皖北特色神仙豆的营养及其挥发性成分分析*
2014-12-16王伟张永进蒋中辉顾正芬刘玮叶川林琳姜绍通陆剑锋
王伟,张永进,蒋中辉,顾正芬,刘玮,叶川,林琳,姜绍通,陆剑锋
1(合肥工业大学生物与食品工程学院,安徽合肥,230009)2(淮南市焦岗湖忠辉食品有限公司,安徽淮南,232180)
豆豉是我国传统的发酵食品,它是以大豆为主要原料,经过微生物发酵而制成的豆制品,具有风味独特、营养丰富、含有多种生理活性物质等特点,属于高营养的植物性食品[1-3]。豆豉品种按制曲时参与的微生物不同,分为毛霉型、曲霉型、根霉型和细菌型等4种类型[4]。神仙豆是皖北地区民间发酵的一种特色豆豉制品,经过精选-浸泡-蒸煮-发酵-成熟-炒制等传统工艺制备得到。早期的研究表明,神仙豆属于细菌型豆豉制品[5]。
不同发酵类型的豆豉产生的风味物质不同[4]。秦礼康等[6]对传统陈窖豆豉粑和霉菌型豆豉挥发性风味化合物进行了研究,共鉴定出挥发性化合物102种,发现Maillard反应产物(尤其是吡嗪)对产品特征风味的形成起着非常重要的作用;范琳等[7]对曲霉型豆豉后发酵过程中不同时期的挥发性成分进行了分析,认为 1-辛烯-3-醇、3-甲基丁醇、2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、苯乙醛、3-乙氧基丙烯、4-羟基2-丁酮、4-甲基吡嗪和2-甲基-丙酸乙酯为豆豉整个后发酵过程中主要的挥发性风味物质;Feng等[8]对少孢根霉发酵型豆豉挥发性风味化合物进行了研究,结果表明,其挥发性化合物乙醇、丙酮、2-丁酮、3-甲基-1-丁醇占主导地位;余爱农等[9]采用干馏提取法对湖北地区的细菌型豆豉的香味成分进行了研究,共鉴定出27种挥发性化合物,其中关键香味化合物有月桂醛、12-羟基-7α-桉叶-4-烯-6-酮、月桂醇等13种。但是皖北地区传统发酵豆豉——神仙豆,其基本营养和香气成分的研究尚属空白。
近年来,顶空固相微萃取(HS-SPME)和气质联用(GC-MS)方法常被用于鉴定食品中挥发性风味物质。鉴于此,本研究采用HS-SPME和GC-MS首次分析和鉴定了神仙豆的挥发性主体风味化合物,同时测定了神仙豆的基本成分和游离氨基酸,并初步探讨了神仙豆产品风味组成与感官特性的关系。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
神仙豆,取自安徽淮南市焦岗湖忠辉食品有限公司,其豆豉原料采用传统工艺发酵,发酵成熟后进行加料炒制,并采用真空包装上市。样品带回实验室后在4℃保藏直至使用。C7~C40正构烷烃混合物标品(1 000 μg/mL,溶于正己烷),美国 Sigma公司。试验中采用检测试剂均为分析纯。
1.2 主要仪器与设备
日立L-8900全自动氨基酸分析仪,日本Hitachi公司;QP-2010气相色谱-质谱联用仪,日本岛津公司;萃取头DVB/CAR/PDMS50/30 μm(二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷)、SPME手动进样其器,美国Supelco公司;DB-5MS毛细管色谱柱,美国Agilent公司;15 mLEPA/VOA螺口样品瓶,美国Super-Tech公司;CT15RT台式高速冷冻离心机,上海天美科学仪器有限公司;Hanon K9840自动凯氏定氮仪,济南海能仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 基本营养成分测定
