L-脯氨酸与L-苯丙氨酸对美拉德反应产物烤香味的影响

肖龙泉,王新惠,包莉民,郑自立,王 怡,刘达玉

(成都大学生物工程学院,四川成都 610106)

烤香味是肉香味的重要组成成分,其主要成分是杂环类化合物,主要在美拉德反应过程缩合阶段形成[1-2]。其中,吡嗪类化合物是贡献烤香味的重要物质[3-4]。传统的烤香味是通过肉制品在木炭上加热或烟熏生成,但在加热烟熏过程中易生成多环芳烃如苯并芘等强烈致癌物[5-6],利用美拉德反应技术制备烤香型调味料进行调香可克服这一缺点。在美拉德反应产物(Maillard reaction products,MPRs)中,吡嗪类化合物对形成烤香香气特征具有重要贡献[7-8]。研究发现,通过添加L-脯氨酸和L-苯丙氨酸等可以增加反应产物的烤香味[5,9],添加L-苯丙氨酸能产生特殊的紫罗兰香气[11],添加非含硫氨基酸(L-脯氨酸与L-苯丙氨酸)等利于吡嗪类物质的形成[12-13]。

随着人们对美拉德反应了解不断深入,近年来大部分咸味香精厂家大量利用各种还原糖和氨基酸反应来制备香味料[14],如热反应牛肉香精、猪肉香精、羊肉香精等。不同氨基酸的参与对美拉德反应产物风味影响较大,目前研究较多的是各种糖与半胱氨酸、甘氨酸、谷氨酸等对反应产物风味的贡献,但是研究氨基酸对美拉德反应产物烤香味影响的文献较少。

本文以骨素酶解物(骨素酶解物酶解条件:温度50 ℃,pH7.2,酶解时间2 h,料液比1∶3,风味蛋白酶加酶量6000 U/g)、骨油、葡萄糖、L-半胱氨酸盐酸盐、味精、甘氨酸、蛋氨酸、酵母提取物、维生素C、盐等为主要原料,将感官评定法与GC-MS分析法结合进行分析美拉德反应风味物质,考察了不同添加量的L-脯氨酸与L-苯丙氨酸对烤香味物质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

自制猪骨油、骨素酶解物(猪骨素∶羊骨素=8∶2) 实验室自制;风味蛋白酶 40000 U/g,广西麦柯欣生物科技有限公司;酵母抽提物(LP0021) 默瑞(上海)生物科技有限公司;β-环糊精、盐酸硫胺(维生素B1)、L-脯氨酸、L-苯丙氨酸、L-半胱氨酸盐酸盐、L-蛋氨酸(均为生化试剂) 成都市科龙化工试剂厂;甘氨酸、维生素C、葡萄糖 均为分析纯;盐、味精 市购。

JA3103N型电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司;LDZX-75KBS立式压力蒸汽灭菌锅 上海申安医疗器械厂;PHS-2F数字PH计 上海精密科学仪器有限公司;ZFD-A5140鼓风干燥箱 上海智城分析仪器制造有限公司;手动SPME进样器、DVB/CAR/PDMS萃取头(50/30 μm) 美国Supelco公司;Agilent7890N-5975B气质联用仪 美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 美拉德反应基本配方的选择 参照李琼[15]的配方进行修改,确定基础配方为:骨素酶解物47.63 g(骨素酶解物酶解条件[16]:温度50 ℃,pH7.2,酶解时间2 h,料液比1∶3,风味蛋白酶加酶量6000 U/g,猪骨油3.65 g,葡萄糖2.16 g,L-脯氨酸0.64 g,味精1.60 g,甘氨酸1.80 g,L-蛋氨酸0.30 g,酵母提取物6.08 g,维生素C 0.55 g,盐1.06 g,L-半胱氨酸盐酸盐0.76 g。

1.2.2 L-脯氨酸对美拉德反应风味的影响 在反应温度120 ℃、pH7.8、反应时间2 h,分别添加L-脯氨酸0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g,研究L-脯氨酸对MPRs风味的影响。

1.2.3 L-苯丙氨酸与L-脯氨酸对美拉德反应风味的影响 根据确定的反应温度120 ℃,pH7.8,反应时间2 h,L-脯氨酸添加量2 g,L-苯丙氨酸添加量分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g,研究L-苯丙氨酸与L-脯氨酸共同对MPRs风味的影响。

