利用葵花籽粕基于美拉德反应合成天然麦香味风味物质的探究

2018-05-17冯云龙丁泽人杨晓君

中国调味品 2018年5期

冯云龙，丁泽人，杨晓君

(新疆农业大学，乌鲁木齐 830000)

新疆葵花籽年产总量超过40万吨[1]。新疆油葵籽出油质好、油率高、不饱和脂肪酸含量高。葵花籽粕是葵花籽制油时的副产物，葵花籽粕营养物质丰富，富含29%～43%的优质植物蛋白[2，3]，且氨基酸组成均衡，蛋白组成为：醇溶蛋白(1%～4%)、谷蛋白(11%～17%)、球蛋白(55%左右)和清蛋白(20%左右)[4]。葵花籽粕中还含有较高的生物活性钙、磷脂和烟酸[5]、高级脂肪醇类、水溶性膳食纤维及水不溶性膳食纤维、还原糖、微量元素及天然色素、糠醛[6，7]。为了充分利用葵花籽粕蛋白质资源，本文利用新疆葵花籽粕通过碱水解、酶水解制备葵花籽多肽，将该多肽与葡萄糖进行美拉德反应合成天然风味物质，并对天然风味物质的合成条件进行优化，制定基于美拉德反应合成麦香味的葵花籽粕天然风味物质的工艺，旨在为新疆地产葵花籽粕深加工利用做有益的探索。

1 材料与实验方法

1.1 材料与主要试剂

正己烷(分析纯)、氢氧化钠(优级纯)、浓盐酸(分析纯)：天津市致远化学试剂有限公司；无水乙醇(分析纯)、葡萄糖(分析纯)：天津永晟精细化工有限公司；麦芽酚标品(北京普析)压榨葵花籽粕：由中粮集团油脂公司新疆分公司提供；浸出葵花籽粕：自制。

1.2 主要实验仪器

601型电热恒温水浴箱金坛市医疗仪器厂；RE-52AA型旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂；FA1004N型万分之一电子天平；TCL-80-2B型台式低速离心机上海楚柏实验室设备有限公司；RCT型电磁搅拌器、T10型均质机 IKA公司；KND-08C型消化炉浙江托普仪器有限公司；紫外分光光度计。

1.3 实验方法

1.3.1 原料的品质检测

对2种葵花籽粕原料分别依照国标GB 5009.5-2016，GB 5009.88-2014，GB/T 5512-2008，GB/T 5505-2008，GB 5009.3-2010进行蛋白质、总纤维素、残油量、灰分、水分含量测定，依照文献[7]利用硫酸-苯酚法测定其总糖含量。

1.3.2 原料制备与预处理

将油葵籽仁、压榨粕于50～60 ℃烘干至恒重后，粉碎至40～60目，选用浸出制油企业常用的6号溶剂作为提取剂，料液比1∶10，恒温65～70 ℃，水浴回流2 h后抽滤，滤饼于50 ℃烘干去除残留溶剂。

将去除残油后的葵花籽粕，参照文献[8]的方法，用55%乙醇，料液比1∶10，72 ℃恒温水浴回流2 h后抽滤，重复上述实验至55%乙醇溶液无色，保留滤渣。滤液含有绿原酸，弃去。将滤饼于55 ℃烘干作为后续实验的原料。

1.3.3 麦芽酚检测标准曲线的绘制与方法学考察

1.3.3.1 麦芽酚标准曲线的绘制

参照文献[9]所确立的麦芽酚检测方法制作麦芽酚标准曲线对基于美拉德反应合成的麦香味天然风味物质中麦芽酚的含量检测，绘制标准曲线，标准曲线见图1。

图1 麦芽酚标准曲线Fig.1 Standard curve of maltol

1.3.3.2 方法学考察

绘制的麦芽酚标准曲线方程为：y=0.8795X+0.0196，R=0.9995；进行重复性检测，RSD=1.37%；进行精密度测试，RSD=0.84%；进行加样回收率测试，RSD=1.03%；进行稳定性测试，RSD=1.42%。该方程线性度、重复性、精密度、稳定性良好，能满足实验要求，后续实验可用该标曲对葵花籽粕美拉德反应合成风味物质中麦芽酚含量进行准确测定。

