美拉德反應(yīng)型酵母抽提物制備工藝的研究

張子健，陳志穎，江建梅，徐婷婷，周雪玲

(唐山拓普生物科技有限公司，河北 唐山 063000)

美拉德反應(yīng)型酵母抽提物制備工藝的研究

張子健，陳志穎，江建梅，徐婷婷，周雪玲*

(唐山拓普生物科技有限公司，河北 唐山 063000)

研究了利用美拉德反應(yīng)提升酵母抽提物風(fēng)味的相關(guān)參數(shù)，包括對(duì)配方的研究和反應(yīng)條件的優(yōu)化，確定了最優(yōu)的配方和最佳的反應(yīng)條件，即反應(yīng)pH 5.5～6.0、反應(yīng)溫度100 ℃和反應(yīng)時(shí)間30～45 min。并利用GC-MS聯(lián)用對(duì)呈味物質(zhì)進(jìn)行了分析，美拉德反應(yīng)可使啤酒酵母抽提物的整體風(fēng)味得到明顯提升，使產(chǎn)品具有肉香濃郁、滋味飽滿、圓潤(rùn)、鮮美、肉質(zhì)感強(qiáng)的特點(diǎn)。

酵母抽提物；美拉德反應(yīng)；反應(yīng)參數(shù)；GC-MS；呈味物質(zhì)

酵母抽提物是國(guó)際上風(fēng)行的營(yíng)養(yǎng)調(diào)味基料，可廣泛應(yīng)用于調(diào)味品、肉制品、咸味香精、休閑食品等多種食品工業(yè)領(lǐng)域，其市場(chǎng)需求量正隨著食品工業(yè)的發(fā)展而不斷增加[1，2]。酵母抽提物之所以有顯著的調(diào)味效果，與其所含成分密切相關(guān)，其中IMP和GMP主要貢獻(xiàn)鮮味，游離氨基酸貢獻(xiàn)鮮味和甜味。此外，酵母細(xì)胞中還含有芳香類物質(zhì)以及肽類化合物，不同于以鮮味為主的味精和呈味核苷酸，它們可賦予食品醇厚濃郁的香味，使食品總體風(fēng)味更加協(xié)調(diào)[3，4]。解決啤酒酵母抽提物廣泛利用的關(guān)鍵是提升產(chǎn)品的整體風(fēng)味，通過(guò)優(yōu)化酵母抽提物水解工藝，控制酵母抽提物中氨基酸、肽類和核苷酸的含量可增強(qiáng)酵母抽提物的呈味性能，并且通過(guò)美拉德反應(yīng)還可賦予產(chǎn)品特殊的風(fēng)味[5，6]。

美拉德反應(yīng)亦稱非酶促褐變反應(yīng)，基本原理是氨基化合物和羰基化合物之間發(fā)生的反應(yīng)，通過(guò)美拉德反應(yīng)可明顯提升復(fù)合氨基酸類食品的整體風(fēng)味[7-10]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)結(jié)合了色譜對(duì)復(fù)雜化合物的高分離能力和質(zhì)譜獨(dú)特的選擇性、靈敏度、分子量及結(jié)構(gòu)信息于一體的特點(diǎn)，大大促進(jìn)了風(fēng)味化學(xué)的發(fā)展[11-13]。

此研究以純品型啤酒酵母抽提物為基料，外加還原糖和含硫氨基酸進(jìn)行美拉德反應(yīng)，通過(guò)控制相關(guān)參數(shù)，制成的酵母抽提物具有濃郁的肉香味和飽滿的肉滋味，并進(jìn)一步通過(guò)GC-MS分析了產(chǎn)品中的特有呈味物質(zhì)，為風(fēng)味型酵母抽提物的制備提供了更精確的數(shù)據(jù)支持和推廣依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑

酵母抽提物(由唐山拓普生物科技有限公司提供)。

氯化鈉、麥芽糊精、木糖、葡萄糖、甘氨酸、丙氨酸、L-半胱氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、硫胺素、維生素C、乙基麥芽酚。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電子天平、pH計(jì)、電動(dòng)攪拌器、恒溫水浴鍋、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、渦旋混合器、氮吹儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基礎(chǔ)配方設(shè)定

為提升酵母抽提物的整體風(fēng)味，利用酵母抽提物本身所含氨基酸與還原糖類進(jìn)行美拉德反應(yīng)，另外為了產(chǎn)生特定的肉香風(fēng)味，需外加部分含硫氨基酸如半胱氨酸、蛋氨酸以及谷氨酸等進(jìn)行試驗(yàn)，前期試驗(yàn)美拉德反應(yīng)基本配方見(jiàn)表1。

