單長松，宋華魯，劉 錦，賈朝爽，吳 澎,*，李法德,*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東 泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學機械電子與工程學院，山東 泰安 271018；3.蘇州大學生物醫(yī)學研究院，江蘇 蘇州 215123）

豆?jié){營養(yǎng)物質豐富，是深受人們喜愛的日常飲品之一。生豆?jié){在制作的過程中，由于大豆自身所含有的酶及外界環(huán)境的共同作用會產(chǎn)生多種風味物質[1-3]。豆腥味是豆?jié){中最突出的，也是人們最不愿意接受的風味。由于豆?jié){揮發(fā)性物質中各組分的種類和含量受自身以及外界環(huán)境（溫度、pH值等）的影響較大[4]，且各組分的種類和含量呈動態(tài)變化，因此難以準確描述豆?jié){的風味。

目前，國內外對豆制品風味物質的定性定量分析主要采用頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase microextraction，HS-SPME）結合氣相色譜、氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用、氣相色譜-嗅覺測定、氣相色譜-嗅覺-質譜聯(lián)用、動態(tài)頂空稀釋等方法[5-9]，其中HS-SPME-GC-MS聯(lián)用是應用最廣泛。該方法能夠準確、快速的對食品風味物質進行分析鑒定[10]。研究表明，發(fā)酵豆制品的揮發(fā)性物質主要包括醛類、醇類、酮類、烷烴類、呋喃類、酯類、酸類以及其他雜環(huán)類物質[11-14]。Lü Yanchun等[15]利用動態(tài)頂空結合氣相色譜-嗅覺的方法，對豆?jié){的風味物質進行分類鑒定，結果表明，己醛是最主要的豆腥味呈味物質，其次為1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、反-2-己烯醛等。目前，已報道的豆?jié){風味物質主要有己醛、庚醛和反-2-己烯醛等14 種醛類物質以及己醇、1-辛烯-3-醇和庚醇3 種醇類物質，分別呈現(xiàn)青草味、樹葉味、蘑菇味等特征香氣，共同組成豆?jié){的豆腥味[16]。

豆?jié){中雖然含有豐富的營養(yǎng)物質，但也含有諸多抗營養(yǎng)因子，例如胰蛋白酶抑制劑、脲酶及植酸等[17-18]。熱加工工藝可以顯著降低豆?jié){中抗營養(yǎng)因子的含量[19-21]。因此，豆?jié){在飲用前的熱加工是豆?jié){生產(chǎn)過程中必不可少的工藝環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)煮漿用高溫水蒸氣作為熱源，將蒸汽直接或間接注入生豆?jié){。直接注入法不但會產(chǎn)生大量氣泡還會導致豆?jié){局部過熱，間接注入法會使傳熱面發(fā)生黏附，造成豆?jié){品質的下降。傳統(tǒng)的煮漿工藝由于其自身的缺陷嚴重制約著豆?jié){的商業(yè)化推廣[4]。

歐姆加熱作為一種新型的體積加熱法，具有加熱均勻、無傳熱面、易控制和環(huán)境友好等優(yōu)點，被認為是食品加工最具發(fā)展?jié)摿Φ臒崽幚砑夹g之一。歐姆加熱技術在國外的研究起步較早，在美國、英國和日本等國家已被商業(yè)化應用推廣[22]。而我國對歐姆加熱技術的研究仍處于探索階段，歐姆加熱技術在食品加工業(yè)中的應用一直未被推廣。近幾年，國內關于歐姆加熱技術應用于食品加工中的報道逐漸增多，主要集中在飲料、豆制品和肉制品的加工以及降低豆?jié){中抗營養(yǎng)因子含量方面[23-25]，關于該技術對食品風味物質的影響報道較少。

固相纖維萃取頭作為影響萃取效果的重要因素之一，其涂層材料、厚度的不同，對樣品中風味物質的吸附效果會產(chǎn)生直接的影響。因此，應當根據(jù)待測樣品揮發(fā)性物質的極性、沸點和分配系數(shù)等來選擇適當?shù)妮腿☆^[26]。Shi Xiaodi等[27]用50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取頭對豆?jié){風味物質進行萃取，探究了大豆品種與豆?jié){特征香氣間的關系，但未就萃取頭對風味物質的影響做出進一步探討。Achouri等[28]分別采用70 μm CWAX/DVB、65 μm PDMS/DVB和85 μm CAR/PDMS 3 種纖維萃取頭對豆?jié){中風味物質進行萃取，共鑒定出30 種香氣成分，萃取效果一般，且未對更常用的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭的萃取效果進行探討。

