反应时间对L-阿拉伯糖 /半胱氨酸体系挥发性产物形成的影响

2011-01-11罗昌荣侯亚龙徐利陈正行

食品与生物技术学报 2011年4期

罗昌荣, 侯亚龙, 徐利, 陈正行

(1.上海昌荣香料科技有限公司,上海 201800;2.花臣香精(昆山)有限公司,江苏昆山 215345;3.山东瑞博斯烟草有限公司,山东沂水 276400;4.江南大学食品学院,江苏无锡 214122)

罗昌荣1, 侯亚龙2, 徐利3, 陈正行4

对反应时间对L-阿拉伯糖/半胱氨酸模型体系挥发性产物形成规律的影响进行了详细研究。结果表明:随反应时间的延长,不同风味物质含量变化并不一致,在反应时间60～120 min间多数肉类风味物质含量达到最大,而醇、醛、酮和酚等化合物的含量随反应时间延长有减少的趋势。

反应时间;阿拉伯糖/半胱氨酸;模型体系;挥发性产物

阿拉伯糖是一种戊糖,常见的为L-阿拉伯糖和D-阿拉伯糖,自然界中D-阿拉伯糖很少见,仅在某些细菌多糖中存在,而L-阿拉伯糖广泛存在于植物中,通常与其它单糖结合,以杂多糖的形式存在于阿拉伯胶、半纤维素、果胶酸、细菌多糖及某些糖苷中,在许多松柏科(如红杉树)的芯材中含有游离状态的L-阿拉伯糖。与其它常用于反应型香精生产的单糖(如核糖、木糖、葡萄糖、果糖)相比,阿拉伯糖是一种稀有糖,尽管许多国际知名的香精香料企业申请了大量的专利[1-6],报道阿拉伯糖在制备反应型香料中的广泛应用,引起了人们足够的重视,Danisco公司也开发了含阿拉伯糖的产品作为反应前体物进行销售,但是阿拉伯糖在Maillard反应中所起的作用及对产品风味的贡献度少有文献报道,更没有建立模型体系详细研究其对挥发性产物及产物风味的影响。作者在研究了戊糖对M aillard反应挥发性产物贡献度的基础上,着重探讨L-阿拉伯糖/半胱氨酸体系挥发性产物形成的规律及动力学特性。

作者研究了Maillard反应时间对阿拉伯糖/半胱氨酸模型体系挥发性产物形成的影响,以期对利用L-阿拉伯糖为糖源进行反应型香精的生产提供一定的参考。

1 实验材料

L-阿拉伯糖:纯度为 >99%,美国 SANLAND公司产品;L-半胱氨酸:BR级,国药集团上海试剂有限公司产品;磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、氯化钠、氢氧化钠、盐酸:AR级,国药集团化学试剂有限公司产品。

Vortex XW-80A型漩涡混和器:上海医科大学仪器厂产品;AL 204型分析天平:瑞士M ETTLER TOLEDO公司产品;DEL TA 320p H计:瑞士METTLER TOLEDO公司产品;油浴:HE-4型,德国JULABO公司产品;气相色谱仪(Finnigan Trace 2000),质谱仪(Finnigan Trace M S):美国 Finnigan公司产品;顶空固相微萃取手动进样手柄及75μm CAR/PDM S纤维萃取头:SUPELCO公司产品。20 m L螺口玻璃瓶、开口铝盖、聚四氟乙烯/硅橡胶垫、封盖器:美国Agilent公司产品。

2 实验方法

2.1 反应时间对模型体系挥发性产物的影响

将等摩尔的L-阿拉伯糖、L-半胱氨酸溶于0.2 mol/L的p H 5磷酸盐缓冲溶液,定容得到反应物浓度为0.2 mol/L的溶液,装入具螺旋口的玻璃瓶中,盖上衬有聚四氟乙烯/硅橡胶衬垫的开口铝盖,用封盖器封好,放入120℃油浴中分别反应20、40、60、120、180 min。反应完毕立即取出迅速放入冰水浴冷却至室温以下,放入4℃冰箱存放备检测用。

2.2 顶空固相微萃取(HS-SPM E)

