不同溫度下氧化豬脂和木糖對豬肉蛋白酶解液的熱反應特性影響

王天澤，肖群飛，杜文斌，王雅欣，謝建春

（北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，食品質量與安全北京實驗室，北京市食品添加劑工程技術研究中心，北京工商大學，北京 100048）

熱反應肉味香精采用動物及植物蛋白的酶解物、還原糖、氨基酸及脂肪等原料通過熱反應制備而成，廣泛應用于方便面、火腿腸、速凍水餃、膨化食品等多種食品的增香調味[1]。熱反應香精制備中涉及的反應主要包括美拉德反應、脂肪氧化降解反應及其相互作用，這些反應在肉香味形成，以及熱反應產(chǎn)物的顏色、滋味等感官特性的形成中有重要作用。有關美拉德反應、脂肪氧化反應對熱反應肉香味形成的研究已有較多報道[2-6]。在熱反應肉味香精制備中，含硫氨基酸或其肽發(fā)生美拉德反應產(chǎn)生2-甲基-3-巰基呋喃、糠硫醇等揮發(fā)性含硫化合物，貢獻肉的基礎香味[7-10]。動物脂肪加熱氧化制備的氧化脂肪含有小分子醛、酮、羧酸等含羰基化合物，可賦予熱反應肉味香精不同種類肉的特征香氣[11]。在脂肪氧化反應與美拉德反應共存的體系中，一方面脂肪氧化對美拉德反應有抑制作用，使含硫氨基酸或其肽的美拉德反應產(chǎn)生的含硫肉香味物質減少[12-15]，另一方面還可與含硫氨基酸或其肽的美拉德反應產(chǎn)生的H2S、NH3等小分子作用，生成新的雜環(huán)肉香化合物[16-18]。除了以上的揮發(fā)性風味方面，近年來人們逐漸開始關注美拉德反應和脂肪氧化反應對形成非（難）揮發(fā)性熱反應產(chǎn)物的影響，已發(fā)現(xiàn)美拉德反應中大豆肽的短肽通過與糖交聯(lián)，可形成具有滋味增強效應的美拉德肽，從而改善口感[19]。此外，還有報道干魚片中脂肪氧化產(chǎn)物與蛋白質、肽類等水溶性組分交聯(lián)形成的一種反應產(chǎn)物，具有增強面湯醇厚感和持續(xù)性的優(yōu)點[20]。

熱反應肉味香精制備的主要原料——動物或植物蛋白酶解物，含有游離氨基酸及不同碳鏈長度的多肽和蛋白質，在熱反應產(chǎn)物香氣、顏色、滋味等感官特性形成中，涉及的脂肪氧化反應、美拉德反應作用機理極為復雜。本實驗以豬肉酶解物為原料，設計“酶解液”（空白）、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”4 個熱反應體系，研究不同溫度下氧化豬脂及木糖對于熱反應產(chǎn)物pH值、褐變、分子質量分布及滋味的影響，并通過動力學模型對各體系反應速率進行比較，從而為熱反應肉味香精的制備提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬后腿肉 北京美廉美超市；氧化豬脂（過氧化值223 meq/kg；酸值0.65 mg KOH/kg），按照文獻[21]制備；復合蛋白酶、風味蛋白酶 諾維信公司；三氟乙酸（色譜純）、木糖（分析純） 北京百靈威科技有限公司；乙腈（色譜純） 飛世爾實驗器材有限公司；碘、碘化鉀、正己烷（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 河南省予華儀器有限公司；UV2300II紫外分光光度計 上海天美科學儀器有限公司；PHSJ-3F實驗室pH計 上海儀電有限公司；3-30K高速離心機 美國Sigma公司；ALPHA 2-4 LSC冷凍干燥機 德國Christ公司；LC1200型高效液相色譜儀 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 豬肉酶解液的制備

豬肉去除可見脂肪，于90 ℃水漂燙3 min，絞成肉糜。按料液比1∶1（m/m）將一定量的肉糜、水加入到燒瓶中，加入質量分數(shù)0.4%的復合蛋白酶，于55 ℃水浴酶解3 h；再加入0.3%風味蛋白酶，酶解1 h；升溫至85 ℃，滅酶10 min。酶解液20 000 r/min離心15 min，取上清液，與正己烷混合（1∶1，V/V）萃取除脂，凍干待用。

