pH對墨魚酶解物美拉德反應產(chǎn)物風味的影響

余自琳,郭榮燦,姜 毅,白云霞,劉小玲,*,趙謀明

(1.廣西大學輕工與食品工程學院,廣西南寧 530000;2.華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510641)

墨魚又稱烏賊,是海洋動物中頭足類的一種,其分布地域廣泛,是我國主要海產(chǎn)之一。研究表明,它不但具有較高的食用價值,同時也具有較好的抗氧化、抗腫瘤和增強免疫等作用[1-5]。目前市場上以墨魚為原料的加工食品較少,其原因是在加工過程中其因蛋白質(zhì)的降解會產(chǎn)生較重的腥氣,影響食用,這一現(xiàn)象限制了墨魚的深加工。美拉德反應是一種非酶促褐變現(xiàn)象,是羰基化合物與氨基化合物之間的反應,它能賦予食物獨特的風味[6],在食品的加工與儲存中起著非常重要的作用,目前已廣泛應用于肉味、海鮮味香精的制作。所以用美拉德反應的方式制備香精可以改善墨魚加工中的不良風味,同時賦予其特殊的風味。吳靖娜[7]等將鮑魚蒸煮液與木糖進行美拉德反應后,得到產(chǎn)物豐富、風味獨特的海鮮調(diào)味品基料。而王茵[8]等用花蛤蒸煮液經(jīng)美拉德反應后得到花蛤香味濃郁的產(chǎn)物,適合各種海鮮調(diào)味品的開發(fā)。同時,在美拉德反應的影響因素中,初始pH為最重要的一種[9],其對反應產(chǎn)物影響最大。本研究以墨魚水解物和葡萄糖-木糖混合糖為原料,通過感官評價、GC-MS、電子鼻和全自動氨基酸分析對不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物中的風味物質(zhì)進行分析,為開發(fā)新型墨魚味海鮮調(diào)味料提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

墨魚仔 單只50～80 g,廣西大學南百超市;復合蛋白酶500 mg(3760000 U/g)、風味蛋白酶500 g(258000 U/g) 丹麥諾維信酶制劑公司;D-(+)-木糖、葡萄糖,純度≥99% 上海源葉生物科技有限公司;C6～C33正構烷烴標準品 色譜純 美國Supelco公司;氨基酸分析洗脫液 日立高新技術公司;其余試劑 均為分析純。

SHZ-8恒溫振蕩器 國華企業(yè);TD5A-WS低速離心機 湖南湘儀儀器有限公司;DGG-9100 GD 電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;7890B型GC儀、5977A型MS儀 美國安捷倫公司;57310-U型65 μm DVB萃取頭 美國Supelco公司;L-8900全自動氨基酸分析儀 日立高新技術公司;5810型冷凍離心機 德國Eppendorf公司;PEN3型便攜電子鼻 德國Asrinese公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 墨魚酶解液制備 酶解方法參考王君研[10]的方法,稍加改動。墨魚取軀干與腕部肌肉部分,洗凈煮熟后勻漿,料液比為1∶3 (g/mL),調(diào)節(jié)pH至7.0,按底物質(zhì)量的0.3%加入風味蛋白酶和復合蛋白酶(1∶1),置于恒溫振蕩器中55 ℃酶解6 h后100 ℃滅酶10 min。4000 r/min離心20 min后取上清液,得到墨魚酶解液。

1.2.2 美拉德反應 將鼓風干燥箱溫度控制在120 ℃,按照木糖:葡萄糖質(zhì)量比1∶1,添加還原糖,添加量為酶解液質(zhì)量的3%,調(diào)節(jié)反應初始pH分別為5、6、7、8、9、10,反應時間為60 min,進行美拉德反應,同時通過考察反應產(chǎn)物的感官特性、揮發(fā)性風味物質(zhì)、風味特征和游離氨基酸含量,分析不同pH下墨魚酶解物美拉德反應產(chǎn)物風味變化。

1.2.3 感官評價 感官評價參照陳德慰[11]的方法,稍加改動。本實驗僅考察嗅覺器官與味覺器官感受到的產(chǎn)物特性。根據(jù)產(chǎn)物性質(zhì),確定產(chǎn)物的五個感官指標,分別是腥味、甜味、苦味、糊味和鮮味,并對以上五個指標采用六分的標度進行感官分析,具體感官評分表如表1。

表1 感官評價得分表

感官評價由本實驗室6名食品專業(yè)人員組成,其均為研究食品風味方面的人員,接受過感官評價培訓,評價結(jié)果具有可靠性。取得分的平均值作為對應的得分。

1.2.4 電子鼻分析 取美拉德反應產(chǎn)物20 mL置于100 mL燒杯中,密封后置于50 ℃水浴中加熱10 min后進行檢測。檢測條件如下:傳感器室流量300 mL/min,測量樣品流量300 mL/min,氣流量 400 mL/min,傳感器自動清洗時間120 s;清洗時間120 s,測量時間90 s,頂空溫度25 ℃。

