饮料用酵母抽提物风味特性分析及应用效果初探

刘楚海， 李文钊*， 程建凯， 孙 妮， 邢常辉， 阮美娟， 李沛

（1. 天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457；2. 安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443003）

酵母抽提物是以食品用酵母为主要原料，在发酵的作用下，经过加工得到的产品，富含氨基酸、短肽、多肽等酵母细胞中的可溶性成分。 目前，作为食品配料， 酵母抽提物已经被广泛应用于许多食品中。 如在肉类加工中，它可以提高产品品质，赋予产品更加醇厚的感觉，增加肉味、鲜味，掩盖一些不良的气味[1]。 用在方便食品中，酵母抽提物可以赋予产品天然的美味，提升产品品质和档次。 用于素食品中，可以赋予产品类似于肉的风味，补充产品营养，并且还能掩盖如豆腥味等异味[2]。 有研究者通过研究发现，在低盐香肠中添加了20 g/L 的酵母抽提物，增加了由氨基酸和碳水化合物分解代谢产生的挥发性化合物， 从而抑制低钠咸味剂的感官缺陷，提升产品品质[3]。 酵母抽提物凭借其来源天然、营养丰富的优点在食品生产中得到了越来越广泛的应用。

有研究表明，含糖饮料的消费与肥胖症的产生是呈正相关的，并且还会导致心脏病、糖尿病、中风等疾病[4]。 因此，无糖或低糖饮料开始引起消费者的广泛关注。 选择适当的甜味剂来代替传统饮料配方中的蔗糖则成为了饮料无糖、低糖化趋势。 可是，不管选用哪种代糖品，在实际使用中都或多或少存在不良风味的问题。 例如甜菊糖苷虽与蔗糖味感相似，但其具有强烈的苦涩后味，导致甜味不纯正[5]。赤藓糖醇虽然在酸性及高温条件下均有着较好的稳定性，而且口感清凉，是一种广泛使用的甜味剂，但是它的甜度较低，仅相当于蔗糖的60%，在口感上与蔗糖也有一些差距[6]。 罗汉果甜苷尽管有着较高的甜度，但其后味发涩、发苦[7]。 所以，如何减轻甚至摒弃代糖品的不良口感成为了食品工作者们必须面对并思考解决的问题。 而酵母抽提物作为一种富含营养物质的食品配料，生产工艺成熟。 目前，酵母抽提物已广泛应用于调味品、方便食品等产品中，用来增加其鲜味和肉香味。 已有研究者报道将酵母抽提物应用于果汁等饮料中，发现酵母抽提物可以降低水果原有的酸涩味，突出甜味，使饮料的口感变得更好[8]。 因此，本研究中探讨酵母抽提物对甜味剂不良风味的修饰作用，期望能够达到改善低糖或无糖产品风味的目的。

本文中将重点分析两种适合饮料用酵母抽提物（FA37、FA39）的主要呈味成分，考查其主要挥发性香气成分， 探究其对4 种常用甜味剂口感的影响，为低糖、无糖饮料研发提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司；赤藓糖醇、安赛蜜、罗汉果甜苷：河南禾兴生物技术有限公司；甜菊糖苷：山东保龄宝生物股份有限公司；2-甲基-3-庚酮：美国Sigma 公司。

1.2 仪器与设备

YH-A 10002 型电子天平： 瑞安市英衡电器有限公司；GC-MS-QP2010 型气相色谱质谱联用仪：日本岛津公司；CAR/DVB/PDMS 萃取头（50/30 μm）：美国Supelco 公司；PinAAcle 900T 型原子吸收分光光度计： 美国PE 公司；PEN-3 型电子鼻： 德国Airsence 公司。

1.3 实验方法

1.3.1 微量金属离子测定使用原子吸收分光光度计进行测定。 具体方法为： 根据GB 5009.91—2017 中方法测定钾、 钠质量分数； 根据GB 5009.241—2017 中方法测定镁质量分数； 根据GB 5009.13—2017 中方法测定铜质量分数； 根据GB 5009.92—2016 中方法测定钙质量分数； 根据GB 5009.14—2017 中方法测定锌质量分数。