表1 原輔料初始配比表 g

稱取各種反應(yīng)原料，按上述配比均勻混合，調(diào)節(jié)pH后，將反應(yīng)原輔料轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行美拉德反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束迅速冷卻至室溫。后期試驗(yàn)根據(jù)所得成品總體風(fēng)味情況進(jìn)行配方調(diào)整。

1.2.2 感官評(píng)價(jià)方法

樣品制備好后放置24 h進(jìn)行后熟，待香氣成分穩(wěn)定后，由實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員對(duì)產(chǎn)品的體態(tài)、鮮味、肉香味、口感以及刺激性氣味等方面進(jìn)行評(píng)定，統(tǒng)計(jì)綜合評(píng)分最高的樣品編號(hào)，進(jìn)行記錄及留樣[14，15]，見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)分表

1.2.3 配方優(yōu)化

按照前期設(shè)計(jì)的配方進(jìn)行美拉德反應(yīng)所得產(chǎn)品肉香味不濃，香氣略有不足，后味有輕微刺激感，經(jīng)重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，后期試驗(yàn)適當(dāng)增加了硫胺素、木糖的用量，對(duì)氨基酸比例進(jìn)行了調(diào)整，并提高了食鹽含量，可增強(qiáng)鮮味及肉香味。經(jīng)過(guò)調(diào)整采用如下4個(gè)備選配方進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 美拉德配方表

1.2.4 反應(yīng)條件優(yōu)化

1.2.4.1 不同pH值美拉德反應(yīng)

將反應(yīng)液pH值為5.0、反應(yīng)體系自然pH 5.5，6.0，7.0，8.0所得的各組美拉德反應(yīng)樣品分別標(biāo)記為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)樣品，對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.4.2 不同溫度美拉德反應(yīng)

原料攪拌均勻，自然pH值(5.5～6.0)條件下，分別于80，90，100，110 ℃下反應(yīng)30 min，分別將不同溫度條件下美拉德反應(yīng)得到的樣品標(biāo)記為樣品1、樣品2、樣品3、樣品4，對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.4.3 不同時(shí)間美拉德反應(yīng)

原料攪拌均勻，自然pH值(5.5～6.0)條件下，于100 ℃溫度下反應(yīng)30，45，60，75 min，分別將不同反應(yīng)時(shí)間得到的美拉德反應(yīng)樣品標(biāo)記為樣品1、樣品2、樣品3、樣品4，對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.5 酵母抽提物風(fēng)味物質(zhì)檢測(cè)與分析

1.2.5.1 樣品預(yù)處理

稱取酵母抽提物樣品100 g置于500 mL圓底燒瓶中，加入沸石，放在電熱套中加熱；溶劑瓶中加入二氯甲烷，放于水浴鍋中加熱至50 ℃，待樣品沸騰后，提取2 h。分層后的收集液加入無(wú)水硫酸鈉，稍稍搖勻，靜置30 min，過(guò)濾后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在45 ℃下濃縮，濃縮液置于密封小瓶中，放在冰箱中保存，供GC-MS分析。

1.2.5.2 GC-MS 聯(lián)用分析

a.氣相色譜條件

柱子：石英毛細(xì)管柱，柱長(zhǎng)、口徑及膜厚：30 m×250 μm×0.25 μm；柱溫：起始溫度 40 ℃ 保持 2 min，再以 5 ℃/min 的升溫速度升溫到150 ℃；最后以12 ℃/min 的速度升溫到250 ℃，恒定10 min；載氣：He；流速：0.8 mL/min，不分流；進(jìn)樣量：1 μL。

b.質(zhì)譜檢測(cè)條件

采集方式：全掃描，采集質(zhì)量范圍；全掃描：35～400 amu；離子化方式：EI；電離電壓：70 eV；接口溫度：250 ℃；離子源溫度：220 ℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 配方優(yōu)化

分別對(duì)4個(gè)配方樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，所得各項(xiàng)評(píng)分見(jiàn)圖1。

圖1 不同配方美拉德反應(yīng)樣品感官評(píng)分

由圖1可知，鮮味方面：樣品3鮮味最佳，樣品2和樣品4鮮味一般；肉香風(fēng)味方面：4個(gè)樣品均有較淡的肉香味，以樣品4肉香風(fēng)味略濃；4個(gè)樣品風(fēng)味方面均無(wú)刺激味；口感方面：各樣品間也較為接近，以樣品3綜合口感較佳；流動(dòng)性方面：各樣品流動(dòng)性均較佳，無(wú)掛壁現(xiàn)象。綜合上面各項(xiàng)評(píng)分，以樣品3評(píng)分最高，最終確定按照配方3進(jìn)行反應(yīng)所得的產(chǎn)品綜合風(fēng)味及口感較佳。