1.3.4 葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质的风味类型的确定实验

将1.3.1所得的2种预处理后的葵花籽粕原料每种各取2份，每份以3% NaOH水溶液，料液比1∶10，75 ℃恒温水解2 h，所得水解液加入3%的葡萄糖混合均匀，80 ℃恒温条件下合成1 h。品评所得美拉德产物风味，了解其麦香味的浓郁程度、有无杂味和不适于食品添加的异味，设立感官评价表。

1.3.5 葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质优化工艺的确定

恒定预处理后葵花籽粕原料的物料量、反应体系pH值、美拉德反应合成温度和时间，以碱液浓度、水解料液比、水解温度、水解时间、糖加入量为考察因素，进行单因素实验，所得产物按1.3.4制定的感官评价表进行感官评定，了解碱水解条件、糖加入量的变化对美拉德合成风味物质的影响，确定合适的碱水解条件、糖加入量，在此基础上，进一步以物料量、美拉德反应时间、反应温度、反应体系pH值、糖浓度为考察因素，利用正交实验设计安排实验，以感官评价得分为指标确定葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成具有麦香味的风味物质优化反应条件。

1.3.6 葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质的微量元素含量测定和毒理学评价

1.3.6.1 合成风味物质的微量元素含量测定方法

参照国标GB/T 9735-2008对合成风味物质微量金属元素含量进行测定，先精密称定0.2030，0.2001，0.2015 g 3份加入硝酸-高氯酸(5∶1)混合酸25 mL，另外取混合酸25 mL加入锥形瓶中作空白对照，进行消解，消解完全后分别用蒸馏水定容至50 mL作为检测液，检测的结果以3份平行样品均值表示，检测液微量元素含量由式(1)换算为合成风味物质中微量元素的含量(mg/g)。

合成风味物质中微量元素的百分含量计算公式：

微量元素含量(mg/g)=检测液每毫升微量元素含量(μg)×50÷103÷0.2。

式(1)

1.3.6.2 合成风味物质的毒理学评价方法

根据国家标准《化学品急性经口毒性试验方法》的最大限量法[10]，采用5/kg的剂量灌胃给药。实验小鼠灌胃前禁食12 h，自由饮水，随机分为2组，每组10只雌性小鼠，其中一组为等量空白样品组，另一组为合成的风味物质冻干粉组。对各组小鼠进行编号、称重，每日灌胃1次，观察14天，14天后对实验小鼠进行大致解剖，求取脏器系数。

2 实验结果与分析

2.1 原料的品质检测结果

依照1.3.1所确定的葵花籽粕原料品质各因素测定方法进行检测，2种葵花籽粕原料的蛋白质、总糖、总纤维素、残油、灰分、水分含量见表1。

表1 葵花籽粕的品质检测数据Table 1 Quality inspection data of sunflower seed %

2.2 葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质的感官评价表制定

按照1.3.4所确定的方法进行美拉德反应合成风味物质，所得产物邀请新疆职业大学烹饪学院西点焙烤技师及焙烤专业学生共20位对其风味类型进行感官确定，在此基础上设定感官评定表，以便对后续合成产物进行感官评分，葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质的风味类型评价结果见表2。

表2 葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质的风味类型评价结果表Table 2 Evaluation results of flavor types of Maillard reaction synthesized flavor substances of sunflower meal alkaline hydrolysis products

注：+表示微弱，++表示易闻得，++++表示浓烈，加*表示有个体差异。

由表2可知，该合成物风味以麦香味为主(认可度90%，浓烈)，夹杂少许果香味(认可度40%，微弱)，有碱味(认可度90%，易闻得)，但能给人有甜润味(认可度70%，易闻得，但有个体差异)的感觉。碱味是不良风味，感官评价表设定中予以负分值，麦香味、果香味、甜润味是良好风味，感官评价表设定中予以正分值，作为一种风味物质，不同类型风味复合的协调程度是重要的，故感官评价表设定中对葵花籽粕碱水解美拉德反应合成风味物质的风味协调性也做以考虑，不协调予以负分，协调予以正分。设定的感官评定表见表3。以表3对后续葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质进行感官评价。