水分含量的测定采用直接干燥法(GB5009.3-2010);粗蛋白含量的测定采用凯氏定氮法(GB5009.5-2010);粗脂肪含量的测定采用索氏抽提法(GB5009.6-2003);灰分含量的测定采用干法灰化法(GB5009.4-2010);粗纤维含量的测定采用重量法(GB5009.10-2003);总糖含量的测定采用比色法(GB15672-2009)。
1.3.2 游离氨基酸的测定
将样品研磨后,用4%的磺基水杨酸定容,振荡混匀,静置1 h,12 000 g 离心,10 min,吸取上清液,最后上清液用孔径为0.22 μm滤膜抽滤,滤液备用。采用氨基酸全自动分析仪测定。
1.3.3 顶空固相萃取法
取4 g神仙豆样品,迅速加入15 mL螺口样品瓶中,加盖密封垫和铝帽,置于60℃水浴锅中,加热平衡15 min后,通过密封垫插入已活化好的SPME萃取头,推出纤维头,顶空吸附30 min后,插入气相色谱进样口解析3 min。
1.3.4 分析条件
萃取头的活化:在使用萃取头之前,必须进行活化。将50/30 μm(DVB/CAR/PDMS)萃取头于 270℃活化1 h,活化至无干扰峰出现。
色谱条件:色谱柱为DB-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气:氦气;柱流量:1 mL/min;进样口温度:250℃,不分流进样;起始温度为40℃,保持2 min,以6℃/min升至120℃,保持5 min,以8℃/min升至200℃,保持2 min,再以10℃/min升至250℃,保持8 min。
质谱条件:接口温度250℃;离子源温度230℃;四级杆温度150℃;电离方式:EI;电子能量:70 eV;质量扫描范围45~450 amu/s。
1.3.5 正构烷烃保留时间的确定
将C7~C40正构烷烃混合物标品在上述GC-MS条件下进行分析,得到C7~C40正构烷烃的保留时间,用于计算保留指数[10]。
1.3.6 化合物鉴定及定量
未知化合物经计算机检索,同时与NIST library(107k compounds)和 Wiley Library(320k compounds,version6.0)相匹配。当匹配度和纯度大于800(最大值1 000),计算分离出的挥发性组分的保留指数,并与相关文献报道的该组分的保留指数进行对比。按峰面积归一化法计算化合物相对百分含量。
2 结果与讨论
2.1 神仙豆的基本营养成分
由表1可知,神仙豆的水分含量约53.78%,粗蛋白含量约15.37%,粗脂肪含量约15.62%,总糖含量约8.55%,粗纤维含量约2.66%,灰分含量约3.59%。结果表明,神仙豆的基本成分含量和纳豆非常接近,如粗蛋白含量约15% ~16%、粗纤维含量约2% ~3%[11],但其粗脂肪含量略微偏高,可能是由于神仙豆加工过程中添加植物油混合炒制的缘故。由此可见,神仙豆与我国其他传统发酵豆制品相似,同样也具有较高的营养和食用价值。
表1 神仙豆的基本营养成分含量(%,以湿重计)Table 1 Contents of basic nutrition components in Shenxian bean(%,wet weight)
2.2 游离氨基酸的组成及含量
氨基酸是重要的呈味物质,特别是游离氨基酸对于神仙豆的独特风味的形成密切相关。由表2可知,神仙豆的游离氨基酸总量为(4.70±0.07)mg/g,谷氨酸含量最高,占游离氨基酸总量的58.08%。此外,食物的鲜美在一定程度上取决于致鲜氨基酸(Glu、Asp、Gly、Ala)的组成和含量。由表3可知,神仙豆的游离致鲜氨基酸含量为2.91 mg/g,占游离氨基酸总量的61.78%,谷氨酸占游离致鲜氨基酸总量的93.81%,而其他3种氨基酸含量则相对较低。但总体上来说,神仙豆具有较强的鲜味口感。
2.3 神仙豆的挥发性成分分析