本研究以豆?jié){為原料，利用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術對豆?jié){的風味物質進行分析，并對固相纖維萃取頭進行優(yōu)化，根據(jù)定性和定量結果分析2 種加熱方式（傳統(tǒng)加熱和歐姆加熱）對豆?jié){風味物質的影響，為該技術在豆?jié){加工業(yè)中的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆品種為“魯豆1號”，采購于山東農(nóng)業(yè)大學種子公司，常溫干燥條件下貯藏。挑選無明顯機械傷和病蟲害的大豆作為實驗材料。

氯化鈉（分析純） 上海國藥集團化學試劑有限公司；3-壬酮（色譜純99%） 美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

QP 2010Plus GC-MS聯(lián)用儀、Rtx-5MS色譜柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）、ATY224電子天平 日本島津公司；SPME進樣手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、65 μm PDMS/DVB萃取頭、100 μm PDMS萃取頭 美國Supelco公司；PC-420D恒溫磁力攪拌器美國康寧公司；MB-KS0601磨漿機 江蘇松橋電器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；A2-20A-3V霍爾電流傳感器 北京石新技術研究所。

靜態(tài)歐姆加熱裝置由山東農(nóng)業(yè)大學機械電子與工程學院研制提供，如圖1所示。

圖1 歐姆加熱裝置Fig. 1 Schematic of the Ohmic heating device

加熱室由聚丙烯板制成，板厚15 mm；加熱電極極板為304不銹鋼；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由T型熱電偶、HP數(shù)據(jù)采集器和霍爾電流傳感器和T型熱電偶組成；歐姆加熱的電壓、頻率及溫度由數(shù)據(jù)采集器測量，測量時間間隔為10 s。電源頻率范圍為50～10 kHz，電壓范圍為0～250 V，波形為方波，占空比為50%。

1.3 方法

1.3.1 豆?jié){樣品的制備

準確稱量50.00 g無破碎、無霉變的大豆種子，置于燒杯中，用去離子水反復洗滌3 次后，按照豆水比1∶4（g/mL）的比例向燒杯中注入去離子水，室溫（25 ℃）條件下充分浸泡至大豆子葉中部發(fā)白、無凹坑（約14 h）。浸泡完成后，用去離子水沖洗3 次后瀝干。按1∶8（g/mL）的豆水比（干質）加入去離子水后磨漿4 min，用100 目濾布過濾得豆?jié){樣品，4 ℃保存?zhèn)溆?。豆?jié){中可溶性固形物質量分數(shù)為（8.47±0.08）%。

1.3.2 樣品前處理

取適量制成的豆?jié){樣品，分別使用傳統(tǒng)加熱和歐姆加熱方式將豆?jié){樣品加熱至沸騰。為排除熱效應差異對豆?jié){風味的影響，本研究中設置電場頻率為5 kHz，占空比為50%，通過調節(jié)電壓，使歐姆加熱過程中豆?jié){樣品的溫度上升曲線與傳統(tǒng)加熱處理組盡可能一致，加熱歷程模擬曲線如圖2所示。待樣品加熱至100 ℃時，迅速取樣品15 mL置于50 mL頂空瓶內，并立即密封瓶口。

圖2 傳統(tǒng)加熱和歐姆加熱歷程模擬Fig. 2 Simulation of the Ohmic heating and conventional heating process

1.3.3 HS-SPME

參考Shi Xiaodi等[27]的方法，并略作修改。每個處理組萃取前分別加入0.5 g無水氯化鈉，同時加入4 μL的3-壬酮（400 mg/L）后，立即用乳膠蓋密封頂空瓶口，置于40 ℃恒溫磁力攪拌器上萃取，攪拌速率為200 r/min，平衡10 min。插入固相微萃取頭，萃取吸附30 min。立即插入色譜氣化室，解吸3 min，進行GC-MS分析。每個品種3 次重復，取平均值。

