烘烤和蒸煮对发酵前后Yanshu 25果汁中挥发性及非挥发性代谢物的影响

《Food Research International》：Effects of baking and steaming on volatile and non-volatile metabolites in Yanshu 25 juice before and after fermentation

　　山薯25发酵汁的烘烤与蒸制工艺对理化性质、挥发性及非挥发性成分的影响研究表明，烘烤通过美拉德反应、糖类焦化及脂类、色素降解显著提升可溶性糖（葡萄糖、麦芽糖等）、有机酸（乳酸）及抗氧化活性，同时促进甘油苷结合萜类物质释放，形成香蕉香气的2-庚酮和甜果香气的1-辛烯-3-酮。发酵后组合工艺（SBF）不仅优化了氨基酸（谷氨酸、天冬氨酸）组成，还减少3-辛酮等不良风味物质，整体提升营养价值与感官品质。

　　本研究聚焦于一种名为Yanshu 25的甜菜品种，探讨了不同的加热方式与发酵处理对其营养成分和风味特性的影响。Yanshu 25属于旋花科的Ipomoea batatas L.植物，是中国乃至全球重要的农作物之一。它不仅具有较高的产量和抗病能力，还因其优良的食用品质而受到广泛认可。近年来，随着对食品加工和功能性食品开发的关注度不断提升，Yanshu 25因其丰富的淀粉、蛋白质、纤维、矿物质、色素以及多酚类物质，展现出良好的抗氧化、抗炎和抗糖尿病特性，这使得它在食品工业中具有广阔的应用前景。

在食品加工过程中，传统的加热方式如炸制、煮沸、蒸制和烘焙被广泛采用，以改善食材的口感和质地。然而，这些方法在提升食品品质的同时，也带来了营养成分的流失和有害物质的生成。例如，炸制过程会导致食品中营养成分的降解，并产生诸如丙烯酰胺等潜在有害物质。而煮沸则可能引起淀粉的大量流失以及香气物质的减少，影响最终产品的风味表现。相比之下，蒸制和烘焙则被认为能够更好地保留食材的营养结构，减少对功能性成分的破坏。因此，如何在不损害其营养和风味的前提下，优化加工方式成为研究的重要方向。

发酵作为一种重要的食品加工技术，不仅能够提升食品的营养价值，还能改善其感官属性，延长保质期。在发酵过程中，乳酸菌（LAB）能够合成多种维生素、多糖、氨基酸和短链脂肪酸，从而增强食品的整体品质。此外，发酵还能生成多种醇类、酮类和萜类化合物，这些物质对于食品的风味形成具有重要作用。例如，在乳酸发酵的梨汁中，主要的香气成分包括己醇、香叶醇和（E）-β-ocimene，这些物质赋予了梨汁花香和果香。同样，在乳酸发酵的西瓜汁中，主要的香气成分包括1-戊烯-3-醇、乙醛和苯乙醇，它们增强了水果的风味表现。这些研究结果表明，发酵能够显著改善食品的风味特性，同时提升其营养价值。

然而，目前大多数关于Yanshu 25的研究主要集中在不同的热处理方式上，如烘焙和蒸制，而对发酵与热处理相结合的影响研究相对较少。因此，本研究尝试将发酵与烘焙相结合，以探究其对Yanshu 25汁风味和营养成分的综合影响。通过分析不同加热方式和发酵处理对Yanshu 25汁中的糖类、有机酸、游离氨基酸和关键香气挥发性代谢物的影响，研究发现烘焙过程能够显著提升某些糖类的含量，如葡萄糖、麦芽糖和果糖，同时促进某些氨基酸的转化，如谷氨酸和天冬氨酸。此外，烘焙还能促进某些香气物质的释放，如2-庚酮（香蕉香气）和1-辛烯-3-酮（甜香），从而改善食品的风味表现。