1.3.2 游离氨基酸分析采用GB/T 5009.124—2016 中的方法测定酵母抽提物中游离氨基酸，外标法对样品中的氨基酸组分进行定量。 计算酵母抽提物中各游离氨基酸的TFAA（总游离氨基酸）占比，并依下式计算其TAV[9]，分析其具体呈味效果。

式中：TAV为游离氨基酸滋味活度值；w为呈味物质即游离氨基酸的质量分数，mg/g；T为该呈味物质即该游离氨基的阈值，其数值参考文献[10]的研究结果，mg/g。

当TAV≥1 时， 表示该呈味物质对整个样品的呈味是有贡献的；当TAV＜1 时，表示该呈味物质对整个样品的呈味是没有贡献的。

1.3.3 肽相对分子质量检测采用Q/YB.J19.004—2017 中的方法检测酵母抽提物中肽相对分子质量分布。

1.3.4 HS-SPME/GC-MS 对挥发性物质测定参考刘建彬等的方法[11]，称取2 g 酵母抽提物样品，用2 mL 去离子水进行溶解并添加1 μL 的2-甲基-3-庚酮作为内标物。 将上述样品混合于30 mL 顶空瓶中，加盖后放于50 ℃水浴锅中20 min。 在270 ℃将萃取头老化30 min， 以去除萃取头上原有的杂质。将老化后的萃取针插入顶空瓶中，解析5 min。 具体参数为： 色谱柱BR-SWaxFS （30 m×0.32 mm×0.50 μm），柱初温30 ℃, 保持2 min；以2 ℃/min 升至40 ℃, 保持2 min；再以3 ℃/min 升至180 ℃, 保持2 min；最后以20 ℃/min 升至250 ℃, 保持2 min。进样口温度200 ℃； 氦气作为载气， 不分流, 流量1.1 mL/min；传输线温度280 ℃，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃；电子能量70 eV；质量扫描m/z35~400；分流比1∶50。

1.3.5 电子鼻检测参考张拥军等的方法[12]，将酵母抽提物用去离子水配制成0.1 g/L 的溶液。将溶液置于30 mL 的顶空瓶中。 使用PEN-3 型电子鼻对样品进行检测。 具体参数为：样品检测时间180 s，数据获得间隔1 s，清洗时间5 s，气体流量400 mL/min。该电子鼻包含10 个传感器，具体性能描述见表1。

表1 传感器性能描述Table 1 Description of sensor performance

1.3.6 饮料用酵母抽提物对甜味剂口感影响效果评价选用目前饮料生产中常用的赤藓糖醇、罗汉果甜苷、安赛蜜和甜菊糖苷4 种甜味剂，采用感官评价方法进行饮料用酵母抽提物对甜味剂口感影响的评价。 感官评价小组由8 人组成，均为经过了严格训练、 具有丰富感官评价经验的食品专业人员，无抽烟喝酒等不良习惯，进行感官评价前避免接触刺激性味道及使用带香味的化妆品，手上也不能有残留洗涤剂的味道。

感官评价评分表如表2 所示， 分别从甜味强度、甜味速度和不良风味3 方面进行评价。 最后，评价员要将不同的样品按照总体喜好进行排序，数字越大，喜欢程度越高，并在表中最后的喜好排序中进行注明。 最终评价采用得分的平均值。

表2 感官评价评分表Table 2 Score criteria of sensory evaluation

1.3.7 数据处理HS-SPME/GC-MS 数据使用GC-MSslotion 进行处理， 通过NIST11 数据库检索相似度大于80%的物质, 确认化合物成分。 电子鼻数据使用Winmuster 处理， 进行主成分分析（PCA）和载荷分析。 其余数据及制图使用SPSS 24 和OriginPro 2018 完成。

2 结果与分析

2.1 微量金属离子的分析

根据味觉产生的理论，呈咸味的物质是通过味觉细胞壁中的专用离子通道进入而呈味的。 自然界中盐之所以有咸味，就是因为含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子[13]。 两种饮料用酵母抽提物（FA37、FA39）的微量金属离子检测结果如表3 所示。 从表3 数据可以看出，两种酵母抽提物均含有较为丰富的微量元素，其中质量分数较高的为K+、Na+、Zn2+。 通过对比文献[14]中适用于鱼糜制品的酵母抽提物，可以发现K+、Na+的质量分数是明显降低的，因此，饮料用酵母抽提物的咸味相比于普通的酵母抽提物有着明显的降低。 Zn2+的质量分数是明显增加的，有研究表明，Zn2+对于保持人体味觉平衡有十分重要的意义，可增强味蕾功能，对食欲起到促进的作用[15]。