2.2 反應(yīng)條件優(yōu)化

2.2.1 不同pH值美拉德反應(yīng)結(jié)果及分析

圖2 各樣品感官評(píng)分結(jié)果圖(pH)

由圖2可知鮮味方面，以初始pH值為6.0的3號(hào)樣品評(píng)分略高，其次是初始pH值為5.5的2號(hào)樣品；除5號(hào)樣品略有肉香味外，其他樣品肉香味較弱，可能在反應(yīng)過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)有損失造成；口感方面各樣品評(píng)分間也無(wú)顯著差異，但由于調(diào)節(jié)pH值過(guò)程中引入酸堿，因此4號(hào)和5號(hào)樣品略有堿液引起的苦澀感；各樣品流動(dòng)性均較佳。綜合考慮產(chǎn)品指標(biāo)及感官評(píng)分，選擇美拉德反應(yīng)的最佳pH值在5.5～6.0范圍內(nèi)。

2.2.2 不同溫度美拉德反應(yīng)結(jié)果及分析

圖3 各樣品感官評(píng)分結(jié)果圖(溫度)

由圖3可知，鮮味方面：樣品3鮮味略強(qiáng)于其他樣品；樣品4肉香味較濃，樣品1略有刺激味；流動(dòng)性及體態(tài)方面：各樣品流動(dòng)性均較好，樣品4略顯稀薄。綜合比較樣品3最佳，其次樣品2和樣品4均優(yōu)于樣品1，即在100 ℃條件下反應(yīng)所得樣品風(fēng)味最佳。分析原因如下：80 ℃條件下美拉德反應(yīng)進(jìn)行得不徹底，未能完全將美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中的各種風(fēng)味物質(zhì)釋放出來(lái)，因此風(fēng)味欠佳；110 ℃條件下，由于溫度的提高，美拉德反應(yīng)程度較深，形成了一些不好的反應(yīng)產(chǎn)物，造成樣品風(fēng)味略差。

2.2.3 不同時(shí)間美拉德反應(yīng)結(jié)果及分析

圖4 各樣品感官評(píng)分結(jié)果圖(時(shí)間)

由圖4可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，由于呈味氨基酸參與反應(yīng)，樣品鮮味略顯降低，以樣品2鮮味及肉香風(fēng)味略強(qiáng)；流動(dòng)性及體態(tài)方面：各樣品流動(dòng)性均較好；綜合風(fēng)味及口感，樣品2最佳，考慮到生產(chǎn)周期等因素，按照上述確定的pH值及溫度條件反應(yīng)30～45 min為宜。

2.3 酵母抽提物風(fēng)味物質(zhì)檢測(cè)與分析

利用氣質(zhì)聯(lián)用儀，通過(guò) NISTDEMO、REPLIB 和MAINLIB 標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)檢索，同時(shí)參考有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行人工檢索，分別對(duì)純品型酵母抽提物(A)、初始配方所得美拉德型酵母抽提物型(B)、配方優(yōu)化后反應(yīng)所得美拉德型酵母抽提物型(C)的主要揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行定性分析。各樣品的總離子流色譜圖及主要揮發(fā)性風(fēng)味成分鑒定結(jié)果見(jiàn)圖5～圖7。