反应液8 m L加入15 m L顶空瓶,用氯化钠饱和,放入磁力搅拌子,封盖后置于恒温磁力搅拌器上40℃恒温,待瓶内溶液温度稳定后将已老化好的固相微萃取针插入顶空瓶上部,推出纤维萃取头,吸附挥发性风味物质40 min。完毕后取回萃取头,迅速将其插入气相色谱仪进样口,250℃解吸4 min。

2.3 气相色谱-质谱联用法

2.3.1 色谱条件 J&W的 DB-5(60 m×0.32 mm×0.25μm)毛细管柱,进样口温度 250℃,载气为氦气,体积流量1.2 m L/min,分流比10∶1,升温程序:40 ℃保持2 m in,然后以3 ℃/m in升至200℃,接着以5℃/min升至250℃,保持5 min。

2.3.2 质谱条件电离方式 EI,电子能量70 eV,灯丝发射电流20μA,离子源温度200℃,接口温度250℃。全扫描,m/z33～495。

2.3.3 数据处理实验数据处理由Xcalibur软件系统完成,未知化合物经计算机及手动检索,将所得化合物的质谱图与N IST谱库(107K种化合物)和W iley谱库(320 000种化合物)进行比对,正反匹配度均大于800(最大值为1 000)的结果给予采用。

3 结果与讨论

从图1可以看到在p H 5、120℃反应条件下,0～180 min反应时间内随着反应时间的延长挥发性产物的总量不断增加,但增速不同,表现为3个阶段。0～60 min挥发性产物量的增加最快,60～120 m in增速减慢,120～180 min增速再度加快,但速度不如第一阶段。

图1 不同反应时间Maillard反应挥发性产物总峰面积Fig.1 The total peak area of Maillard reaction volatiles with different time

通过图2的比较可以发现,随着反应时间的延长Maillard反应挥发性产物的种类和数量都发生了明显变化,反应时间越长挥发性产物种类越多产物量越大。

图2 不同反应时间下模型体系Maillard挥发性产物GC-MS图Fig.2 The GC-MS program of Maillard volatiles with different time

表1列出了不同反应时间内产生的挥发性产物及其峰面积和相对峰面积百分比。对比不同反应时间产物可以发现,某些产物在较短的反应时间(20 min)内不能生成,如 1-甲硫基-2-丁酮、反-1,2-二(2-呋喃基)-乙烯、二糠基二硫醚、2-甲基-[(2-甲基-3-呋喃基)二硫]呋喃、2,3-二氢-5-甲基-4[(2-甲基-3-呋喃基)二硫]呋喃等;尤其是噻吩类物质大部分都需较长的反应时间(≥60 min)才能产生,反应20 m in挥发性产物中噻吩类化合物仅占0.42%,而180 min产物中占15.23%。噻吩类化合物的形成需要较长的反应时间。另一些化合物则完全相反,当反应温度达到120℃时,它们形成后随着反应时间的延长相对百分含量逐渐减少,如糠醛、2-乙基己醇、1-辛醇、薄荷醇、1-十二烷醇、薄荷酮、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酯、3-羟基-2,2,4-三甲基戊基异丁酸酯、2,4-二叔丁基酚、4-甲基-2,6-二叔丁基酚、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛、2-丁基硫醚、苯并噻唑等,其中糠醛的减少是由于与 H2S反应形成糠硫醚、二糠基二硫醚、噻吩等化合物。还有一些化合物它们的相对百分含量在一定时间范围内随反应时间延长而增加,随后开始减少,最典型的例子是2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇和柠檬烯,2-甲基-3-呋喃硫醇反应到120 min时达到最高含量,而后两者在60 min达到最高含量。

表1 不同反应时间条件下模型体系中的挥发性产物Tab.1 Data of volatiles with different time

续表1

从表2可以看出,排名前十的这些化合物占各自反应时间内总挥发性产物的近50%或50%以上,它们决定着产物的整体风味特征。2-甲基-3-呋喃硫醇、双(2-甲基-3-呋喃基)二硫醚、糠硫醇、2,4-二叔丁基酚在各个时间段的挥发性反应产物中均排在前十名;醇、酮、醛、烃类化合物主要出现在较短反应时间产物中,噻吩类化合物主要出现在长时间反应产物中;另发现反应时间不同导致的挥发性化合物的差异不是很大,除部分噻吩类化合物外其余化合物均在各时间段内出现,这说明在其他反应条件给定情况下,反应时间对挥发性风味轮廓只有部分影响。

