羅漢果美拉德反應制備食用香料的工藝優(yōu)化

郝輝，王宣靜，高明奇，陳芝飛，張弛，楊雯靜，邢雨晴，黃家樂，許春平*

(1.河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，鄭州 450016；2.鄭州輕工業(yè)大學食品與生物工程學院，鄭州 450001)

羅漢果又名拉汗果、假苦瓜，為多年生藤本落葉葫蘆科植物羅漢果的干燥果實。羅漢果是衛(wèi)生部首批公布的食藥兩用名貴佳品，其營養(yǎng)十分豐富，成熟的羅漢果含糖30%左右，其中有相當于約300倍蔗糖的甜苷，是蔗糖的最佳替代品，還含有蛋白質、油酸、亞油酸、多種氨基酸、D-甘露醇、錳、鐵、鎳、硒、錫、碘、鉬等26種微量元素及維生素C等成分[1-2]。《廣西中藥志》記載:羅漢果“止咳清熱，涼血潤腸。治咳嗽，血燥胃熱便秘等。”羅漢果具有調節(jié)血糖平衡、清熱止咳、潤腸通便、防癌、降血脂、美容養(yǎng)顏、抗氧化等功效，被廣泛開發(fā)為食品、保健食品和藥品[3-4]。

美拉德反應能賦予食品令人愉快的香味和誘人的色澤，是目前較為流行的一種香料生產技術，廣泛應用于食品、醫(yī)藥等領域[5-6]。糖類在高溫條件下熔融，經過一系列反應變?yōu)楹诤稚镔|的過程稱為焦糖化作用。目前,焦糖的使用已遍及食品的各方面,市場前景廣闊[7]。目前已有部分美拉德反應相關的文獻報道，侯鈺柯等[8]為提高雞骨架利用率以及制備雞肉風味基料，以雞骨架酶解液為原料，通過單因素試驗結合Friedman排序檢驗法和響應曲面優(yōu)化結合模糊數(shù)學感官評價法，探究雞骨架酶解液美拉德反應的最佳條件，用電子鼻和電子舌測定反應前后的氣味和滋味，用高效液相色譜法測定氨基酸含量，氣相-離子遷移譜法測定揮發(fā)性物質的含量并進行分析，研究結果可以為工業(yè)上研發(fā)高品質的肉味調味基料提供一定參考。喻世濤等[9]利用丙氨酸、絲氨酸和脯氨酸與羅漢果濃縮液進行美拉德反應，并利用GC-MS技術對比分析反應產物中的揮發(fā)性成分，最終得出絲氨酸與羅漢果濃縮液的美拉德反應物中檢出的揮發(fā)性成分種類更多，香氣類型和香氣強度也更符合使用要求。但是國內外還未出現(xiàn)關于天然植物羅漢果配以焦糖化料液結合美拉德反應制備香料的報道，本研究通過將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液進行摻配后進行美拉德反應制備羅漢果香料，研究加熱溫度、加熱時間、體系初始pH、羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液的配比對羅漢果香料的影響，以感官評分為指標，優(yōu)化得到最佳的反應條件，為天然植物羅漢果的開發(fā)應用提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅漢果：購自廣西壯族自治區(qū)桂林市。

1.1.1 試劑

1 mol/L NaOH、二氯甲烷、無水乙醇：AR，天津市富宇化工有限公司；0.8211 mg/mL乙酸苯乙酯：色譜純，美國Sigma-Aldrich公司；食用葡萄糖：內蒙古阜豐生物科技有限公司；無水碳酸鈉、無水硫酸鈉：分析純，天津大茂化學試劑廠。

1.1.2 儀器

Q-100A3高速多功能粉碎機 上海冰都電器有限公司；DGX-9143電熱恒溫鼓風干燥箱 上海?，攲嶒炘O備有限公司；TGL-16M離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 上海湃瀾儀器設備有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式多用真空泵 河南省予華儀器有限公司；Ultra-3400紫外可見分光光度計 深圳市華倫康盛科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 羅漢果提取物的制備

參考陳敏等[10]的方法制備羅漢果提取物，具體步驟：將干羅漢果粉碎過20目篩，準確稱取200 g羅漢果粉，加入4000 mL水，在60 ℃下攪拌6 h后離心，將濾渣加入2000 mL水，繼續(xù)在60 ℃下攪拌2 h后離心，合并兩次攪拌后的濾液，將濾液旋轉蒸發(fā)得到羅漢果提取物52.54 g。

1.2.2 葡萄糖焦糖化料液的制備

參考朱遠洋等[11]的方法制備葡萄糖焦糖化料液，具體步驟：準確稱取100 g 無水葡萄糖，加入20%糖質量的無水碳酸鈉作為反應助劑，加入250 mL水超聲攪拌均勻后在160 ℃的油浴鍋中加熱30 min制備焦糖化料液。

