虾头酶解液的Maillard反应模式体系探讨

张丽凤 杨锡洪,2,3 解万翠,2,3 吉宏武,2,3

ZHANG Li-feng1 YANG Xi-hong1,2,3 XIEWan-cui1,2,3 JIHong-wu1,2,3

刘书成1,2,3 田利利1 李 翥1

LIU Shu-cheng1,2,3 TIAN Li-li1 LIZhu1

（1.广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江 524088;2.广东普通高等学校水产品深加工重点实验室，广东 湛江 524088;3.广东省水产品加工与安全重点实验室，广东 湛江 524088）

(1.College of Food Science and Technology,Guangdong Ocean University,Zhanjiang,Guangdong 524088,China;2.Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Products of Guangdong Higher Education Institution,Zhanjiang,Guangdong 524088,China;3.Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety,Zhanjiang,Guangdong 524088,China)

南美白对虾虾头约占虾体重量的30%～40%，营养成分非常丰富。据报道[1]，虾头蛋白质含量为36%～40%，粗脂肪含量为7.78%，甲壳质含量为17.69%，且还含有丰富的维生素E、A和Ca；虾头的氨基酸组成中，必需氨基酸质量占氨基酸总量的45.33%，Asp、Glu等呈鲜味的氨基酸含量较高，蛋白质营养价值高，是一种低脂高蛋白的原料，有很大的开发利用价值。Min-Soo Heua等[2]对对虾的下脚料包括虾头、虾壳及尾部的基本营养成分进行研究，结果表明，粗蛋白含量为9.3%～11.6%，脂类约为0.7%，钙的含量为3 g/100 g高于其它矿物质，加工副产品中游离氨基酸的总含量(2 g/100 g)比可食用部分(1.7 g/100 g)约高15%。目前，虾头综合开发利用的制品主要有甲壳质、壳聚糖[3]、虾脑糖、虾脑油、虾黄酱、虾精粉、虾香味素等。虾头经水解可制成营养丰富、具有保健功能的调味品，又可作虾味食品的添加剂，如虾精粉具有独特的海鲜风味，可作为方便面、虾味苏打饼干等食品的配料和调味料。

采用生物酶解技术及Maillard反应，将其开发成新型虾味香精具有广阔的应用前景。陈志锋[4]采用酶解技术以毛虾为原料制备了虾风味基料，并对氨基酸组分进行了分析；高翔[1]利用虾副产品开发虾头酱、虾调味汁、虾味酱油及虾味香精等虾调味品；丁原州等[5]对虾酱的开发和应用进行了研究，解万翠等[6]利用Maillard反应进行虾风味料的制备。文献中有关Maillard反应模式的研究，大多是建立还原糖和氨基酸的特定体系，来研究生成物的性质，探讨其影响增香效果的规律，从而使食品在加工过程中产生所期望的风味。由于食品基质的复杂性、影响反应途径因素的多样性及反应活性中间体提取的困难性，对于复杂食品体系中的Maillard反应模式的研究较少，单一体系的可借鉴意义受到一定的限制。本试验基于南美白对虾虾头酶解液体系进行Maillard反应模式的探讨，得到其不同影响因素下的变化规律，对进一步控制Maillard反应，制备兼具良好香气和滋味的虾味香精提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

南美白对虾虾头：湛江国联水产开发股份有限公司；

复合蛋白酶（2 000 U/g）、风味蛋白酶（80 000 U/g）：食品级，南宁庞博生物工程有限公司；

葡萄糖、木糖、甘氨酸、精氨酸：食品级，国药集团上海化学试剂有限公司；

氢氧化钠、甲醛（36%～37%）：分析纯，国药集团上海化学试剂有限公司。

1.1.2 主要仪器

绞碎机：HR2648型，菲利普电器（亚洲）有限公司；

电热恒温水浴锅：YLE-1000型，北京精科华瑞仪器有限公司；

电子控温试管加热器：FG-I型，上海新仪微波化学科技有限公司；

pH计：pHS-2C型，德国赛多利斯科学仪器有限公司；

磁力搅拌器：78-1型，江苏省金坛市宏华仪器厂；

电子天平：AY-120型，深圳巨杰科技有限公司；

紫外分光光度计：UV-3200PC型，上海美谱达仪器有限公司；

台式高速离心机：TG16-WS型，上海嘉鹏科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 虾头酶解液的制备 新鲜虾头在低温条件下清洗，按照1∶1(m∶m)的固液比添加蒸馏水打浆，按照虾头质量的1.5%添加酶（复合蛋白酶∶风味蛋白酶=2∶3），50℃水浴酶解3.0 h，沸水浴15min钝化酶，得到虾头酶解液作为下一步试验原料。

