈陽藥科大學(xué)功能食品與葡萄酒學(xué)院,研究方向為功能性食品的營養(yǎng)及風味。

本文《藜麥特征香氣的研究進展》來源于《食品科學(xué)》2025年46卷第20期421-431頁,作者:張禧燕,楊潤琦,司建樂,張曉書,宋建新。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250417-130。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實習(xí)編輯:李雄;責任編輯:張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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