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        海帶酶解物美拉德反應(yīng)制備調(diào)味料

        2020-01-13 01:46:10蔣迪張曉羽奚倩隋悅白穎啟航
        食品工業(yè) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:核糖拉德電子鼻

        蔣迪 ,張曉羽 ,奚倩,隋悅 ,白穎 ,啟航 *

        1. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院(大連 116034);2. 國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心(大連 116034);3. 塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院(阿拉爾 843300)

        海帶(Laminaria japonica)隸屬于褐藻綱(Phaeophyceae),是海藻中主要的一類褐藻。2017年,中國(guó)海帶產(chǎn)量為149萬(wàn) t(干質(zhì)量)[1],約占世界總產(chǎn)量的1/4。海帶中豐富的海帶多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、褐藻多酚、巖藻黃質(zhì)等成分,具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2-5]。豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及風(fēng)味成分是海藻風(fēng)味調(diào)味品的優(yōu)選來(lái)源[6-7]。調(diào)味料產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)出日漸多元化、復(fù)合性及高品質(zhì)需求發(fā)展。來(lái)源于海洋動(dòng)物的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物,如魚(yú)、蝦、蛤、蟹等副產(chǎn)品,通過(guò)美拉德反應(yīng),被廣泛用于生產(chǎn)海鮮調(diào)味品[8]。以酶解液作為基料制備的調(diào)味料已經(jīng)成為調(diào)味品行業(yè)的發(fā)展走勢(shì)[9-10]。

        Peinado等[11]利用魚(yú)副產(chǎn)品酶解物對(duì)生產(chǎn)海鮮風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行研究,結(jié)果顯示賴氨酸、谷氨酸、亮氨酸和丙氨酸的增加使得由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的一些特征類化合物發(fā)生變化。王莉嫦等[12]通過(guò)使用蛋白酶來(lái)水解鯪魚(yú)肉以得到水解蛋白,使其與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)以制備出一種肉類香精。吳靖娜等[13]選用鮑魚(yú)蒸煮液與木糖進(jìn)行的美拉德反應(yīng),利用電子鼻技術(shù)對(duì)產(chǎn)物的氣味進(jìn)行分析,研發(fā)一種新型海鮮調(diào)味基料。Cai等[14]將中國(guó)對(duì)蝦廢棄物水解物在存在或不存在木糖的條件下進(jìn)行加熱,結(jié)果顯示,在適當(dāng)?shù)募訜釙r(shí)間下,美拉德反應(yīng)可以對(duì)水解產(chǎn)物進(jìn)行改性,呈現(xiàn)出更令人愉悅的風(fēng)味特征,發(fā)現(xiàn)氨基酸和揮發(fā)性化合物反應(yīng)出的濃郁肉香及海鮮的香氣。孫麗平等[10]利用正交試驗(yàn)對(duì)鯉魚(yú)的魚(yú)鱗酶解產(chǎn)物與葡萄糖發(fā)生的美拉德反應(yīng)進(jìn)行條件篩選,在最適反應(yīng)條件下得到的調(diào)味基料具有的風(fēng)味良好,香氣濃厚且無(wú)明顯魚(yú)腥味的特點(diǎn)。王茵等[15]將花蛤蒸煮液與木糖共同作用發(fā)生美拉德反應(yīng),利用正交試驗(yàn)對(duì)美拉德反應(yīng)條件進(jìn)行篩選,開(kāi)發(fā)出一種新型的海鮮調(diào)味料。

        以海帶酶解凍干粉為原料,以美拉德反應(yīng)的程度為指標(biāo),進(jìn)行美拉德反應(yīng)的響應(yīng)面試驗(yàn),篩選出最佳的美拉德反應(yīng)條件,并在最優(yōu)條件下制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物。同時(shí)進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味化合物的鑒定,滋味和風(fēng)味的分析,以期為制備海帶調(diào)味料,提升海帶深加工產(chǎn)業(yè)提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 儀器與試劑

        1.1.1 材料與試劑

        海帶酶解凍干粉(國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心前期制備品,海帶經(jīng)風(fēng)味蛋白酶酶解后凍干品);乙腈(分析純,美國(guó)SPECTRUM化學(xué)試劑公司);D-核糖(分析純,上海阿拉丁試劑有限公司);N,N-二甲基甲酰胺(分析純,上海阿拉丁試劑有限公司);其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