1.2.4 MPRs的感官评价方法 将闻香纸浸入1～2 cm深,由10名经过培训评香员(5男5女)闻香评定,所得结果先分别用文字简单描述,然后综合进行香气描述[17]。按香气(肉味香和烧烤香)的强度进行描述为极弱、弱、适中、较强、很强。

1.2.5 挥发性风味成分的检测 以吡嗪类化合物为主要烤味目标风味物质,2-乙酰基呋喃、2-乙酰基噻唑、2-甲基-3-呋喃硫醇等含N、S等杂环化合物为辅助烤味目标风味物质[18]。

挥发性成分的提取的条件[19]:取4 mL美拉德反应液装至15 mL的顶空瓶,置于50 ℃水浴中平衡30 min。将萃取头插入GC-MS进样器中,使待测组分于230 ℃解析2 min进入GC-MS进行分离和分析。

色谱分离条件[20]:DB-WAX毛细管柱,柱长及口径选择:60 m×0.25 mm×0.25 μm;柱温:两阶段程序升温,第一阶段初始温度40 ℃,保持2 min,然后以20 ℃/min的升温速率升至60 ℃,保持1 min,再以5 ℃/min升温至120 ℃,保持1 min。第二阶段12 ℃/min,终温达230 ℃,恒定10 min,根据分离效果,调整速率;进样品温度:230 ℃;流量:柱流量1.0 mL/min,不分流。

质谱检测条件:采集方式:全扫描;采集质量范围:33～450;电离方式:电子轰击(EI);发射能量:70 eV;离子源温度:200 ℃;接口温度:230 ℃。利用GC/MS自带工作站自带Nist标准库检索各组分质谱数据,结合质谱裂解规律确定其化学成分,仅对能予以定性的物质(SI和RSI值大于800)进行探讨,化合物相对含量的确定采用峰面积归一化法。

2 结果与分析

2.1 L-脯氨酸对美拉德反应感官质量的影响

由表1可知,L-脯氨酸对Maillard产物风味存在较大影响,随着L-脯氨酸添加量的增加,烤香浓度逐渐增加。但是当L-脯氨酸添加量为1.5 g时,产物的整体香味较弱,此时油脂味较明显;当L-脯氨酸添加量达到2.5 g时,反应产物呈现出淡淡的焦味,烤香味浓郁;L-脯氨酸添加量在2.0 g时,烤香味最浓郁且协调,无焦味,气味达到最佳。有研究表明,L-苯丙氨酸在美拉德反应中会产生紫罗兰香味[21-22],因此不单独添加L-苯丙氨酸实验。

表1 L-脯氨酸对美拉德反应感官质量的影响

2.2 L-苯丙氨酸与L-脯氨酸对美拉德反应感官质量的影响

由表2可知,L-苯丙氨酸对Maillard产物风味影响较大,随着L-苯丙氨酸添加量的增加,烤香气味逐渐变得不明显。但是当L-苯丙氨酸添加量超过1.5 g时,MPRs出现明显的脂肪香味,当L-苯丙氨酸添加量达到2.5 g时,MPRs的脂肪香变得更加明显,烤香进一步降低,其原因可能是脂肪香增加掩盖了烤香,或是产生的烤类风味物质减少所造成;因此,仅当添加L-脯氨酸时,其烤香增加明显,配方中同时加入L-脯氨酸和L-苯丙氨酸反而不利于烤香生成。

表2 L-苯丙氨酸和L-脯氨酸对美拉德反应感官质量的影响

2.3 MPRs中的挥发性风味成分

经感官评价后,选择仅加入L-脯氨酸烤香味最强的一组(L-脯氨酸添加量2 g)、同时添加L-脯氨酸与L-苯丙氨酸(2 g L-脯氨酸+1 g L-苯丙氨酸)、无添加L-脯氨酸和L-苯丙氨酸(对照组)在同条件下进分析,以对比其MPRs中挥发性成分及含量的变化,三组MPRs的GC-MS谱图分别如图1～图3所示。

