固相美拉德增香法制備魚骨泥調(diào)味粉工藝

朱文慧 欒宏偉 步 營 李學(xué)鵬* 謝 晶 王福清 勵(lì)建榮

（1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧省高校重大科技平臺(tái)食品貯藏加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心 遼寧錦州121013 2 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院 上海201306 3 中國商業(yè)聯(lián)合會(huì)商業(yè)科技質(zhì)量中心 北京100801）

近年來，調(diào)味品行業(yè)以年20%以上的增幅迅速增長，其中復(fù)合調(diào)味品的發(fā)展速度最快，達(dá)到30%～40%[1-2]。水鮮調(diào)味品富含氨基酸、多肽等呈味物質(zhì)和牛磺酸等功能性生物活性物質(zhì)，逐漸受到人們的關(guān)注，成為一個(gè)重要的調(diào)味品門類[2-3]。調(diào)味料按照不同加工技術(shù)原理分為抽出型、分解型和反應(yīng)型3 種，利用美拉德反應(yīng)制備的調(diào)味料屬于反應(yīng)型調(diào)味料[3-4]。美拉德反應(yīng)可以在液相或者固相中進(jìn)行，兩種反應(yīng)的時(shí)間和產(chǎn)物數(shù)目雖有明顯差異，但反應(yīng)產(chǎn)物的形成機(jī)理基本上是一樣的[4-6]。美拉德反應(yīng)在形成和改善食品色澤和風(fēng)味中占有重要地位，已廣泛應(yīng)用于肉味香精、海鮮調(diào)味料的制備[7-9]。

狹鱈魚（Pollock）俗稱明太魚或朝鮮明太魚，鱈魚屬脊椎動(dòng)物門（Vertebrata）鱈形目（Gadiformes）[10]，是重要的經(jīng)濟(jì)魚類，廣泛分布于太平洋北部。鱈魚常用于加工鱈魚片、鱈魚排類產(chǎn)品，鱈魚骨是其在加工過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物之一，約占魚體總質(zhì)量的15%[11]。目前我國絕大多數(shù)魚骨都未被充分利用而是直接丟棄，只有小部分用于生產(chǎn)魚粉，對于魚骨下腳料的研究多見于骨膠原的提取[12-14]。

液態(tài)美拉德反應(yīng)生產(chǎn)的調(diào)味料不易保藏和運(yùn)輸，且加熱干燥過程中風(fēng)味成分損失嚴(yán)重[15]。本試驗(yàn)以狹鱈魚骨為原料，采用固相美拉德增香法，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面設(shè)計(jì)研制一種高營養(yǎng)、味道鮮美的水產(chǎn)調(diào)味料，為天然水產(chǎn)調(diào)味料的研發(fā)提供方法指導(dǎo)和理論依據(jù)，從而豐富狹鱈下腳料的加工利用途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

狹鱈魚骨，大連天寶綠色食品股份有限公司提供。葡萄糖、蛋氨酸、醋酸均為食品級，鄭州博研生物科技有限公司；氯化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、雙氧水、氫氧化鈉均為分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司。

FA1004 精密電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；PL602-L 型分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；JY-10 型粉碎機(jī)，九陽股份有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海申賢設(shè)備廠；PEN 3 便攜式電子鼻（傳感器陣列由10 個(gè)金屬氧化物傳感器組成），德國Airsense 公司；GNJ-100型強(qiáng)力骨泥機(jī)，青島海天水產(chǎn)食品機(jī)械加工廠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 超粉碎魚骨泥→加入葡萄糖、蛋氨酸→固相美拉德反應(yīng)→冷卻→干燥→粉碎過篩→成品

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2.1 原料預(yù)處理 超粉碎魚骨泥制作過程：將凍魚骨常溫下解凍，用含有3%氯化鈉的0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液（料液比1∶4）在10 ℃下脫色12 h，然后用自來水沖洗5 遍。將脫色后的魚骨在15 ℃以下斬拌約5～10 min，至魚骨顆粒達(dá)0.2～0.5 cm，得粗骨泥。將粗骨泥加入10%的冰水，在15 ℃以下過強(qiáng)力骨泥機(jī)，然后加入7%的冰水在15 ℃以下過膠體磨得骨泥，凍藏，備用。