1.2.2 不同条件下美拉德反应液的制备

(1)不同反应温度：称取虾头酶解液20 g和葡萄糖+木糖（3%+1%）、甘氨酸+精氨酸（0.5%+0.25%）的反应配方，置于60mL反应管内，自然pH（约8.3），分别放入80，90，100，110℃的恒温水浴锅及试管加热器内反应。每个温度分别反应 0，10，20，30，40，50，60 min，反应完毕立即取出迅速放入冰水浴，冷却至室温以下，放入4℃冰箱存放备检测用。

(2)不同初始pH值：称取虾头酶解液20 g和葡萄糖+木糖（3%+1%）、甘氨酸+精氨酸（0.5%+0.25%）的反应配方，置于60mL反应管内，将pH分别调节为6，7，8，9及自然pH，分别放入100℃的恒温水浴锅内反应。每个pH值分别反应0，10，20，30，40，50，60min，反应完毕立即取出迅速放入冰水浴，冷却至室温以下，放入4℃冰箱存放备检测用。

每组反应液平行做3组试验。

1.2.3 分析方法

(1)总氮含量的测定：采用微量凯氏定氮法，参照GB/T 5009.5——2010。

(2)反应体系褐变程度的测定：根据文献[7]，由于反应液颜色较深，做相应调整如下，将反应液稀释后在420 nm处测定吸光值，使得测定结果在0.2～0.8有效范围内，测定结果乘以相应稀释倍数后所得数据越大表明褐色产物的生成量越多[8]。本试验将反应液稀释10倍可满足测定结果的有效性，用5 000 r/min离心10min，然后取上清液在420 nm处测定吸光值。

(3)pH变化情况的测定：反应液在室温条件下，采用pH计进行测定。

(4)氨基态氮的测定：采用甲醛电位滴定法，参照ZBX 66038-87。

(5)风味感官品评：采用描述分析试验—风味剖面法、差异标度和分类试验—评分法，对反应液从两方面进行评分，香气方面、滋味方面：均采用10分制，其标准见表1。

待样品恢复常温后进行品评，评分由10人组成的评定小组进行。最后按照香气∶滋味=6∶4得出每个样品的总分，依据总分绘制感官分值趋势图，并且对于虾头酶解液和不同条件下的最佳样品采用定量描述分析(QDA)方法。

表1 风味感官评价标准Table1 Standards of organoleptic evaluation on the flavor

表1 风味感官评价标准Table1 Standards of organoleptic evaluation on the flavor

虾味、肉香味、鲜味、甜味、咸味：0～2 略有、2～4 一般、4～6 明显、6～8 较浓、8～10 浓郁；腥味、氨气味、苦涩味：0～2 很浓、2～4较浓、4～6明显、6～8一般、8～10很淡；综合得分=香气均分×0.6+滋味均分×0.4。

项目 香气描述 项目 滋味描述虾味 对虾特征的鲜甜气味 鲜味 以肉、水产品的汤汁所带有的鲜味为准腥味 水产品具有的腥气味 咸味 10%食盐溶于水的口感为适当标准肉香味 肉类食品的特征香味 甜味 新鲜对虾煮熟后产生的滋味为标准氨气味 水产品腐败后产生的刺激氨气味 苦涩味 虾头、虾壳产生的苦涩味

2 结果与讨论

2.1 温度对虾头酶解液Maillard反应模式体系的影响

温度不仅影响Maillard反应的速度而且影响反应物的浓度和它们之间的相互作用，不同温度下，虾头酶解液的Maillard反应液随着反应时间的延长，其颜色逐渐加深、最终pH发生变化，风味也随着时间发生改变，其测定结果见图1。

由图1(a)可知，反应温度不同时，反应体系在420 nm吸光度值均随着反应时间的增加而增加，表明褐色物质不断积累。当反应条件为110℃、60min时，420 nm吸光度值最大达到6.65，而在相同反应时间（60min）条件下，反应温度分别为80，90，100 ℃时，420 nm吸光度值则分别为4.25，4.50，6.16。可见，反应温度越高，420 nm吸光度值即褐色物质积累速度越快、积累量越多。