图1 无L-脯氨酸和L-苯丙氨酸添加配方挥发性物质总粒子流图

图2 添加2 g L-脯氨酸配方挥发性物质总粒子流图

图3 添加2 g L-脯氨酸和1 g L-苯丙氨酸配方挥发性物质总粒子流图

由表3和表4可知,三组MPRs共检测到74种挥发性物质,其中醛类、酮类、醇类和杂环化合物均是主要成分,占所有挥发性成分的90%以上,三组MPRs中含有共同挥发性物质25种。

表3 不同配方美拉德反应产物的组成成分

表4 美拉德反应挥发性组分

续表

续表

配方中无L-脯氨酸和L-苯丙氨酸组添加(1#)共检测到46种挥发性物质,在配方中添加2 g L-脯氨酸和1 g L-苯丙氨酸(3#)在相同条件经美拉德反应后,共检测到46种挥发性物质,在配方中添加2 g L-脯氨酸(2#)在相同条件经美拉德反应后,共检测到45种挥发性物质。添加L-脯氨酸与L-苯丙氨酸(3#)后MPRs中的醛类化合物高于仅添加L-脯氨酸(2#),这是由于氨基酸经Streker降解产生醛类化合物。

醛类在三组MPRs中均是主要成分,主要来源于脂肪的氧化和Strecker降解反应,其中很多是不饱和脂肪酸的氧化,是构成香精中的特征香味物质[23-24]。酮类化合物是脂肪氧化主要产物之一,其阈值不如其同分异构的醛类化合物理想,对风味的贡献要小于醛类[25]。含氮含硫及杂环化合物阈值较低,是烤肉制品最重要的风味物质,其来源于氨基酸和还原糖之间的Maillard反应[26-27];氨基酸的热解及硫胺素的热解,多数具烤有肉香味[28]。三组MPRs中程烘烤香的吡嗪类、肉味的噻吩类及其他杂环化合物相对含量存在较大差异。与对照组相比,配方中添加2 g L-脯氨酸后,吡嗪类化合物相对含量增加5.00%,是对照组的2.2倍;2-乙酰基呋喃相对含量增加了0.68%,是对照组的1.2倍,在食品工业中,主要作为添加剂用于咖啡,肉香型食用香精,调味料和烘烤食品中[29]。

与对照组相比,配方中加1 g L-苯丙氨酸和2 g L-脯氨酸(3#)后,吡嗪类化合物相对含量提高了0.670%,2-乙酰基呋喃相对含量增加了0.239%;仅添加2 g L-脯氨酸(2#)的配方与对照组相比,其MPRs中吡嗪类化合物相对含量增加了5.002%,远远高于配方中加1 g L-苯丙氨酸和2 g L-脯氨酸组。由表3可知,随着L-苯丙氨酸的添加,在美拉德反应中生成的烃类、醛类、酮类化合物含量更多,由此导致生成吡嗪类化合物含量降低;另一方面,也可能是 L-苯丙氨酸参与反应生优先成了某种物质,抑制了吡嗪类化合物的生成。此外,在添加L-脯氨酸的基础上,反应体系中加入L-苯丙氨酸,MPRs中具有肉香味的2-乙酰基呋喃含量减少,苯丙氨酸经降解生成苯乙醛,所以表4中仅有3#中含有苯乙醛。因此,在美拉德反应中添加L-脯氨酸有利于烤香味的生成,但同时添加L-苯丙氨酸和L-脯氨酸反而不利于烘烤香的产生,结果与感官评价一致。

3 结论

GC-MS结果表明,与对照组相比,基础配方中添加2 g L-脯氨酸后,吡嗪类化合物相对含量是对照组(不添加L-脯氨酸与L-苯丙氨酸)的2.2倍;基础配方中添加1 g L-苯丙氨酸和2 g L-脯氨酸后,吡嗪类化合物仅比对照组高出0.670%;与仅添加2 g L-脯氨酸组相比,当2 g L-脯氨酸和1 g L-苯丙氨酸同时添加到配方中时,美拉德反应产生的醛类、酮类、醇类、烃类相对含量增加,具有烤香风味的吡嗪类杂环化合物相对含量反而降低了4.332%,随着L-苯丙氨酸添加量的增加,MPRs脂肪香味逐渐变浓,烤香味变淡。在美拉德反应基础配方中,当仅添加L-脯氨酸时,其烤香增加明显,同时加入L-脯氨酸和L-苯丙氨酸,L-苯丙氨酸添加量越多,越不利于烤香生成,其反应机理有待进一步研究。

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