虾调味料风味的GC-MS分析研究

李天琪，胡飞

(华南理工大学 食品科学与工程学院，广州 510640)

虾调味料风味的GC-MS分析研究

李天琪，胡飞*

(华南理工大学 食品科学与工程学院，广州 510640)

文章以竹节虾头为原料，经过酶解和Maillard增香工艺，在Maillard反应中添加具有功能活性的生姜精油组分，得到风味良好的海鲜调味基料，采用固相微萃取-气相色谱-质谱(SPME-GC-MS)联用法鉴定特征挥发性成分物质，分析评价调味基料的风味体系。采用氨基酸自动分析仪对Maillard反应前后氨基酸组分含量分析。研究发现：Maillard反应前后产物各检出50种和56种成分物质，主要有烃类、醇类、醛类、吡嗪类和酮类化合物等，它们的协同作用构成了调味料的特殊风味。将虾头酶解液和Maillard增香型海鲜调味料的风味成分进行分析比较，进一步研究了反应前后特征风味物质的变化及对产品的影响效果。结果表明：加入生姜精油的海鲜调味基料，对调味料的风味具有明显增香作用，制得的调味料不仅具有独特的海鲜风味，还有着辛辣、芳香风味。氨基酸分析结果显示：含量变化明显主要是组氨酸(66.71%)、脯氨酸(35.88%)、甘氨酸(19.96%)、苯丙氨酸(19.54%)、赖氨酸(17.14%)，说明这5种氨基酸可能是参与该Maillard反应的主要氨基酸。

虾头；调味料；固相微萃取；风味; 氨基酸

虾肉味鲜美、营养丰富，是我国传统的出口海产品，在国际市场上有着很高的声誉。在冷冻过程中，由于酚氧化酶的作用，易出现虾头变黑的现象，因此我国出口对虾大多有去头带壳或去头去壳两种形式，在加工这两种出口对虾产品过程中，约占对虾重1/3的对虾头未能被充分利用，而仅作为饲料或废弃物处理，造成资源浪费及环境污染。近年来，随着虾养殖业的不断发展，出口去头虾的量增加，对虾头资源的综合利用日益受到人们的重视。国内外学者在此方面都进行了不同程度的研究和探索。

虾头用于开发虾味海鲜调味料是开发利用农副产品废弃物的热点。对虾风味的香气成分提取主要有溶剂提取法、同时蒸馏法、固相微萃取、顶空等，然后通过GC-MS进行成分分析。固相微萃取技术集取样、萃取及富集于一体，操作简便，而且具有萃取速度快、操作成本低以及便于实现自动化等优点[1-3]。

风味是影响调味料可接受性的一个重要因素，随着社会的发展，人们对调味料的追求已由单一风味向多元化、复合型风味发展，因此制备复合型风味调味料有着广泛的应用前景[4，5]。生姜精油是从生姜根茎中得到的挥发性组分，是生姜主要的风味物质，有着浓郁的芳香气味，主要成分是姜烯、水芹烯、姜醇、芳樟醇等[6]，具有矫正鱼、肉的不愉快异味、使之增香增色的作用，可以改善相关食品风味。目前，生姜精油的提取方法有很多，其中水蒸气汽蒸馏法提取生姜精油是最常见的一种方法，其他方法有溶剂法、压榨法、超临界CO2萃取法等。本实验的生姜精油在离子液体体系下采用纤维素酶酶解生姜的方法，再经提取、纯化制得[7]。本文以虾头酶解液为原料，添加生姜精油、还原糖等其他辅料进行Maillard反应，获取功能性调味海鲜基料产品，采用氨基酸自动分析仪对Maillard反应前后氨基酸组分含量进行分析，采用SPME-GC-MS方法检测Maillard增香处理前后风味料的特征挥发性风味成分，探索体系的风味组成。

1 材料与方法

1.1 实验材料

竹节虾头 本地市场；风味蛋白酶20000 U/g、中性蛋白酶60000 U/g 广州齐云生物有限公司；生姜精油(大于99%) 自制。

取新鲜虾头，清洗干净，控干水分，打浆。取虾头浆约10 g，加入蒸馏水使料液质量比为1∶1，采用风味蛋白酶与中性蛋白酶组合对虾头进行酶解(风味酶和中性酶的酶活比为1)，加酶量为2000 U/g，调节pH至7.0，温度为50 ℃，反应时间为3 h，水解度为41.31%，加热至90 ℃灭酶15 min，冷却后于5000 r/min离心15 min，取上清液，冷藏待用。