1.2.2.2 固相美拉德反應(yīng)葡萄糖添加量單因素試驗(yàn) 取超粉碎魚骨泥27 g，分別加入葡萄糖2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 7，105 ℃下反應(yīng)60 min，冷卻后50 ℃干燥，粉碎、過篩。做電子鼻分析和感官評價(jià)，重復(fù)3 次，取平均值。

1.2.2.3 固相美拉德反應(yīng)時(shí)間單因素試驗(yàn) 取超粉碎魚骨泥27 g，分別加入葡萄糖8%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 7，105 ℃下分別反應(yīng)40，50，60，70，80，90 min，冷卻后50 ℃干燥，粉碎、過篩。做電子鼻分析和感官評價(jià)，重復(fù)3 次，取平均值。

1.2.2.4 固相美拉德反應(yīng)溫度單因素試驗(yàn) 取超粉碎魚骨泥27 g，分別加入葡萄糖8%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 7，75，85，95，105，115 ℃下反應(yīng)60 min，冷卻后50 ℃干燥，粉碎、過篩。做電子鼻分析和感官評價(jià)，重復(fù)3 次，取平均值。

1.2.2.5 固相美拉德反應(yīng)起始pH 值單因素試驗(yàn)超粉碎魚骨泥27 g，分別加入葡萄糖8%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 值為5，6，7，8，9，10，105 ℃下反應(yīng)60 min，冷卻后50 ℃干燥，粉碎、過篩。做電子鼻分析和感官評價(jià)，重復(fù)3 次，取平均值。

1.2.2.6 響應(yīng)面優(yōu)化 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇葡萄糖添加量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、起始pH值為響應(yīng)因素，響應(yīng)值為感官評價(jià)得分，依據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，見表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)Table1 The response surface experiment design

1.2.3 感官評價(jià) 感官評定小組由20 名食品專業(yè)的感官評價(jià)人員組成（年齡在18～40 之間），于室溫下進(jìn)行。感官評價(jià)表見表2。

表2 感官評價(jià)Table2 The sensory evaluation

1.2.4 電子鼻分析 電子鼻分析是通過樣品頂空揮發(fā)物的G/G0或G0/G 值（G：傳感器的電阻值，G0：基準(zhǔn)氣體通過傳感器的電阻值）進(jìn)行樣品氣味分析和識別的一種技術(shù)[16-18]。取5 g 粉碎過篩的樣品于50 mL 燒杯中，用保鮮膜密封，25 ℃環(huán)境中用電子鼻傳感器對樣品進(jìn)行檢測。檢測時(shí)間120 s，清洗時(shí)間120 s，數(shù)據(jù)采集時(shí)間90～95 s，每個(gè)樣品做3 次平行重復(fù)。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 電子鼻數(shù)據(jù)運(yùn)用自身的Win-Muster 軟件對揮發(fā)性氣味數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；響應(yīng)面結(jié)果采用Design-Expert V8.0.6 軟件中Box-Behnken 法進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 固相美拉德反應(yīng)葡萄糖添加量單因素試驗(yàn)

不同葡萄糖添加量電子鼻主成分分析（principal component analysis，PCA）結(jié)果見圖1。圖1中每個(gè)橢圓代表不同葡萄糖添加量下的魚骨調(diào)味粉的數(shù)據(jù)點(diǎn)。第1 主成分（PC1）和第2 主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率分別為96.89%和1.55%，總貢獻(xiàn)為98.44%，大于95%，說明電子鼻可以很好地評價(jià)不同葡萄糖添加量下魚骨調(diào)味粉的主要?dú)馕缎畔?，通常，貢獻(xiàn)率越大的數(shù)據(jù)點(diǎn)距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)[19-21]。由圖1可知，不同葡萄糖添加量的樣品沿第1 主成分變化不穩(wěn)定，沒有明顯的趨勢。葡萄糖添加量為10%時(shí)在第1 主成分軸上分布較為靠近，葡萄糖添加量為4%和14%時(shí)的分布較為集中。各組數(shù)據(jù)區(qū)域間沒有重疊，說明不同葡萄糖添加量的樣品可以通過PCA 很好地區(qū)分開來。

