固相美拉德增香法制备鱼骨泥调味粉工艺

朱文慧 栾宏伟 步 营 李学鹏* 谢 晶 王福清 励建荣

（1 渤海大学食品科学与工程学院 辽宁省高校重大科技平台食品贮藏加工及质量安全控制工程技术研究中心 辽宁锦州121013 2 上海海洋大学食品学院 上海201306 3 中国商业联合会商业科技质量中心 北京100801）

近年来，调味品行业以年20%以上的增幅迅速增长，其中复合调味品的发展速度最快，达到30%～40%[1-2]。水鲜调味品富含氨基酸、多肽等呈味物质和牛磺酸等功能性生物活性物质，逐渐受到人们的关注，成为一个重要的调味品门类[2-3]。调味料按照不同加工技术原理分为抽出型、分解型和反应型3 种，利用美拉德反应制备的调味料属于反应型调味料[3-4]。美拉德反应可以在液相或者固相中进行，两种反应的时间和产物数目虽有明显差异，但反应产物的形成机理基本上是一样的[4-6]。美拉德反应在形成和改善食品色泽和风味中占有重要地位，已广泛应用于肉味香精、海鲜调味料的制备[7-9]。

狭鳕鱼（Pollock）俗称明太鱼或朝鲜明太鱼，鳕鱼属脊椎动物门（Vertebrata）鳕形目（Gadiformes）[10]，是重要的经济鱼类，广泛分布于太平洋北部。鳕鱼常用于加工鳕鱼片、鳕鱼排类产品，鳕鱼骨是其在加工过程中产生的主要副产物之一，约占鱼体总质量的15%[11]。目前我国绝大多数鱼骨都未被充分利用而是直接丢弃，只有小部分用于生产鱼粉，对于鱼骨下脚料的研究多见于骨胶原的提取[12-14]。

液态美拉德反应生产的调味料不易保藏和运输，且加热干燥过程中风味成分损失严重[15]。本试验以狭鳕鱼骨为原料，采用固相美拉德增香法，通过单因素试验和响应面设计研制一种高营养、味道鲜美的水产调味料，为天然水产调味料的研发提供方法指导和理论依据，从而丰富狭鳕下脚料的加工利用途径。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

狭鳕鱼骨，大连天宝绿色食品股份有限公司提供。葡萄糖、蛋氨酸、醋酸均为食品级，郑州博研生物科技有限公司；氯化钠、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、双氧水、氢氧化钠均为分析纯，天津市天力化学试剂有限公司。

FA1004 精密电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；PL602-L 型分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；JY-10 型粉碎机，九阳股份有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海申贤设备厂；PEN 3 便携式电子鼻（传感器阵列由10 个金属氧化物传感器组成），德国Airsense 公司；GNJ-100型强力骨泥机，青岛海天水产食品机械加工厂。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程 超粉碎鱼骨泥→加入葡萄糖、蛋氨酸→固相美拉德反应→冷却→干燥→粉碎过筛→成品

1.2.2 试验设计

1.2.2.1 原料预处理 超粉碎鱼骨泥制作过程：将冻鱼骨常温下解冻，用含有3%氯化钠的0.1 mol/L 氢氧化钠溶液（料液比1∶4）在10 ℃下脱色12 h，然后用自来水冲洗5 遍。将脱色后的鱼骨在15 ℃以下斩拌约5～10 min，至鱼骨颗粒达0.2～0.5 cm，得粗骨泥。将粗骨泥加入10%的冰水，在15 ℃以下过强力骨泥机，然后加入7%的冰水在15 ℃以下过胶体磨得骨泥，冻藏，备用。

1.2.2.2 固相美拉德反应葡萄糖添加量单因素试验 取超粉碎鱼骨泥27 g，分别加入葡萄糖2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 7，105 ℃下反应60 min，冷却后50 ℃干燥，粉碎、过筛。做电子鼻分析和感官评价，重复3 次，取平均值。

1.2.2.3 固相美拉德反应时间单因素试验 取超粉碎鱼骨泥27 g，分别加入葡萄糖8%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 7，105 ℃下分别反应40，50，60，70，80，90 min，冷却后50 ℃干燥，粉碎、过筛。做电子鼻分析和感官评价，重复3 次，取平均值。