取上述酶解液20 mL，添加5%的还原糖(葡萄糖和木糖的质量比为4)，加入2 g的氨基酸(甘氨酸和精氨酸的质量比为1)、0.02 mL的生姜精油，调节pH至7.0，Maillard反应体系温度为105 ℃，反应时间为40 min，反应后冷却，冷藏待用。

1.2 主要仪器

Trace DSQ GC-MS联用仪 美国Finnigan公司；PDMS 75 μm萃取头 美国Sulpco公司；A300全自动氨基酸分析仪 德国曼默博尔公司。

1.2.1 色谱条件

色谱柱PEG-20M(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，萃取头在250 ℃解吸3 min进样。程序升温：40 ℃下以5 ℃/min的速率升至120 ℃，保持2 min，再以7 ℃/min的速率升至220 ℃，保持5 min。进样口温度250 ℃，载气(He)流速1.0 mL/min。

1.2.2 质谱条件

电离方式EI，电离电压70 eV，传输线温度250 ℃，离子源温度250 ℃，扫描质量范围：35～350 amu[8]。

1.3 挥发性成分分析

量取8 mL样品于15 mL的样品瓶中，加入2 mL饱和食盐水，迅速上盖，45 ℃水浴中预热30 min。从瓶盖中插入吸附头，吸附30 min。吸附后，直接进样至色谱-质谱联用仪中测定。

1.4 氨基酸成分分析

取定容后的样液4 mL于离心试管中，按样品∶磺基水杨酸(15%，V/V)为4∶1加入磺基水杨酸，混合均匀。置于冰箱中2～4 ℃，60 min，取出后以10000 r/min离心15 min，取上层清液再次以10000 r/min离心15 min。以1∶25(V/V)稀释并经0.22～0.45 μm过滤器过滤后装入试剂瓶中上机分析。

1.5 数据处理

GC-MS 实验数据处理通过GC-MSD化学工作站完成，未知化合物经计算机检索同时与NIST谱库和Wiley谱库进行匹配定性，且仅当正反匹配度大于800(最大值为1000)的鉴定结果才予以采纳。通过Excel软件，按峰面积归一化法求得各化学成分的相对百分含量。

2 结果与分析

2.1 SPME-GC-MS总离子流色谱图

虾头酶解产物(样品 1)和Maillard增香型调味料(样品 2)的挥发性成分的GC-MS色谱图见图1和图2。GC-MS中的各组分质谱经NIST谱库和Wiley谱库检索及资料分析，鉴定各挥发性香气成分，各检出50种和56种成分，成分按照结构分类统计见表1。

图1 样品 1挥发性成分总离子流色谱图

图2 样品 2挥发性成分总离子流色谱图

酶解后保留时间(min)Maillard增香后保留时间(min)组分名称酶解后含量(%)Maillard增香后含量(%)1.301.30三甲胺5.210.851.581.57丙酮0.980.542.022.04乙酸乙烯酯1.870.322.592.59异戊醛2.670.452.692.692-甲基丁醛0.950.353.12-2-乙基呋喃0.32-3.233.304-甲基环己醇0.870.654.794.79环庚三烯0.350.465.26-1-甲基-1,4-环己二烯0.61-5.94-葵烷1.35-6.156.15己醛2.260.57.23-甲酸甲酯1.41-8.19--十二烷0.77-8.578.72对二甲苯0.560.259.20-3-甲基丁酸3.58-9.49-十四碳烷2.96-9.629.582-庚酮0.400.4310.01-1,2,3-环己醇1.67-10.61-3-甲硫基丙醛1.32--11.32莰烯-0.7112.0412.042-辛酮6.552.8612.58-苯甲醛3.26--12.80β-蒎烯-0.6213.0512.996-甲基-5-庚烯-2-酮0.975.3213.1913.282-甲基-1-庚烯-6-酮0.310.3813.3713.412-甲基-5-(1-甲基乙基)1,3-环己烯0.260.3613.6213.63正辛醛2.940.89-13.77异松油烯-0.60-14.201-甲基-4(1-甲基乙烯基)环己烯-2.44

