美拉德反应型蟹味香精制备条件优化及挥发性风味成分分析

叶梦迪,唐宏刚,*,陈黎洪,肖朝耿,朱培培,郭斯统

(1.浙江省农业科学院食品科学研究所,浙江杭州 310021;2.宁波市鄞州三丰可味食品有限公司,浙江宁波 315145)

美拉德反应型蟹味香精制备条件优化及挥发性风味成分分析

叶梦迪1,唐宏刚1,*,陈黎洪1,肖朝耿1,朱培培1,郭斯统2

(1.浙江省农业科学院食品科学研究所,浙江杭州 310021;2.宁波市鄞州三丰可味食品有限公司,浙江宁波 315145)

以花蟹酶解液为原料,通过均匀设计实验法,结合感官评价方法,优化美拉德反应型蟹味香精的最佳配方及制备条件,并采用固相微萃取气质联用技术(SPME-GC-MS)研究反应前后的挥发性风味物质组成。研究结果表明,美拉德反应最佳参数为:以花蟹酶解液为基准,分别添加葡萄糖6.7%,木糖2.0%,甘氨酸0.6%,精氨酸2.2%,牛磺酸0.1%,硫胺素1.4%;反应温度101 ℃,时间33 min,pH7.5。所得反应产物呈均一的红褐色,且香气浓郁,特征风味明显,鲜味醇厚。从花蟹酶解液和反应产物中分别检测出24种和43种风味成分,反应产物中含有酮类8.82%、醛类30.87%、呋喃类18.83%、吡嗪类20.04%、醇类6.35%及一些其他的挥发性风味物质。2,3-丁二酮、3-甲硫基丙醛、2-甲基吡嗪、1-辛烯-3-醇等化合物风味阈值较低,对整体香气具有重要的贡献作用。

花蟹,酶解液,美拉德反应,挥发性风味成分

花蟹(Portunuspelagicus)即远海梭子蟹,广泛分布于我国浙江、福建、广东等沿海地带,在浙江舟山地区尤为丰富[1]。花蟹兼具鲜美的滋味和丰富的营养,据报道[2],蟹肉中蛋白质含量大约占干基的79.9%,必需氨基酸含量平衡,并含有26种脂肪酸,其中单不饱和脂肪酸占49.8%,还富含钾、钠、磷、钙等矿物质元素。但是长期以来,由于花蟹个体较小、加工困难、价格低廉,主要被加工成蟹肉罐头、蟹酱、蟹肉松,少量制成蟹黄酱、蟹油等产品[3-4],远没有开发出其潜在的巨大经济价值。对此,数年来大量研究人员致力于花蟹深加工技术的研发,以求最大限度地利用生物蛋白资源。

美拉德反应(Maillard reaction)又称为羰氨反应,指食品体系中含有氨基的化合物与含有羰基的化合物之间发生的反应,它能赋予食品愉快的香味和诱人的色泽[5]。Maillard反应型香精主要有肉味香精、海鲜味香精、咖啡香精等,广泛应用于方便面调料、罐头、熏肉、调味酱、零食、快餐和宠物食品等方面[6]。其中海鲜味香精满足了食品生产企业在增香调味方面不断求新的需求,在众多食品加工领域快速发展,得到了国内外研究学者的关注。Yang[7]等以比目鱼蛋白水解液为原料,通过研究发现该水解液与28.36%核糖的美拉德反应产物具有很强的抗过敏性及抗氧化性。Natta Laohakunjit[6]等将海草经过10%菠萝蛋白酶处理后所得的酶解液与一些还原糖和氨基酸混合后,通过美拉德反应研制出了一款集调味、营养和保健作用于一体的高级调味料。董志俭[8]等以低值海虾酶解液为基料,利用美拉德反应制备出了烧烤味浓郁的虾味香精。

