应用于烘焙产品的咖啡麦芽预拌粉储藏期内的品质变化研究

大麦芽（一般也指“麦芽”）是以大麦为原料，经发芽、干燥制成的发芽谷物，其作为大麦的初加工农产品，因植酸含量低且富含生物酶、氨基酸、维生素等成分，广泛应用在食品行业的各个领域。在众多种类的麦芽中，特种麦芽是指通过控制发芽程度、改变干燥条件，得到色泽丰富、风味多样，能对啤酒的色、香、味或麦汁性质起调节作用的一类麦芽制品。在轻工行业标准QB/T1686—2008《啤酒麦芽》中，将特种麦芽分类为淡色麦芽、焦香麦芽、浓色麦芽和黑色麦芽四种，对作为啤酒麦芽的特种麦芽的质量进行了技术要求和综合评价；然而在商业模式中，特种麦芽的分类则更为细致，例如结晶麦芽、巧克力麦芽、咖啡麦芽等。特种麦芽多用于啤酒酿造，能对啤酒色、香、味或酒体性质起调节作用[1-2]，此外还可用于制备特色烘焙类食品、特色饮料、糕点等[3]。

近些年，随着年轻消费者受国外饮食习惯影响及城市生活节奏的加快，中国烘焙市场处于快速发展阶段。基于烘焙行业的快速发展，预拌粉因其便利化、营养化、功能化的特点，越来越受到市场的欢迎。预拌粉能够适合工业化的连续性量产，同时因简便直接的制作方法提高了产品质量的稳定性和加工效率，大大降低了综合成本。此外，随着居民生活水平的提高，主打配料成分天然、健康的烘焙食品越来越受到人们的青睐，特种麦芽作为发芽谷物，符合天然食品原料的选择要求，麦芽粉应用于预拌粉中，在烘焙食品中可替代香精香料色素，赋予面团特征香味和色泽，使食品配料标签更清洁[4]。预拌粉中的不同配料组分因水分、脂肪等品质指标差异，在混合后会影响成品预拌粉的货架期，而货架期是食品开发的基础，是食品在流通过程中安全性的保证[5]。特种麦芽中含有微量脂肪，被打成粉后与空气中的氧气接触面积大大增加，容易发生氧化变质，现阶段，特种麦芽粉以及添加特种麦芽粉在预拌粉中的应用及货架期内的品质影响鲜有报道。

以呈现咖啡色泽和风味的咖啡麦芽预拌粉为研究对象，研究咖啡麦芽预拌粉在储藏期内的理化品质以及挥发性化合物变化，以期为天然发芽谷物在烘焙用预拌粉中的应用研究、质量控制提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

咖啡麦芽预拌粉：中粮海嘉（厦门）面业有限公司。

甲醇（色谱纯）：阿拉丁公司；三氯丙烷标准品（色谱纯）：中国BePure标准品公司；正构烷烃（色谱纯）：上海安谱实验科技股份有限公司；酚酞、95%乙醇、氯化钠、邻苯二甲酸氢钾（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

LHS-250HC-II恒温恒湿箱、THZ-100恒温培养摇床：上海一恒科学仪器有限公司；GCMSQP2020NX气相色谱-质谱联用仪：日本岛津公司；BSA224S分析天平（0.000 1 g）：德国赛多利斯仪器公司；TDZ5台式低速离心机：湖南赫西仪器装备有限公司；Titrette电子滴定仪：德国普兰德Brand公司；FN 1700降落数值仪：瑞典波通公司。

1.3 实验方法

1.3.1 咖啡麦芽预拌粉制备及储藏环境设置

1.3.1.1 咖啡麦芽预拌粉制备咖啡麦芽预拌粉装入聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）复合包装袋中热封，每袋的规格为1 kg。

1.3.1.2 储藏环境设置将咖啡麦芽粉样品分为两个实验组储藏在恒温恒湿箱中。实验组1的温湿度设为25 ℃，50%，实验组2的温湿度设为35 ℃，50%。实验组1的样品每4周取样一次，实验组2的样品每2周取样一次。本研究选择25 ℃和35 ℃ 2个相隔10 ℃的温度，是模拟常温和夏季温度。

