杏仁是一种具有较高感官评分和营养价值的果仁,烘焙后风味更加丰富诱人,口感更酥脆,是世界上品质最佳的食用干果之一。杏仁的香气是评价其品质的重要指标之一,主要受热加工和贮藏条件等因素的影响。
上海应用技术大学香料香精技术与工程学院的陈臣、周洁、田怀香等人综述生、熟杏仁的重要香气物质,总结熟杏仁香气物质形成的主要途径,并比较不同热加工方式及处理条件对杏仁产生关键香气化合物及其气味属性的影响,概述贮藏期香气化合物或异味化合物组成和含量变化情况,并对未来研究方向与思路做出了展望,以期为杏仁等坚果的合理加工和贮藏提供科学的指导。
香气化合物的组成和含量是形成杏仁风味的重要因素之一,同时对消费者偏好有很大影响。生杏仁的香气源于生长和成熟阶段产生的挥发性气味化合物的累积,而热加工后杏仁的香气主要源于热加工过程中化学反应产生的低嗅觉阈值气味物质间的相互作用(气味活性值,OAV≥1说明可能对杏仁香气有贡献)。目前,对香气物质的提取方法主要有液-液微萃取(LLME)、分散液-液萃取(DLLE)、搅拌棒吸附萃取(SBSE)、顶空固相微萃取(HSSPME)和溶剂辅助蒸馏萃取(SAFE)等,其中HS-SPME和SAFE法是最常用的萃取方法。检测技术主要包括气相色谱-质谱联用(GC-MS)和气相色谱-嗅闻(GC-O)等。不同的研究者对生杏仁和热加工杏仁中鉴定出的香气化合物的类别虽大体相似,但所报道的化合物相对含量差异却较大,这可能与杏仁的品种、成熟度、不同热加工方式以及氧化程度等因素有关。
生杏仁的香气主要受遗传、籽粒成熟程度和生长环境等因素的影响。苯甲醛是生杏仁关键香气化合物之一具有苦杏仁味且气味阈值相对较低(水中阈值:0.35 mg/L)。杏仁中的杏仁苷(二糖苷)压碎或嚼碎后与水或唾液接触可以分解成氰化氢和苯甲醛。通常苦杏仁中苯甲醛含量较高(质量分数约高于3%),同时Moayedi等比较了甜、半苦和苦杏仁中苯甲醛含量差异,发现杏仁中具有苦味的苯甲醛与杏仁苷之间的强相关性,所以商业上常以苯甲醛含量为指标之一筛选出优质甜杏仁种植。除了苯甲醛外,其他醛类也被广泛报道,例如脂肪酸降解产生的壬醛、庚醛和己醛等气味物质,同时它们的气味阈值相较生杏仁中的其他化合物低,对生杏仁的香气贡献相对显著。
生杏仁香气化合物中的醇类可以通过脂肪酸降解和氨基酸酶脱氨和脱羧产生,如2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇,以及具有花香味的2-苯乙醇等支链醇。表1总结了生杏仁中的重要香气物质及其代谢途径。
通常杏仁等坚果在热加工后食用,此过程既提高了感官质量、消化率和安全性,又可产生更多的香气化合物,如醛类、醇类、酯类、酮类、含硫化合物、呋喃类、含氮化合物和内酯等,使杏仁风味更丰富、诱人。此过程中重要的香气化合物及其主要代谢途径和香气属性见表2。杏仁热加工过程与产生风味有关的反应主要为美拉德反应、氨基酸降解和脂肪酸降解。
美拉德反应是杏仁经过热加工产生香气物质最重要的反应之一,由蛋白质或肽水解产生的游离氨基酸与还原糖形成杂环气味化合物,且美拉德反应产物的OAV通常较高,如3-甲硫基丙醛。吡嗪类是美拉德反应产生的主要香气化合物之一,与熟杏仁气味呈较高正相关,由氨基酸和α-二羰基化合物缩合形成的醛是吡嗪类物质的前体,其中2,5-二甲基吡嗪通常是新鲜烘烤的坚果中含量较高的香气物质。吡嗪类的气味阈值通常随着烷基数量的增加和烷基中碳原子数的增加而降低,气味阈值主要依赖于基团位置,除了2-甲基吡嗪(水中阈值:0.06 mg/L)的气味阈值较低,其他含有1~4 个甲基的吡嗪类的气味阈值都相对较高,而乙基取代一个或多个甲基可以显著降低气味阈值,例如2-乙基-5-甲基吡嗪(水中阈值:0.10 mg/L)和2-乙基-6-甲基吡嗪(水中阈值:0.13 mg/L)。低阈值的吡嗪类物质对香气的影响较大,可以为熟杏仁增添坚果、烤面包、可可和花生酱的香气。吡咯类、吡啶类及其衍生物通常产生爆米花味、焦糖、烟熏和焦香,这些化合物的含量随加工时间的延长、温度的升高而显著增加,而且与烘焙的香气具有一定的相关性。美拉德反应还会产生其他类化合物,如3-羟基-2-丁酮、2,3-丁二酮等酮类香气物质,2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇和2-苯乙醇等醇类香气化合物。同时美拉德反应还会产生烘焙食品特有的棕红色等色泽,可刺激食欲。杏仁的美拉德反应通常伴随着焦糖化,糖降解是焦糖化的重要反应之一,可以产生焦糖香气。果糖和葡萄糖的热降解产生呋喃及含呋喃衍生物是最为常见的糖降解产香途径,产物具有巧克力、焦糖、面包、甜水果和坚果等香气。