表3 微量金属离子检测结果Table 3 Determination of trace metal ions

2.2 游离氨基酸的分析

游离氨基酸的检测结果见表4。 由表中的数据可以看到，在两种饮料用酵母抽提物中共检测出了16 种游离氨基酸，包括了8 种人体必需氨基酸中的7 种，FA37、FA39 中的TFAA 质量分数分别为33.9、48.9 mg/g。 其中由于在酸解过程中受到了破坏，色氨酸并没有被检测出来。 通过呈味效果的不同，游离氨基酸可以被分为三类，即鲜味、甜味和苦味氨基酸[16]，样品中包括鲜味氨基酸2 种、甜味氨基酸5种和苦味氨基酸9 种。 在FA37 和FA39 中，鲜味氨基酸的TFAA 占比分别为3.83%和3.27%， 而在提鲜抽提物中的这一比例一般约20%[14]。 FA37 和FA39 大幅减少了其中鲜味氨基酸的质量分数。 作为甜味氨基酸，丙氨酸是两种饮料用酵母抽提物中质量分数最多的氨基酸， 其TFAA 占比分别为22.42%和21.27%。 虽然总体来看，FA37 和FA39 中甜味氨基酸的TFAA 占比与非饮料用酵母抽提物相比有所下降， 不过丙氨酸作为甜味最强的氨基酸，有着特殊的甜味及香味，其甜度约为蔗糖的1.2 倍，可以用于清凉饮料[17]，因此更适宜用于饮料生产。精氨酸、脯氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸在低质量分数是呈甜味，而在质量分数较高时则呈苦味，组氨酸呈苦味。 因此，酵母抽取物的独特口感是由于上述氨基酸丰富的呈味特性[18]。

表4 游离氨基酸的TFAA 占比和TAVTable 4 TFAA ratio and TAV of free amino acids

2.3 肽相对分子质量的分析

肽相对分子质量分析结果见表5。 侯杰等研究发现，酵母抽提物中不同相对分子质量的肽类物质有着不同的呈味效果[19]。 肽相对分子质量<1 000 的组分有着强烈的浓厚感；肽相对分子质量在1 000~5 000 的组分有轻微的浓厚感； 当相对分子质量>5 000 时，则是没有滋味的。FA37 和FA39 中肽类物质相对分子质量的分布情况如表5 所示。 从表中可知， 在FA37 和FA39 中， 相对分子质量小于1 000的肽类物质相对含量分别为84.94%和87.91%，是这两种酵母抽提物中主要的肽组分。 研究表明，相对分子质量<1 000 的肽类、氨基酸更能直接有效地刺激味蕾，形成风味[19]。由于酵母抽提物主要的呈味是来源于自身的短肽，在FA37 和FA39 中，相对分子质量在400 以下的肽类物质相对含量分别为42.70%和48.97%。 这对于增强产品风味，提升味道的厚重感是有帮助的。 另据报道[20],相对分子质量为500~1 500 的寡肽多具有较强抗氧化功能等生理活性， 故可以推测FA37 和FA39 也具有较好的生理活性。

表5 肽类物质相对分子质量分布Table 5 Molecular weight distribution of peptides

2.4 HS-SPME/GC-MS 测定结果的分析

FA37 与FA39 的HS-SPME/GS-MS 检测得到的挥发性物质总离子流图分别见图1 和图2， 得到的挥发性物质分别见表6 和表7。

图1 FA37 挥发性物质总离子流图Fig. 1 Total ion flow diagram of volatile components of FA37

图2 FA39 挥发性物质总离子流图Fig. 2 Total ion flow diagram of volatile components of FA39

表6 FA37 挥发性物质分析表Table 6 Volatile components analysis table of FA37

表7 FA39 挥发性物质分析表Table 7 Volatile components analysis table of FA39

由表6 可知，在FA37 中共检测到21 种挥发性物质，其中醛类物质是相对含量最多的，共被检测出11 种，酮类物质有4 种，其余包括酸类、酯类、吡嗪类等。 在FA39 中（见表7），共检测到了17 种挥发性物质。与FA37 类似，其中有醛类物质10 种，酮类物质3 种，其余包括酸类、吲哚等其他物质。