表2 各反应时间段内排前十名的挥发性产物对比Tab.2 The comparative study of top 10 volatiles with different time

续表2

4 结语

综上所述,反应时间主要影响挥发性产物的总量,尤其对硫醚类化合物的形成影响较大,而对挥发性产物种类的影响不大。大多数硫醚类化合物在20 min反应产物中没有检出;2-甲基-3-呋喃硫醇、糠硫醇的质量分数随反应时间延长而增加,糠硫醇在60 min、2-甲基-3-呋喃硫醇在120 min达到它们的最高值,随后其含量随反应时间的延长而减少;醇、酮、醛及烃类化合物在较短反应时间内产量较高,随着反应时间的延长,含量逐步减少;噻吩类化合物的出现主要是在末期,说明噻吩的形成需高温长时间的反应才能形成。

Maillard反应产物的差异,主要受不同反应物(糖/氨基酸)及不同的反应条件如反应温度、反应时间和p H值等因素影响。作者在确定反应时间对L-阿拉伯糖/半胱氨酸体系中部分产物(硫醚类化合物)的影响后,针对其他反应条件的后继研究将进一步展开。

（References）：

[1]Barry A.Grilled flavor composition and process to produce[P].US6316040,2001-11-13.

[2]Sven Heyland,Karl Rolli,David Roschl.Preparation of a seasoning[P].US4965085,1990-10-23.

[3]Aart Rosing Egge,Turksma Hessel.Process for the preparation of a savory flavor[P].US6074683,2000-06-13.

[4]Sven Heyland,Karl Rolli,David Roschli.Process for preparation of a flavoring agent[P].US4879130,1989-11-07.

[5]Eldon Lee,Chen Hsiung,Elaine RWedral.Process for preparing food flavor precursors[P].US5958474,1999-09-28.

[6]Sven Heyland.Process for drying a flavoring agent paste[P].US6316039,2001-11-13.

[7]侯亚龙.L-阿拉伯糖/L-半胱氨酸模型体系Maillard反应热学性质分析[J].食品与生物技术学报,2010,29(1):71-76.

HOU Ya-long.Thermal properties of Maillard reaction on L-arabinose/L-cysteine model system[J].Journal of Food Science and Biotechnology,2010,29(1),71-76.(in Chinese)

Effect of Duration on the Formation of Volatiles in the L-Arabinose/Cysteine Model Systems

LUO Chang-rong1, HOU Ya-long2, XU Li3, CHEN Zheng-xing4
(1.Changrong Flavor&Fragrance(Shanghai)Co.Ltd.,Shanghai201800,China;2.Frutarom Flavor(Kun Shan)Co.Ltd.,Kunshan 215345,China;3.Shandong Rebirth Tobacco Co.Ltd.,Yishui 276400,China;4.School of Food Science,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The effect of reaction time on the formation rules of volatiles and L-arabinose/cysteine system kinetic properties were investigated in this manuscript.It was found that that:(1)the higher temperature favored to the formation of meaty flavors;(2)the acidic condition help to the formation of furyl-containing compounds;(3)the largest quantity of volatiles produced in pH5;(4)A s the contrary,basic condition was beneficial to browning.The volatile compounds changed differently as the increasing time and most of meaty flavor compounds maximized at the time of 60～120min.But the quantity of alcohols,aldehydes,ketones and phenols decreased with the increasing of time.

reaction time,arabinose/cysteine,model system,volatiles

TS 264.3

1673-1689(2011)04-0549-07

2010-07-12

上海市引进技术的吸收和创新计划项目(08-081)。

罗昌荣(1970-),男,湖南衡阳人,工学博士,高级工程师,主要从事新型香精香料的开发和香精香料的缓释控释研究。E-mail:luochangrong@hotmail.com