1.3.2 水分含量的测定

样品的水分含量按照快速水分测定仪器法以及GB 5009.3—2016 《食品安全国家标准食品中水分的测定》进行测定。

1.3.3 脂肪酸值的测定

样品的脂肪酸值按照GB/T 15684—2015《谷物碾磨制品脂肪酸值的测定》进行测定，结果以mg/100 g表示，以KOH计。

1.3.4 降落数值的测定

样品的降落数值按照GB/T 10361—2008《小麦、黑麦及其面粉，杜伦麦及其粗粒粉降落数值的测定 Hagberg-Perten法》进行测定。

1.3.5 挥发性化合物分析

1.3.5.1 样品前处理方法准确称量样品2 g至20 mL螺口顶空进样瓶，加入20% NaCl溶液4 mL与样品混合均匀，之后添加内标溶液三氯丙烷（10 mg/L）150 μL，摇匀后超声15 min待测[6]。

1.3.5.2 气相色谱-质谱条件顶空固相微萃取自动进样系统。固相微萃取纤维：Carboxen/DVB/PDMS，50/30，2 cm；DB-WAX 57CB色谱柱（60 m×0.25 mm，0.2 μm）或等效色谱柱。

顶空固相微萃取条件：取准备好的顶空测试样品，放置于顶空固相微萃取自动进样系统，于60 ℃恒温振荡40 min，使顶空挥发性化合物浓度达到平衡。插入固相微萃取纤维，萃取30 min后进样，脱附3 min。

气相色谱-质谱仪参数：进样口温度250 ℃，流量1 mL/min，不分流模式。

程序升温条件：45 ℃维持3 min，以5 ℃/min升温至90 ℃，以1 ℃/min升温至98 ℃，以5 ℃/min升温至167.5 ℃，以3 ℃/min升温至175 ℃，以5 ℃/min升温至200 ℃，以15 ℃/min升温至230 ℃。

质谱条件：离子源为电子轰击源，设定离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，电子能量70 eV，接口温度280 ℃，质谱扫描范围为30～500 Da。

1.3.5.3 挥发性化合物定性和定量分析将正构烷烃（C7-C40）在相同色谱条件下进样分析，按照公式（1）计算保留指数（retention index，RI）。根据峰面积大小筛选分析GC-MS风味物质总离子流图，自动识别信噪比（S/N）＞200的峰并进行匹配度筛选，得到匹配度＞80%的物质，并对样品中各物质的RI值进行计算。结合NIST 14库检索RI文献值，将计算值与文献值进行对比，两者绝对值相差100以内的化合物则确定为同一化合物。

式中：n和n+1分别为目标物流出前后正构烷烃的碳原子数；t为目标物的保留时间；tn和tn+1为对应正构烷烃的保留时间。

按公式（2）进行定量分析。

式中：X为试样中挥发性化合物相对含量（mg/L）；Vi为试样中入内标的体积（mL）；Vs为顶空瓶中加入样品试液的体积（mL）；ci为内标溶液的浓度（mg/L）；Ii为内标峰面强度；Is为挥发性化合物峰面积强度。

1.3.5.4 OAV计算方法气味活度值（OAV）是样品中挥发性香气物质的含量与其感官阈值的比值，可以客观的表现出该香气成分对于样品整体风味物质的贡献程度，OAV＞1的香气成分对样品的香气有显著影响，OAV越大说明该香气物质对于样品香气的影响越大，根据样品中风味物质的定量检测结果及各物质的香气阀值，按公式（3）计算。

1.3.6 保质期预测

样品在不同贮存环境参数下的预测保质期通过以下公式进行。

将温差为10 ℃的两个任意温度下的保质期的比率定义为Q10，见式4。

式中：Q10——加速破坏性实验条件下，温差为10 ℃的两个温度（实验温度T2和T1）下的保质期的比率；θs(T1)——在T1温度下进行加速破坏性实验得到的保质期；θs(T2)——在T2温度下进行加速破坏性实验得到的保质期。

实际贮存环境参数下的保质期与加速破坏性实验温度下的保质期呈以下关系，见式5。

式中：θs(T)——实际贮存温度T下食品的保质期；θs(T′)——在T′温度下进行加速破坏性实验得到的保质期；ΔTa——较高温度（T′）与实际贮存温度（T）的差值（T-T′），单位为摄氏度（℃）。

1.4 数据处理

各组实验重复3次，采用Origin 8软件进行绘图，实验数据使用JMP16软件和Microsoft office excel 2013 进行处理和数据分析，以Tukey检验方法进行单因素方差分析，显著性阈值为5%（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 储藏期内咖啡麦芽预拌粉水分的变化

