美拉德生香源反应制备浓香芝麻油工艺优化

刘春晓，王 斌，高 盼,2，胡传荣,2，何东平,2

(1.武汉轻工大学 食品科学与工程学院，武汉 430023； 2.大宗粮油精深加工教育部重点实验室，武汉 430023)

芝麻油，又称香油，因其香味浓郁、口感绵长，营养丰富并具有独特的风味，深受消费者的喜爱[1-3]。芝麻油具有天然的烤芝麻香味[4-5]，是重要的药食两用食物[6]。目前，芝麻油的加工主要采用传统的生产工艺，如压榨法、压滤法、水代法等[7-8]，但是传统工艺生产芝麻油时产生香味的过程往往得不到稳定控制，高温压榨也容易产生致癌物苯并芘[9]。

美拉德反应是氨基化合物与羰基化合物之间发生的一系列复杂反应，通过控制原材料、温度及加工方法可产生诱人的色泽、浓郁的芳香及醇厚的滋味[10-11]。在食品加工中，美拉德反应可用于制备浓香油脂[12-14]。利用美拉德生香源反应制备的芝麻油不仅具有浓郁的芝麻香味，而且可以克服传统工艺生产芝麻油的缺点；同时以精炼芝麻油为原料，解决了传统水代法制备浓香芝麻油得率低、劳动强度大、副产品浪费、污染环境等问题，是一种极具潜力的浓香芝麻油的加工方式[15-16]。

目前，对以美拉德生香源反应制备浓香芝麻油的研究较少，且主要采用单一底物的单一酶解液状态，未见不同底物酶解成不同酶解液状态对浓香芝麻油风味影响的报道。因此，本文以芝麻粕、芝麻饼、芝麻渣为底物进行酶解，探索不同底物、不同酶解液状态对浓香芝麻油风味的影响，在此基础上，以感官综合评分为指标，通过单因素实验和正交实验优化浓香芝麻油制备工艺条件，以期为浓香芝麻油的工业生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣，瑞福油脂股份有限公司；精炼芝麻油、小磨香油，益海嘉里有限公司；冷榨芝麻油，山东香达人食品股份有限公司。

盐酸、氢氧化钠、正己烷、硼酸、浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、双色指示剂(溴甲酚绿-亚甲基红指示剂)、3，5-二硝基水杨酸、碳酸钠、95%乙醇、乙醚、乙酸、异辛烷、磷酸，均为分析纯，国药集团上海化学试剂有限公司；Alcalase碱性蛋白酶，上海源叶生物科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市英峪予华仪器厂；ZN-100A型粉碎机，上海恒平科学仪器有限公司；TD5A-WS离心机，湖南省凯达科学仪器有限公司；FE20 pH 计，梅特勒-托利多公司；HH型恒温水浴锅，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；K9840自动凯氏定氮仪、SOX406脂肪测定仪，济南海能仪器股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣的组成成分分析

蛋白质含量的测定参照GB 5009.5—2016，粗脂肪含量的测定参照GB 5009.6—2016，粗纤维含量的测定参照GB 5009.88—2014，灰分含量的测定参照GB 5009.4—2016，水分含量的测定参照GB/T 10358—2008。

1.2.2 脱脂芝麻饼与脱脂芝麻渣的制备

将芝麻饼与芝麻渣分别于50℃烘箱烘8 h，粉碎机粉碎后，用正己烷浸泡脱脂，油层浸出后弃去上层正己烷，更换新的正己烷，直至上层正己烷澄清透明为止。在通风橱中挥干正己烷，磨粉后过0.180 mm(80目)筛，制得脱脂芝麻饼与脱脂芝麻渣，备用。