        1.1.2 主要儀器與設(shè)備

        Z 323型冷凍離心機(jī)(賀默(上海)儀器科技有限公司);EClassical 3100型高效液相色譜儀(大連依利特分析儀器有限公司);601型電熱恒溫干燥箱(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠);PHS-3型精密pH計(jì)(上海雷磁儀器廠);AB 2004-N型電子分析天平(梅特勒-托利多儀器有限公司);7890 B型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(安捷倫科技有限公司);TS-5000 Z型電子舌(本Insent公司)日;PEN 33型電子鼻(德國(guó)AIRSENSE公司)。

        1.2 方法

        1.2.1 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備

        分別將0.2 g酶解產(chǎn)物凍干粉充分粉碎后與5 mL蒸餾水混合,將D-核糖以不同濃度(以酶解液干粉質(zhì)量計(jì))添加至混合液中,調(diào)節(jié)不同pH,在不同反應(yīng)時(shí)間下進(jìn)行反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫,反應(yīng)液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后進(jìn)行凍干后,得到美拉德反應(yīng)調(diào)味料,置于4 ℃條件下備用。

        1.2.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)程度的檢測(cè)

        美拉德反應(yīng)的反應(yīng)過(guò)程有3個(gè)階段,類黑素的產(chǎn)生發(fā)生在第3階段[16],其隨著美拉德反應(yīng)的進(jìn)行,顏色加深,影響體系的色澤。類黑素在420 nm可以被檢測(cè)[17-18],以420 nm吸光度來(lái)表示其美拉德反應(yīng)的程度。

        1.2.3 美拉德反應(yīng)條件的優(yōu)化

        基于前期單因素試驗(yàn)結(jié)果,確定D-核糖的最優(yōu)添加條件為:D-核糖濃度20%、反應(yīng)時(shí)間120 min、反應(yīng)溫度120 ℃、pH 12。分別選取3個(gè)獨(dú)立的變量為:D-核糖濃度(x1)、反應(yīng)的時(shí)間(x2)和pH(x3),x1分別為5%,20%和35%;x2分別為60,150和240 min;x3分別為8,11和14。使用3×3的隨機(jī)因子設(shè)計(jì)(CRD)來(lái)獲取x1,x2和x3值的組合。為找到反應(yīng)條件的最適選擇,建立響應(yīng)面的二階多項(xiàng)式模型:y=a11x12+a22x22+a33x32+a12x1x2+a13x1x3+a23x2x3+a1x1+a2x2+a3x3+a0。其中,y表示預(yù)測(cè)的響應(yīng);x1、x2和x3表示獨(dú)立變量;a0表示偏移項(xiàng);a1和a2表示線性效應(yīng);a12表示2個(gè)變量之間的相互作用的效應(yīng)。

        1.2.4 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物揮發(fā)性風(fēng)味化合物的分析

        取2 g樣品,裝入帶有螺帽的玻璃容器中,使用氮?dú)馔ㄟ^(guò)懸浮液發(fā)泡,在90 ℃下水浴平衡30 min,使用20 mL/min的恒定氮?dú)饬鞔祾?0 min。將揮發(fā)性化合物收集在含有100 mg Tenax吸附劑的玻璃毛細(xì)管(內(nèi)徑3 mm)中,進(jìn)樣。

        升溫程序:初始溫度130 ℃,保持10 min。色譜柱溫度50 ℃,保持1 min,以4 ℃/min升溫到160 ℃,再以15 ℃/min升溫到320 ℃,保持10 min。載氣為氦氣(He),恒定流速20 mL/min,進(jìn)樣口溫度270 ℃,解吸15 min,壓強(qiáng)100 kPa。在每次分析過(guò)程中,Tenax捕集阱通過(guò)在250 ℃回流1 h進(jìn)行捕集。

        質(zhì)譜條件:電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,傳輸線240 ℃,質(zhì)譜掃描范圍29~350 m/z。

        將保留時(shí)間和質(zhì)譜與NIST11數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)比較,在GC-MS上通過(guò)直接注射分析一系列正構(gòu)烷烴(C8~C20)以獲得保留指數(shù)(RI)值。將RI數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)化合物值進(jìn)行比對(duì)。