2.3.1 神仙豆的挥发性成分总离子流色谱图
图1为神仙豆挥发性成分总离子流色谱图。由图1可知,采用HS-SPME和GC-MS方法得到的神仙豆挥发性组分的分离效果和出峰图谱较好,适用于本文后续的挥发性成分分析鉴定。
2.3.2 神仙豆的挥发性成分种类数
由表4可知,在神仙豆中鉴定出9类挥发性化合物,共72种,包括醇类(16种)、含氮类(8种)、酯类(2种)、醛类(14 种)、烃类(18种)、酮类(4种)、酸类(3种)、酚类(4种)、醚类(3种)。从种类上看,醚类化合物、醇类化合物、含氮化合物、醛类的相对含量较丰富,而烃类、酮类、酚类、酸类、酯类的相对含量较低。而从成分上看,茴香脑、3-羟基-2-丁酮、2,3-丁二醇在神仙豆中的相对含量均较高。此外,2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、乙酸芳樟酯、2,4-癸二烯醛、丁香酚、芳樟醇、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、十六碳醛、柠檬烯、1-石竹烯、甲苯等的相对含量也较高。
表2 神仙豆的游离氨基酸组成Table 2 Compositions of free amino acids in Shenxian bean
图1 神仙豆挥发性成分总离子色谱图Fig.1 Total ion chromatogram(TIC)of volatile compounds derived from Shenxian bean
表3 神仙豆的游离致鲜氨基酸含量Table 3 Contents of free delicious amino acids in Shenxian bean
表4 神仙豆的挥发性风味物质及相对含量Table 4 Volatile compounds and their relative contents in the extracts from Shenxian bean
续表4
续表4
2.3.3 神仙豆的主要挥发性成分分析
就醚类物质而言,醚类物质是豆豉香气的成分之一,赋予食品特殊香气。神仙豆的醚类物质相对含量最高(27.20%),是其主要的风味物质。神仙豆的主要醚类风味物质为茴香脑、草蒿脑、2-正戊基呋喃。其中,草蒿脑、茴香脑可能主要来源于香料和辣椒等辛香料[12]。黄红霞等[13]在对4种不同地方传统豆豉的研究中曾检测出茴香脑、草蒿脑等相似物质;秦礼康等[6]在对豆豉风味物质的研究中也曾检测出2-正戊基呋喃。由于神仙豆在加工过程中通常与香料和辣椒等辅料混合炒制,故神仙豆的风味物质含有此类挥发性成分。
就醇类物质而言,其相对含量次之(19.81%)。神仙豆的主要醇类化合物有2,3-丁二醇、桉树脑、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、α-松油醇、4-萜烯醇、苯乙醇、正己醇等。赵建新等[14]的研究认为,2,3-丁二醇对传统豆酱的风味贡献较大。赵钰玲等[12]在对八角茴香的挥发性成分的研究中曾检测出桉树脑、芳樟醇等物质,因此神仙豆中含有桉树脑、芳樟醇等挥发性物质可能主要来源于八角茴香等辅料。1-辛烯-3-醇也称为“蘑菇醇”,是一种略带蘑菇和泥土气味的芳香物质,秦礼康等[6]在对豆豉风味物质的研究中也曾大量检测出此类物质,且1-辛烯-3-醇被认为是大豆的特征挥发性物质。苯乙醇具有新鲜面包香、清甜的玫瑰样花香,Wang等[15]在对中国传统的盐发酵豆豉的风味研究中也曾检出此类物质。因此,醇类化合物对神仙豆挥发性风味贡献较大。