1.2.3 摻配料進行美拉德反應單因素試驗

反應時間、反應溫度、反應pH等是美拉德反應生成特定風味的主要影響因素[12-13]，將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液按比例摻配，用1 mol/L的NaOH溶液調pH，將摻配料于油浴鍋中進行加熱催化美拉德反應。

1.2.3.1 反應時間的選擇

將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液按3∶1的比例摻配，用1 mol/L的NaOH溶液調pH為6.0，反應溫度設置為120 ℃，將摻配料于油浴鍋中進行不同時間的美拉德反應，時間分別設置為20，40，60，80，100，120 min，優(yōu)化最佳的反應時間。

1.2.3.2 反應溫度的選擇

將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液按3∶1的比例摻配，用1 mol/L的NaOH溶液調pH為6.0，反應時間設置為60 min，將摻配料于油浴鍋中進行不同溫度的美拉德反應，溫度分別設置為80，100，120，140，160 ℃，優(yōu)化最佳的反應溫度。

1.2.3.3 反應pH的選擇

將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液按3∶1的比例摻配，反應溫度為140 ℃，反應時間為60 min，用1 mol/L的NaOH溶液調pH分別為5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，將摻配料于油浴鍋中進行美拉德反應，優(yōu)化最佳的反應pH。

1.2.3.4 料液比的選擇

將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液分別按5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1的比例摻配，反應溫度為140 ℃，反應時間為60 min，反應pH為8.0，將摻配料于油浴鍋中進行美拉德反應，優(yōu)化最佳的反應配比。

1.2.4 正交試驗設計

根據(jù)單因素試驗結果，以反應時間、反應溫度、初始pH、料液比4個因素為變量，以感官評分為指標[14-15]，設計四因素三水平L9(34)正交試驗，確定羅漢果香料的最佳反應條件。正交試驗因素和水平見表1。

表1 反應條件因素水平表Table 1 Factors and levels of reaction conditions

1.2.5 驗證試驗

對正交試驗得到的最優(yōu)水平組合進行試驗，以驗證結果的準確性。

1.2.6 感官評價

根據(jù)宋凌勇等[16]的方法，準確稱取 1 g羅漢果提取物，用5 mL去離子水溶解，溶解后放置于密閉的磨口瓶中，感官評定小組由6名受過專業(yè)訓練的感官評定員(3男3女)組成，通過嗅覺對待測樣品的風味進行評分，從果香、甜香、烘烤香、藥草香、膏香5個方面進行嗅香評價，每個方面最高分5分，最低分0分，嗅其揮發(fā)性香氣，分辨其香氣特色，評定其類型、風格及典型性的強弱程度，評價結果用雷達圖表示。

1.2.7 褐變程度測定

用紫外可見分光光度計測定420 nm處的吸光度值表示美拉德反應產物的褐變程度，作為后期褐變聚合物類黑素形成的指標[17-18]。將各個反應樣品稀釋1000倍后測定其在420 nm處的吸光度，褐變度越大，美拉德反應終產物的積累量越大，反應越劇烈。

2 結果與分析

2.1 不同反應時間樣品優(yōu)化結果

不同反應時間的樣品在波長420 nm處的吸光度值及感官評分結果見圖1，嗅香雷達圖見圖2。

圖1 反應時間對各個樣品褐變及感官評分的影響Fig.1 Effect of reaction time on browning and sensory score of each sample

圖2 不同反應時間樣品的嗅香評價雷達圖Fig.2 Radar chart of odor evaluation of samples with different reaction time

由圖1可知，A420 nm數(shù)值隨著反應時間的延長不斷上升，且在0～60 min上升趨勢較快，說明隨著反應時間的延長，反應液中的氨基酸與還原糖不斷發(fā)生反應，棕色物質不斷增加，美拉德反應程度逐漸增大，且在0～60 min反應較為劇烈。感官評分隨著反應時間的延長先升后降，在60 min時最大，超過60 min后逐漸下降，可能是由于棕色物質類黑精產生過量，經環(huán)化后生成了一些具有不良風味的物質。結合圖2可知，反應時間為60 min時，樣品的烘烤香及甜香較其他突出，藥草香等較為和緩。因此，選擇50～70 min為反應時間。

2.2 不同反應溫度樣品優(yōu)化結果

不同反應溫度樣品在波長420 nm處的吸光度值及感官評分結果見圖3，嗅香雷達圖見圖4。

圖3 反應溫度對各個樣品褐變及感官評分的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on browning and sensory score of each sample

圖4 不同反應溫度樣品的嗅香評價雷達圖Fig.4 Radar chart of odor evaluation of samples under different reaction temperatures