FA37 中的挥发性风味物质主要为3-甲基丁醛和苯甲醛，它们的相对含量占到了近一半。 风味描述分别为麦芽香、 可可香和苦杏仁味。 此外，FA37具有鲜花清香的右旋萜二烯和巧克力香味的可卡醛，这是FA39 所不具有的。 FA39 中主要的挥发性风味物质为3-甲基丁醛、乙酸和苯甲醛，风味描述为麦芽香、可可香、酸味以及苦杏仁的味道。 壬酸乙酯是FA39 所特有的， 风味描述为带果香及玫瑰样香气的酒香。 可以发现，在两种酵母抽提物中，3-甲基丁醛和苯甲醛是其中相对含量较多的。 研究发现，它们都是苯甲酸的降解产物，具有增强食品风味的作用[23]。

2.5 电子鼻分析

应用电子鼻对FA37 与FA39 进行检测所得电子鼻传感器响应值如图3 所示。 可以看出，电子鼻的传感器对两种酵母抽提物的气味成分均有明显响应。从总体上看，FA39 的挥发性物质比FA37 多。其中， 传感器W2S、W1W 和W1S 对两种酵母抽提物有着良好的区分效果。 它们分别对应的是醇类、醛酮类、硫化物和甲基类化合物。

图3 电子鼻传感器响应值雷达图Fig. 3 Radar chart of electronic nose sensor response value

2.5.1 主成分分析主成分分析是一种常见的数据分析方法，通过将高维的、含有多个变量的数据进行降维，提取其主要特征成分，压缩数据空间，从而更直观地反映数据之间的异同。 由图4 可知，PC1与PC2 的贡献率分别为89.96%和9.67%，累计贡献率为99.63%（大于95%），说明该方法可以较好地代表不同酵母抽提物挥发性物质整体信息。 从图4 中各样品区域的具体分布情况可知， 从整体上看，各样品间分布集中，表示重复性好；不同样品间没有重叠，说明各样品间的挥发性物质存在较大差异。

图4 电子鼻传感器响应值PCA 分析图Fig. 4 PCA analysis diagram of electronic nose sensor response value

2.5.2 载荷分析通过载荷分析可知不同传感器在主成分分析中的贡献程度。 对应传感器的点如果接近原点并且位置相近，则说明其电信号变化较弱[24]。分析结果见图5。 从图5 的分析可以看到， 传感器W1S 和W1W 在两个主成分轴上均有较大的差距，因此可以认为它们是气味特征的关键传感器。 而传感器W2W、W6S、W5C、W3C 和W1C 则集中于原点附近，说明它们的识别能力是可以忽略不计的。 这与上文的分析结果也是相吻合的。

图5 电子鼻传感器响应值载荷分析图Fig. 5 Loading analysis diagram of electronic nose sensor response value

2.6 感官评价分析

2.6.1 甜味剂质量浓度的确定选用目前常用在饮料生产中的甜味剂：赤藓糖醇、罗汉果甜苷、安赛蜜和甜菊糖苷。 通过查看甜味剂标签及查阅资料，换算出理论上与8 g/dL 蔗糖溶液甜度相等的质量浓度，并参考其阈值，各取2 个不同的质量浓度，通过感官评价筛选出甜感最接近的甜味剂质量浓度。

通过感官评价小组的评价，筛选出与8 g/dL 蔗糖溶液甜感最接近的甜味剂。 最终确定的甜味剂质量浓度为：赤藓糖醇10 g/dL、罗汉果甜苷0.15 g/dL、安赛蜜0.05 g/dL、甜菊糖苷0.04 g/dL。