就含氮化合物而言,吡嗪类化合物主要是由蛋白质、氨基酸热分解、糖与蛋白质或氨基酸的美拉德反应所形成,使豆豉具有一种独特的风味,是构成焙烤香味的主体物质,此类物质在发酵的末阶段出现,其存在极大提高了豆豉的营养保健功能。Azokpota等[16]的研究认为,吡嗪类化合物是决定豆豉风味的主要成分。神仙豆含氮化合物相对含量为11.34%,主要成分为 2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪等。其中 2,5-二甲基吡嗪,三甲基吡嗪具有烤香和肉香,四甲基吡嗪具有香甜和巧克力以及可可脂的香气[10]。因此,吡嗪类化合物可能也是构成神仙豆的主要挥发性风味物质。
就醛类物质而言,醛类物质的阈值较低,赋予食品清香、果香和坚果香的芳香特质,也是豆豉和豆酱的风味之一。神仙豆的醛类物质相对含量为9.52%,主要为2,4-癸二烯醛、十六碳醛、壬醛、苯甲醛、苯乙醛等。2,4-癸二烯醛具有油炸食品的香味脂香,壬醛通常带有油或蜡的令人不愉快的气味[17];十六碳醛具有弱的花香样或鸢尾蜡样的香气[18];苯甲醛具有令人愉快的杏仁香、坚果香和水果香[10];苯乙醛气味香甜,有玫瑰花香,发酵韵味,些微壤香,类似蜜带蜡香[7]。但在浓度低时,苯乙醛具有粗糙的青香香气,近似风信子香气,可能会形成不愉快的、刺激性的、苦的风味。
其他挥发成分分析:神仙豆的主要酮类风味物质为3-羟基-2-丁酮,具有强烈的奶油、脂肪、白脱样香气,占总风味物质的6.10%,Azokpota等[19]在枯草芽孢杆菌发酵的贝宁调味品中也检测到3-羟基-2-丁酮。酚类物质由于阙值较低,作为香气成分作用十分明显。其中,愈创木酚、丁香酚、苯酚、麦芽酚作为主要的风味物质,呈现不同的风味。例如愈创木酚具特有的甜香香气,微带酚的气息,而丁香酚呈强烈香辛料、丁香和发酵似香气,似炒花生气息。Lee等[20]在研究了其他类型豆豉后,认为愈创木酚、丁香酚、麦芽酚可能对豆豉的风味产生重要作用。神仙豆的主要酸类挥发性成分为2-甲基丁酸和3-甲基丁酸,例如2-甲基丁酸具有果香、奶酪、酸性的乳制品的香气[18],其对发酵豆酱的主要风味有一定贡献。神仙豆中的酯类挥发性成分仅检测到2种,即乙酸芳樟酯和4-乙酰氧基苯乙烯。其中,乙酸芳樟酯具有令人愉快的花香和果香,香气似香柠檬和薰衣草,透发而不持久[18],对神仙豆的香气成分也有一定贡献。此外,烃类物质虽然较易检出,但由于其阙值较高,且气味温和,一般不具气味活性,因此对香气贡献较小,通常不将其视作豆豉风味物质[7]。
3 结论
(1)神仙豆的水分含量约53.78%,粗蛋白含量约15.37%,粗脂肪含量约15.62%,总糖含量约8.55%,粗纤维含量约2.66%,灰分含量约3.59%,其基本成分含量和纳豆非常接近,具有较高的营养和食用价值。
(2)神仙豆的游离氨基酸总量为4.70 mg/g,其致鲜氨基酸含量高(2.91 mg/g),占游离氨基酸总量的61.78%,且谷氨酸含量最高,分别占游离氨基酸总量和游离致鲜氨基酸总量的58.08%和93.81%,具有较强的鲜味口感。
(3)神仙豆的挥发性组分为9类72种,包括醇类(16种)、含氮类 (8种)、酯类(2种)、醛类(14种)、烃类(18种)、酮类(4 种)、酸类(3 种)、酚类(4种)、醚类(3种),主要挥发性风味物质为茴香脑、乙酸芳樟酯、3-羟基-2-丁酮、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2,3-丁二醇、丁香酚、2,4-癸二烯醛、2,5-二甲基吡嗪、桉树脑、2,3,5-三甲基吡嗪、草蒿脑、芳樟醇、十六碳醛、2-甲基丁酸、愈创木酚、3-甲基丁酸、壬醛、1-辛烯-3-醇。
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