葉夢迪,唐宏剛,*,陳黎洪,肖朝耿,朱培培,郭斯統(tǒng)

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所,浙江杭州 310021;2.寧波市鄞州三豐可味食品有限公司,浙江寧波 315145)

美拉德反應(yīng)型蟹味香精制備條件優(yōu)化及揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

葉夢迪1,唐宏剛1,*,陳黎洪1,肖朝耿1,朱培培1,郭斯統(tǒng)2

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所,浙江杭州 310021;2.寧波市鄞州三豐可味食品有限公司,浙江寧波 315145)

以花蟹酶解液為原料,通過均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法,結(jié)合感官評(píng)價(jià)方法,優(yōu)化美拉德反應(yīng)型蟹味香精的最佳配方及制備條件,并采用固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC-MS)研究反應(yīng)前后的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成。研究結(jié)果表明,美拉德反應(yīng)最佳參數(shù)為:以花蟹酶解液為基準(zhǔn),分別添加葡萄糖6.7%,木糖2.0%,甘氨酸0.6%,精氨酸2.2%,?；撬?.1%,硫胺素1.4%;反應(yīng)溫度101 ℃,時(shí)間33 min,pH7.5。所得反應(yīng)產(chǎn)物呈均一的紅褐色,且香氣濃郁,特征風(fēng)味明顯,鮮味醇厚。從花蟹酶解液和反應(yīng)產(chǎn)物中分別檢測出24種和43種風(fēng)味成分,反應(yīng)產(chǎn)物中含有酮類8.82%、醛類30.87%、呋喃類18.83%、吡嗪類20.04%、醇類6.35%及一些其他的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。2,3-丁二酮、3-甲硫基丙醛、2-甲基吡嗪、1-辛烯-3-醇等化合物風(fēng)味閾值較低,對整體香氣具有重要的貢獻(xiàn)作用。

花蟹,酶解液,美拉德反應(yīng),揮發(fā)性風(fēng)味成分

花蟹(Portunuspelagicus)即遠(yuǎn)海梭子蟹,廣泛分布于我國浙江、福建、廣東等沿海地帶,在浙江舟山地區(qū)尤為豐富[1]。花蟹兼具鮮美的滋味和豐富的營養(yǎng),據(jù)報(bào)道[2],蟹肉中蛋白質(zhì)含量大約占干基的79.9%,必需氨基酸含量平衡,并含有26種脂肪酸,其中單不飽和脂肪酸占49.8%,還富含鉀、鈉、磷、鈣等礦物質(zhì)元素。但是長期以來,由于花蟹個(gè)體較小、加工困難、價(jià)格低廉,主要被加工成蟹肉罐頭、蟹醬、蟹肉松,少量制成蟹黃醬、蟹油等產(chǎn)品[3-4],遠(yuǎn)沒有開發(fā)出其潛在的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對此,數(shù)年來大量研究人員致力于花蟹深加工技術(shù)的研發(fā),以求最大限度地利用生物蛋白資源。

美拉德反應(yīng)(Maillard reaction)又稱為羰氨反應(yīng),指食品體系中含有氨基的化合物與含有羰基的化合物之間發(fā)生的反應(yīng),它能賦予食品愉快的香味和誘人的色澤[5]。Maillard反應(yīng)型香精主要有肉味香精、海鮮味香精、咖啡香精等,廣泛應(yīng)用于方便面調(diào)料、罐頭、熏肉、調(diào)味醬、零食、快餐和寵物食品等方面[6]。其中海鮮味香精滿足了食品生產(chǎn)企業(yè)在增香調(diào)味方面不斷求新的需求,在眾多食品加工領(lǐng)域快速發(fā)展,得到了國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注。Yang[7]等以比目魚蛋白水解液為原料,通過研究發(fā)現(xiàn)該水解液與28.36%核糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有很強(qiáng)的抗過敏性及抗氧化性。Natta Laohakunjit[6]等將海草經(jīng)過10%菠蘿蛋白酶處理后所得的酶解液與一些還原糖和氨基酸混合后,通過美拉德反應(yīng)研制出了一款集調(diào)味、營養(yǎng)和保健作用于一體的高級(jí)調(diào)味料。董志儉[8]等以低值海蝦酶解液為基料,利用美拉德反應(yīng)制備出了燒烤味濃郁的蝦味香精。