不同葡萄糖添加量感官評價(jià)得分見圖2。隨著葡萄糖添加量的增加，魚骨調(diào)味粉的感官評價(jià)得分先升高后降低。當(dāng)添加量為8%時(shí)，得分最高，有明顯的鮮味和燒烤香，增香效果最佳，這一結(jié)果與解萬翠等[15]的研究結(jié)果一致。本結(jié)果表明葡萄糖含量不同，反應(yīng)產(chǎn)物不同。有研究表明，還原糖與氨基化合物的比例會(huì)影響分子重排反應(yīng)的化學(xué)平衡，因此其美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也會(huì)有所不同[3，15]。

圖1 不同葡萄糖添加量電子鼻PCA 分析結(jié)果Fig.1 The PCA results of the E-nose analysis with different glucose addition

圖2 不同葡萄糖添加量感官評價(jià)得分Fig.2 The sensory evaluation score of different glucose additions

2.2 固相美拉德反應(yīng)時(shí)間單因素試驗(yàn)

不同反應(yīng)時(shí)間電子鼻PCA 分析結(jié)果見圖3。PC1 的貢獻(xiàn)率和PC2 的貢獻(xiàn)率分別為97.23%和2.17%，總貢獻(xiàn)為99.40%，說明所受干擾很小[19]，代表樣品的主要信息特征。美拉德反應(yīng)時(shí)間不同，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分布位置不同，說明隨著反應(yīng)時(shí)間的變化，魚骨粉的氣味亦發(fā)生變化。40 min 和90 min 在第1 主成分軸上分布較為靠近，70 min 和80 min的分布較為集中。各組數(shù)據(jù)區(qū)域間沒有重疊，且變化明顯，說明不同美拉德反應(yīng)時(shí)間的樣品可以通過PCA 很好地區(qū)分開來。

不同反應(yīng)時(shí)間的感官評價(jià)得分見圖4。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，魚骨調(diào)味粉的感官評價(jià)得分先升高后降低，反應(yīng)60 min 時(shí)得分最高。有研究表明，反應(yīng)時(shí)間的長、短對樣品的風(fēng)味品質(zhì)變化有重要影響，若反應(yīng)時(shí)間過短，則反應(yīng)中間物質(zhì)還沒有充分轉(zhuǎn)化為風(fēng)味化合物；而反應(yīng)時(shí)間過長，則反應(yīng)物可能會(huì)出現(xiàn)糊味，且色澤也不美觀[16]，從而影響產(chǎn)品的可接受度，因此控制好美拉德反應(yīng)的時(shí)間，不僅可提高效率，還可獲得風(fēng)味較優(yōu)的產(chǎn)品。

圖3 不同反應(yīng)時(shí)間電子鼻PCA 分析結(jié)果Fig.3 The PCA results of E-nose analysis at different reaction time

圖4 不同反應(yīng)時(shí)間感官評價(jià)得分Fig.4 The sensory evaluation scores at different response times

2.3 固相美拉德反應(yīng)溫度單因素試驗(yàn)

不同反應(yīng)溫度電子鼻PCA 分析結(jié)果見圖5。經(jīng)分析可知，PC1 的貢獻(xiàn)率和PC2 的貢獻(xiàn)率分別為95.40%和2.52%，總貢獻(xiàn)為97.92%，說明代表樣品的主要信息特征[21-22]。美拉德反應(yīng)溫度不同，魚骨調(diào)味粉的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分布位置也不同，說明魚骨調(diào)味粉的氣味發(fā)生了變化。75 ℃時(shí)在第1 主成分軸上分布較為靠近，85 ℃和95 ℃時(shí)的分布較為集中，105 ℃和115 ℃時(shí)的分布也較為集中。各組數(shù)據(jù)區(qū)域間沒有重疊，且變化明顯，說明不同反應(yīng)溫度的樣品可以通過PCA 很好地區(qū)分開來。

由圖6可知，隨著反應(yīng)溫度的增高，魚骨調(diào)味粉的感官評價(jià)得分先升高后降低，當(dāng)溫度達(dá)到105 ℃時(shí)感官評分最高。當(dāng)溫度超過105 ℃時(shí)，產(chǎn)物炭化產(chǎn)生焦味，這是因?yàn)槊览路磻?yīng)是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)體系。反應(yīng)溫度不同，體系的反應(yīng)支路不同，產(chǎn)物也就不同[13，16]。雖然美拉德反應(yīng)溫度升高反應(yīng)速率增加，但溫度過高，會(huì)產(chǎn)生焦糊味；而反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)不充分，風(fēng)味物質(zhì)也不能完全形成[12-13，16]。合理控制美拉德反應(yīng)溫度對產(chǎn)品的品質(zhì)較為重要。