1.3.4 GC-MS測定條件

參考Achouri[28]和Salum[29]等的方法，并略作修改。

GC條件：Rtx-5MS毛細管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：初溫40 ℃，保溫4 min，以6 ℃/min的升溫速率升溫至230 ℃，再以10 ℃/min的升溫速率升至250 ℃，保溫5 min；載氣為高純氦氣（99.999%），流速1 mL/min，壓力112.0 kPa；進樣方式：分流進樣，分流比20∶1。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；接口溫度230 ℃；離子源溫度200 ℃；采用SCAN模式進行全掃描；質量掃描范圍m/z 45～450。

1.3.5 定性定量分析

定性分析：樣品經(jīng)GC-MS分析后，所得到的質譜圖經(jīng)計算機與美國國家標準與技術研究院（NIST 14和NIST 14S）質譜圖數(shù)據(jù)庫比對，同時結合相對保留時間，查閱文獻等資料分析，對各揮發(fā)性香氣物質的成分進行定性分析。

定量分析：豆?jié){揮發(fā)性物質的定量采用內標法分析，以3-壬酮作為內標物。按下式計算：

式中：Xi為待測物質含量/（μg/kg）；Cs為豆?jié){樣品中內標物含量/（μg/kg）；As為內標物的峰面積；Ai為待測物的峰面積；fi為待測組分i對內標物s的質量相對校正因子；本研究中假定各待測組分i的相對校正因子均為1。

1.3.6 固相纖維萃取頭的選擇

分別采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、65 μm PDMS/DVB萃取頭和100 μm PDMS萃取頭對同一豆?jié){樣品的揮發(fā)性物質進行萃取，然后進行GC-MS聯(lián)用分析，根據(jù)各組樣品檢出物峰面積總和及峰數(shù)量，篩選最適于萃取豆?jié){風味物質的萃取頭。

1.3.7 豆?jié){感官評定

從食品專業(yè)挑選12 名食品品評員（男女各6 名，24～26 歲）組成感官評價小組，每個成員均有50 h以上的感官品評經(jīng)驗。實驗前各組員先對豆?jié){香氣進行感知訓練。然后在感官品評室，分別對豆?jié){樣品進行獨立感官評定。按照豆?jié){感官評定標準（表1）分別從豆?jié){的口感、氣味、色澤和組織形態(tài)4 個方面進行獨立評分，各方面評分中分別去除一個最高分和一個最低分后，取平均值作為各方面感官評定結果。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2016軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；采用Origin 2017軟件對實驗數(shù)據(jù)進行作圖；用統(tǒng)計分析軟件SPSS 25.0對實驗數(shù)據(jù)進行相關性分析和顯著性檢驗，顯著性水平為P值小于0.05。

2 結果與分析

2.1 固相纖維萃取頭的選擇

豆?jié){樣品分別經(jīng)50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、65 μm PDMS/DVB萃取頭和100 μm PDMS萃取頭萃取后，GC-MS檢測結果如圖3A所示。不同萃取頭對豆?jié){中香氣物質的萃取效果存在著顯著差異。對不同萃取頭所萃取到的風味物質進行分析，結果如圖3B所示。3 種萃取頭吸附的風味物質的總峰面積和峰數(shù)量均存在著顯著差異。65 μm PDMS/DVB纖維萃取頭對豆?jié){中風味物質的萃取效果最佳，50/30 μm DVB/CAR/PDMS次之，100 μm PDMS的萃取效果最差。Achouri等[28]對萃取頭的優(yōu)化結果表明，65 μm PDMS/DVB萃取頭萃取豆?jié){風味物質的效果優(yōu)于70 μm CWAX-DVB，未對其他萃取頭對豆?jié){的萃取效果做出探討。本研究中發(fā)現(xiàn)，與其他2 種萃取頭相比，65 μm PDMS/DVB萃取頭對豆?jié){風味物質的萃取效果明顯較好。雖然50/30 μm DVB/PDMS/CAR包含其余2 種纖維萃取頭的涂層，但對豆?jié){中風味物質的萃取效果并不佳，這可能與樣品性質有關。豆?jié){內水分含量較高，其風味物質在整個平衡體系的分配系數(shù)與其他食品原料有所不同，這可能會直接影響萃取頭的萃取效果[29]。

2.2 豆?jié){風味物質的鑒定

圖4 加熱方式對豆?jié){風味物質的影響Fig. 4 Effect of heating methods on the characteristic fl avor compounds of soymilk