圖5 純品型酵母抽提物 (A) GC-MS分析總離子流色譜圖

圖6 美拉德型酵母抽提物 (B) GC-MS分析總離子流色譜圖

圖7 美拉德型酵母抽提物 (C) GC-MS分析總離子流色譜圖

序號(hào)鑒別出的化合物氣味相對(duì)面積(%)ABC1乙酸酸味3.07--2丁酸酸奶38.0921.335.6132,3-丁二酮奶油-11.021.6742,3-丁二醇淡甜香2.47--5苯乙醇薔薇香2.25--62-糠硫醇烤香、肉香-0.924.377二氫-2-甲基-3(2H)-呋喃酮堅(jiān)果--2.6284-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮焦糖、烤香-1.391.8992-甲基-3-呋喃硫醇肉香-5.4212.13103-巰基-2-戊酮肉香-3.982.42112-乙?；秽珶熝?21.189.8212苯甲醛水果--3.06133-甲硫基丙醛土豆5.773.67142-吡咯烷酮3.14--152-甲基-3(2H)-噻吩酮淡甜香-6.313.52162,5-二甲基吡嗪焦糖、烤香3.39--172-乙基-3,5-二甲基吡嗪堅(jiān)果22.47--182,3-二甲基-5-乙基吡嗪烤香6.15--192-乙基-6-甲基-吡嗪堅(jiān)果、焙烤-6.973.74202,3,5三甲基吡嗪堅(jiān)果5.211.436.4121γ-丁內(nèi)酯肉、焦糖1.87--22苯乙醛杏仁-2.142.61233-乙?；量┍嚎?1.984.40243-甲基-2-噻吩甲醛--2.11254-甲基-5-羥乙基噻唑烤肉1.93-2.04263-乙基-甲?；绶?-1.39272,4-二甲基-5-乙?；邕驘?-2.6828二甲基噻吩醛--2.6329二(2-甲基-3-呋喃基)二硫醚肉、堅(jiān)果--2.1830十六醛-2.142.7131十八醛-2.202.53

由表4可知，純品型酵母抽提物主要含有氨基酸、核苷酸類呈味物質(zhì)，一般揮發(fā)性香味物質(zhì)并不多。對(duì)于氣味貢獻(xiàn)較大的是酸類、吡嗪類、呋喃類，其中丁酸、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、4-甲基-5-羥乙基噻唑是主要揮發(fā)性風(fēng)味成分，它們協(xié)同其他成分，綜合形成了啤酒酵母抽提物醇厚的鮮味。

啤酒酵母抽提物經(jīng)美拉德反應(yīng)生成的含硫、含氮和含氧的雜環(huán)類化合物，如硫醇類、硫醚類、噻吩類、吡嗪類、呋喃類、呋喃酮類等和羰基化合物對(duì)成品肉香味的形成具有重要的貢獻(xiàn)作用。其中2-甲基-3-呋喃硫醇及其氧化產(chǎn)物雙(2-甲基-3-呋喃基)二硫化物和2-糠硫醇、3-巰基-2-戊酮作為重要的肉香味化合物被鑒定出來(lái)。

硫胺素被認(rèn)為是生成2-甲基-3-呋喃硫醇的一個(gè)重要前驅(qū)物。它和半胱氨酸同時(shí)存在時(shí)，對(duì)反應(yīng)生成2-甲基-3-呋喃硫醇有很大貢獻(xiàn)。硫胺素、半胱氨酸和木糖添加在反應(yīng)體系中不僅產(chǎn)生較多具有肉香味的含硫化合物如 2-甲基-3-呋喃硫醇、噻唑、2-糠硫醇、2-噻吩基甲醛等，還可生成具有奶香味的 2,3-丁二酮、3-巰基-2-戊酮等。而且當(dāng) pH≥5.0 時(shí)，三者反應(yīng)還可產(chǎn)生 2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等具有堅(jiān)果香、烤香的化合物。

還原糖加熱后經(jīng)脫水、環(huán)化形成甲基呋喃類化合物；或者反應(yīng)生產(chǎn)醛、酮等揮發(fā)性的羰基化合物，其中的二羰基化合物和三羰基化合物參與 Strecker 降解，有助于產(chǎn)生很強(qiáng)的肉香味揮發(fā)性物質(zhì)如3-甲基-2-噻吩甲醛、3-乙基-甲?；绶浴?,4-二甲基-5-乙?；邕虻?。由表4可知，隨著木糖比例的增加，肉的特征風(fēng)味物質(zhì)種類明顯增多，可見(jiàn)木糖可以明顯地提高肉香味，使香氣更為飽滿。

3 結(jié)論

本研究是以啤酒酵母抽提物為原料，優(yōu)選美拉德反應(yīng)提升啤酒酵母抽提物整體風(fēng)味的相關(guān)工藝參數(shù)，通過(guò)對(duì)美拉德配方及反應(yīng)工藝條件研究試驗(yàn)可知，不同原輔料配比對(duì)美拉德型酵母抽提物整體風(fēng)味影響大于反應(yīng)條件的影響，最優(yōu)的美拉德反應(yīng)配方為：酵母抽提物60%；氯化鈉10%；糊精5%；木糖6%；葡萄糖8%；甘氨酸2.1%；丙氨酸1.5%；半胱氨酸2.3%；谷氨酸2%；蛋氨酸1.2%；硫胺素1.5%；維生素C0.3%；乙基麥芽酚0.1%。最佳工藝條件為：反應(yīng)初始pH值5.50～6.0，反應(yīng)溫度100 ℃，反應(yīng)時(shí)間30～45 min。