表1 Maillard反应制备蟹味香精均匀设计因素水平表

目前,采用美拉德反应制备天然蟹味香精的研究报道非常少见,因此开发天然蟹味香精的制备技术具有广阔的市场应用前景。本研究以花蟹为原料,运用生物蛋白酶解技术,通过美拉德反应制备出味感鲜美、蟹味浓郁、香气饱满的海鲜味香精,并分析花蟹酶解液美拉德反应前后的挥发性成分的变化,为花蟹调味品的开发及建立风味评价体系提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

花蟹 宁波市鄞州三丰可味食品有限公司提供,于-20 ℃保存;食品级中性蛋白酶(实测22万U/g) 广西庞博生物有限公司;食品级风味蛋白酶(实测5万U/g) 诺维信生物技术有限公司;食品级木糖、葡萄糖、核糖、果糖、蔗糖、甘氨酸、精氨酸、牛磺酸、谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸 河南金润食品添加剂有限公司;其他试剂 均为分析纯。

HR2850型搅拌机 PHILIPS公司;85-2型数显恒温磁力搅拌器 金坛市江南仪器厂;FE20-S型pH计 梅特勒-托利多仪器有限公司;ALB-224分析天平 德国赛多利斯股份公司;TDL-40B 高速离心机 上海安亭科学仪器厂;高压蒸汽灭菌锅 上海发恩科贸有限公司;固相微萃取装置 美国Supelco公司;气质联用仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 花蟹酶解液的制备 花蟹清洗干净,用搅拌机打碎成泥,过60目滤布,按料液比1∶3加水得花蟹浆液。对花蟹浆液进行热变性处理,在100 ℃沸水浴中保持15 min。待其冷却至55 ℃时,用1 mol/L柠檬酸调节体系初始pH至6.5,称取2200 U/g的复合蛋白酶(中性蛋白酶∶风味蛋白酶为3∶5)添加到浆液后于55 ℃保温酶解4.5 h。酶解结束后立即置于95 ℃水浴中灭酶15 min,冷却后4000 r/min离心15 min取其上清液,即为花蟹酶解液。

1.2.2 美拉德反应基本原料的选择 参考解万翠[9]等人制备虾风味料的研究,在三角锥形瓶中加入100 mL花蟹酶解液,分别添加2%的木糖、葡萄糖、蔗糖、果糖在110 ℃,pH7.0下反应40 min后冷却进行感官评定,确定最佳还原糖种类后将其以一定比例复配后与不同种类的氨基酸进行反应,氨基酸添加量为1.5%,但考虑到原料的成本问题,半胱氨酸及牛磺酸的添加量分别为0.4%及0.5%,以确定花蟹酶解液美拉德反应的最佳基料。

1.2.3 美拉德反应条件优化 均匀设计实验 在前期大量预实验基础上,考虑各种因素可能性及水平变化范围,Maillard反应基本配方中适量地添加硫胺素对产物整体风味进行协调。准确称取100 mL花蟹酶解液,按均匀设计实验要求添加不同比例的反应基料,磁力搅拌溶解后调节至所需pH,封口置于高压灭菌锅中反应后取出,冰浴冷却,进行感官评定。均匀设计表选用U12(36×612)表,其中反应温度、时间和pH采用六水平,其他原料均采用十二水平。因素水平设定见表1。

1.2.4 美拉德反应产物的感官评定 挑选8名具有感官评定经验的食品专业人员,采用评分法对花蟹酶解液美拉德反应产物的色泽、滋味、焦香味、整体香气进行综合评定。参考海鲜味香精制备的研究[9-10],设定4个评价指标的标准及权重系数,通过加权法将各个指标平均分数加权相加,得出最终感官评分值。分值越大,说明反应液的风味越好。具体评分标准见表2。

表2 花蟹酶解液美拉德反应产物感官品评表

1.2.5 固相微萃取法(SPME)提取挥发性成分 取5 mL样品置于20 mL顶空瓶中,用带有硅橡胶隔垫的瓶盖密封。将顶空瓶放入50 ℃水浴锅平衡30 min,然后将经老化处理的萃取头插入顶空瓶中距离液面1 cm处,50 ℃下吸附30 min,取出后插入GC进样口,解析3 min,进行GC-MS分析。