2.6.2 感官评价结果分析根据感官评价结果，将各指标的得分进行累加绘制成柱状图。 从图6～8 中可以看到，3 种酵母抽提物 （增鲜用酵母抽提物FG10 作为对照） 在不同程度上均能增强一种或几种甜味剂的甜味强度。 FA37 对罗汉果甜苷和甜菊糖苷的甜味强度是有增强作用的，不过对赤藓糖醇来说则会降低其甜味强度。 FA37 对罗汉果甜苷的效果最为明显，不仅增强了甜味速度，还减轻了其中的不良风味。 FA39 对罗汉果甜苷和安赛蜜的甜味强度和甜味速度是有增强效果的，不过却增加了安赛蜜的不良风味。增鲜用酵母抽提物（FG10）对罗汉果甜苷有着比较好的效果，其甜味强度与甜味速度都得到了增加，不过它给整个体系几乎都带来了不好的风味，这种现象以赤藓糖醇最为显著。 甜菊糖苷与FA39 混合时的效果均是明显好于FA37 和FG10。 对比图8 可以看到，主要原因在于其中的不良风味显著增加了。 以上分析可以看出，罗汉果甜苷与酵母抽提物尤其是和FA37 配合应用的效果最好，不仅甜味强度、甜味速度均得到了明显的提升，而且自身不良风味也得到了减轻。 这一点从最后的喜好排序统计中也能看得出来。 很显然，罗汉果甜苷在所有甜味剂中的评分是最好的，其次是安赛蜜和赤藓糖醇。从图9 中可以看到，当FA37 的添加量在0.10 g/dL 时， 其感官评价是最好的。 相比于FA39，FA37 含有更少的呈咸味的金属阳离子，同时含有更多的小分子肽， 尤其是相对分子质量为400~1 000 的小分子肽。此外，FA37 还有着更多的挥发性成分，这对于其感官品质的提升也是有帮助的。

图6 甜味强度分数统计Fig. 6 Sweetness intensity score statistics

图7 甜味速度分数统计Fig. 7 Sweetness speed score statistics

图8 不良风味分数统计Fig. 8 Off-flavor score statistics

图9 FA37 与罗汉果甜苷混合后的喜好评分Fig. 9 Preference score of FA37 mixed with mogroside

3 结 语

通过对FA37 与FA39 两种饮料用酵母抽提物的主要成分进行检测， 并通过感官评价研究其对4种饮料生产中常用甜味剂的口感产生的影响。 发现饮料用酵母抽提物含有多种金属微量元素，相比于非饮料用酵母抽提物，最大的区别在于K+、Na+的质量分数是明显降低的， 因此其咸味口感明显降低。对比游离氨基酸的质量分数，可以发现其在饮料用酵母抽提物中的总质量分数是明显少于非饮料用的；在氨基酸的种类方面，两者的差距主要在于谷氨酸和天冬氨酸，这两种氨基酸是呈鲜味的。 此外，饮料用酵母抽提物的甜味氨基酸的TFAA 占比是明显要多的，尤其是其中富含的丙氨酸能够增强饮料的品质。 通过HS-SPME/GC-MS 对饮料用酵母抽提物的挥发性物质进行了检测。发现其中3-甲基丁醛和苯甲醛的相对含量是最多的。 它们都是生产过程中氨基酸的降解产物， 在食品中有增强风味的作用。使用了PCA 及载荷分析对电子鼻数据进行了分析，结果显示电子鼻对不同酵母抽提物的区分效果是理想的，尤其是W1S 和W1W 是将其区别开的关键传感器。 在与甜味剂进行复配的感官评价中，FA37 和FA39 对罗汉果甜苷的作用效果是最好的，减轻了不良风味，改善了口感。 不过值得注意的是，当酵母抽提物的添加量＞0.05 g/dL 时， 体系中均会出现令人不愉快的类似于培养基的不愉快味道。 因此，可以考虑将其与几种甜味剂复配或者添加如β-环状糊精等食品添加剂来进一步改善品质。

作为饮料用酵母抽提物，FA37 和FA39 的效果是理想的。 区别于一般的酵母抽提物提鲜增香、肉香浓郁的特点， 它不仅可以减弱甜味剂不良风味，还可以凭借自身独特的风味，提升产品品质，这对于饮料新品开发及酵母抽提物的利用具有参考价值。