另一方面，发酵处理能够显著提升Yanshu 25汁中的糖类、有机酸、游离氨基酸和抗氧化活性的含量。例如，发酵后，Yanshu 25汁中的蔗糖、甘露醇、乳酸、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及抗氧化能力均有所提高。这些研究结果表明，发酵不仅能够保留食材的原有风味，还能通过化学反应生成新的风味物质，从而提升食品的整体品质。然而，发酵过程中也可能产生一些不理想的风味物质，如3-辛酮，这些物质可能影响食品的口感和接受度。因此，如何在发酵过程中控制这些物质的生成，成为研究的重要内容。

为了更全面地分析Yanshu 25汁的风味特性，本研究采用了气相色谱-质谱（GC–MS）和气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）两种技术。GC–MS虽然应用广泛，但在检测低浓度香气物质时存在一定的局限性，因为较长的色谱柱可能导致峰的展宽，从而降低检测灵敏度。相比之下，GC-IMS作为一种新兴技术，无需复杂的浓缩和富集步骤，能够实现快速检测、低检测限和对香气物质的稳定检测。此外，GC-IMS还简化了样品前处理过程，实现了对香气物质的非破坏性分析和直接可视化。因此，这两种技术的结合能够更全面地揭示Yanshu 25汁在不同加工方式下的风味变化机制。

研究发现，Yanshu 25汁在烘焙和发酵处理后的风味表现显著优于未经处理的样品。例如，烘焙处理能够促进某些氨基酸的转化，如谷氨酸和天冬氨酸，这些物质在风味形成中起着重要作用。同时，烘焙还能促进某些香气物质的释放，如2-庚酮和1-辛烯-3-酮，这些物质赋予了Yanshu 25汁独特的风味。相比之下，发酵处理则能够提升Yanshu 25汁中的糖类、有机酸、游离氨基酸和抗氧化活性的含量，从而改善其整体品质。此外，发酵还能促进某些营养成分的转化，如将大分子营养物质转化为更易被人体吸收的小分子形式，如肽类和有机酸，从而提升食品的功能性。

然而，研究也发现，某些不理想的风味物质在烘焙和发酵处理过程中可能生成，如3-辛酮。这些物质可能影响食品的口感和接受度，因此如何在加工过程中控制这些物质的生成，成为研究的重要内容。此外，研究还发现，Yanshu 25汁在烘焙处理后，其风味物质的种类和浓度均有所增加，这表明烘焙在提升食品风味方面具有显著优势。相比之下，蒸制处理则对风味物质的种类和浓度影响较小，这可能与其加热方式的温和性有关。

本研究还探讨了不同加热方式和发酵处理对Yanshu 25汁营养成分的影响。例如，烘焙处理能够显著减少蔗糖和柠檬酸的含量，同时提升葡萄糖、麦芽糖、果糖和乳酸的含量。这些研究结果表明，烘焙在改善食品的营养成分方面具有显著作用，能够提升某些营养物质的含量，同时减少某些不理想的成分。相比之下，蒸制处理则对营养成分的影响较小，这可能与其加热方式的温和性有关。

此外，研究还发现，发酵处理能够显著提升Yanshu 25汁中的抗氧化活性，这表明发酵在提升食品的营养价值方面具有重要作用。同时，发酵还能改善食品的口感和风味，使其更符合消费者的喜好。这些研究结果表明，发酵不仅能够保留食材的原有风味，还能通过化学反应生成新的风味物质，从而提升食品的整体品质。

综上所述，本研究通过综合分析不同的加热方式和发酵处理对Yanshu 25汁风味和营养成分的影响，揭示了烘焙和发酵在提升食品品质方面的协同作用。研究发现，烘焙能够显著提升某些糖类和氨基酸的含量，同时促进某些香气物质的释放，从而改善食品的风味表现。而发酵则能够提升食品的营养成分和抗氧化活性，使其更符合消费者的健康需求。这些研究结果不仅为未来的食品加工和生产提供了重要的指导，还为实现农业产品的高值利用和综合开发提供了理论依据。