芝麻品種對芝麻醬品質特性的影響

劉素慧,汪學德,*,魏其超,曹艷明

(1.河南工業大學糧油食品學院,河南鄭州 450001;2.河南駐馬店頂志油脂有限公司,河南駐馬店 463000)

芝麻是世界上最古老的優質油料作物之一[1],廣泛種植在熱帶和亞熱帶地區[2],種皮顏色有白、黑、其他純色和雜色[3],其中黑色和白色是典型的顏色[4]。黑、白芝麻在物理化學組分和生物活性上存在明顯差異。黑芝麻為我國傳統的滋補肝腎類中藥,具有較大的藥用價值,受到中醫和養生學家的推崇,常作為藥膳治療一些疾病[5]。黑芝麻多用來加工成黑芝麻糊、黑芝麻乳等;與黑芝麻相比,白芝麻價格較低,常用來加工成芝麻香油、小磨麻油、芝麻醬等。

芝麻醬營養價值高,濃香醇厚,深受消費者的喜愛。目前,對白芝麻醬的研究較少且集中在改善芝麻醬穩定性[6-7]方面,對黑芝麻醬的研究鮮有報道,芝麻原料對芝麻醬品質影響方面的研究尚屬空白。因此,本文選取黑白芝麻品種各兩個,對其制備的芝麻醬品質進行分析研究,為進一步開發加工利用黑白芝麻提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗所用4個芝麻品種及來源如表1。

表1 芝麻品種Table 1 Sesame varieties

三氟化硼 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;乙醚、甲醇 分析純,天津市天力化學試劑有限公司;三氯甲烷 分析純,煙臺雙雙化工有限公司等。

JM-L80膠體磨 溫州市龍灣華威機械廠;高速離心機3-30K 德國Sigma公司;TA.XT Plus質構儀 英國SMS公司;全自動凱氏定氮儀 丹麥FOSS公司;SRJX-4-13高溫箱式電阻爐 北京市永光明醫療儀器廠;Rheostress60哈克流變儀 德國Haake公司;ME204E分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;UV-1100型紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 芝麻醬的制備工藝:芝麻→篩選→清洗→干燥→烘炒→揚煙冷卻→碾磨→裝罐→密封→貯藏。

操作要點:

篩選:肉眼挑除砂礫、金屬等雜質,并用20目篩篩選去除癟粒、浮土等。

干燥:用電熱鼓風干燥箱在50 ℃條件下對清洗過的芝麻進行干燥,干燥時間為4～6 h,至水分含量為4%～5%。

烘炒:將干燥后的芝麻用炒籽機在150 ℃條件下炒籽40 min,至質地酥脆。

碾磨:膠體磨進行一次碾磨,碾磨后芝麻醬樣品粒徑在8～10 μm。

裝罐:將500 g樣品儲存在500 mL黑蓋無色透明玻璃瓶中,密封后貯藏。

貯藏:4 ℃冰箱中貯藏,備用。

1.2.2 芝麻醬基本成分測定 水分的測定[8]:參考GB 5009.3-2016食品中水分的測定;灰分的測定[9]:參考GB 5009.4-2016食品中灰分的測定;粗脂肪[10]:參考GB 5009.6-2016食品中脂肪的測定;粗蛋白[11]:參考GB 5009.5-2016食品中蛋白質的測定;粗纖維[12]:參考GB/T 5009.10-2003植物類食品中粗纖維的測定;總糖的測定采用苯酚-硫酸法[13];草酸含量的測定采用高錳酸鉀滴定法[14]。

1.2.3 芝麻醬感官評價 選取10位主修食品科學與工程專業的學生、教師,均不抽煙,年齡18～40歲,其中女性6人,男性4人,在評分前進行為期3個小時的芝麻醬描述性的統一認定與培訓。采用9分制,1代表低分,9代表高分。評分標準見表2[15]。

表2 芝麻醬感官評分標準Table 2 The scoring standards of sesame paste

1.2.4 芝麻醬質構分析 將50 g待測芝麻醬樣品取出存放于50 mL燒杯中,室溫下靜置2 h。將P25探頭用10.0 g的觸發力下壓到芝麻醬中,測其稠度、硬度、粘聚性、粘度。測前及測中速度均為1.00 mm/s,測后速度為10.00 mm/s,下壓距離10.00 mm。

1.2.5 芝麻醬穩定性測定

1.2.5.1 芝麻醬離心乳析率測定 離心乳析率的測定[16]如下:取40 g芝麻醬放入50 mL離心管中,80 ℃水浴30 min,然后用流動的水冷卻至室溫,4000 r/min條件下離心10 min后,取出上清油,并用脫脂棉將管壁上殘余的油除盡,得出上清油質量。計算公式如下:

ES(%)=A1/A×100

式中：ES-芝麻醬離心乳析率,%;A-樣品的質量,g;A1-上清油的質量,g。

1.2.5.2 芝麻醬過氧化值的測定 過氧化值[17]的測定參考GB 5009.227-2016 食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定。

1.2.5.3 芝麻醬酸價的測定 酸價[18]的測定參考GB 5009.229-2016 食品安全國家標準 食品中酸價的測定。

1.2.6 芝麻醬流變學特性的測定 用哈克流變儀來研究芝麻醬樣品的流變學特性。將待測樣品50 g取出放于50 mL燒杯中,用玻璃棒攪拌均勻,在室溫下放置2 h。測量前每個樣品攪拌1 min,待儀器校準后取適量樣品于平板上,平衡3 min后,下壓轉子至板間距離為1 mm,去除邊緣多余的樣品。流變儀的溫度固定為25 ℃,剪切速率為0.01～100 s-1,以剪切速率為自變量,剪切應力和表觀黏度為因變量作圖分析。

1.3 數據處理

除流變學測定重復2次外,其他實驗均平行測定3次。用 Microsoft Excel對數據進行整理,SPASS對數據進行顯著性分析,Origin 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種芝麻醬理化指標分析

芝麻醬的基本組分和含量對芝麻醬品質有重要的影響。Akbulut M等[19]研究得出,在不同的食品體系,蛋白質和脂肪對食品的功能性起著重要作用。蛋白質影響食品體系的穩定性,可以提高食品的感官品質;脂肪含量影響食品的風味和質地,對食品的感官品質起著重要作用[20]。對4個品種芝麻醬的基本組分進行分析，結果如表3所示。黑芝麻醬粗蛋白含量為23.25%～23.95%,高于白芝麻醬粗蛋白含量20.21%～20.68%,由方差分析可得黑、白芝麻品種間有顯著性差異(p<0.05)。白芝麻醬粗脂肪含量平均為56.33%,黑芝麻醬粗脂肪含量平均為49.92%,白芝麻醬粗脂肪含量明顯高于黑芝麻醬。不同品種芝麻醬中的粗纖維含量有顯著差異(p<0.05),其中含量最高的品種是B1,為4.83%,含量最低的品種是W2，為2.30%。白芝麻品種的灰分含量是4.68%,比黑芝麻品種低19%,黑白芝麻品種之間灰分含量差異顯著(p<0.05)。草酸主要集中分布在芝麻皮中,味苦,推測是引起芝麻醬口感苦澀的原因之一[21]。方差分析可得,黑、白芝麻制備的芝麻醬,草酸含量差異顯著(p<0.05),黑芝麻醬草酸含量高于白芝麻醬。四個品種芝麻醬的水分含量為0.41%～0.97%,這與Tolga K等[20]報道的芝麻醬水分含量(<1.0%)一致。

表3 不同品種芝麻醬基本成分分析Table 3 Basic component analysis of different varieties of sesame paste

2.2 不同品種芝麻醬感官品質分析

對芝麻醬的色澤、組織狀態、涂抹性、香味、口感、組織狀態6個方面進行評價,在口感特征方面具體考察了黑白芝麻醬在甜味、苦味、烘烤程度、粗糙度、氧化程度方面的差異。4個芝麻品種制備的芝麻醬在色澤、組織狀態、口感特征等方面有不同程度的差異。從表4可以看出，4個品種中白芝麻醬(W1、W2)平均得分7.17,黑芝麻醬(B1、B2)平均得分6.29,因此4個品種中白芝麻醬的感官品質高于黑芝麻醬,這與王穎穎等[22]研究所得結果一致。具體來說,黑白芝麻醬在色澤、苦味、甜味三方面存在顯著差異(p<0.05)。色澤方面,白芝麻醬(W1、W2)平均得分7.79,黑芝麻醬(B1、B2)平均得分6.46。黑芝麻醬(B1、B2)苦味明顯,平均得分4.46顯著低于白芝麻醬得分6.17(p<0.05)。這是由于黑芝麻醬草酸含量明顯高于白芝麻醬,所以黑芝麻醬偏苦;傳統芝麻醬幾乎不含單糖和低聚糖[23],所以甜味較低,再加上黑芝麻醬苦味較重,使得甜味更不明顯，另外，由于白芝麻醬色澤金黃,能引起食欲,加之市場上多以白芝麻醬居多,黑芝麻醬尚未被廣為接受,所以在色澤方面,白芝麻醬感官評分高于黑芝麻醬，總體可接受性好。

表4 不同品種芝麻醬感官品質分析Table 4 Sensory quality analysis of different varieties of sesame paste