表1 Maillard反應(yīng)制備蟹味香精均勻設(shè)計(jì)因素水平表

目前,采用美拉德反應(yīng)制備天然蟹味香精的研究報(bào)道非常少見,因此開發(fā)天然蟹味香精的制備技術(shù)具有廣闊的市場應(yīng)用前景。本研究以花蟹為原料,運(yùn)用生物蛋白酶解技術(shù),通過美拉德反應(yīng)制備出味感鮮美、蟹味濃郁、香氣飽滿的海鮮味香精,并分析花蟹酶解液美拉德反應(yīng)前后的揮發(fā)性成分的變化,為花蟹調(diào)味品的開發(fā)及建立風(fēng)味評(píng)價(jià)體系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

花蟹 寧波市鄞州三豐可味食品有限公司提供,于-20 ℃保存;食品級(jí)中性蛋白酶(實(shí)測22萬U/g) 廣西龐博生物有限公司;食品級(jí)風(fēng)味蛋白酶(實(shí)測5萬U/g) 諾維信生物技術(shù)有限公司;食品級(jí)木糖、葡萄糖、核糖、果糖、蔗糖、甘氨酸、精氨酸、?；撬?、谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸 河南金潤食品添加劑有限公司;其他試劑 均為分析純。

HR2850型攪拌機(jī) PHILIPS公司;85-2型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 金壇市江南儀器廠;FE20-S型pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器有限公司;ALB-224分析天平 德國賽多利斯股份公司;TDL-40B 高速離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;高壓蒸汽滅菌鍋 上海發(fā)恩科貿(mào)有限公司;固相微萃取裝置 美國Supelco公司;氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 花蟹酶解液的制備 花蟹清洗干凈,用攪拌機(jī)打碎成泥,過60目濾布,按料液比1∶3加水得花蟹漿液。對花蟹漿液進(jìn)行熱變性處理,在100 ℃沸水浴中保持15 min。待其冷卻至55 ℃時(shí),用1 mol/L檸檬酸調(diào)節(jié)體系初始pH至6.5,稱取2200 U/g的復(fù)合蛋白酶(中性蛋白酶∶風(fēng)味蛋白酶為3∶5)添加到漿液后于55 ℃保溫酶解4.5 h。酶解結(jié)束后立即置于95 ℃水浴中滅酶15 min,冷卻后4000 r/min離心15 min取其上清液,即為花蟹酶解液。

1.2.2 美拉德反應(yīng)基本原料的選擇 參考解萬翠[9]等人制備蝦風(fēng)味料的研究,在三角錐形瓶中加入100 mL花蟹酶解液,分別添加2%的木糖、葡萄糖、蔗糖、果糖在110 ℃,pH7.0下反應(yīng)40 min后冷卻進(jìn)行感官評(píng)定,確定最佳還原糖種類后將其以一定比例復(fù)配后與不同種類的氨基酸進(jìn)行反應(yīng),氨基酸添加量為1.5%,但考慮到原料的成本問題,半胱氨酸及?；撬岬奶砑恿糠謩e為0.4%及0.5%,以確定花蟹酶解液美拉德反應(yīng)的最佳基料。

1.2.3 美拉德反應(yīng)條件優(yōu)化 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 在前期大量預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,考慮各種因素可能性及水平變化范圍,Maillard反應(yīng)基本配方中適量地添加硫胺素對產(chǎn)物整體風(fēng)味進(jìn)行協(xié)調(diào)。準(zhǔn)確稱取100 mL花蟹酶解液,按均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求添加不同比例的反應(yīng)基料,磁力攪拌溶解后調(diào)節(jié)至所需pH,封口置于高壓滅菌鍋中反應(yīng)后取出,冰浴冷卻,進(jìn)行感官評(píng)定。均勻設(shè)計(jì)表選用U12(36×612)表,其中反應(yīng)溫度、時(shí)間和pH采用六水平,其他原料均采用十二水平。因素水平設(shè)定見表1。