1.2.6 气相色谱条件 色谱柱型号:VF-WAXms,30 m×0.25 mm×0.25 μm;柱温:35 ℃保持3 min,2 ℃/min升至150 ℃,然后以4 ℃/min升至250 ℃,保持10 min;进样口温度:250 ℃;柱流速:1.0 mL/min;载气:He(99.999%);不分流进样。

1.2.7 质谱条件 离子源:EI;离子源温度:230 ℃;四级杆温度:150 ℃;质量数扫描范围:33-500 amu。

1.2.8 挥发性化合物的鉴定 将质谱数据与NIST标准谱库进行匹配,正反匹配度均大于850(最大值为1000)的鉴定结果予以报道,并用峰面积归一化法计算相对含量。

1.2.9 数据分析 均匀设计采用 DPS2005数据处理软件;感官分析数据及挥发性成分含量采用SPSS17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 美拉德反应基料的确定

蟹味香精的呈味主要源于Maillard反应,即发生在还原糖和氨基酸之间的非酶褐变反应。反应前体物种类不同,产生的特征风味将有所差异。虽然花蟹酶解液富含氨基酸、小肽等成分,但仅仅这些成分不足以产生浓郁的蟹味,需要补充某些单体氨基酸和还原糖以达到增香目的。实验比较了添加不同种类还原糖和氨基酸对蟹味香精感官评定的影响,以确定花蟹酶解液美拉德反应的基料,结果见表3、表4。

表3 不同种类还原糖对美拉德反应产物风味的影响

由表3可看出,花蟹酶解液中分别添加5种不同还原糖,所得产物的风味有一定差别。其中添加木糖、葡萄糖、核糖可以明显增强蟹味,改善产物风味轮廓,而蔗糖和果糖对蟹味的产生作用不大。由于核糖价格较昂贵,在实际生产过程中考虑成本的因素,选择木糖和葡萄糖作为制备蟹味香精的基本原料。张彩菊等[11]研究也发现,制备海鲜风味料时,木糖与葡萄糖共同反应的效果更佳,可使鲜味浓郁,增加厚度。

根据表4所得结果,花蟹酶解液中添加甘氨酸、精氨酸和牛磺酸所得的Maillard反应产物颜色适中,蟹味浓郁。已有研究[12]报道牛磺酸是热反应过程中产生海鲜独有鲜香味的重要氨基酸,因此选择甘氨酸、精氨酸和牛磺酸加入到Maillard反应基本配方中制备蟹味香精。

表4 不同种类氨基酸对美拉德反应产物风味的影响

2.2 均匀设计实验结果

选用均匀设计法安排实验,对不同条件下反应产物进行感官评定,确定花蟹酶解液美拉德反应的最佳条件,实验结果见表5。

表5 均匀实验法优化Maillard反应方案及结果

通过感官品评人员对不同实验组样品进行色泽、滋味、焦香味、整体香气的评定,可得二次回归方程:Y=-194.629+3.671X1+3.345X3-0.016X12+0.190X32-0.051X1X3+0.002X2X4-0.009X4X5-0.022X4X6-0.018X5X7-0.378X7X8,相关系数R=1.0000,显著水平α=0.0035,F值=49999.925>F临界(10,1,0.0035)=9998.94,方程通过检验。

对回归模型寻找最优值,可得Maillard反应的最佳条件为:温度101 ℃,时间33 min,pH7.5,葡萄糖6.7%,木糖2.0%,甘氨酸0.6%,精氨酸2.2%,牛磺酸0.1%,硫胺素1.4%。通过验证实验,感官评定得分为8.2,该条件下获得的蟹味香精香气浓郁,特征风味明显,口感醇厚。