2.3 不同品種芝麻醬質構分析

質構分析可以客觀評價食品的質構特性。稠度、硬度、粘聚性、粘度四方面的物理性質是評價芝麻醬質構特性的重要指標,可以進一步分析和評價芝麻醬的品質。質構分析結果見表5。不同品種芝麻所制備的芝麻醬在稠度、硬度、粘聚性、粘度上差異較大,其中,黑白芝麻品種在稠度、硬度兩方面差異顯著(p<0.05)。W1、W2、B1和B2在稠度、硬度、粘聚性、粘度大小均為W2

表5 不同品種芝麻醬質構分析Table 5 Textural analysis of different varieties of sesame paste

2.4 不同品種芝麻醬穩定性分析

2.4.1 不同品種芝麻醬離心乳析率測定結果 采用離心機對芝麻醬進行離心分離,加速油脂分離過程,進而分析不同品種芝麻醬的體系穩定性。離心乳析率與穩定性負相關。由圖1可知,4個品種的離心乳析率變化范圍在4.30%～6.90%。其中,白芝麻醬(W1、W2)離心乳析率高于黑芝麻醬(B1、B2),因此4個品種中黑芝麻醬的穩定性優于白芝麻醬。影響芝麻醬體系穩定性的因素有很多,芝麻原料組分是其中一個方面。宋國輝等[25]研究發現，粗脂肪含量對芝麻醬穩定性起負面影響;粗蛋白含量對芝麻醬穩定性起正面影響。Elleuch M等[26]在甜味芝麻醬中添加脫脂芝麻皮,利用纖維的持油性來提高甜味芝麻醬的穩定性。本實驗中,B1和B2的精蛋白、粗纖維含量均高于W1和W2,而粗脂肪含量明顯低于W1和W2(表3)。因此離心乳析率白芝麻醬(W1、W2)高于黑芝麻醬(B1、B2)。其中B2的離心乳析率最低,在相同儲藏時間油脂分離程度最低。

圖1 不同品種芝麻醬穩定性分析Fig.1 Stability analysis of different varieties of sesame paste

2.4.2 不同品種芝麻醬過氧化值測定結果 進行連續30 d的烘箱實驗,測定樣品過氧化值和酸價的變化,來表示4種芝麻醬的氧化穩定性,結果如圖2、圖3所示。從圖2可以看出,芝麻醬的過氧化值與時間呈正相關。四個芝麻品種的初始過氧化值分別是W1 0.21 mmol·kg-1、W2 0.12 mmol·kg-1、B1 0.39 mmol·kg-1、B2 0.38 mmol·kg-1,W2品種初始過氧化值較低,說明該品種初始氧化穩定性較好;在0～20 d,隨著氧化時間的延長,4個芝麻品種的過氧化值均呈現穩定而緩慢的增大趨勢,差異不大;在20～30 d,B1、B2品種過氧化值增幅較大,W1、W2品種增幅較小;在第30 d,四個芝麻品種的過氧化值分別是1.01、0.88、2.55、1.82 mmol·kg-1,均未達到國標規定的一級芝麻油的過氧化值上限6.00 mmol·kg-1[27],這說明在加速氧化過程中油脂的氧化酸敗尚未被加速。

圖2 不同品種芝麻醬烘箱實驗過氧化值的變化Fig.2 Changes in the peroxide values(PV)of different varieties of sesame paste during the Schaal oven test

2.4.3 不同品種芝麻醬酸價測定結果 圖3所示,W1、W2、B1和B2的酸價隨著時間的增加逐漸增加,變化幅度依次為W1>B1>B2>W2。W1、B1增幅最大,在第10 d酸價分別為W1 5.91 mg·g-1、B1 5.39 mg·g-1,已超過國標規定的一級芝麻香油的上限2 mg·g-1[27]。體系中水分的存在會加速油脂的酸敗,而W1、W2、B1和B2樣品中水分含量依次為0.97%、0.44%、0.63%和0.41%(表3)。因此推測是因為W1、B1品種初始水分含量較高,加速了油脂的水解酸敗。對比烘箱實驗酸價和過氧化值的變化趨勢,W2的氧化穩定性最好。

圖3 不同品種芝麻醬烘箱實驗酸價的變化Fig.3 Changes in the acid values(AV)of different varieties of sesame paste during the Schaal oven test

2.5 不同品種芝麻醬流變學特性分析

2.5.1 不同品種芝麻醬剪切速率與剪切應力的關系 芝麻醬是粘稠糊狀或凝固狀調味食品,其品質、風味、口感與其流變學性質密切相關[28]。侯麗霞[29]研究了不同加水量對芝麻醬流變學性質的影響,將芝麻醬流變學性質與感官評價相結合,確定了最適加水量。由圖4可得,在0～70 s-1剪切速率范圍內,隨著剪切速率的增加,4個品種的芝麻醬樣品剪切應力均呈現增加趨勢,表現出非牛頓流體的特征。而B1品種剪切速率在70～100 s-1時,隨著剪切速率的增加,剪切應力逐漸下降,推測此時芝麻醬樣品出現分層,原因可能是隨著剪切時間的增加,在較高的剪切速率下,B1樣品發生沉淀,不再是均勻的多相分散體系,油脂上浮,故而隨著剪切速率的增加,剪切應力下降。