啤酒酵母抽提物通過(guò)添加還原糖(木糖)、含硫氨基酸(半胱氨酸)、雜環(huán)類化合物(硫胺素)等輔料進(jìn)行美拉德反應(yīng)可以提高酵母抽提物的整體風(fēng)味，且通過(guò)測(cè)定，所得美拉德型酵母抽提物的風(fēng)味物質(zhì)種類及含量都有所提升。

采用最優(yōu)化美拉德反應(yīng)工藝制成的風(fēng)味化啤酒酵母抽提物具有濃郁的肉香味和飽滿的肉滋味，解決了啤酒酵母抽提物風(fēng)味單調(diào)的問(wèn)題，使產(chǎn)品的整體風(fēng)味上了一個(gè)臺(tái)階，為該產(chǎn)品的推廣利用奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]劉樹興,魏麗娜,王維.天然調(diào)味料——酵母抽提物的研究[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2005,26(2):42-43.

[2]張虹,畢麗君.酵母抽提物的研究[J].中國(guó)調(diào)味品,2000(2):20-23.

[3]李德科,曾慶孝,黃國(guó)宏.風(fēng)味化啤酒酵母抽提物制備工藝的優(yōu)化[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,35(4)：135-138.

[4]趙文紅,白衛(wèi)東,錢敏，等.酵母抽提物生產(chǎn)豬肉香精的工藝研究[J].中國(guó)食品添加劑,2009(4)：113-116.

[5]Matsushita I,Muramoto Y,Ozaki S,et a1.Production of tasty brewer's yeast extract by simulated moving-bed system chromatography[J].Journal of the Japanese Society for Food Science and Technology,1999,46(2):75-80.

[6]Sombutyanuchit P,Suphantharika M,Verduyn C.Preparardtion of 5'-GMP-rich extracts from spent brewer's yeast[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,2001,17(2):163-168.

[7]向智男,寧正祥.肉品風(fēng)味的形成與美拉德反應(yīng)[J].廣州食品工業(yè)科技,2004,20(2):143-147.

[8]廖勁松,齊軍茹.Maillard反應(yīng)與食品風(fēng)味物質(zhì)(I)熱反應(yīng)肉類香精的研究[J].中國(guó)食品添加劑,2005(3):51-54.

[9]Ashoor S H,Zent J B.Maillard browning of conmon amino acids and sugars[J].Journal of Food Science,1984,49(4):1206-1207.

[10]顧小紅,孟紹鳳,湯堅(jiān).Maillard模式反應(yīng)牛肉香精揮發(fā)性風(fēng)味成分分析[J].中國(guó)調(diào)味品,2006(6):37-41.

[11]田懷香.金華火腿揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[J].無(wú)錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào),2005,24(1):69-73.

[12]張根生,李彥宏,李偉.GC/MC法分析哈爾濱風(fēng)干腸香辛料中的揮發(fā)性成分[J].化學(xué)與黏合,2006(3):208-210.

[13]鄒鳳.花生粕酶解液美拉德反應(yīng)生香研究[D].無(wú)錫：江南大學(xué),2010.

[14]王棟.食品感官評(píng)價(jià)原理與技術(shù)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2001．

[15]朱紅,黃一貞,張弘.食品感官分析入門[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1993.

Research on Preparation Technology of Maillard Reactive Yeast Extract

ZHANG Zi-jian, CHEN Zhi-ying, JIANG Jian-mei, XU Ting-ting, ZHOU Xue-ling*

(Tangshan Top Bio-technology Co.,Ltd.，Tangshan 063000，China)

Using Maillard reaction to enhance the flavor of yeast extract's relative parameters is researched,including the study on formula and optimization of reaction conditions, determine the optimal formula and the best reaction conditions, which is pH of 5.5～6.0, reaction temperature of 100 ℃ and reaction time of 30～45 min. The flavor materials are analyzed by GC-MS, the Maillard reaction can promote the flavor of beer yeast extract significantly, and make the product full of strong meat flavor and taste with mellow, delicious, fleshy characteristics.

yeast extract;Maillard reaction;reaction parameters;GC-MS;flavor material

2017-02-13 *通訊作者

唐山市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助(16130204A)

張子健(1984-)，女，河北雄安人，碩士，研究方向：食品微生物。

TS202.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.024

1000-9973(2017)07-0118-05