在相同加熱歷程條件下，豆?jié){樣品分別經(jīng)傳統(tǒng)加熱和歐姆加熱方式至100 ℃。利用GC-MS分別對生豆?jié){和加熱處理后的豆?jié){樣品揮發(fā)性物質進行分析，檢測得到的總離子流圖如圖4所示。用計算機質譜庫檢索，對圖4中的質譜圖進行解析，結合相關文獻對豆?jié){樣品的各揮發(fā)性組分進行定性分析，結果如表2所示。

表2 豆?jié){風味物質分析結果Table 2 Relative contents of fl avorvolatiles in soymilk

由表2可知，GC-MS從3 種豆?jié){樣品中共檢測到35 種揮發(fā)性成分，其中三者共有組分29 種，主要為醛類、醇類、酮類、酯類和雜環(huán)烴類化合物。其中醛類物質16 種，醇類物質5 種，酮類物質3 種，酯類物質1 種，雜環(huán)烴類物質10 種。其中揮發(fā)性物質的主要成分為己醛、（E）-2-庚烯醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基-呋喃、（E）-2-辛烯醛、壬醛、（E）-2-壬烯醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、2,4-癸二烯醛、4-乙基-3-壬烯-5-炔、（E）-2-十二烯醛等，這些物質共同組成豆?jié){特有的香氣特征。這與Shi Xiaodi[27]、Achouri[28]等關于豆?jié){風味物質的報道相符。Leizerson[30]、Aguilar-Rosas[31]等利用歐姆加熱處理蘋果汁和橙汁，發(fā)現(xiàn)歐姆加熱對其風味物質的影響明顯低于傳統(tǒng)加熱處理組。本研究發(fā)現(xiàn)生豆?jié){樣品經(jīng)傳統(tǒng)加熱處理后，風味物質種類未發(fā)生明顯變化，但組成豆?jié){風味的各物質成分的含量發(fā)生顯著變化；但豆?jié){樣品經(jīng)歐姆加熱處理后，組成豆?jié){風味的各物質成分在種類和含量上均發(fā)生明顯的變化。樣品在熱處理過程中，加熱歷程基本一致，熱效應造成的差異可以忽略不計。因此，豆?jié){風味物質種類和含量方面差異與加熱方式有直接關系。

2.3 歐姆加熱對豆?jié){風味物質的影響

圖5 加熱方式對豆?jié){特征香氣的影響Fig. 5 Effect of heating methods on the characteristic fl avor compounds of soymilk

根據(jù)表2中GC-MS檢測結果，對生豆?jié){及2 種熱處理方式加熱后的豆?jié){樣品中主要風味物質含量進行比較，結果如圖5所示。與生豆?jié){相比，歐姆加熱和傳統(tǒng)加熱處理組豆?jié){樣品風味物質中己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-己烯醛、（E）-2-辛烯醛、正己醇含量均有不同程度的降低，且歐姆加熱處理組顯著低于傳統(tǒng)加熱處理組。歐姆加熱方式對這些風味物質組分的含量有顯著影響（P＜0.05）。研究表明[27,32-33]，組成豆?jié){特征風味的諸多組分中，己醛是最主要的豆腥味物質，其次是1-辛烯-3-醇、（E）-2-己烯醛、（E）-2-辛烯醛；再次是己醇、戊醇、壬醛、甲苯、（E）-2-壬烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛等，這也與本研究的結果相一致。本研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)加熱處理組中己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-己烯醛、（E）-2-辛烯醛、正己醇、壬醛、（E）-2-壬烯醛和（E,E）-2-壬二烯醛的含量依次為（183.29±3.10）、（15.87±2.77）、（3.23±1.37）、（41.07±2.77）、（36.99±0.96）、（11.09±0.45）、（2 1.33±1.0 0） μ g/k g，而歐姆加熱處理組中上述各風味物質的含量則依次為（101.64±0.79）、（6.57±1.33）、未檢出、（30.16±1.76）、未檢出、（39.25±1.11）、（9.43±0.88）μg/kg和（17.76±1.56） μg/kg。歐姆加熱處理組中己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-辛烯醛的含量分別比傳統(tǒng)加熱處理組約低45.55%、58.60%和25.56%，且在歐姆加熱處理樣品組中未檢測到（E）-2-己烯醛和正己醇。因此，利用歐姆加熱技術處理豆?jié){可顯著降低其豆腥味。豆?jié){豆腥味的形成與大豆中的蛋白質、亞油酸、亞麻酸以及脂肪氧合酶（lipoxygenase，LOX）均有重要關系[34-36]。其中，己醛的形成與亞油酸有直接關系，（E）-2-己烯醛、（E）-2-辛烯醛等物質的形成與亞油酸有直接關系，但2 種不飽和酸和氧化反應均需要大豆中LOX的催化[28]。因此，豆?jié){揮發(fā)性物質的種類和含量與LOX的活性和數(shù)量有關。豆?jié){制備過程中，隨著大豆籽粒的破碎，大豆中不飽和脂肪酸在LOX等酶的作用下發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生多種的揮發(fā)性風味物質，其中包含使豆?jié){呈現(xiàn)豆腥味的物質組分[16]。Li Fade[25]、Jakób[37]等利用歐姆加熱處理牛奶、水果和蔬菜汁等，發(fā)現(xiàn)果膠酶、脲酶和過氧化物酶的活性在歐姆加熱過程中發(fā)生不同程度的鈍化。前期的研究結果表明，歐姆加熱處理過程中，一定條件的電場作用（140 V，5 kHz）下，豆?jié){中LOX的鈍化速率約為（400.00±26.50） U/min，豆?jié){中的LOX等酶的活性在6 min內會被完全鈍化[38-40]。因此，與傳統(tǒng)加熱處理組相比，歐姆加熱處理組中豆腥味特征香氣成分含量偏低。但是，歐姆加熱的電場條件與豆?jié){特征香氣組分含量的變化動力學關系鮮見報道，仍需進一步探索。