表6 花蟹酶解液和美拉德反应型蟹味香精的挥发性成分分析

2.3 花蟹酶解液和美拉德反应产物挥发性风味成分分析

大量研究证实[13-15],挥发性风味化合物产生的主要机理有酶促反应、热反应、脂质氧化和微生物作用等。本实验采用SPME-GC-MS技术对花蟹酶解液及美拉德反应型蟹味香精中的挥发性成分进行分析鉴定,分别检测出24种和43种挥发性化合物,结果见图1、图2和表6。其中蟹味香精中含有醇类6.35%、酮类8.82%、醛类30.87%、呋喃类18.83%、吡嗪类20.04%、烃类2.55%、醚类5.25%、噻唑类4.89%及其他芳香类化合物2.41%。

图1 花蟹酶解液挥发性成分GC-MS总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components identified in hydrolysate

图2 美拉德反应型蟹味香精挥发性成分GC-MS总离子流色谱图Fig.2 Total ion chromatogram of volatile components identified in Maillard reaction product

由表6可知,蟹风味成分主要由酮类、醛类、呋喃类、吡嗪类、醚类等化合物组成。在酮类化合物中,具有奶香味的2,3-丁二酮的含量最高,为3.53%。在SL Guen[16]的研究中发现,2,3-丁二酮是贻贝中主要的风味物质。通过对比可以发现,花蟹酶解液经过美拉德反应后,醛类化合物的种类和含量均有很大程度的增加。主体风味贡献者醛类化合物气味阈值较低,如3-甲基丁醛、3-甲硫基丙醛、苯乙醛等,与其它许多物质有很强的风味协同效应,它们共同赋予了食品的焦香、肉香及清香。这在前人的研究中也得到了证实,Cai[17]等对中国对虾酶解液与木糖热反应后的产物进行GC-MS分析,发现以上三种醛类物质提供了食品浓郁的肉香味及海鲜风味。已有研究报道[18],呋喃及其衍生物容易产生烧烤、熟肉、咖啡和海洋食品的特征香气。表6结果表明,美拉德反应生成的吡嗪类化合物含量为20.04%,该类化合物是热加工食品中重要的挥发性成分,主要由氨基酸Strecker降解形成的α-氨基酮通过缩合而成[19]。在蟹味香精中总共鉴定出6种吡嗪类物质,赋予了特殊的海鲜肉香味、烤香和果仁味的芳香特质[20],其中2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪占挥发性成分相对含量分别为5.62%、4.38%,对花蟹特征香气的产生具有积极的促进作用。蟹味香精中醚类化合物含量高达5.25%,其中二甲基二硫醚和二甲基三硫醚的阈值较低,对整体风味的贡献很大。已有研究发现,上述两种物质存在于大多数经热加工的海产品中,如对虾、蟹肉、牡蛎和小龙虾等[21-22]。此外,蟹味香精还含有1-辛烯-3-醇、柠檬烯、2-甲基噻吩等物质,共同构成了产品的风味特征,具有强烈的海鲜特征气味。同时也有研究表明[23],1-辛烯-3-醇是青蟹、梭子蟹、河蟹中主要的特征香气成分。

续表

3 结论

经均匀设计实验,对花蟹酶解液制备蟹味香精的Maillard反应配方与参数进行了优化,在最佳条件下制备的蟹味香精具有香气浓郁、特征风味明显、口感醇厚等特点。采用SPME-GC-MS对花蟹酶解液及其美拉德反应产物的挥发性物质进行分析,表明美拉德反应可显著增加酮类、醛类、呋喃类、吡嗪类、醚类等化合物的种类与含量,其中包括了风味阈值较低,对整体香气具有重要贡献的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。通过本研究,为利用花蟹开发高品质海鲜香精提供理论依据,对提高花蟹的附加值具有重要意义。

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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

叶梦迪(1989-)，女，科研助理，硕士，研究方向：畜、水产品加工，E-mail：niaodi613@163.com。

*通讯作者:唐宏刚(1980-)，男，副研究员，博士，研究方向：畜、水产品加工，E-mail：zaastang@163.com。

宁波市农业重大重点项目(2013C11006)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000