1.2.2.4 固相美拉德反应温度单因素试验 取超粉碎鱼骨泥27 g，分别加入葡萄糖8%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 7，75，85，95，105，115 ℃下反应60 min，冷却后50 ℃干燥，粉碎、过筛。做电子鼻分析和感官评价，重复3 次，取平均值。

1.2.2.5 固相美拉德反应起始pH 值单因素试验超粉碎鱼骨泥27 g，分别加入葡萄糖8%，蛋氨酸0.15%，在起始pH 值为5，6，7，8，9，10，105 ℃下反应60 min，冷却后50 ℃干燥，粉碎、过筛。做电子鼻分析和感官评价，重复3 次，取平均值。

1.2.2.6 响应面优化 在单因素试验基础上，选择葡萄糖添加量、反应时间、反应温度、起始pH值为响应因素，响应值为感官评价得分，依据中心组合设计原理设计响应面试验，见表1。

表1 响应面设计Table1 The response surface experiment design

1.2.3 感官评价 感官评定小组由20 名食品专业的感官评价人员组成（年龄在18～40 之间），于室温下进行。感官评价表见表2。

表2 感官评价Table2 The sensory evaluation

1.2.4 电子鼻分析 电子鼻分析是通过样品顶空挥发物的G/G0或G0/G 值（G：传感器的电阻值，G0：基准气体通过传感器的电阻值）进行样品气味分析和识别的一种技术[16-18]。取5 g 粉碎过筛的样品于50 mL 烧杯中，用保鲜膜密封，25 ℃环境中用电子鼻传感器对样品进行检测。检测时间120 s，清洗时间120 s，数据采集时间90～95 s，每个样品做3 次平行重复。

1.2.5 数据处理 电子鼻数据运用自身的Win-Muster 软件对挥发性气味数据进行分析；响应面结果采用Design-Expert V8.0.6 软件中Box-Behnken 法进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 固相美拉德反应葡萄糖添加量单因素试验

不同葡萄糖添加量电子鼻主成分分析（principal component analysis，PCA）结果见图1。图1中每个椭圆代表不同葡萄糖添加量下的鱼骨调味粉的数据点。第1 主成分（PC1）和第2 主成分（PC2）的贡献率分别为96.89%和1.55%，总贡献为98.44%，大于95%，说明电子鼻可以很好地评价不同葡萄糖添加量下鱼骨调味粉的主要气味信息，通常，贡献率越大的数据点距离原点越远[19-21]。由图1可知，不同葡萄糖添加量的样品沿第1 主成分变化不稳定，没有明显的趋势。葡萄糖添加量为10%时在第1 主成分轴上分布较为靠近，葡萄糖添加量为4%和14%时的分布较为集中。各组数据区域间没有重叠，说明不同葡萄糖添加量的样品可以通过PCA 很好地区分开来。

不同葡萄糖添加量感官评价得分见图2。随着葡萄糖添加量的增加，鱼骨调味粉的感官评价得分先升高后降低。当添加量为8%时，得分最高，有明显的鲜味和烧烤香，增香效果最佳，这一结果与解万翠等[15]的研究结果一致。本结果表明葡萄糖含量不同，反应产物不同。有研究表明，还原糖与氨基化合物的比例会影响分子重排反应的化学平衡，因此其美拉德反应产物也会有所不同[3，15]。

图1 不同葡萄糖添加量电子鼻PCA 分析结果Fig.1 The PCA results of the E-nose analysis with different glucose addition

图2 不同葡萄糖添加量感官评价得分Fig.2 The sensory evaluation score of different glucose additions

2.2 固相美拉德反应时间单因素试验

不同反应时间电子鼻PCA 分析结果见图3。PC1 的贡献率和PC2 的贡献率分别为97.23%和2.17%，总贡献为99.40%，说明所受干扰很小[19]，代表样品的主要信息特征。美拉德反应时间不同，数据采集点分布位置不同，说明随着反应时间的变化，鱼骨粉的气味亦发生变化。40 min 和90 min 在第1 主成分轴上分布较为靠近，70 min 和80 min的分布较为集中。各组数据区域间没有重叠，且变化明显，说明不同美拉德反应时间的样品可以通过PCA 很好地区分开来。