1.2.5 揮發(fā)性物質(zhì)測定 揮發(fā)性物質(zhì)測定參考L Cai[12]的方法,稍加改動。頂空固相微萃取(SPME)條件:將5 mL美拉德反應產(chǎn)物與1 g NaCl裝入10 mL SPME專用瓶中,55 ℃條件下磁力攪拌加熱20 min,萃取30 min,結(jié)束后立即將萃取頭插入230 ℃進樣口解析3 min。

GC條件:DB-WAX毛細管色譜柱(60 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氦氣(99.999%);載氣流速1.0 mL/min;不分流,進樣口溫度:230 ℃;升溫程序:初溫40 ℃保持4 min,以5 ℃/min升至230 ℃后保持5 min。

MS條件:電離源為電噴霧電離,離子阱溫度150 ℃,GC-MS傳輸線溫度250 ℃,質(zhì)量掃描范圍45～550 u,掃描速率0.220 s/scan。電噴霧電離電子能量70 eV。

揮發(fā)性化合物的定性與定量:選擇NIST14.0譜庫檢索結(jié)果匹配度大于80的化合物,并根據(jù)C6～C33的正構烷烴標準品的保留時間,計算化合物的保留指數(shù)(RI),并在The LRI Database on the Web[13]與NIST Chemistry WebBook[14]網(wǎng)上有統(tǒng)計報道文獻的香味化合物RI的數(shù)據(jù)庫中,進行比對定性,同時用峰面積歸一化法計算物質(zhì)的相對含量進行定量。

1.2.6 游離氨基酸含量分析 取美拉德反應產(chǎn)物1.000 mL加入1.000 mL 10%的三氯乙酸沉淀20 min后在4 ℃下10000 r/min離心20 min,取上清液,通過0.22 μm水系過濾器后上機分析。主要檢測參數(shù)如下:日立高效液相色譜柱(4.6 mm×60 mm,1 μm);柱溫:135 ℃;進樣體積:20 μL;泵流速:0.4 mL/min;雙通道檢測570 nm和440 nm;分析時間:53 min。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 18.0對數(shù)據(jù)差異性進行分析,每個樣品做3次平行實驗,采用單因素方差分析(ANOVA)兩兩比較中 Duncan分析每組之間是否有顯著性差異(p<0.05),采用均值±標準差(x±SD)表示。采用Origin 9.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評價分析

圖1是不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物感官評價得分雷達圖。由圖1可知,在初始pH5～8范圍內(nèi),隨著pH的升高,美拉德反應產(chǎn)物鮮味得分逐漸升高,甜味得分先升高再降低,苦味與腥味得分逐漸降低,在初始pH達到8時,反應產(chǎn)物鮮味突出,苦味與糊味不存在。在初始pH9～10時,美拉德反應產(chǎn)物糊味得分升高,鮮味與甜味得分降低,當初始pH為10時,產(chǎn)物甜味最突出,苦味不存在。通過以上分析可知,初始pH過高(>8)與過低(<6)均使美拉德反應產(chǎn)物整體鮮味不突出,當pH為7時,美拉德反應產(chǎn)物腥味、苦味與糊味不突出,鮮味與甜味最突出。這一實驗結(jié)果與孫方達[15]等研究結(jié)果相似。

圖1 不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物感官評價得分雷達圖

2.2 電子鼻結(jié)果分析

電子鼻是食品氣味特征分析中常用的儀器,不同傳感器對不同氣味物質(zhì)的靈敏不同,因此可以比較不同氣味的差異。由圖2知,主成分1貢獻率為64.18%,主成分2貢獻率為30.32%,主成分1與主成分2貢獻率之和達到94.5%,能夠較好地反映原始數(shù)據(jù)的信息,說明電子鼻實驗結(jié)果可以代表全部樣品的整體信息。在主成分1上,從距離上看,pH5與pH7的樣品與其余四個樣品的差距較大,說明這兩個pH下美拉德反應產(chǎn)物的氣味成分與其余樣品的氣味成分上差距明顯;在主成分2上,pH5、pH8、pH9和pH10的樣品與pH6、pH7的樣品差距較大,但pH9與pH10的樣品之間相互有重疊,說明pH5、pH8、pH9和pH10的樣品這四個pH下的美拉德反應產(chǎn)物的氣味成分與其余兩個pH下產(chǎn)物的氣味成分相差大,但pH9與pH10的樣品相互差異較小。