1.3.2 熱反應

表1 熱反應所用原料Table1 Formulation of thermal reaction systems

取0.5 g除脂凍干粉，加水5 mL復溶酶解液，置于15 mL耐壓管中?；诒菊n題組前期研究[11]，按表1設計4 個反應體系“酶解液”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”，在120、130、140 ℃分別反應20、40、60、80、100、120 min進行分析。其中120 ℃反應120 min的樣品進行滋味評價。

1.3.3 指標的測定

吸光度：反應產(chǎn)物經(jīng)0.45 μm聚醚砜膜過濾，用超純水稀釋一定倍數(shù)，在294 nm和420 nm波長處測定吸光度（A）。結果=測定值×稀釋倍數(shù)。重復測定2 次。

色度值：參照SB/T 10323—1999《色度測定法》[22]。取1.000 g碘顆粒，溶于碘化鉀溶液中，用100 mL容量瓶定容，配制成1 g/100 mL碘液，再進一步稀釋10、20、…、100 倍，加入4 g碘化鉀配制成不同質量濃度的標準色液。將反應產(chǎn)物與標準色液進行比較，其中與標準色液顏色最一致的碘液質量濃度，記錄為該反應產(chǎn)物的色度值。

pH值：用pH計測定。重復測定2 次，結果取平均值。

1.3.4 高效凝膠液相色譜分子質量分布的測定

測定4 個體系于120 ℃反應120 min反應產(chǎn)物分子質量分布。反應液用超純水稀釋10 倍，經(jīng)0.22 μm聚醚砜膜過濾，采用高效凝膠液相色譜分析；色譜柱TSK gel G2000 SWXL（300 mm×7.8 mm，5 μm），流動相：0.1%三氟乙酸溶液-乙腈（80∶20，V/V）；流速0.5 mL/min；柱溫30 ℃；二極管陣列檢測器；檢測波長220 nm；進樣量10 μL。

分子質量校正曲線所用標準品：乙氨酸-乙氨酸-乙氨酸（189 Da）、乙氨酸-乙氨酸-酪氨酸-精氨酸（451 Da）、桿菌酶（1 450 Da）、抑肽酶（6 500 Da）、細胞色素（12 500 Da）。標準曲線方程：lgy=－0.227 6x+7.155 4，R2=0.977 9（y為分子質量/Da，x為保留時間/min）。

參照文獻[19]將4 種體系測定的分子質量分布結果分為＞5 kDa，3～5 kDa，1～3 kDa和＜1 kDa。其中＞5 kDa組分主要為大分子無滋味產(chǎn)物，3～5 kDa和1～3 kDa組分主要為呈味多肽，＜1 kDa組分為短肽和氨基酸等小分子物質。計算4 種體系以上分子質量分布范圍的相對含量，以探究各體系反應產(chǎn)物特性的差異。

1.3.5 感官評價

感官評價前將樣品水浴加熱至60 ℃，樣品質量濃度10 mg/mL。評價小組包括5 名人員，為本實驗室參照文獻[23]進行培訓后篩選出的具有感官分析經(jīng)驗的成員，年齡在21～26 周歲之間，其中男性2 名，女性3 名。對120 ℃反應120 min的各體系反應產(chǎn)物滋味進行評價，描述詞為鮮味、肉味、醇厚感、持續(xù)性、苦味、咸味。滋味強度按a、b、c和d四檔打分，其中a代表滋味最強，b、c、d滋味強度依次遞減。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及圖像處理

圖像采用Microsoft Excel 2017軟件繪制，pH值、A294nm、A420nm、色度值和分子質量分布等數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件分析，差異分析采用單因素方差分析。P＜0.05，為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 熱反應產(chǎn)物pH值比較

圖1 各體系不同溫度下熱反應產(chǎn)物pH值變化趨勢圖Fig.1 Change in pH of reaction products from four systems heated at different temperatures

由圖1可知，在120、130、140 ℃條件下，4 個反應體系pH值均呈下降趨勢?！懊附庖?氧化豬脂”體系在反應時間0～40 min，pH值下降明顯，另外3 個體系反應時間為0～20 min時，pH值下降明顯；在相同反應時間時，溫度升高，由于反應加快，4 個體系pH值均降低；相同溫度及相同反應時間下，4 個體系pH值下降量由高到低為“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系、“酶解液+木糖”體系、“酶解液”體系、“酶解液+氧化豬脂”體系。隨著美拉德反應進行，由于氨基被消耗并生成有機酸，pH值將下降[24]，pH值下降程度是反映美拉德反應進行程度的一個重要指標。“酶解液+氧化豬脂”體系的pH值變化量很小，可能由于氧化豬脂與酶解液反應過程中不能生成有機酸。