不同反应时间的感官评价得分见图4。随着反应时间的延长，鱼骨调味粉的感官评价得分先升高后降低，反应60 min 时得分最高。有研究表明，反应时间的长、短对样品的风味品质变化有重要影响，若反应时间过短，则反应中间物质还没有充分转化为风味化合物；而反应时间过长，则反应物可能会出现糊味，且色泽也不美观[16]，从而影响产品的可接受度，因此控制好美拉德反应的时间，不仅可提高效率，还可获得风味较优的产品。

图3 不同反应时间电子鼻PCA 分析结果Fig.3 The PCA results of E-nose analysis at different reaction time

图4 不同反应时间感官评价得分Fig.4 The sensory evaluation scores at different response times

2.3 固相美拉德反应温度单因素试验

不同反应温度电子鼻PCA 分析结果见图5。经分析可知，PC1 的贡献率和PC2 的贡献率分别为95.40%和2.52%，总贡献为97.92%，说明代表样品的主要信息特征[21-22]。美拉德反应温度不同，鱼骨调味粉的数据采集点分布位置也不同，说明鱼骨调味粉的气味发生了变化。75 ℃时在第1 主成分轴上分布较为靠近，85 ℃和95 ℃时的分布较为集中，105 ℃和115 ℃时的分布也较为集中。各组数据区域间没有重叠，且变化明显，说明不同反应温度的样品可以通过PCA 很好地区分开来。

由图6可知，随着反应温度的增高，鱼骨调味粉的感官评价得分先升高后降低，当温度达到105 ℃时感官评分最高。当温度超过105 ℃时，产物炭化产生焦味，这是因为美拉德反应是一个复杂的反应体系。反应温度不同，体系的反应支路不同，产物也就不同[13，16]。虽然美拉德反应温度升高反应速率增加，但温度过高，会产生焦糊味；而反应温度过低，反应不充分，风味物质也不能完全形成[12-13，16]。合理控制美拉德反应温度对产品的品质较为重要。

图5 不同反应温度电子鼻PCA 分析结果Fig.5 The PCA results of E-nose analysis at different reaction temperatures

图6 不同反应温度感官评价得分Fig.6 The sensory evaluation scores at different reaction temperatures

2.4 固相美拉德反应起始pH 值单因素试验

不同反应起始pH 值电子鼻PCA 分析结果见图7。经分析可知，PC1 的贡献率和PC2 的贡献率分别为97.63%和2.04%，总贡献为99.67%，说明可以表示样品的主要信息特征[21]。美拉德反应的起始pH 值不同，鱼骨调味粉的数据采集点分布的位置不同。pH7 时在第1 主成分轴上分布较为靠近，pH 值为9 和pH 值为10 区域间重叠，可能是由于pH 值过高有不风味形成，导致风味相近。其余各组数据区域间没有重叠，且变化明显，说明不同反应起始pH 值的样品可以通过PCA 区分。

由图8可知，随着反应起始pH 值的增高，鱼骨调味粉的感官评价得分先升高后降低。挥发性风味物质的产生受反应体系起始pH 值的影响[15]，随着起始pH 值的增加，调味粉的感官评价得分增高，当pH7 时调味粉感官评分最高，美拉德反应增香效果最好；而当pH＞7 时，调味粉感官评分下降；起始pH 值增至10 时，调味粉气味较为刺激，色泽发黑，褐变程度较重。孙丽平等[22]认为，美拉德反应体系的起始pH 值对吡嗪类物质的产生起决定性作用。而解万翠等[15]认为，在酸性条件下，氨基发生反转，从而导致美拉德反应的中间产物不易分解，生成的风味物质很少，反应效果较差。许多研究也指出，在碱性条件下，氨基酸呈阴离子态[15]。羰氨缩合后，发生具有碱催化作用的反应使糖降解，如反醇醛、烯醇化和脱水等反应，因此介质的pH 值升高会加快美拉德反应[15，22-24]。而美拉德反应速度过快，会引起产生不良香气的反应或呈反应过度的状态。pH 值过高或者过低，都不利于风味物质的形成[22]。

图7 不同反应起始pH 值电子鼻PCA 分析结果Fig.7 The PCA results and radar graph of E-nose analysis at different reaction pH