由图1(b)可知，当反应温度为80℃时，体系最终pH值变化不显著，表明反应温度较低时，酸性物质产生较少；而反应温度较高时，最终pH值变化则较为显著，表明反应温度较高时，利于美拉德反应的高级阶段进行，使得胺类化合物降解生成低碱性化合物，而糖类物质降解生成较多的酸性化合物以及发生自由胺基和羰基的缩合降低体系的pH，这与Bueno-Solano等[9,10]在研究中得到的结果也是一致的。

图1 美拉德反应过程中反应体系420 nm吸光值、pH、感官得分、氨基态氮的变化Figure 1 Change of the absorption at 420 nm，pH，sensory scores，amino acid nitrogen in the Maillard reaction process

由图1(c)可知，不同反应温度条件下，风味达到最佳的时间有所不同，反应温度为 80，90，100，110 ℃时，风味达到最佳 的 时 间 分 别 为 50，40，30，20 min， 最 佳 得 分 分 别 为8.67，8.80，8.90，8.87，随着反应温度的升高，达到最佳时间逐渐缩短，最佳时期的风味先变好后变差，且反应条件为100℃、30min时，整体风味最佳得分达8.9。反应过程中，不同温度对于反应体系的风味有显著影响，风味物质随着反应时间的延长而逐渐增加，且温度越高，变好越快，反应越剧烈，但是风味物质的种类很复杂，随着反应时间延长有不良风味物质产生，所以随着反应时间延长风味感官略有降低。研究[11]表明，虾风味的前体物质为一组复杂的化合物。生虾本身无香味,但经煮熟后产生特征性虾风味；低温加热时，无熟虾风味；85℃以上加热时，则产生熟虾香气，这表明虾风味是由前体物质的化学变化产生的。

由图1(d)可知，Maillard反应过程中反应液的氨基态氮含量均在0.337～0.390 g/100 mL，与虾头酶解液的氨基氮含量0.34 g/100mL相比变化不大，虾头浆液在酶解过程中水解度达到34.6%，说明蛋白质在酶解过程中水解为丰富的氨基酸和多肽，其利用率相对较高。酶解液中含有大量的谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、丙氨酸、赖氨酸和亮氨酸，是很好的滋味成分[12]，在Maillard反应过程中，丰富的氨基酸被利用，进一步经过Streeker降解产生多种风味物质[13]也包括呈味氨基酸，其反应的消耗量和生成量相差可能不大，这也是氨基氮总含量无显著变化的主要原因。

2.2 初始pH对虾头酶解液Maillard反应模式体系的影响

初始pH对于虾头酶解液Maillard反应模式体系的影响见图2。

由图2(a)可知，初始pH对于虾头酶解液Maillard反应模式体系吸光度值的影响是显著的，pH为9.0时，吸光度值均在8以上，反应时间为50，60min时达到相对较高水平11.7和12.5，而pH 6，7，8及自然pH的吸光度值均不到6，其中，pH 8和自然pH的反应趋势很一致，这主要是因为自然状态下的pH在8.3左右与8.0接近。

同时，不同的初始pH，反应过程中体系自身pH值也随着反应时间的延长而下降（见图2(b)），通常情况下，随着反应的进行pH会降低，研究[13]认为，美拉德反应过程中，反应体系pH下降的主要原因主要有以下几个方面，胺类物质易生成低碱性化合物；糖类化合物分解生成酸类物质以及高级美拉德反应阶段发生烯醇化反应生成乙酸等。

体系pH对反应产物种类有着至关重要的影响，其影响是通过羰基和氨基在不同pH环境中可进行不同程度的离子化来实现的[13]，当体系初始pH较高时，胺类物质更易形成碱性化合物，同时由于pH升高使得更多的氨基酸参与美拉德反应，促进了高级美拉德反应阶段的进行，加速乙酸等酸性物质的形成，从而使得体系的pH随着初始pH的升高而下降的速度加快。

图2 美拉德反应过程中反应体系420 nm吸光值、pH、感官得分、氨基态氮的变化Figure 2 Change of the absorption at 420 nm,pH，sensory scores，amino acid nitrogen in the Maillard reaction process