图1为储藏期内咖啡麦芽预拌粉水分的变化趋势。咖啡麦芽预拌粉在储藏初期的水分为10.73%，在储藏的前4周（28 d），随着储藏时间的延长，不同储藏温度下的咖啡麦芽预拌粉的水分均有下降的趋势，且35 ℃储藏条件下的下降趋势更为明显，相较于初始水分下降幅度约为3.4%。根据前人的研究[7]，温度对小麦粉的平衡水分和包装材料的阻湿性有影响，储藏环境的温度越高，包装材料的阻湿性能越差，内容物的平衡水分越低。在储藏4周后，两个温度下的样品水分均呈现上下波动。在袁建等[8]的研究中，在55%湿度条件下，储藏在高温环境（30～35 ℃）的小麦粉，比低温（10～25 ℃）样品的湿热交换容易进行，水分在20～30 d左右基本趋于稳定，本研究中样品放置28 d后水分不再持续下降与其相一致。许蓓蓓等[9]的研究对比了多种包装材料储藏小麦粉的水分变化，由于包装材料具有一定的阻湿性，使部分水分留在包装袋内，袋内相对湿度增加，在20 ℃储藏30周的过程中小麦粉水分变化有波动，本研究储藏4周后两个温度下的样品水分均呈现上下波动与其相一致。

2.2 储藏期内咖啡麦芽预拌粉脂肪酸值的变化

小麦中含有少量的脂类物质，多为不饱和脂肪酸，稳定性较差，在温度升高时极易发生氧化酸败。脂肪酸值与储藏谷物品质相关性密切，国内通常以脂肪酸值作为谷物品质劣变的灵敏指标，储藏预拌粉也是如此。目前我国小麦粉的GB 1355—2021《小麦粉》中规定，脂肪酸值的标准为：中和100 g小麦粉（湿基）中的游离脂肪酸所需要的氢氧化钾不超过80 mg，其测定方法为苯提取法。

图2为不同储藏条件下咖啡麦芽预拌粉的脂肪酸值变化趋势。从图2中可以看出，从储藏开始至储藏结束，咖啡麦芽预拌粉的脂肪酸值整体呈上升趋势，35 ℃储藏条件下的脂肪酸值在第24周超过国家标准规定的80 mg KOH/100 g。从储藏第14周开始，储藏时间对咖啡麦芽预拌粉的脂肪酸值指标影响显著，且随着储藏温度的升高，脂肪酸值增加速度逐渐变快，35 ℃条件下的脂肪酸值整体较25 ℃更高。这与高玉树等[10]的研究趋势相同，面粉在不同温度下储藏6个月后，其脂肪酸值整体呈上升趋势，且储藏温度越高，脂肪酸值增长幅度越大。胡建蓉等[11]的研究也证明，烘干稻谷在储藏过程中脂肪酸值整体呈现上升趋势，温度越高，脂肪酸值上升越快，上升速率随着储存时间的增加有所放缓。而在本研究中，咖啡麦芽预拌粉在储藏后期（14周后）脂肪酸值增加速度变快，因此添加咖啡麦芽粉会加速高温下小麦粉脂肪酸值的升高。这是由于咖啡麦芽粉通过整粒麦芽碾磨得到，保留了麦芽胚和糊粉层中的脂肪酶，而在高温下，脂肪酶的活性较高，降解脂肪的能力较强，对游离脂肪酸的氧化程度更大[20]。

35 ℃储藏条件下，第24周咖啡麦芽预拌粉的脂肪酸值超过国家标准规定的80 mg KOH/100 g。因此咖啡麦芽预拌粉在35 ℃以上的储藏温度下保质期约为22周，基于相关ALST（加速破坏性试验）法中Q10的相关研究基础[12]，Q10的值一般都为2，则咖啡麦芽预拌粉在25 ℃常温储藏温度下保质期约为44周。

2.3 储藏期内咖啡麦芽预拌粉降落数值的变化

小麦粉与水的悬浊液在沸水中会迅速糊化，而后被小麦粉中的α-淀粉酶液化，使置于悬浊液中的搅拌器从一定高度下降一段距离。从放入沸水浴到下落特定距离所用时间即为小麦粉降落数值。降落数值从一定程度上反映了小麦粉中α-淀粉酶活性的大小，降落数值越低表明α-淀粉酶活性高，相对应的，降落数值越高则α-淀粉酶活性越低[13]。