1.2.4 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的感官評(píng)定 挑選8名具有感官評(píng)定經(jīng)驗(yàn)的食品專業(yè)人員,采用評(píng)分法對花蟹酶解液美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的色澤、滋味、焦香味、整體香氣進(jìn)行綜合評(píng)定。參考海鮮味香精制備的研究[9-10],設(shè)定4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù),通過加權(quán)法將各個(gè)指標(biāo)平均分?jǐn)?shù)加權(quán)相加,得出最終感官評(píng)分值。分值越大,說明反應(yīng)液的風(fēng)味越好。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 花蟹酶解液美拉德反應(yīng)產(chǎn)物感官品評(píng)表

1.2.5 固相微萃取法(SPME)提取揮發(fā)性成分 取5 mL樣品置于20 mL頂空瓶中,用帶有硅橡膠隔墊的瓶蓋密封。將頂空瓶放入50 ℃水浴鍋平衡30 min,然后將經(jīng)老化處理的萃取頭插入頂空瓶中距離液面1 cm處,50 ℃下吸附30 min,取出后插入GC進(jìn)樣口,解析3 min,進(jìn)行GC-MS分析。

1.2.6 氣相色譜條件 色譜柱型號(hào):VF-WAXms,30 m×0.25 mm×0.25 μm;柱溫:35 ℃保持3 min,2 ℃/min升至150 ℃,然后以4 ℃/min升至250 ℃,保持10 min;進(jìn)樣口溫度:250 ℃;柱流速:1.0 mL/min;載氣:He(99.999%);不分流進(jìn)樣。

1.2.7 質(zhì)譜條件 離子源:EI;離子源溫度:230 ℃;四級(jí)桿溫度:150 ℃;質(zhì)量數(shù)掃描范圍:33-500 amu。

1.2.8 揮發(fā)性化合物的鑒定 將質(zhì)譜數(shù)據(jù)與NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行匹配,正反匹配度均大于850(最大值為1000)的鑒定結(jié)果予以報(bào)道,并用峰面積歸一化法計(jì)算相對含量。

1.2.9 數(shù)據(jù)分析 均勻設(shè)計(jì)采用 DPS2005數(shù)據(jù)處理軟件;感官分析數(shù)據(jù)及揮發(fā)性成分含量采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 美拉德反應(yīng)基料的確定

蟹味香精的呈味主要源于Maillard反應(yīng),即發(fā)生在還原糖和氨基酸之間的非酶褐變反應(yīng)。反應(yīng)前體物種類不同,產(chǎn)生的特征風(fēng)味將有所差異。雖然花蟹酶解液富含氨基酸、小肽等成分,但僅僅這些成分不足以產(chǎn)生濃郁的蟹味,需要補(bǔ)充某些單體氨基酸和還原糖以達(dá)到增香目的。實(shí)驗(yàn)比較了添加不同種類還原糖和氨基酸對蟹味香精感官評(píng)定的影響,以確定花蟹酶解液美拉德反應(yīng)的基料,結(jié)果見表3、表4。

表3 不同種類還原糖對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味的影響

由表3可看出,花蟹酶解液中分別添加5種不同還原糖,所得產(chǎn)物的風(fēng)味有一定差別。其中添加木糖、葡萄糖、核糖可以明顯增強(qiáng)蟹味,改善產(chǎn)物風(fēng)味輪廓,而蔗糖和果糖對蟹味的產(chǎn)生作用不大。由于核糖價(jià)格較昂貴,在實(shí)際生產(chǎn)過程中考慮成本的因素,選擇木糖和葡萄糖作為制備蟹味香精的基本原料。張彩菊等[11]研究也發(fā)現(xiàn),制備海鮮風(fēng)味料時(shí),木糖與葡萄糖共同反應(yīng)的效果更佳,可使鮮味濃郁,增加厚度。

根據(jù)表4所得結(jié)果,花蟹酶解液中添加甘氨酸、精氨酸和牛磺酸所得的Maillard反應(yīng)產(chǎn)物顏色適中,蟹味濃郁。已有研究[12]報(bào)道?；撬崾菬岱磻?yīng)過程中產(chǎn)生海鮮獨(dú)有鮮香味的重要氨基酸,因此選擇甘氨酸、精氨酸和?；撬峒尤氲組aillard反應(yīng)基本配方中制備蟹味香精。