圖2 不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物電子鼻PCA圖

不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物G/G0值如表2所示,除4號傳感器所代表的氫化物與5號傳感器所代表的烷烴芳香成分之外,電子鼻其余傳感器不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物風味物質(zhì)響應值均有顯著性差異(p<0.05)。其中pH5與pH8的樣品在4號傳感器上無顯著性差異(p>0.05),其余pH的樣品在4號傳感器上差異顯著(p<0.05);除pH10的樣品外,其余pH樣品在5號傳感器上無顯著性差異(p>0.05)。說明不同pH反應條件下,美拉德反應的風味產(chǎn)物差異較大。為明確不同pH條件下美拉德反應產(chǎn)物風味成分的具體變化,進一步采用GC-MS分析并鑒定揮發(fā)性風味物質(zhì)。

表2 不同初始pH下美拉德反應產(chǎn)物G/G0響應值

2.3 揮發(fā)性物質(zhì)結(jié)果分析

低分子量揮發(fā)性化合物是食品氣味中重要的香氣成分,其種類和含量是影響食品風味的關鍵因素。由表3可知,在本實驗中,共檢測出54種揮發(fā)性化合物,其中醛類23種、酮類8種、醇類8種、呋喃類6種、吡嗪類4種、噻唑類1種、含氮化合物1種、吡咯1種、含硫化合物2種。

表3 不同pH下美拉德反應揮發(fā)性產(chǎn)物分析

續(xù)表

醛類物質(zhì)中因其閾值低的特點,被認為是風味物質(zhì)中的主要貢獻物[16]。其在美拉德反應中主要由氨基酸經(jīng)過斯特雷克降解形成的α-氨基酮通過縮合而成[17]。本實驗中,在初始pH5～7條件下,隨著pH升高,醛類物質(zhì)相對含量由58.25%增加至60.9%;在初始pH8～10條件下,隨著pH升高,醛類物質(zhì)相對含量由54.29%降低至26.62%?？赡艿脑蚴?在高pH的條件下,醛與其他物質(zhì)進入了反應中級階段,生成了終產(chǎn)物類黑精。孫麗平等[18]也指出美拉德反應速度隨介質(zhì)pH的升高而增大。其中可貢獻醬香和肉香的3-甲硫基丙醛在初始pH5～8條件下生成,它同時也是牛肉香氣的特征化合物[19];可同時貢獻麥芽香與可可香的2-甲基丁醛與3-甲基丁醛在pH9和10的條件下相對含量達到最高,結(jié)合2.1中感官評價,在pH達到9和10時,產(chǎn)物主要呈現(xiàn)糊味,與前面實驗結(jié)果相吻合。

在本實驗的美拉德反應產(chǎn)物中,在初始pH5的條件下,產(chǎn)物中呋喃類物質(zhì)相對含量為28.26%,吡嗪類物質(zhì)相對含量為0。隨著初始pH升高,呋喃類物質(zhì)相對含量逐漸降低,吡嗪類物質(zhì)含量逐漸升高。在初始pH10的條件下,呋喃類物質(zhì)相對含量為0.60%,吡嗪類物質(zhì)相對含量為18.41%。可能的原因是,在酸性環(huán)境中,還原糖經(jīng)阿馬多爾重排并脫氨后,斷裂成醛酮類或自身環(huán)化成糠醛類化合物[[20],但是氨基在酸性環(huán)境中不能發(fā)生親和反應,所以吡嗪在較高pH條件下形成[21]。其中2-乙基呋喃、2-戊基呋喃和順式-2-(2-戊烯基)呋喃在初始pH5～7條件下相對含量高于初始pH8～10,并且2-乙基呋喃與2-戊基呋喃為產(chǎn)物提供焦香、豆香和果香;3-甲基吡嗪與2,5-二甲基-吡嗪在pH9與10中相對含量高于其他pH,二者可為美拉德反應產(chǎn)物提供燒烤和肉類香味。

醇類物質(zhì)因其閾值高,所以在香氣成分中貢獻作用較小[22],但是對食物整體香味有調(diào)和作用,使香味整體更加飽滿圓潤,其來源是脂肪氧化[23]或者羰基化合物還原[24]。在本實驗中,在初始pH5～9條件下,隨著pH升高,醇類物質(zhì)相對含量由6.70%增加至12.08%;當初始pH達到10時,相對含量降低至0.67%。1-辛烯-3-醇是典型海鮮香精調(diào)配中的主要特征化合物[25],同時在初始pH5～7條件下,1-辛烯-3-醇相對含量明顯高于初始pH8～10,在初始pH7時相對含量最高,在初始pH5～9條件下檢測出的苯乙醇可為產(chǎn)物貢獻花香。在美拉德反應中,酮類物質(zhì)被認為來自糖降解。在pH8條件下,酮類物質(zhì)相對含量達到最高,為6.06%,在初始pH達到9與10時,酮類物質(zhì)種類與含量低于初始pH5～8。本實驗中檢測出的2-辛酮、3-辛酮和2-壬酮等化合物可為產(chǎn)物貢獻脂肪香、干草香和果香等協(xié)調(diào)香。