表3 葵花籽粕水解产物美拉德反应合成风味物质的感官评价表Table 3 Sensory evaluation table of Maillard reaction synthesized flavor substances of sunflower meal alkaline hydrolysis products

2.3 碱水解条件及美拉德反应合成条件的单因素实验

2.3.1 pH对碱水解多肽美拉德产物风味的影响

称取20 g预处理后的葵花籽粕原料，与5% NaOH以料液比1∶10混合均匀，75 ℃条件下恒温水解，水解液分别调pH至7，7.5，8[11]，加入3%的葡萄糖混合均匀，80 ℃恒温条件下合成1 h，比较不同pH所合成美拉德产物风味，结果见表4。

表4 碱水解多肽合成pH对美拉德产物风味的影响Table 4 Effect of alkaline hydrolytic polypeptide synthesis pH on the flavor of Maillard products

注：+表示微弱，++表示易闻得，+++表示浓烈。

由表4可知，合成pH为7.5时所得美拉德产物的麦香味和甜润味都比较饱满，碱味较淡，基本可以忽略。

2.3.2 温度对碱水解多肽美拉德产物风味的影响

碱水解制备多肽条件、合成反应加入葡萄糖量、pH值、合成反应时间与2.3.1相同，设定合成温度为 70，80，90，100 ℃，比较不同合成温度下所得美拉德产物的风味，结果见表5。

表5 碱水解多肽合成温度对美拉德产物风味的影响Table 5 Effect of alkaline hydrolytic polypeptide synthesis temperature on the flavor of Maillard products

注：+表示微弱，++表示易闻得，+++表示浓烈。

由表5可知，100 ℃所得产物为佳，产物近乎没有碱味，麦香味浓郁，甜润味较浓郁，香味物质也主要在高温环境下产生[12]。选用100 ℃能够得到好的风味物质。

2.3.3 反应时间对碱水解多肽美拉德产物风味的影响

碱水解制备多肽条件、合成反应加入葡萄糖量、pH值、合成反应时间与2.3.1相同，将美拉德合成时间设为0.5，1，2，3 h，比较不同合成时间下所得美拉德产物风味，结果见表6。

表6 碱水解多肽合成反应时间对美拉德产物风味的影响Table 6 Effect of alkaline hydrolytic polypeptide synthesis sugar on the flavor of Maillard products

注：+表示微弱，++表示易闻得，+++表示浓烈。

经实验得知葵花籽粕美拉德合成反应在前0.5 h不出现风味，故合成反应进行0.5 h以上，合成反应时间在2 h时，麦香味浓郁，甜润味足；合成反应时间为3 h时，以碱水解多肽为底物的美拉德合成产物出现浓重的焦味；故其合成反应时间应该在0.5 h以上，3 h以下，2 h左右为宜。

2.4 碱水解条件及美拉德反应合成条件的正交实验优化

依据感官评价表3，以麦香味、果香味为评价指标，综合2.3碱水解单因素实验所得较优条件，考虑各条件交叉可能会有好的风味产生，同时考虑碱水解条件与后续美拉德反应合成反应条件，对每个实验因素设置不同水平，采用L16(45)正交表进行实验。

2.4.1 碱水解多肽美拉德反应合成风味物质正交实验因素及水平设置

正交实验因素和水平设置见表7。

表7 碱水解多肽美拉德反应合成风味物质正交实验因素水平设置Table 7 Factors and levels related to the synthesis of flavor substances by Maillard reaction of alkaline hydrolytic polypeptide

2.4.2 碱水解多肽美拉德反应正交实验及感官评价结果与分析

正交实验表见表8。

表8 碱水解多肽美拉德反应正交实验及感官评价结果统计表Table 8 The orthogonal experiment table of Maillard synthesis of alkaline hydrolytic polypeptide and the statistical table of sensory evaluation results