小麦粉在储藏过程中，受初始品质、储存条件等影响，其各类指标均会发生一定变化，而α-淀粉酶活性在其储藏过程中会变低，从而造成降落数值变高。本研究中的咖啡麦芽预拌粉里，原料小麦粉本身降落数值很高，为563 s，表明其α-淀粉酶活性偏低，添加了5%的咖啡麦芽粉后，混合咖啡麦芽预拌粉的初始降落数值降至约460 s。由于降落数值为搅拌器下落一定距离所用的时间，咖啡麦芽预拌粉中加入的麦芽粉对其降落数值有降低效果，可能是因为麦芽粉中含有一定纤维，对面糊结构造成了影响，从而减慢了搅拌器的下落速度。在兰向东等[14]的研究中，通过硒麦芽来富硒营养强化面粉，随着硒麦芽粉添加量的增加，面粉的降落数值降低的趋势明显，本研究的现象与其相同。如图3所示，咖啡麦芽预拌粉样品的降落数值在35 ℃储藏条件下随时间延长而显著升高，即α-淀粉酶活性显著降低。而在室温25 ℃条件下，降落数值变化不显著，即较低的储藏温度有利于保持咖啡麦芽预拌粉的α-淀粉酶活性，维持粉体品质。

2.4 储藏期内咖啡麦芽预拌粉挥发性化合物分析

通过对咖啡麦芽预拌粉挥发性化合物的分析，共鉴定出41种特征挥发性化合物，其中醛类13种、杂环类15种、酯类7种、醇类4种、酮类2种，详见表1。从表1中可以看出，咖啡麦芽预拌粉的特征挥发性化合物主要是醛类和杂环类。麦芽中的醛类物质可通过制麦过程中的脂肪酸氧化及美拉德反应生成，能够为麦芽预拌粉带来类似青草味、可可味、水果味等风味，同时也会有脂肪味、苦涩味等不良风味。吡嗪类物质主要是在麦芽焙焦过程中通过美拉德反应生成的，能赋予麦芽焦糖味、烘烤味、咖啡味等风味[15-16]。OAV值是香气物质浓度与其阈值的比值，化合物的OAV值大于1，则认为该化合物对整体香气有贡献作用，且OAV值越大，贡献度越大。从表1可以得到，醛类物质对风味贡献最大，其次是醇类和酯类物质，杂环类物质由于阈值较高，OAV值较低，对整体的风味贡献不大，因此咖啡麦芽预拌粉中的关键性风味化合物主要为醛类物质。在食品储藏期间，脂肪氧化生成的高浓度醛类物质会给食品带来油哈味，是直接影响保质期内感官品质的关键因素[17]。胥伟等[18]认为壬醛是黑毛茶油哈味的关键风味之一。因此，选择正己醛、壬醛、反式-2-壬烯醛作为保质期内挥发性化合物变化的特征醛类。图4和图5分别表示了25 ℃和35 ℃储存条件下咖啡麦芽预拌粉中特征醛类相对浓度的变化趋势。在整个储藏期内，两个温度条件下样品中的醛类物质均呈上升趋势，正己醛、壬醛、反式-2-壬烯醛相对浓度的上升，一方面证实了一些醛类物质来源于脂肪氧化和降解，另一方面与理化指标脂肪酸值的变化趋势也相对应。

3 结论

在整个储藏期内，随着储藏时间的延长，咖啡麦芽预拌粉的水分先呈下降趋势，之后呈现上下波动。咖啡麦芽预拌粉的脂肪酸值和降落数值整体呈上升趋势，且储藏温度越高，变化趋势越明显。咖啡麦芽预拌粉在35 ℃以上的储藏温度下保质期约为22周，常温保质期约为44周。分析出咖啡麦芽预拌粉主要挥发性化合物41种，主要包括醛类13种、杂环类15种、酯类7种、醇类4种、酮类2种。其中醛类物质（正己醛、壬醛、反式-2-壬烯醛）的相对浓度随储藏期的延长有增加的趋势。综上，为了避免咖啡麦芽预拌粉在储藏期内品质下降，应重点关注脂肪酸值的变化，控制储藏环境温度，同时关注正己醛、壬醛、反式-2-壬烯醛等醛类物质的相对浓度变化。

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