氨基酸降解产生的挥发性香气物质对风味特性起着重要作用。1)芳香族氨基酸,Hidalgo等发现苯丙氨酸脱羧形成了具有花香的物质苯乙醛和苯甲醛及其醇、酸的衍生物。2)支链氨基酸,还原糖降解产生的二羰基化合物与亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸通过转胺和脱羧分别生成了支链醛如3-甲基丁醛、2-甲基丁醛和2-甲基丙醛,分别具有果香味、奶酪味和可可味。3)含硫氨基酸,半胱氨酸和甲硫氨酸降解产生含硫气味化合物,通常具有较低阈值且具有大蒜、洋葱、煮肉味等特殊气味。
脂肪酸氧化降解也是杏仁热加工产生挥发性香气成分的重要途径之一,作为香气化合物的重要前体,其碳8、9、10、11的4个位置中的任何一个位置都易于被氧化,产生氢过氧化物并分解生成醛类、酮类和醇类等气味化合物,产生烘烤的味道。多于6 个碳原子的醛一般来源于油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸的氧化,而且产物的气味阈值通常较低。己醛也是脂肪酸降解产物中含量较高的、最主要的醛类之一,低浓度时被描述为青草味,其含量可作为反映脂肪酸氧化程度的指标之一。壬醛是油酸降解产生的主要醛类。低浓度的戊醛、庚醛、辛醛和癸醛等化合物分别具有脂香、奶香、鲜草香和甜香。醇类既可以由脂肪酸的氢过氧化物分解产生,也可以由醛类通过醇脱氢酶转化为醇类或其他脂质氧化物(γ-丁内 酯)。研究发现在热加工杏仁过程中,美拉德反应产生的香气物质含量高于脂质氧化产生的香气物质,但是美拉德反应产生香气活性物质需要更高的反应温度或更长的加工时间。
杏仁的热加工方式主要有热风烘烤、微波、红外和油炸等(图3),其中最传统的热加工方式是热风烘烤。杏仁经过热处理其水分含量和水分活度降低,在短时间内有利于杏仁的贮存,不易受微生物的污染,同时使杏仁质地变得更脆,提升了感官品质。热加工处理的时间和温度等条件,以及是否使用脂质作为介质进行传热(例如油炸)都会影响产生的化合物的组成和含量。根据文献总结了常见热加工方法中新生成的重要香气物质,见表3。
热风烘烤常见温度范围为130~155 ℃,烘烤时间为10~50 min,轻度或中度烘烤的杏仁通常已经具有良好的感官品 质。美拉德反应产生的挥发性气味物质多为吡嗪类和呋喃类,例如吡嗪(2,5-二甲基-3-乙基吡嗪、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪)和呋喃衍生物(呋喃酮)。热风烘烤的杏仁富含醛类、醇类和含硫化合物,另外,检测发现呋喃类、吡咯类、吡嗪类和芳香族醛类等香气化合物的浓度随烘烤时间的延长而增加,而且烘烤温度越高,浓度上升得越快,特别是美拉德反应产生的香气化合物。虽然热风烘烤是最常见的坚果热处理方式,但此方法耗时、耗能,而且高温烘烤的产品不易贮藏,同时苦味、涩味、烤焦、烧焦和木质等气味属性的强度较高,且甜度则随着温度的升高而显著降低。
微波加热处理方式具有运行快速、加工时间短、节能和调控精确等优点,已被用于杏仁和开心果等坚果的加工。微波加热可以提高香气活性化合物产生的含量,其总增加含量与微波烘烤的时间和功率呈正相关。Agila和Milczarek等认为与微波烤杏仁的感官评价相比,油炸和热风烘烤杏仁的香气强度更强,是杏仁加工的最佳方式之一。短时间微波其脂肪酸的不饱和度无显著变化,而随着处理时间的增加,抗氧化活性物质含量显著降低,而氧化稳定性略微提高,这可能是因为美拉德反应产生了类黑精。
油炸杏仁中醛类、吡嗪类和醇类是主要的香气物质,高温条件下也会通过美拉德反应和糖降解形成更多种类和更高浓度的含氮化合物。油炸有利于含硫气味物质对感官品质的提升,二甲基硫化物与油作用产生新鲜洋葱的气味。但油炸杏仁的挥发物含量明显低于其他加工方法。采用不同的油油炸也会影响香气物质的组成和含量,由于不同油的成分、比热容等性质的差异,导致传导到杏仁的温度也略有差异。但是油炸过程中游离氨基酸天冬酰胺的氨基与葡萄糖或果糖的羰基之间通过热诱导的美拉德反应会形成潜在毒性物质——丙烯酰胺、多环芳烃。
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