2.2 熱反應產(chǎn)物A294 nm比較

A294nm可代表美拉德反應中期階段形成的無色中間產(chǎn)物（如雙羰基化合物）含量[25-26]。由圖2可知，在120、130、140 ℃條件下，隨著時間延長，4 個體系A294nm均呈上升趨勢；與pH值變化趨勢類似，“酶解液+氧化豬脂”體系在反應時間0～40 min時A294nm上升明顯，另外3 個體系在反應時間0～20 min時A294nm上升明顯，而后變化趨于平穩(wěn)。相同反應時間，溫度升高時，由于反應加快，4 個體系A294nm均增大。相同反應溫度下，反應時間小于20 min時，4 個體系的A294nm由大到小順序為“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系；反應時間大于20 min后，4 個體系的A294nm吸光度由大到小順序變?yōu)椤懊附庖?氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系。

圖2 各體系不同溫度下熱反應產(chǎn)物A294 nm變化趨勢圖Fig.2 Change in absorbance 294 nm of reaction products from four systems heated at different temperatures

2.3 熱反應產(chǎn)物A420 nm比較

圖3 各體系不同溫度下熱反應產(chǎn)物A420 nm變化趨勢圖Fig.3 Change in absorbance 420 nm of reaction products from four systems heated at different temperatures

A420nm代表美拉德反應在末期階段反應形成的類黑精物質[27-28]。由圖3可知，在120、130、140 ℃條件下，隨著時間延長，4 個體系吸光度均呈上升趨勢；其中“酶解液+氧化豬脂”體系在反應時間0～40 min時吸光度上升明顯，“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系在反應時間0～80 min時吸光度上升明顯，另外2 個體系在反應時間0～60 min時吸光度上升明顯，然后趨于平緩；相同反應時間，溫度升高時，由于反應加快，4 個體系A420nm均增大；相同反應溫度下，比較4 個體系，反應時間小于60 min時，4 個體系A420nm由大到小順序為“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系；反應時間大于60 min時，4 個體系A420nm由大到小順序為“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系。

2.4 熱反應產(chǎn)物色度比較

圖4 各體系不同溫度下熱反應產(chǎn)物色度變化趨勢圖Fig.4 Change in chroma of reaction products from four systems heated at different temperatures

由圖4可知，在120、130、140 ℃條件下，隨著時間延長，4 個體系色度值均呈上升趨勢，“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系在反應時間0～80 min，另外3 個體系在反應時間0～60 min內上升幅度較大，然后趨于平緩。相同反應時間，溫度升高時，由于反應加快，4 個體系色度值均增大。相同反應溫度下，比較4 個體系，反應時間小于60 min時4 個體系色度值由大到小順序為“酶解液+木糖”體系、“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系、“酶解液+氧化豬脂”體系、“酶解液”體系；反應時間大于60 min時，4 個體系色度值由大到小順序為“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系。色度值代表反應液的褐變顏色深淺程度。色度值除與生成類黑精有關外，還與其他有顏色的物質有關，如Hofmann[29]發(fā)現(xiàn)戊酸與丙氨酸發(fā)生美拉德反應會形成有吡咯和吡咯啉酮結構的有色化合物。

2.5 熱反應產(chǎn)物動力學分析

由上述可知，4 種體系的A294nm均在前20或40 min迅速上升后，就已趨于平緩，數(shù)據(jù)點較少，而4種體系A420nm和“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”2 種體系色度值在反應60～80 min時才趨于平緩，數(shù)據(jù)點足以進行動力學研究，為此僅對4 種體系A420nm和“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”2 種體系色度值按零級動力學模型進行擬合，再根據(jù)Arrhenius方程對－lnk-1/T進行線性擬合，計算后得到各體系的活化能，結果如表2所示。

表2 A420 nm和色度值擬合動力學方程及活化能Table2 Fitted kinetic equations and activation energy for absorbance at 420 nm and chroma