表4 不同種類氨基酸對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味的影響

2.2 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選用均勻設(shè)計(jì)法安排實(shí)驗(yàn),對不同條件下反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行感官評(píng)定,確定花蟹酶解液美拉德反應(yīng)的最佳條件,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 均勻?qū)嶒?yàn)法優(yōu)化Maillard反應(yīng)方案及結(jié)果

通過感官品評(píng)人員對不同實(shí)驗(yàn)組樣品進(jìn)行色澤、滋味、焦香味、整體香氣的評(píng)定,可得二次回歸方程:Y=-194.629+3.671X1+3.345X3-0.016X12+0.190X32-0.051X1X3+0.002X2X4-0.009X4X5-0.022X4X6-0.018X5X7-0.378X7X8,相關(guān)系數(shù)R=1.0000,顯著水平α=0.0035,F值=49999.925>F臨界(10,1,0.0035)=9998.94,方程通過檢驗(yàn)。

對回歸模型尋找最優(yōu)值,可得Maillard反應(yīng)的最佳條件為:溫度101 ℃,時(shí)間33 min,pH7.5,葡萄糖6.7%,木糖2.0%,甘氨酸0.6%,精氨酸2.2%,?；撬?.1%,硫胺素1.4%。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),感官評(píng)定得分為8.2,該條件下獲得的蟹味香精香氣濃郁,特征風(fēng)味明顯,口感醇厚。

表6 花蟹酶解液和美拉德反應(yīng)型蟹味香精的揮發(fā)性成分分析

2.3 花蟹酶解液和美拉德反應(yīng)產(chǎn)物揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

大量研究證實(shí)[13-15],揮發(fā)性風(fēng)味化合物產(chǎn)生的主要機(jī)理有酶促反應(yīng)、熱反應(yīng)、脂質(zhì)氧化和微生物作用等。本實(shí)驗(yàn)采用SPME-GC-MS技術(shù)對花蟹酶解液及美拉德反應(yīng)型蟹味香精中的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析鑒定,分別檢測出24種和43種揮發(fā)性化合物,結(jié)果見圖1、圖2和表6。其中蟹味香精中含有醇類6.35%、酮類8.82%、醛類30.87%、呋喃類18.83%、吡嗪類20.04%、烴類2.55%、醚類5.25%、噻唑類4.89%及其他芳香類化合物2.41%。

圖1 花蟹酶解液揮發(fā)性成分GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components identified in hydrolysate

圖2 美拉德反應(yīng)型蟹味香精揮發(fā)性成分GC-MS總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile components identified in Maillard reaction product

由表6可知,蟹風(fēng)味成分主要由酮類、醛類、呋喃類、吡嗪類、醚類等化合物組成。在酮類化合物中,具有奶香味的2,3-丁二酮的含量最高,為3.53%。在SL Guen[16]的研究中發(fā)現(xiàn),2,3-丁二酮是貽貝中主要的風(fēng)味物質(zhì)。通過對比可以發(fā)現(xiàn),花蟹酶解液經(jīng)過美拉德反應(yīng)后,醛類化合物的種類和含量均有很大程度的增加。主體風(fēng)味貢獻(xiàn)者醛類化合物氣味閾值較低,如3-甲基丁醛、3-甲硫基丙醛、苯乙醛等,與其它許多物質(zhì)有很強(qiáng)的風(fēng)味協(xié)同效應(yīng),它們共同賦予了食品的焦香、肉香及清香。這在前人的研究中也得到了證實(shí),Cai[17]等對中國對蝦酶解液與木糖熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行GC-MS分析,發(fā)現(xiàn)以上三種醛類物質(zhì)提供了食品濃郁的肉香味及海鮮風(fēng)味。已有研究報(bào)道[18],呋喃及其衍生物容易產(chǎn)生燒烤、熟肉、咖啡和海洋食品的特征香氣。表6結(jié)果表明,美拉德反應(yīng)生成的吡嗪類化合物含量為20.04%,該類化合物是熱加工食品中重要的揮發(fā)性成分,主要由氨基酸Strecker降解形成的α-氨基酮通過縮合而成[19]。在蟹味香精中總共鑒定出6種吡嗪類物質(zhì),賦予了特殊的海鮮肉香味、烤香和果仁味的芳香特質(zhì)[20],其中2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪占揮發(fā)性成分相對含量分別為5.62%、4.38%,對花蟹特征香氣的產(chǎn)生具有積極的促進(jìn)作用。蟹味香精中醚類化合物含量高達(dá)5.25%,其中二甲基二硫醚和二甲基三硫醚的閾值較低,對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)很大。已有研究發(fā)現(xiàn),上述兩種物質(zhì)存在于大多數(shù)經(jīng)熱加工的海產(chǎn)品中,如對蝦、蟹肉、牡蠣和小龍蝦等[21-22]。此外,蟹味香精還含有1-辛烯-3-醇、檸檬烯、2-甲基噻吩等物質(zhì),共同構(gòu)成了產(chǎn)品的風(fēng)味特征,具有強(qiáng)烈的海鮮特征氣味。同時(shí)也有研究表明[23],1-辛烯-3-醇是青蟹、梭子蟹、河蟹中主要的特征香氣成分。

