不同烘焙温度对去壳夏威夷果仁风味特性的影响：基于HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS的分析

《Food Research International》：Effects of different roasting temperatures on the flavor characteristics of shelled macadamia kernels: Analysis based on HS-GC-IMS and HS-SPME-GC–MS

本研究通过感官评价和气相色谱联用技术，分析了不同烘烤温度下夏威夷果仁的风味和颜色特性，发现140℃烘烤时产生丰富的松香和奶油香气，并具有和谐的浅黄色调，同时鉴定出23种关键挥发性物质对香气有显著贡献。

　　

张学平|余欣欣|胡荣硕|张继月|董文江

新疆农业大学食品科学与药学院，中国乌鲁木齐830052

摘要

本研究旨在通过定量描述性感官分析、颜色分析以及两种挥发性化合物分析技术（即顶空-固相微萃取气相色谱-质谱法（HS-SPME-GC–MS）和顶空-气相色谱-离子迁移谱法（HS-GC-IMS）来评估烘焙温度对去壳夏威夷果仁（SMKs）风味特性的影响。感官和颜色分析表明，140°C的烘焙温度可以产生理想的夏威夷果产品，具有浓郁的香脂风味、奶油香气以及均匀和谐的淡黄色。HS-SPME-GC–MS和HS-GC-IMS共检测到107种挥发性有机化合物（VOCs）。随着烘焙温度的升高，醛类、吡嗪类和呋喃类化合物的含量增加，这些化合物是坚果香气的主要贡献者。在低温烘焙过程中，脂质氧化主导了风味的形成；而在高温烘焙过程中，斯特雷克降解（Strecker degradation）占主导地位。在所有VOCs中，有23种化合物的相对气味活性值（ROAV）≥1，对烘焙后夏威夷果的整体香气有显著贡献。此外，HS-SPME-GC–MS和HS-GC-IMS分别鉴定出10种和16种关键VOCs，包括2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、壬醛和丙醛。有趣的是，乙醇含量与“苦味”和“烧焦味”呈显著负相关（p<0.05），而大多数吡嗪类化合物与这些感官属性呈正相关（p<0.05）。总体而言，本研究结果表明烘焙是提升夏威夷果香气的一种有效方法，并为坚果产品的风味控制提供了有价值的见解。

引言

夏威夷果（Macadamia ternifolia），也被称为昆士兰坚果、巴巴什卡坚果或澳大利亚山核桃，是一种常绿树（属 Macadamia F. Muell.; 科 Macadamiaaceae），原产于澳大利亚（Ma等人，2021年）。夏威夷果于20世纪80年代引入中国，并在21世纪初开始大规模发展。自2014年以来，中国已成为全球最大的夏威夷果生产国（Shuai等人，2021年）。作为一种热带木本油料作物，夏威夷果在广西和云南等适宜生长的南方地区生长良好（Li等人，2024年）。近年来，由于农村振兴和产业支持政策，夏威夷果的种植在云南和广西等地迅速扩展，2021年云南的种植面积达到252,700公顷，产量为57,500吨（Ma等人，2021年）。

夏威夷果营养丰富，含有丰富的氨基酸、矿物质（如锰、铁和镁）、碳水化合物、蛋白质和膳食纤维。与其他坚果（如杏仁）相比，夏威夷果的脂肪含量较高，主要为单不饱和脂肪酸，占总脂肪的约80%（油酸60%；棕榈油酸20%）（Shuai等人，2023年）。它们还含有多种生物活性挥发性物质，包括生育酚、生育三烯酚、植物甾醇、角鲨烯、生物碱和植物激素（O'Hare等人，2019年）。然而，生夏威夷果的香气较弱或几乎无法察觉，需要通过热处理来释放其独特的香气。