由表2可知，各體系回歸方程的回歸系數(shù)R2均大于0.85，多數(shù)大于0.95，說明各體系A420nm及色度值和反應時間均表現(xiàn)出良好的線性關系。隨著溫度升高，4 個體系速率常數(shù)k均增大。反應溫度相同時，4 個體系A420nm反應速率常數(shù)由大到小順序為“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系，色度值反應速率常數(shù)大小為“酶解液+木糖”體系大于“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系，說明反應初期酶解液中單獨加入木糖反應速率最快，單獨加入氧化豬脂速率也有一定加快，同時加入氧化豬脂和木糖時，氧化豬脂抑制“酶解液-木糖”反應，使“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系反應速率小于“酶解液+木糖”體系。反應活化能低，表明反應容易進行?！懊附庖?氧化豬脂+木糖”體系活化能大于“酶解液+木糖”體系，進一步證明此現(xiàn)象。

2.6 分子質量分布及滋味比較

反應溫度120 ℃是制備肉味香精的常用溫度，在此溫度下反應120 min 4 個體系所得熱反應產(chǎn)物的滋味均最佳。因此測定此反應產(chǎn)物分子質量分布及進行滋味感官評價，結果如表3所示。

表3 120 ℃反應120 min各體系分子質量分布和滋味評分Table3 Molecular mass distribution and sensory taste scores of reaction products from four systems heated at 120 ℃ for 120 min

由表3可知，4 個體系反應產(chǎn)物主要為分子質量＜1 kDa的組分，可達85%以上，其次為分子質量1～3 kDa的組分，而分子質量3～5 kDa和＞5 kDa的組分含量很少。與“酶解液”體系相比，加入木糖的體系分子質量＜1 kDa組分相對含量減少，隨之1～3 kDa、3～5 kDa和＞5 kDa的組分相對含量增加；而加入氧化豬脂分子質量僅有較小變化。＜1 kDa組分相對含量減少由大到小排序為：“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”體系。

比較4 個體系滋味變化，鮮味、肉味從強到弱順序為“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系；醇厚感、持續(xù)性從強到弱順序為“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液+木糖”、“酶解液”體系；苦味從強到弱順序為“酶解液”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”體系。說明與“酶解液”體系相比，同時加入氧化豬脂和木糖所得產(chǎn)物的鮮味、肉味、醇厚感、持續(xù)性、咸味均明顯增強；加入木糖后產(chǎn)物鮮味、肉味和咸味增強；加入氧化豬脂后產(chǎn)物醇厚感和持續(xù)性明顯增強。

3 討論與結論

原料酶解液經(jīng)除脂處理，主要含有蛋白質、多肽、氨基酸和少量還原糖。在加熱條件下，“酶解液”（空白）體系僅可發(fā)生輕度的美拉德反應；“酶解液+氧化豬脂”體系中，除輕度的美拉德反應，還包括氧化豬脂所含的醛類、酮類等脂肪氧化降解產(chǎn)物與氨基酸、多肽、蛋白質等含氨基化合物的反應；“酶解液+木糖”體系主要為蛋白質、多肽、氨基酸和木糖的美拉德反應；“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系包含上述體系所有反應，以及脂肪氧化反應與美拉德反應的相互作用。氧化脂肪中醛類、酮類等脂肪氧化產(chǎn)物與蛋白質、多肽、氨基酸的作用，也屬于“羰-氨”反應，即屬于美拉德反應范疇。

A294nm代表美拉德反應中期階段形成的雙羰基類中間產(chǎn)物，A420nm及色度值代表美拉德反應末期階段產(chǎn)物，因此與A294nm變化相比，反應初期A420nm及色度值的顯著變化存在滯后性。反應時間為0～20 min時，pH值和A294nm變化明顯，是由于反應初期原料的濃度高、反應快造成；而隨后因原料逐漸被消耗，pH值和A294nm變化減緩。隨著反應進行，4 個體系A294nm、A420nm及色度值均呈上升趨勢，表明A294nm代表的無色中間產(chǎn)物不斷反應生成高級美拉德反應產(chǎn)物，從而反應液褐變加深。

相同溫度下4 個體系最終反應液的A420nm、色度值由高到低的順序均為“酶解液+氧化豬脂+木糖”、“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”、“酶解液”體系，表明木糖或氧化豬脂均可提升酶解液的美拉德反應程度。加入木糖比加入氧化豬脂提升幅度大，表明加入木糖的“羰-氨”反應速率大于加入氧化豬脂。與“酶解液+木糖”、“酶解液+氧化豬脂”體系相比，“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系反應程度最高，是因氧化豬脂中的羰基類脂肪氧化產(chǎn)物及木糖二者與氨基化合物共同作用造成。