续 表

2.2 挥发性风味化合物种类及相对含量

对表1中的各挥发性化合物进行分析分类，各种成分相对含量见表2。

表2 样品挥发性化合物的种类及相对百分比

由表2可知，虾头的酶解产物和经过Maillard反应的增香型调料均含有丰富的挥发性化合物，对于海鲜调味基料的特征性香气有重要作用。

烃类化合物通常具有清香和甜香的风味，对整体风味有一定的贡献。将2个样品中的烃类化合物归一化含量相比，虾头酶解液中含有14种，占15.57%，而加入生姜精油经过Maillard反应增香的调味料中烃类化合物含有24种，占52.21%，含量明显升高。其中主要含有α-姜黄烯、姜烯、β-防风根烯、β-倍半水芹烯等，含量分别为11.66%，7.46%，8.59%，6.76%，总占比为34.47%，与反应前后烃类化合物含量增幅基本一致，这些均为生姜精油的主要成分物质，同时说明海鲜调味基料烃类物质的增长主要由生姜精油引入。姜烯是生姜精油含量最高的组分，代表了生姜精油的典型气味，β-倍半水芹烯则是具有生姜典型的辛辣、芳香风味[9]，表明加入生姜精油的虾头酶解液在经Maillard反应后还能保持原有的部分风味物质，使调味料具有独特的生姜辛辣、芳香风味。

吡嗪类化合物在肉类食品中的气味起着关键的作用，2个样品中分别检出6种和10种，其中从虾头的酶解液中测出含归一化量为29.67%，经过Maillard反应后含量降至24.28%。由表2可知，吡嗪类对于虾风味料的香气起着主要作用，例如2,6-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪等，由于吡嗪类化合物的高含量和低风味阈值，赋予了虾浓郁的肉香风味[10]。吡嗪类化合物在虾头酶解液Maillard反应后含量有所下降，但种类有一定增加，如3,5-二甲基-2-丙基-吡嗪具有独特的烤肉香味，具有低的风味阈值，使虾的风味更浓郁，是本调味基料产品海鲜风味的重要组成成分。

从虾头的酶解液中检测出大量的醛类物质，共9种，主要是苯甲醛、辛醛等烷基醛和部分烯醛，如2-甲基-4-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丁烯醛。苯甲醛的含量在经过美拉德反应后变化显著，在酶解液中含量为3.26%，经Maillard反应后含量变低，基本检测不出。苯甲醛可能是氨基酸的斯特雷克尔反应生成的，被鉴定为烤花生的主要单羰基化合物，具有令人愉快的杏仁香、坚果香和水果香[11]。酶解液中除了苯甲醛，还有异戊醛、辛醛，它们是多不饱和脂肪酸的代谢产物，具有苹果、水果气味。乙醛是评价肉类和肉类产品氧化状态和风味质量的可靠指标，与肉的腥味相关[12]，但在Maillard反应液中未被检出，说明Maillard反应有着一定的去腥效果。

酮类物质是由不饱和脂肪酸的热氧化或降解产生的。在虾头的酶解液中酮类物质检出6种，含量为12.17%，而Maillard反应后含量变为10.78%，含量有所降低，例如2-辛酮、丙酮等气味均强烈，它们的存在使得虾头酶解液具有不同的蘑菇香，芳香；6-甲基-5-庚烯-2-酮具有强烈的柑橘香，水果香，在酶解液中的含量为0.97%，经过Maillard反应后含量升为5.32%，含量明显提高，促使虾头调味料具有不同的水果香。在2个样品中发现的甲基酮，如2-庚酮，可能是由其碳链的β氧化，再经脱羧形成的，这些化合物具有明显的清香和水果香气，并且随着碳链的延长，有更显著的水果味。

醇类化合物在虾头酶解液中检出3种，含量为3.22%，经过Maillard反应后含量为3.35%，检出5种。芳樟醇、桉油烯醇、荜澄茄油烯醇具有浓郁的木青气息，似玫瑰木香气，又有果香[13]，在酶解液中未检出，它们都是生姜精油中含有的特殊风味物质，说明经过Maillard反应后精油中醇类的风味物质能有效地保存于调料中，它们的存在使调味料具有更柔和的风味。在2个样品中检出的其他物质也对酶解液和调味料的风味有着辅助作用，如三甲胺是肉类产生腥味的主要风味物质，在酶解液中含量为5.21%，经过Maillard反应后含量降为0.85%，这说明Maillard反应在增香的同时还具有显著的去腥功能。酯类化合物在酶解液和经过Maillard反应的增香调味料中分别检出了6种和4种，如甲酸甲酯是脂肪酸氧化断裂的产物，具有香甜的果香，对样品的整体风味起到重要的柔和作用。