烘焙过程通过引发化学反应（包括美拉德反应、斯特雷克降解、糖类热降解和脂质氧化）来提高坚果的质量和整体口感（Bordiga等人，2025年）。这些反应生成了赋予坚果独特烘焙风味的化合物。许多研究探讨了烘焙对坚果风味的改善作用，包括山核桃（Li等人，2022年）和花生（Yang等人，2022年；Zhang, Fu等人，2023年），但关于热处理对夏威夷果香气影响的研究仍然有限。例如，Liu等人（2022年）使用顶空-固相微萃取（SPME）气相色谱（GC）-质谱（MS）技术跟踪储存过程中的挥发性物质，发现醛类和酸类是夏威夷果的主要不良风味来源。然而，关于烘焙温度对夏威夷果中挥发性有机化合物（VOCs）谱系的全面分析仍不够充分。此类研究可能为优化烘焙工艺、提升坚果质量提供有价值的见解。

目前，坚果风味的评估主要依赖于感官评估和仪器分析方法，这两种方法能够全面准确地描述风味特征。尽管定量感官分析由受过培训的评估者根据标准化标准进行，但仍可能存在主观性。为了解决这一问题，提出了使用HS-SPME-GC–MS和HS-GC-离子迁移谱（IMS）来分析各种食品样品中的VOCs（Li, Lyu等人，2024年）。其中，HS-GC-IMS结合了GC的高分辨率和IMS的高灵敏度（Fan等人，2024年），能够在无需预处理的情况下快速检测样品中的微量VOCs。此外，HS-SPME-GC–MS还能对复杂混合物中的VOCs进行定量和定性分析（Shi等人，2025年）。因此，与HS-GC-IMS技术相关的VOC数据库不完善，可以通过结合GC–MS技术进行补充分析，从而更精确、全面地鉴定目标样品中的VOCs（Zhou等人，2025年）。

本研究旨在通过描述性感官分析和颜色测量分析，在不同温度下表征去壳夏威夷果仁（SMKs）的风味特性和烘焙质量。通过HS-SPME-GC–MS和HS-GC-IMS鉴定烘焙后夏威夷果（RSMKs）中的VOCs，并通过化学计量分析和相对气味活性值（ROAV）确定气味活性化合物和香气特征。通过研究不同烘焙温度下VOC的变化模式，系统分析了颜色和香气发展的机制。本研究的结果可为优化夏威夷果的烘焙工艺和感官质量控制提供科学和理论基础。

化学试剂和材料

去壳夏威夷果购自中国云南省的Macadamia Nuts Base公司。甲醇、3-庚酮和正己烷（色谱纯度）；2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮和2-壬酮（分析级）；C7–C30饱和烷烃标准品购自上海Aladdin Biochemical Technology有限公司。Milli-Q水使用Milli-Q Plus系统（Millipore，上海）制备。其他所有化学品均来自相同供应商。

颜色参数分析

颜色是评估烘焙后夏威夷果（RSMK）质量的关键参数，其变化模式在图1A和B中清晰可见。随着烘焙温度的升高，RSMK的L*和h°值显著下降（p<0.05），而a*、b*和c值逐渐增加。ΔE值随温度升高而持续增加，在160°C和180°C时出现显著上升。较高温度加速了果仁中氨基酸、蛋白质和还原糖之间的相互作用，增强了美拉德反应的效果。

结论

本研究采用多种分析方法全面研究了烘焙温度对夏威夷果仁（SMK）中VOCs的影响。140°C的烘焙温度获得了最佳的夏威夷果风味和颜色，其在坚果味、香脂味和奶油味方面的得分显著高于其他温度，同时减少了不良风味。HS-SPME-GC–MS和HS-GC-IMS分析显示，随着温度的升高，醛类、呋喃类和吡嗪类化合物的含量增加。尽管坚果风味得到提升，但...

CRediT作者贡献声明

张学平：撰写初稿、数据可视化、方法设计、数据分析。 余欣欣：撰写修订稿、监督工作、方法设计、实验设计、数据分析。 胡荣硕：方法设计、实验设计。 张继月：实验设计、数据分析。 董文江：项目监督、资源协调、资金筹集。

未引用的参考文献

Erten和Cadwallader，2017 Gemert，2011 Nuts，2024 Xu等人，2025 Zhang, Shen, Cao, Duan和Sun，2023 Zhang等人，2024 Zhou等人，2019

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国热带农业科学院科技创新团队（CATASCXTD202404）、中央公益性科学基金（1630012025119）以及北京科技与商务大学食品风味与健康交叉创新项目（FFHCI-2025044）的支持。