圖5 不同反應(yīng)溫度電子鼻PCA 分析結(jié)果Fig.5 The PCA results of E-nose analysis at different reaction temperatures

圖6 不同反應(yīng)溫度感官評價(jià)得分Fig.6 The sensory evaluation scores at different reaction temperatures

2.4 固相美拉德反應(yīng)起始pH 值單因素試驗(yàn)

不同反應(yīng)起始pH 值電子鼻PCA 分析結(jié)果見圖7。經(jīng)分析可知，PC1 的貢獻(xiàn)率和PC2 的貢獻(xiàn)率分別為97.63%和2.04%，總貢獻(xiàn)為99.67%，說明可以表示樣品的主要信息特征[21]。美拉德反應(yīng)的起始pH 值不同，魚骨調(diào)味粉的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分布的位置不同。pH7 時(shí)在第1 主成分軸上分布較為靠近，pH 值為9 和pH 值為10 區(qū)域間重疊，可能是由于pH 值過高有不風(fēng)味形成，導(dǎo)致風(fēng)味相近。其余各組數(shù)據(jù)區(qū)域間沒有重疊，且變化明顯，說明不同反應(yīng)起始pH 值的樣品可以通過PCA 區(qū)分。

由圖8可知，隨著反應(yīng)起始pH 值的增高，魚骨調(diào)味粉的感官評價(jià)得分先升高后降低。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生受反應(yīng)體系起始pH 值的影響[15]，隨著起始pH 值的增加，調(diào)味粉的感官評價(jià)得分增高，當(dāng)pH7 時(shí)調(diào)味粉感官評分最高，美拉德反應(yīng)增香效果最好；而當(dāng)pH＞7 時(shí)，調(diào)味粉感官評分下降；起始pH 值增至10 時(shí)，調(diào)味粉氣味較為刺激，色澤發(fā)黑，褐變程度較重。孫麗平等[22]認(rèn)為，美拉德反應(yīng)體系的起始pH 值對吡嗪類物質(zhì)的產(chǎn)生起決定性作用。而解萬翠等[15]認(rèn)為，在酸性條件下，氨基發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物不易分解，生成的風(fēng)味物質(zhì)很少，反應(yīng)效果較差。許多研究也指出，在堿性條件下，氨基酸呈陰離子態(tài)[15]。羰氨縮合后，發(fā)生具有堿催化作用的反應(yīng)使糖降解，如反醇醛、烯醇化和脫水等反應(yīng)，因此介質(zhì)的pH 值升高會(huì)加快美拉德反應(yīng)[15，22-24]。而美拉德反應(yīng)速度過快，會(huì)引起產(chǎn)生不良香氣的反應(yīng)或呈反應(yīng)過度的狀態(tài)。pH 值過高或者過低，都不利于風(fēng)味物質(zhì)的形成[22]。

圖7 不同反應(yīng)起始pH 值電子鼻PCA 分析結(jié)果Fig.7 The PCA results and radar graph of E-nose analysis at different reaction pH

圖8 不同反應(yīng)起始pH 值感官評價(jià)得分Fig.8 The sensory evaluation scores at different reaction pH

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

表4列出響應(yīng)面二次模型方差分析結(jié)果，模型極顯著（P＜0.0001）。失擬項(xiàng)不顯著（P=0.1924＞0.05），二次模型成立，該模型可用于感官評價(jià)及優(yōu)化美拉德反應(yīng)的預(yù)測。影響美拉德調(diào)味粉感官評價(jià)的主次因素排序?yàn)槠咸烟翘砑恿浚–）＞反應(yīng)溫度（D）＞反應(yīng)時(shí)間（A）＞起始pH 值（B），其中C 和D 對感官評價(jià)的影響達(dá)到極顯著水平。4 個(gè)因素中，A 和B、A 和C、B 和D 的交互作用顯著，交互作用響應(yīng)面圖及等高線圖見圖9至圖11。由表5可知，模型的回歸系數(shù)R2=0.9506＞0.8，表明模型與實(shí)際情況具有很好的擬合性，可以解釋數(shù)據(jù)變化和各參數(shù)間的關(guān)系[2，25-26]。