反應初期酶解液中單獨加入木糖反應速率最快，單獨加入氧化豬脂速率也有一定加快。但與加入木糖相比，同時加入氧化豬脂和木糖時，反應速率卻有所下降，這是由于在反應初期，氧化豬脂的醛類脂肪氧化產(chǎn)物與木糖競爭性地與氨基化合物作用，從而表現(xiàn)為抑制酶解液與木糖間的美拉德反應。這與先前研究發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象脂肪醛可抑制美拉德反應一致[14]。隨著反應進行，“酶解液+氧化豬脂+木糖”體系反應程度逐漸大于“酶解液+木糖”體系，最終造成“酶解液+木糖+氧化豬脂”體系反應程度最高，這與后期羰基類脂肪氧化成分可參與終期美拉德反應有關。

與“酶解液”體系相比，加入木糖使分子質量低于1 kDa組分相對含量減少，大于1 kDa組分相對含量相對增加，這可能因木糖與酶解液中短肽發(fā)生交聯(lián)反應造成。另外，美拉德反應末期產(chǎn)物如類黑精等褐色物質也為大分子質量化合物，這些化合物也會導致分子質量大的組分相對含量上升。而加入氧化豬脂分子質量小于1 kDa組分百分比減少得很小，總體分子質量變化不大，這很可能因為氧化脂肪中的醛、酮等化合物本身分子質量較小，即使與酶解液中肽組分縮合也對分子質量分布影響很小。同時加入氧化豬脂和木糖時，小于1 kDa組分相對含量減少最大，總體分子質量增大，是因木糖及氧化脂肪中的醛、酮等化合物共同與肽類組分作用造成。

由于未加熱時，加入木糖或氧化豬脂并未觀察到滋味變化（表3），因此滋味的變化是由于熱反應產(chǎn)物分子質量分布的變化造成。美拉德肽具有風味增強作用，其分子質量在1～5 kDa之間[30-31]。加入木糖所得產(chǎn)物的滋味變化，與木糖與低于1 kDa的短肽發(fā)生交聯(lián)反應形成具有風味增強作用的美拉德肽，使得質量分數(shù)高于1 kDa組分百分比升高有關[23]。加入氧化豬脂所得產(chǎn)物的滋味變化，可能與氧化脂肪所含的醛類羰基化合物與酶解液中的氨基化合物交聯(lián)有關[20]。同時加入氧化豬脂和木糖所得產(chǎn)物的滋味變化最明顯，是因為木糖及氧化豬脂中脂質氧化成分均與酶解液中肽組分作用造成。此外，與“酶解液”體系相比，3 個體系反應產(chǎn)物的苦味均下降，說明加入木糖或氧化豬脂均具有一定的減弱反應物苦味的作用，這可能由于酶解液中苦味氨基酸或肽參與了美拉德反應被消耗所致。

綜上所述，本實驗設計4 個反應體系，檢測不同溫度下隨反應時間反應液的pH值、A294nm和A420nm、色度值變化，建立A420nm和色度值的動力學模型，并在此基礎上測定較佳反應產(chǎn)物的分子質量分布和滋味特性變化，得出以下結論：與“酶解液”體系相比，添加木糖或氧化豬脂均可使最終反應液的褐變程度提高；相比之下，添加木糖比添加氧化豬脂褐變反應程度高，同時添加木糖和氧化豬脂時褐變反應程度最高。反應初期，由于脂肪氧化產(chǎn)物中的醛類成分與木糖存在競爭，同時添加木糖和氧化豬脂的褐變反應速率反而低于單獨添加木糖。木糖或氧化豬脂可與酶解液中低于1 kDa的短肽發(fā)生交聯(lián)反應，從而可改善反應產(chǎn)物的滋味特性，但由于脂肪氧化生成的醛類組分本身分子質量較小，其與肽交聯(lián)后對反應產(chǎn)物的分子質量分布影響不大。而木糖與酶解液中肽組分發(fā)生反應的機理，以及氧化豬脂中羰基類脂質氧化成分與肽組分發(fā)生作用情況等，還有待于進一步研究。