由图2(c)可知，不同初始pH下，体系的风味感官得分均呈现先上升后下降的趋势，反应时间为30～40min时达到最佳值，其中，自然pH和pH 8.0在反应30min后达到最佳风味，感官得分分别为9.0和8.8，反应体系褐色物质的积累随着pH的增大而增快增多，这也与孙丽平等[13]的研究结果一致，即色泽的变化速率随样品初始pH的增加而增加。初始pH对体系风味影响较显著，pH 6.0整体风味最差，有明显的酸味，相对较为好的风味是在40min达到；pH 7.0体系略有酸味，在40min左右达到较好风味，可以看出酸可以一定程度地延长风味达到最佳的时间。

由图2(d)可知，不同初始pH下反应过程中氨基态氮的含量没有显著变化，其值均在0.329～0.381 g/100 mL，这可能是由于Maillard反应过程中，主要利用酶解液中的丰富游离氨基酸进行降解，并且也产生了一定量的呈味氨基酸。Maillard反应中的Streeker降解产生许多风味物质[13]，这可能也是氨基氮没有明显变化但风味感官分值却变化明显的原因。

2.3 以风味轮图表示的QDA优化结果

对最佳反应样品采用定量描述分析(QDA)方法，根据评价的分值绘出QDA图见图3。

图3 不同反应条件下美拉德反应体系风味成分的QDA图Figure 3 QDA of the flavour compounds ofMaillard reaction system in different reaction conditions

由图3(a)可知，未经过热反应的虾头酶解液，生腥味突出，有氨味、苦涩味，整体风味较差，综合得分仅为7.5。经过Maillard反应后，整体风味有较大改善和提高，在pH 8.0、100℃下30min的反应液，其虾味、肉香味及鲜味都显著增加（见图3(b)），并且腥味、氨味及苦涩味明显减弱，综合得分提高到8.8；在自然pH、100℃、30min条件下的反应液，整体风味最佳，感官得分由酶解液的7.5提高到8.9（见图3(c)）。未经调节pH的反应液整体风味更为醇和、自然鲜味、甜味剂肉香味与调节pH后的反应液相比都较好一些，这一点对于工业化的应用有着重要意义。

由图3可知，酶解液经过Maillard反应后的增香效果还是很显著的。热反应后样液的整体可接受性明显提高，尤其是在腥味、肉香味、苦涩味方面，得到很大改善。研究[14,15]发现，新鲜生肉及水产品的风味柔和但具有明显的铁腥味、生腥味，酶处理可以释放更多呈味氨基酸，提供丰富的滋味成分，进一步热反应可以产生理想的特征风味，主要是通过氨基酸和肽的降解、糖的降解、硫胺素的降解、脂类物质的降解以及美拉德反应等复杂的反应过程。

3 结论

本试验利用新鲜南美白对虾虾头经过生物酶解得到水解度为34.6%，含有丰富游离氨基酸的酶解液，将其作为Maillard反应模式体系的研究对象。主要研究了不同温度、不同初始pH下反应体系在不同时间内，色泽、pH及风味的变化情况，得出结论如下：

(1)南美白对虾虾头酶解液的Maillard反应，褐色物质积累的速率和积累量随着反应温度和反应时间的增加而增加；pH下降的速度也随着反应温度的增加而加快；不同反应温度条件下，风味达到最佳的时间有所不同，随着反应温度的升高，达到最佳时间逐渐缩短。100℃、30min时，整体风味最佳得分达8.9。Maillard反应是一个吸热的过程，随着温度提高反应速度加快，褐色物质积累速度快、积累量大，达到最佳风味所需时间也有所缩短，并且反应过程中pH随反应时间的延长会降低，但是不显著。

(2)南美白对虾虾头酶解液的Maillard反应褐色物质的积累速率和积累量随着初始pH的升高而增加；初始pH越大，反应过程中pH的变化就越显著，但整体变化与单一体系的反应相比均较缓慢。自然pH、100℃、30 min下，整体风味最佳，感官得分为8.9，此时在420 nm吸光度值为4.12。

(3)Maillard反应对于南美白对虾虾头酶解液的增香赋味效果很明显，显著提高了虾味、肉香味及鲜味，并且生腥味、氨味及苦涩味得到很大改善。最佳条件下的反应液色泽良好、香气、滋味俱佳，可以作为良好的虾风味料。

南美白对虾虾头酶解液的Maillard反应模式体系的研究有待于进一步深入探索，产物可以综合感官评价和仪器检测，对特征风味成分的组成有更为准确的测定。

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