由圖9可知，在一定范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長和起始pH 值的升高，感官評價(jià)得分呈先升高后下降的趨勢。這說明起始pH 或反應(yīng)時(shí)間太高，影響反應(yīng)程度。由圖10可知，隨著葡萄糖添加量的增大和反應(yīng)時(shí)間的延長，感官評價(jià)得分先升高后下降。由圖11可知，在一定范圍內(nèi)，隨著起始pH 值的和反應(yīng)溫度的升高，感官評分均呈先升高后下降，該結(jié)果與上述單因素結(jié)果一致。

利用響應(yīng)面優(yōu)化魚骨泥固相美拉德反應(yīng)的最佳工藝條件為葡萄糖添加量9.79%，反應(yīng)溫度103.25 ℃，反應(yīng)時(shí)間70 min，起始pH7.21，此時(shí)感官評價(jià)得分為84.1764。為便于生產(chǎn)化操作，將反應(yīng)條件設(shè)為溫度葡萄糖添加量9.79%，溫度103.2℃，時(shí)間70 min，起始pH 7.21。由Design-Expert 8.0 軟件優(yōu)化分析得到的感官評分為84.10，與上

述反應(yīng)條件下得到的感官評價(jià)得分相當(dāng)。按此條件進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果調(diào)味粉的感官評分平均值為84.39，與軟件所得結(jié)果基本一致。最終選用葡萄糖添加量9.79%，溫度103.25 ℃，時(shí)間70 min，起始pH7.21 為最終的反應(yīng)條件。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table3 Program and experimental results of RSM

表4 響應(yīng)面二次模型方差分析Table4 Variance analysis results of response surface quadratic model

表5 二次模型的方差分析結(jié)果Table5 Variance analysis results of the quadratic model

圖9 時(shí)間和起始pH 值對感官評價(jià)得分的響應(yīng)面和等高圖Fig.9 Response surface and contour plot for the effect of reaction time and pH on the sensory evaluation scores

圖10 反應(yīng)時(shí)間和葡萄糖添加量對感官評價(jià)得分的響應(yīng)面和等高圖Fig.10 Response surface and contour plot for the effect of reaction time and glucose additions on the sensory evaluation scores

圖11 反應(yīng)溫度和起始pH 值對感官評價(jià)得分的響應(yīng)面和等高圖Fig.11 Response surface and contour plot for the effect of reaction temperature and pH on the sensory evaluation scores

2.6 終產(chǎn)品的電子鼻分析

經(jīng)測定，最終產(chǎn)品的電子鼻與原骨泥粉電子鼻檢測結(jié)果有所不同，結(jié)果見圖12。

圖12 終產(chǎn)品和原骨泥粉的電子鼻雷達(dá)圖Fig.12 The radar graph of E-nose analysis at the final product and original bone mud

由圖12可發(fā)現(xiàn)，終產(chǎn)品和原骨泥粉相比較，1（芳香成分）、2（氮氧化合物）、6（甲烷）、7（硫化物）和10 號（烷烴）傳感器的響應(yīng)值變化明顯；而3（芳香成分）、4（對氫氣有選擇性）、5（芳香烴成分）9 號（有機(jī)硫化物）傳感器的響應(yīng)值變化不明顯。根據(jù)電子鼻檢測分析，固相美拉德反應(yīng)對產(chǎn)物的苯類芳香成分、含氮、含甲基和無機(jī)含硫化合物以及長鏈烷烴有明顯的影響，而對氨類芳香成分、氫化物、短鏈烷烴和有機(jī)硫化物的影響較弱。

3 結(jié)論

以感官評價(jià)為指標(biāo)，在單因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，得到固相美拉德反應(yīng)最佳工藝條件為：葡萄糖添加量9.79%，溫度103.25 ℃，時(shí)間70 min，起始pH7.21，此時(shí)魚骨泥調(diào)味粉的感官評價(jià)得分較高，風(fēng)味較好。采用固相美拉德反應(yīng)增香法改善魚骨調(diào)味粉的風(fēng)味，通過該方法制備的水產(chǎn)調(diào)味料，工藝流程簡單，條件溫和，適合工廠化生產(chǎn)。同時(shí)，還可將該魚骨調(diào)味粉作為水產(chǎn)調(diào)味基料，通過進(jìn)一步加工制備水產(chǎn)品調(diào)味料，應(yīng)用前景廣泛。