图8 不同反应起始pH 值感官评价得分Fig.8 The sensory evaluation scores at different reaction pH

2.5 响应面优化结果

表4列出响应面二次模型方差分析结果，模型极显著（P＜0.0001）。失拟项不显著（P=0.1924＞0.05），二次模型成立，该模型可用于感官评价及优化美拉德反应的预测。影响美拉德调味粉感官评价的主次因素排序为葡萄糖添加量（C）＞反应温度（D）＞反应时间（A）＞起始pH 值（B），其中C 和D 对感官评价的影响达到极显著水平。4 个因素中，A 和B、A 和C、B 和D 的交互作用显著，交互作用响应面图及等高线图见图9至图11。由表5可知，模型的回归系数R2=0.9506＞0.8，表明模型与实际情况具有很好的拟合性，可以解释数据变化和各参数间的关系[2，25-26]。

由图9可知，在一定范围内，随着反应时间的延长和起始pH 值的升高，感官评价得分呈先升高后下降的趋势。这说明起始pH 或反应时间太高，影响反应程度。由图10可知，随着葡萄糖添加量的增大和反应时间的延长，感官评价得分先升高后下降。由图11可知，在一定范围内，随着起始pH 值的和反应温度的升高，感官评分均呈先升高后下降，该结果与上述单因素结果一致。

利用响应面优化鱼骨泥固相美拉德反应的最佳工艺条件为葡萄糖添加量9.79%，反应温度103.25 ℃，反应时间70 min，起始pH7.21，此时感官评价得分为84.1764。为便于生产化操作，将反应条件设为温度葡萄糖添加量9.79%，温度103.2℃，时间70 min，起始pH 7.21。由Design-Expert 8.0 软件优化分析得到的感官评分为84.10，与上

述反应条件下得到的感官评价得分相当。按此条件进行3 次重复试验验证，结果调味粉的感官评分平均值为84.39，与软件所得结果基本一致。最终选用葡萄糖添加量9.79%，温度103.25 ℃，时间70 min，起始pH7.21 为最终的反应条件。

表3 响应面试验设计与结果Table3 Program and experimental results of RSM

表4 响应面二次模型方差分析Table4 Variance analysis results of response surface quadratic model

表5 二次模型的方差分析结果Table5 Variance analysis results of the quadratic model

图9 时间和起始pH 值对感官评价得分的响应面和等高图Fig.9 Response surface and contour plot for the effect of reaction time and pH on the sensory evaluation scores

图10 反应时间和葡萄糖添加量对感官评价得分的响应面和等高图Fig.10 Response surface and contour plot for the effect of reaction time and glucose additions on the sensory evaluation scores

图11 反应温度和起始pH 值对感官评价得分的响应面和等高图Fig.11 Response surface and contour plot for the effect of reaction temperature and pH on the sensory evaluation scores

2.6 终产品的电子鼻分析

经测定，最终产品的电子鼻与原骨泥粉电子鼻检测结果有所不同，结果见图12。

图12 终产品和原骨泥粉的电子鼻雷达图Fig.12 The radar graph of E-nose analysis at the final product and original bone mud

由图12可发现，终产品和原骨泥粉相比较，1（芳香成分）、2（氮氧化合物）、6（甲烷）、7（硫化物）和10 号（烷烃）传感器的响应值变化明显；而3（芳香成分）、4（对氢气有选择性）、5（芳香烃成分）9 号（有机硫化物）传感器的响应值变化不明显。根据电子鼻检测分析，固相美拉德反应对产物的苯类芳香成分、含氮、含甲基和无机含硫化合物以及长链烷烃有明显的影响，而对氨类芳香成分、氢化物、短链烷烃和有机硫化物的影响较弱。

3 结论

以感官评价为指标，在单因素的基础上，设计了四因素三水平响应面试验，得到固相美拉德反应最佳工艺条件为：葡萄糖添加量9.79%，温度103.25 ℃，时间70 min，起始pH7.21，此时鱼骨泥调味粉的感官评价得分较高，风味较好。采用固相美拉德反应增香法改善鱼骨调味粉的风味，通过该方法制备的水产调味料，工艺流程简单，条件温和，适合工厂化生产。同时，还可将该鱼骨调味粉作为水产调味基料，通过进一步加工制备水产品调味料，应用前景广泛。