由圖3可知，A420 nm數(shù)值隨著反應溫度的增加不斷上升，說明隨著溫度的升高，褐變速率越快，棕色物質不斷增加。江敏等[19]的研究同樣發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，美拉德反應程度逐漸加深。感官評分隨著反應溫度的增加先升后降，在140 ℃時最大，超過140 ℃后下降，溫度過高或過低都會影響產品的綜合評分。當反應溫度過低時，反應程度不夠，產品香氣不夠濃郁飽滿，反之，溫度過高，反應劇烈，產品色澤較深且雜味物質增多，焦糊味較重。結合圖4可知，反應溫度為140 ℃時，樣品的果香、烘烤香、膏香、甜香較其他突出，藥草香較為和緩。因此，選擇130～150 ℃為反應溫度。

2.3 不同初始pH樣品優(yōu)化結果

不同初始pH的樣品在波長420 nm處的吸光度值及感官評分結果見圖5，嗅香雷達圖見圖6。

圖5 初始pH對各個樣品褐變及感官評分的影響Fig.5 Effect of initial pH value on browning and sensory score of each sample

圖6 不同初始pH樣品的嗅香評價雷達圖Fig.6 Radar chart of odor evaluation of samples with different initial pH values

由圖5可知，A420 nm數(shù)值隨著初始pH的增加不斷上升，這與顧宗珠等[20]的研究結果一致，感官評分隨著初始pH的增加先升后降，在pH為8.0時最大。初始pH值過高或過低都會影響產品的整體風味，在低pH值條件下，氨基以質子化形式存在，阻礙了與還原糖的羰氨縮合，不利于美拉德反應的發(fā)生，得不到大量的芳香物質，致使綜合評分不高。反之，在高pH值條件下，反應較強烈，褐變較嚴重，會產生一些風味不好的物質，破壞產品風味。結合圖6可知，初始pH為8.0時，樣品的果香、烘烤香、膏香、甜香較其他突出，藥草香較為和緩。因此，選擇6.0～8.0為初始pH。

2.4 不同料液比樣品優(yōu)化結果

不同料液比的樣品在波長420 nm處的吸光度值及感官評分結果見圖7，嗅香雷達圖見圖8。

圖7 不同配比對各個樣品褐變及感官評分的影響Fig.7 Effects of different ratios on browning and sensory score of each sample

圖8 不同配比樣品的嗅香評價雷達圖Fig.8 Radar chart of odor evaluation of samples with different ratios

由圖7可知，A420 nm數(shù)值隨著羅漢果提取物占比的增加不斷上升，感官評分隨著料液比的增加先升后降，在羅漢果提取物與焦糖化料液的配比為4∶1時最大。推測主要是羅漢果自身的還原糖與氨基酸發(fā)生美拉德反應產生棕色物質，當羅漢果提取物的占比增加時，棕色物質增加。結合圖8可知，焦糖化料液占比較大時(1∶1)，樣品的甜味較為突出，羅漢果提取物占比較大時(5∶1)，樣品的甜味較小，在羅漢果提取物與焦糖化料液的配比為4∶1時，各種味道較為均衡，總體評分最高。因此，選擇羅漢果提取物與焦糖化料液的配比為3∶1、4∶1、5∶1。

2.5 正交試驗

正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal test

由表2可知，R值B>D>A>C，根據(jù)正交試驗設計原理[21]，即各因素影響大小順序為反應溫度>料液比>反應時間>初始pH。最佳的反應條件組合為A1B1C3D2，即反應時間50 min、反應溫度130 ℃、初始pH 8.0、羅漢果提取物與焦糖化料液的配比4∶1。對此條件下的樣品進行驗證試驗測得A420 nm為0.812，感官評分為19.5，嗅香結果顯示樣品的果香、烘烤香、膏香、甜香、藥草香都較明顯，總體風味較好。

3 結論

本文以羅漢果為原料，將羅漢果提取物與葡萄糖焦糖化料液制成不同比例的摻配料進行加熱催化美拉德反應，通過單因素試驗比較了反應時間、反應溫度、初始pH、料液比對摻配料的影響，利用正交試驗確定了反應的最佳條件，即反應時間50 min、反應溫度130 ℃、初始pH 8.0、羅漢果提取物與焦糖化料液的配比4∶1。在此條件下得到的羅漢果香料感官評分最高，果香、烘烤香、膏香、甜香、藥草香都較明顯，總體風味較好。

提高天然香料質量及產品的附加值已經成為香精香料行業(yè)的發(fā)展趨勢，本研究采用美拉德反應制備羅漢果特色天然香料，摻配葡萄糖焦糖化料液提質增香，以感官評分為依據(jù)優(yōu)化反應條件，具有突出的技術先進性，且該法工藝較為簡單，設備要求較低，可為天然植物羅漢果的開發(fā)應用提供依據(jù)。