2.3 Maillard反应前后氨基酸组分分析

Maillard反应前水解液和反应后产物的氨基酸组成见表3。

表3 Maillard反应产物中主要氨基酸的组成变化

由表3可知，Maillard反应后氨基酸含量普遍降低，氨基酸减少比较明显的主要有：组氨酸(66.71%)、脯氨酸(35.88%)、甘氨酸(19.96%)、苯丙氨酸(19.54%)、赖氨酸(17.14%)，这说明这几种氨基酸是参与该Maillard反应产香味的主要氨基酸。呈鲜味的谷氨酸、对呈肉风味具有重要作用的甲硫氨酸与胱氨酸在Maillard反应后含量降低不明显，必需氨基酸含量高，这对于虾头调料整体风味营养具有重要的意义。

3 结论

本文以新鲜虾头为原料，利用酶解和Maillard增香工艺，在Maillard反应中加入生姜精油组分，制备出良好风味的虾调味料，并通过SPME-GC-MS法对2种样品的挥发性风味成分进行分析鉴定，比较引入生姜精油的Maillard反应增香对风味的影响，结论如下：

挥发性风味物质在酶解产物Maillard反应前后各检出50种和56种，主要由烃类、醇类、醛类、酮类、吡嗪类等物质组成，其中烃类化合物含量和种类增长显著，主要由生姜中具有典型生姜辛辣风味的α-姜黄烯、姜烯、β-防风根烯、β-倍半水芹烯等物质引入，表明海鲜调味基料产品经过Maillard反应后有效保留了生姜精油的特殊风味物质。

吡嗪类化合物具有独特的海鲜风味，在产品反应前后分别检出29.35%和24.28%，由于其阈值低，构成海鲜调味料的主体特征风味。同时，其他风味组分也对海鲜风味调料具有明显的增香柔和作用。

比较水解液Maillard反应前、后氨基酸组成及变化情况，发现Maillard反应后氨基酸含量普遍降低，但呈味氨基酸、谷氨酸、甲硫氨酸变化量少，必需氨基酸含量较高，具有良好的营养性。

在生物酶解技术基础上，添加功能性物质生姜精油，提高了海鲜调味基料的风味和功能效果，为水产副产物的深入开发和利用提供了良好的思路和指导。

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Analysis and Research of Shrimp Flavoring by GC-MS

LI Tian-qi, HU Fei*

(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

Penaeusjaponicusshrimp head is used as raw material and processed by enzymatic hydrolysis and Maillard reaction technique, which aims to study flavor determination and evaluation technology of shrimp flavorings.Ginger essential oil is added to the Maillard reaction that a kind of flavoring with better flavor is obtained. And then solid-phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry(SPME-GC-MS)is adopted to determine the characteristic volatile flavor compounds, the seasoning flavor system is also analyzed and evaluated.The change of amino acid content after Maillard reaction is analyzed by amino-acid analyzer. The results show that there are 50,56 kinds of volatile compounds identified respectively. Most of the compounds are hydrocarbons, alcohols, aldehydes and sulfuric compounds. They cooperate with each other to make up the specific aroma of shrimp flavoring. Comparing the determination results of samples before and after Maillard reaction, the effect of various flavor substances on the characteristics of seafood flavoring is also studied. The result indicates that the seafood flavoring which is made by Maillard reaction owns better flavor. The seafood flavor owns pungent and aromatic flavor after the ginger essential oil is added to the Maillard reaction. Amino acid analysis result shows that the main amino acids which have much reduction during the reaction are histidine(66.71%),proline(35.88%)，glycocoll(19.96%)and phenylalanine(19.54%),lysine(17.14%).It indicates that these five amino acids might be the key factor taking part in the Maillard reaction.

shrimp head; flavoring; SPME; flavor; amino acid

2016-11-16 *通讯作者

广东高校特色调味品工程技术开发中心开放课题资助项目(GCZX-B1103)

李天琪(1993-),女,回族，安徽阜阳人，硕士， 研究方向：谷物科学与工程。

TS201.2

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.05.020

1000-9973(2017)05-0094-05