第6号实验合成产物感官评价得分为18分，即碱水解葵花籽粕多肽美拉德反应合成风味物质的最佳工艺条件为：以15 g的自制粕为原料经过预处理后，用浓度为2%的NaOH水解6 h，制备所得的多肽加入葡萄糖的浓度为2%，在pH为6、恒定温度为110 ℃的条件下进行美拉德合成反应，合成反应时间为120 min，以此条件进行重复放大实验，重复放大实验所得产物的风味型与优化实验所得产物相同。将合成产物冷冻干燥，冻干粉平均得率为27.8%。

2.4.3 合成风味物质冻干粉中麦芽酚含量的检测

分别精密称取合成风味物质6份，每份2.00 g左右，依照1.3.3.1绘制麦芽酚标准曲线的方法处理，进行麦芽酚含量的检测，测得的吸光度值代入麦芽酚标准曲线方程，计算风味物质中的麦芽酚浓度，再换算为样品中的百分含量，结果见表9。

表9 合成风味物质中麦芽酚含量Table 9 Content of maltol in synthetic flavor substances

由表9可知，合成风味物质即葵花籽粕碱水解多肽加葡萄糖经美拉德合成的风味物质冻干粉的麦芽酚百分含量为30.19%～33.58%。

2.5 合成风味物质的微量元素测定及安全性评价

2.5.1 合成风味物质的微量元素测定

表10 合成风味物质检测液微量元素测定结果Table 10 Determination results of trace elements in synthetic flavoring substances μg/mL

表11 合成风味物质中微量元素的含量Table 11 Content of trace elements in synthetic flavor substances mg/g

由表11可知，利用葵花籽粕碱水解产物基于美拉德反应合成的风味物质中有益元素钙含量5.5362 mg/g、铁含量0.4397 mg/g、镁含量5.7233 mg/g、锌含量0.0405 mg/g，食品中常见元素钾含量2.1150 mg/g和钠含量0.2503 mg/g，可能对人体造成危害的铜含量为0.0163 mg/g，锰含量为0.0103 mg/g，均在食品安全相关国标的限量之下。

2.5.2 合成风味物质的毒理学评价结果

急性毒理学实验期间，对实验小鼠的行为状态进行细致的观察，观察结果见表12。

表12 合成风味物质毒理学实验小鼠行为观察结果Table 12 Behavior observation results of mice in toxicological test of synthetic flavor substances

14天之后，对2组实验小鼠进行病理学解剖并观察脏器情况，计算脏器系数，结果见表13。

表13 实验小鼠脏器系数Table 13 Organ coefficient of experimental mice

对比练有文等[13]对BALB/c系裸小鼠脏器重量、脏器系数的测定数据，3组实验小鼠脏器系数均在标准的心体比、肝体比、脾体比、肺体比以及肾体比正常波动区间之内，且脏器颜色红润，形态正常，无异常变化，故灌胃剂量为5 g/kg时合成的风味物质对实验小鼠的脏器无影响，按正常成年人体重60 kg计算，每日摄入量为300 g，属于无毒。

3 结论

以感官评价得分为指标，通过单因素实验结合正交实验优化确定的葵花籽粕碱水解产物美拉德反应合成风味物质的工艺为：以15 g的自制粕为原料经过脱除残油、脱除绿原酸预处理后，用浓度为2%的NaOH水解6 h，制备所得的多肽加入葡萄糖的浓度为2%，在pH为6，恒定温度为110 ℃的条件下进行美拉德合成反应，合成反应时间为120 min。

对以优化工艺合成的风味物质冻干粉进行麦芽酚含量检测，其中麦芽酚百分含量为30.19%～33.58%；结合合成风味物质微量元素检测数据及毒理学评价结果对合成风味物质冻干粉的安全性进行评价，该合成风味物质中可能对人体造成危害的铜、锰的含量均在食品安全相关国标的限量之下，急性毒理实验证实按正常成年人体重60 kg计算，每日摄入量可达300 g，属于无毒。

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