2.4 歐姆加熱處理對豆?jié){感官品質的影響

圖6 豆?jié){樣品感官評價雷達圖Fig. 6 Radar chart for sensory evaluation of soymilk

豆?jié){的口感、氣味、色澤和組織形態(tài)是人們能夠直觀感受到的品質指標，會直接影響消費者對產(chǎn)品的接受度。如圖6所示，熱處理對豆?jié){的色澤和組織形態(tài)無顯著影響；經(jīng)過熱處理的豆?jié){樣品的口感明顯優(yōu)于生豆?jié){；生豆?jié){有明顯的豆腥味，氣味方面的感官評分最差，熱處理方式對豆?jié){氣味的影響有顯著差異（P＜0.05），歐姆加熱處理組豆?jié){的豆腥味最小。由于所有豆?jié){樣品均經(jīng)過100 目尼龍紗布過濾，因此，組織形態(tài)方面的差異不明顯。但生豆?jié){熟制后，蛋白質、脂肪等會發(fā)生理化性質的變化，使豆?jié){口感更濃厚、細膩[41]。陳聰?shù)萚42]認為在豆?jié){的感官評價指標中，口感最重要，氣味次之，對色澤的要求最低。本研究中熱處理后的豆?jié){口感明顯優(yōu)于生豆?jié){；豆腥味方面，歐姆加熱處理組明顯低于傳統(tǒng)加熱處理組，生豆?jié){的豆腥味最重。感官評價結果與GC-MS聯(lián)用檢測結果相一致。

3 結 論

本研究采用HS-SPME結合GC-MS聯(lián)用技術分析豆?jié){的風味物質，并探討了歐姆加熱對豆?jié){風味物質的影響。結果表明：65 μm PDMS/DVB纖維萃取頭較100 μm PDMS和50/30 μm DVB/CAR/PDMS更適宜豆?jié){風味物質的測定；GC-MS從熱加工后的豆?jié){樣品中共檢測到35 種揮發(fā)性成分，主要為醛類、醇類、酮類、酯類和雜環(huán)烴類化合物。其中醛類物質16 種，醇類物質5 種，酮類物質3 種，酯類物質1 種，雜環(huán)烴類物質10 種，主要包括己醛、（E）-2-庚烯醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基-呋喃、（E）-2-辛烯醛、壬醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、2,4-癸二烯醛、（E）-2-十二烯醛等，這些揮發(fā)性成分共同組成豆?jié){的香氣成分。在所有揮發(fā)性物質成分中，己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-己烯醛、（E）-2-辛烯醛等在豆?jié){風味物質中所占比例較大，是豆?jié){豆腥味的特征香氣成分，歐姆加熱處理可顯著降低豆腥味特征香氣成分的含量。因此，利用歐姆加熱方式處理豆?jié){可以顯著降低其豆腥味。