圖4 剪切速率對不同品種芝麻醬剪切應力的影響Fig.4 Relationship between the shear rate and shear stress of the different varieties of sesame paste

2.5.2 不同品種芝麻醬Herschel-Bulkley模型參數 4個品種芝麻醬樣品的剪切應力隨剪切速率的變化趨勢與Herschel-Bulkley方程一致。該方程為:τ=τ0+Κ(γ)n 其中:τ表示剪切應力,單位(Pa);τ0表示屈服應力,單位(Pa);Κ表示稠度系數,單位(Pa·s);γ表示剪切速率,單位(r/s);n表示流動指數。

由表6可得,4個芝麻醬樣品Herschel-Bulkley方程的決定系數均大于0.97,相關性較好。屈服應力值可表示芝麻醬樣品開始流動時的難易,屈服應力值越大,樣品越不易開始流動。白芝麻醬的屈服應力值明顯小于黑芝麻醬,說明白芝麻醬較易開始流動。稠度系數Κ與樣品濃度有關,Κ越大,樣品越粘稠。4個樣品的稠度系數有較大差異,大小順序為B2>B1>W1>W2,即B2樣品最粘稠,口感不佳。流動指數n均小于1,說明4個芝麻醬樣品都是假塑性流體。

表6 不同品種芝麻醬Herschel-Bulkley參數Table 6 Herschel-Bulkley parameters of different varieties of sesame paste

2.5.3 不同品種芝麻醬剪切速率與表觀黏度的關系 由圖5可得,隨著剪切速率的增加,4個品種的芝麻醬樣品表觀黏度均呈現下降趨勢,顯示出剪切稀化的現象,推測原因為芝麻醬樣品中蛋白質,油脂等物質相互纏結,相互作用形成的復雜結構隨著剪切速率的增大遭到破壞,分子間作用力減小,因此樣品表觀黏度下降[30]。兩個黑芝麻醬初始黏度顯著高于白芝麻醬,并且在0～70 s-1范圍內,在同一剪切速率下,黑芝麻醬的表觀黏度均高于白芝麻醬,這說明,與白芝麻樣品相比,黑芝麻樣品較稠,不易流動,可能是因為黑芝麻脂肪含量較少,而粗蛋白、粗纖維含量較多(表3)。W2樣品初始黏度最低且隨剪切速率下降較快,說明W2樣品較稀薄;而B1樣品初始黏度最高,隨剪切速率下降較慢,說明B1樣品較厚重。4種芝麻醬的流變學性質差異較大,但均為非牛頓假塑性流體。從流變學分析可得,4個芝麻醬品種中,W1品種粘稠適中,品質風味較好,該測定結果與感官品質所得結果保持一致。

圖5 剪切速率對不同品種芝麻醬表觀黏度的影響Fig.5 Effect of shear rate on apparent viscosity of the different varieties of sesame paste

3 結論

芝麻品種在理化指標、感官品質、質構特性、穩定性和流變性方面對芝麻醬存在不同程度的影響。黑芝麻品種鄭芝HL05、鄭黑芝1號的粗蛋白、灰分、粗纖維、草酸含量顯著高于白芝麻鄭芝13、豫芝11,而脂肪含量低于白芝麻品種;感官品質方面,總體來看,黑芝麻醬感官品質低于白芝麻醬,尤其是在色澤、苦味、甜味方面與白芝麻醬差異較大,感官品質最好的是鄭芝13;質構分析結果顯示,4種芝麻醬在稠度、硬度、粘聚性、粘度四方面差異較大,尤其在稠度、硬度方面,黑芝麻醬顯著高于白芝麻醬;穩定性方面,黑芝麻醬的穩定性較好,不易出現析油現象,而在氧化穩定性上,品種間差異明顯,但黑白芝麻醬之間未見明顯差異,氧化穩定性最好的是豫芝11;同時,流變學分析表明,4個芝麻醬樣品均呈現假塑性流體的特征,但流變學性質差異較大,與白芝麻醬相比,黑芝麻醬較粘稠、厚重,不易流動。綜合分析可得,白芝麻品種鄭芝13、豫芝11制備的芝麻醬顏色金黃,粘稠適中,品質風味較好;黑芝麻品種鄭芝HL05、鄭黑芝1號制備的芝麻醬脂肪含量較低且不易析油,穩定性好,但是感官品質較差。