含硫物質(zhì)與三甲胺是典型的海鮮香味物質(zhì)。在初始pH5～10條件下,隨著pH升高,含硫化合物相對含量由0增加至12.33%,三甲胺相對含量由0.05%增加至32.79%。其中二甲基二硫化物與二甲基三硫化物閾值低,但是對海鮮香味貢獻大。已有研究表明,這三種物質(zhì)存在于熱加工的海產(chǎn)品中[26],是海鮮風味的重要貢獻物質(zhì)。

2.4 游離氨基酸含量分析

游離氨基酸是生物體中游離出來的氨基酸,并且大都具有一定的滋味特征。由表4可知,本實驗中共檢測出16種游離氨基酸,除脯氨酸、亮氨酸和色氨酸外,其余氨基酸均在產(chǎn)物中被檢出。在pH5～7的范圍內(nèi),隨著初始pH的升高,總游離氨基酸含量由5.725 mg/mL增加至6.303 mg/mL,苦味氨基酸與鮮味氨基酸含量均有增加;在pH8～10的范圍內(nèi),隨著初始pH的升高,總游離氨基酸含量由5.948 mg/mL降低至4.945 mg/mL,其中鮮味氨基酸與苦味氨基酸含量均隨著pH的升高而降低。在美拉德反應過程中,肽熱降解會生成氨基酸,氨基酸會參與反應或降解成其他物質(zhì),反應初始pH越高,美拉德反應速度越快,所以在pH偏高時,游離氨基酸含量降低。雖然鮮味氨基酸含量不能完全代表產(chǎn)物鮮味強度,因為呈鮮味的物質(zhì)還包括核苷酸和肽等[27],但是結(jié)合2.1節(jié)中的感官評價結(jié)果,鮮味氨基酸含量可以反映出鮮味物質(zhì)的變化規(guī)律[28]。美拉德反應產(chǎn)物中苦味氨基酸含量較高,但是在感官評價中苦味確不突出,這與之前學者[29]研究結(jié)果吻合。

表4 不同初始pH下美拉德反應游離氨基酸含量分析(mg/mL)

Kam Huey Wong[30]等研究表明,在酸性pH條件下,不同氨基酸與葡萄糖美拉德反應產(chǎn)物風味不同。在pH5.2條件下,苯丙氨酸與酪氨酸可產(chǎn)生玫瑰花香;精氨酸可產(chǎn)生水果香;異亮氨酸可產(chǎn)生燒焦香味,賴氨酸與纈氨酸可產(chǎn)生令人愉快的焦糖香氣。本實驗中檢測到在美拉德反應產(chǎn)物中,以上幾種氨基酸含量較高,并且結(jié)合前面2.3節(jié)中揮發(fā)性產(chǎn)物分析,在pH范圍5～6的條件下,產(chǎn)物中苯乙醛呈現(xiàn)玫瑰花香,2-乙基-呋喃與2-戊基-呋喃呈焦糖香氣等,產(chǎn)物中的游離氨基酸種類與含量對產(chǎn)物的風味物質(zhì)影響較大。

3 結(jié)論

通過研究不同初始pH對墨魚酶解液美拉德反應產(chǎn)物風味物質(zhì)表明,不同初始pH對產(chǎn)物風味物質(zhì)影響較大。在偏酸性反應條件下,隨著反應初始pH的增加,產(chǎn)物鮮味逐漸增加,揮發(fā)性化合物中醛類物質(zhì)相對含量逐漸升高(由58.25%增加至60.9%),呋喃類物質(zhì)逐漸降低(由28.26%降低至16.95%),游離氨基酸總量逐漸升高(由5.725 mg/mL增加至6.303 mg/mL)。在偏堿性反應條件下,隨著反應初始pH增加,產(chǎn)物鮮味逐漸降低,揮發(fā)性化合物中醛類物質(zhì)相對含量逐漸降低(由54.29%降低至26.62%),吡嗪類物質(zhì)相對含量逐漸升高(由0增加至18.41%),游離氨基酸總含量逐漸降低(由5.948 mg/mL降低至4.945 mg/mL)。在pH7的條件下,產(chǎn)物腥糊味低,鮮甜味突出,醛類物質(zhì)相對含量最高(60.9%),同時游離氨基酸含量也達到最高(6.303 mg/mL),典型海鮮風味的揮發(fā)化合物在pH10的條件下相對含量最高(三甲胺、含硫化合物分別為32.79%、12.33%)。通過美拉德反應制備的熱反應產(chǎn)物具有良好的風味與較高的氨基酸含量,可廣泛應用于熱反應型香精香料的制備,具有較好的市場前景與商業(yè)價值。