續(xù)表

3 結(jié)論

經(jīng)均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),對花蟹酶解液制備蟹味香精的Maillard反應(yīng)配方與參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,在最佳條件下制備的蟹味香精具有香氣濃郁、特征風(fēng)味明顯、口感醇厚等特點(diǎn)。采用SPME-GC-MS對花蟹酶解液及其美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析,表明美拉德反應(yīng)可顯著增加酮類、醛類、呋喃類、吡嗪類、醚類等化合物的種類與含量,其中包括了風(fēng)味閾值較低,對整體香氣具有重要貢獻(xiàn)的2,3-丁二酮、3-甲硫基丙醛、2-乙基呋喃、2-甲基吡嗪、1-辛烯-3-醇等特征化合物。通過本研究,為利用花蟹開發(fā)高品質(zhì)海鮮香精提供理論依據(jù),對提高花蟹的附加值具有重要意義。

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Research on optimal preparation of crab flavoring essence by Maillard reaction and analysis of volatile flavor components

YE Meng-di1,TANG Hong-gang1,*,CHEN Li-hong1,XIAO Chao-geng1,ZHU Pei-pei1,GUO Si-tong2

(1.Institute of Food Processing,Zhejiang Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310021,China; 2.Ningbo Sanfengkewei Co.,Ltd,Ningbo 315145,China)

In this study,the optimal preparation processing of crab flavoring essence by Maillard reaction using uniform design methodology combining with sensory evaluation method was explored with crab hydrolysate as raw materials,and the volatile flavor composition before and after the reaction were investigated and compared by SPME-GC-MS. Experimental results suggested that the optimal conditions of Maillard reaction were glucose 6.7%,xylose 2.0%,glycine 0.6%,arginine 2.2%,taurine 0.1%,thiamine 1.4%,temperature 101 ℃,time 33 min,pH7.5,the product prepared under this condition exhibited strong meaty and seafood aroma with uniform reddish brown. Meanwhile,24 and 43 kinds of volatile flavor components were separated and detected in hydrolysate and Maillard reaction product,respectively. The product mainly contains 8.82% ketones,30.87% aldehydes,18.83% furans,20.04% pyridine,6.35% alcohols and some other volatile flavor compounds. Furthermore,the predominant odourants were 2,3-butanedione,3-methylthiopropanal,2-methyl-pyrazine,1-octene-3-ol and other components with lower threshold value,which exhibited a significant contribution to overall special aroma.

Portunuspelagicus;enzymatic hydrolysate;Maillard reaction;volatile flavor components

2016-05-20

葉夢迪(1989-)，女，科研助理，碩士，研究方向：畜、水產(chǎn)品加工，E-mail：niaodi613@163.com。

*通訊作者:唐宏剛(1980-)，男，副研究員，博士，研究方向：畜、水產(chǎn)品加工，E-mail：zaastang@163.com。

寧波市農(nóng)業(yè)重大重點(diǎn)項(xiàng)目(2013C11006)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000