        1.2.5 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物滋味與風(fēng)味的分析

        電子舌滋味的分析采用Wang等[19]的方法進(jìn)行修改。將1 g樣品與40 mL去離子水混合后,室溫下靜置10 min。測(cè)定條件:傳感器清洗時(shí)間20 s,樣品準(zhǔn)備時(shí)間1 s,樣品測(cè)試時(shí)間120 s,將每個(gè)溶液獲得的最后5 s的平均值作為測(cè)定數(shù)據(jù)。為減少測(cè)量誤差提升穩(wěn)定性,每個(gè)方案重復(fù)測(cè)定10次,每個(gè)傳感器的最后3個(gè)測(cè)定值被認(rèn)為是準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),用作后續(xù)分析。

        電子鼻風(fēng)味分析采用Yao等[20]的方法。采用靜態(tài)的頂空(HS-100)自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)行進(jìn)樣。PEN3電子鼻由10個(gè)傳感器組成,如表1所示。測(cè)定條件:電子頭測(cè)量時(shí)間100 s;頂空溫度25 ℃;內(nèi)部流量300 mL/min;注射流量300 mL/min。每個(gè)樣品重復(fù)2次。所有樣品以7次的重復(fù)進(jìn)行,使用應(yīng)用于電子鼻分析的軟件獲得其雷達(dá)圖。

        1.2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)以多組平行數(shù)據(jù)的平均值表示,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差;利用SPSS軟件采用方差分析(ANOVA)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,p<0.05表示顯著,p<0.01表示極顯著。采用Design Expert 10.0進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方差分析。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 最優(yōu)美拉德反應(yīng)條件的確定

        根據(jù)前期單因素的試驗(yàn)結(jié)果,選擇D-核糖濃度5%,20%和35%,反應(yīng)時(shí)間60,150和240 min,pH 8,11和14,分別為自變量,以420 nm處的吸光度作為因變量,對(duì)其美拉德反應(yīng)進(jìn)行響應(yīng)面分析。通過(guò)3×3的隨機(jī)因子設(shè)計(jì)進(jìn)行17個(gè)試驗(yàn)以優(yōu)化試驗(yàn)中的3個(gè)獨(dú)立的參數(shù)。為評(píng)估模型的顯著性,同時(shí)完成方差分析,以證明給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與二階多項(xiàng)式方程是否適合。吸光度的結(jié)果如表2所示。

        表1 電子鼻傳感器的性能描述

        表2 響應(yīng)面分析的試驗(yàn)結(jié)果

        以D-核糖的濃度(x1)、反應(yīng)時(shí)間(x2)、反應(yīng)pH(x3)為自變量,吸光度(y)為因變量以建立的回歸方程為:y=-0.029x12+0.11x22-0.029x32+0.089x1x2+0.032x1x3-0.33x2x3-0.17x1+0.23x2+0.42x3+5.50。

        對(duì)吸光度的回歸方程式進(jìn)行方差分析,結(jié)果如表3所示。模型對(duì)試驗(yàn)的擬合情況良好,模型的p=0.034 0<0.05,表明此試驗(yàn)的模型顯著。失擬項(xiàng)p=0.972 9>0.05,表明失擬項(xiàng)檢驗(yàn)并不顯著,方程對(duì)試驗(yàn)的擬合程度較好,該方法為可靠。

        表3 吸光度回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

        圖1表明3個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值有一定影響。如圖1(A)所示,D-核糖濃度的增大同時(shí)伴隨著吸光度的升高。吸光度隨著反應(yīng)時(shí)間增大呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在60~150 min,其增長(zhǎng)趨勢(shì)快速,后趨于平穩(wěn)。pH對(duì)吸光度的影響與其單因素試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)的趨勢(shì)相同,反應(yīng)程度在弱堿性條件下要適于弱堿性環(huán)境。通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)的結(jié)果分析,選定美拉德反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)條件:D-核糖濃度24.25%、反應(yīng)時(shí)間235.07 min、pH 11.66。此時(shí)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的420 nm處吸光度可達(dá)0.603。在此條件下進(jìn)行3次的平行驗(yàn)證試驗(yàn),得到美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在420 nm處的吸光度為0.597±0.059。Yang等[21]在對(duì)魚(yú)肉美拉德反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化時(shí),選擇D-核糖濃度、反應(yīng)時(shí)間及pH為因素,得到相似結(jié)果,較高的D-核糖濃度與高pH會(huì)造成吸光度在420 nm處增加。

        圖1 D-核糖的濃度、反應(yīng)間、pH對(duì)吸光度的影響的響應(yīng)面圖

        2.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物揮發(fā)性風(fēng)味化合物分析

        如表4所示,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量最高的化合物為己醛,其含量為33.54%。這與Peinadopardo等[22]報(bào)道的在添加魚(yú)油的酶解產(chǎn)物美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中檢測(cè)到己醛的結(jié)果相一致,同時(shí)在小麥的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中檢測(cè)到己醛的存在[23]。2-乙?;?1,4, 5, 6-四氫吡啶含量在美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中含量為23.3%,其常被認(rèn)為是產(chǎn)生谷物特征風(fēng)味的重要化合物之一,尤其是在焙烤面包中的香味,具有爆米花與面包皮的香味特征[24]。由于亞油酸的氧化[25],通常呋喃類化合物會(huì)產(chǎn)生油脂香。在大米儲(chǔ)藏期間[26]檢測(cè)到2-戊基呋喃具有煮熟的螃蟹味與龍蝦味。通過(guò)GC-MS對(duì)美拉德后的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),揮發(fā)性風(fēng)味化合物較多,增加更多的海鮮味及堅(jiān)果香味,改善海產(chǎn)品原有的腥味,表明美拉德反應(yīng)是海鮮調(diào)味料加工中一個(gè)去腥增香的有效途徑。

        表4 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類與含量

        2.3 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物滋味與風(fēng)味分析

        通過(guò)電子舌與電子鼻對(duì)美拉德反應(yīng)前后進(jìn)行滋味與風(fēng)味分析。如圖2(A)所示,經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)后,鮮味和咸味的響應(yīng)值呈現(xiàn)稍微增加趨勢(shì),而苦味與澀味的響應(yīng)值則顯著下降。表明經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)既可以掩蓋不良味道,也可提高調(diào)味料的香味。這與孫紅梅等[27]探究的雞骨素及其酶解液的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物電子舌中的試驗(yàn)結(jié)果相似,即美拉德反應(yīng)后的產(chǎn)物具有更多呈味物質(zhì),更加濃郁。

        由圖2(B)可知,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的整體風(fēng)味呈現(xiàn)大幅提升,其中以電極為R(2)、R(9)、R(7)的提高最顯著,分別提高6.5,3.1和2.9分。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的主要風(fēng)味特點(diǎn)為烤香味,根據(jù)表2中R(2)電極可知,其特征性風(fēng)味成分可能來(lái)自吡嗪、呋喃酮等。其次R(7)、R(9)電極主要對(duì)芳香成分及有機(jī)硫化物敏感。閾值較低的醇類化合物中的1-辛烯-3-醇,可與其他物質(zhì)產(chǎn)生風(fēng)味協(xié)同作用,賦予產(chǎn)品焦香與肉香味[28],使電子鼻的風(fēng)味分析結(jié)果產(chǎn)生明顯增強(qiáng),這與葉夢(mèng)迪等[29]通過(guò)美拉德反應(yīng)制備蟹味香精的研究結(jié)果相似。因此美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有的谷物、面包香更強(qiáng),產(chǎn)品風(fēng)味更加濃郁。

        圖2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的電子舌、電子的滋味(A)與風(fēng)味(B)分析結(jié)果雷達(dá)圖

        3 結(jié)論

        美拉德反應(yīng)的最優(yōu)條件為:D-核糖濃度24.25%、反應(yīng)時(shí)間235.07 min、pH 11.66。在此條件下,420 nm處的吸光度可達(dá)0.603。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為己醛、壬醛、2-乙?;?1, 4, 5, 6-四氫吡啶、2-戊基呋喃,其含有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類豐富,增強(qiáng)反應(yīng)產(chǎn)物的堅(jiān)果香味與海鮮味。電子舌與電子鼻分析結(jié)果表明,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的滋味與風(fēng)味水平均較酶解液有顯著的提升。海帶酶解液的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的味道清香濃郁、滋味新鮮,具有極大的應(yīng)用潛力和前景。

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