1.2.3 浓香芝麻油的制备

分别将芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣粉碎过0.180 mm(80目)筛，作为底物[17-18]。称取100 g底物，按料液比1∶5加水溶解，在一定pH下加入3 000 U/g的Alcalase碱性蛋白酶，充分混合均匀，置于50℃的水浴锅中酶解反应一定时间后，以4 000 r/min离心10 min，取不同状态的酶解液20 g，加入一定的还原糖和甘油，以料油比1∶10加入精炼芝麻油混合，加热至120℃，反应30 min后置于干燥器中冷却至室温，离心过滤得到浓香芝麻油。

1.2.4 感官评价体系的建立

由武汉轻工大学食品科学与工程学院的30名评估者对浓香芝麻油进行感官评价，评估者在评估前根据ISO 8586-1(2012)的准则接受培训，并通过了筛选测试，以便熟悉芝麻油的感官属性并提高其识别、鉴定芝麻油样品的芝麻风味、焦糊味和香味持久性的能力。感观评价时，要求评估者对每个样品进行品尝，并鉴定芝麻油样品的风味，独立打分。品尝一个样品后，评估人员应使用温水漱口，以免影响下一个样品的感官评估。所有感官测试均在室温下进行3次。采取指标打分方式进行评价，对每个参数的感官分析结果取平均值，同时根据各参数权重，对实验样品进行综合评分。浓香芝麻油感官评价标准见表1。

表1 浓香芝麻油感官评价标准

如果有其他异味，另外用文字进行描述。对感官评价结果进行分析时，首先考察芝麻风味的强度，以芝麻风味最强为最佳；其次考察香味持久性，香味越持久，说明提香工艺过程越彻底，风味油脂品质较好；最后考察热反应产香过程中产生的焦糊味，由于高温反应，可能产生少量焦糊味，焦糊味是浓香芝麻油风味的重要组成部分，因此必不可少，但过高的焦糊味会造成产品风味品质的下降，消费者可接受度较差，因此以焦糊味强度弱为宜。浓香芝麻油的其他风味以无异味为宜[16]。

1.2.5 芝麻油理化指标的测定

水分及挥发物的测定参照GB 5009.236—2016，过氧化值的测定参照GB 5009.227—2016，酸值的测定参照GB 5009.229—2016，碘值的测定参照GB/T 5532—2008，皂化值的测定参照GB/T 5534—2008，色泽的测定参照GB/T 22460—2008。

2 结果与分析

2.1 底物对浓香芝麻油感官评价的影响

芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣的组成成分见表2。

表2 芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣组成成分 %

由表2可知：芝麻粕的蛋白质、粗纤维含量最高，粗脂肪含量最低；而芝麻渣的蛋白质、粗纤维含量最低，粗脂肪含量最高。

按1.2.3方法，分别以芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣为底物，在酶解pH 8.0，酶解时间3.0 h，以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料，还原糖添加量2.0%，甘油添加量1.0%条件下制备浓香芝麻油，对浓香芝麻油进行感官评价，结果如图1所示。

图1 芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣制备浓香芝麻油感官评价得分

由图1可知：以芝麻粕为底物制备的浓香芝麻油在芝麻风味、香味持久性上得分最高，综合评分也最高；以芝麻饼为底物制备的浓香芝麻油次之；以芝麻渣为底物制备的浓香芝麻油在芝麻风味和香味持久性方面的得分最低，综合评分也最低。原因可能与芝麻粕中蛋白质含量最高有关[18]。

为了进一步探讨底物粗脂肪含量对浓香芝麻油感官评价的影响，按1.2.2方法对芝麻饼与芝麻渣进行脱脂，用相同的工艺制备浓香芝麻油并进行感官评价。脱脂芝麻饼、脱脂芝麻渣组成成分见表3，感官评价得分见图2。

表3 脱脂芝麻饼、脱脂芝麻渣组成成分 %

由表3可知，脱脂芝麻饼、脱脂芝麻渣的粗脂肪含量比未脱脂的芝麻饼、芝麻渣显著降低。由图2可知，相比未脱脂的芝麻饼、芝麻渣，以脱脂芝麻饼、脱脂芝麻渣为底物制备的浓香芝麻油感官综合评分明显提升。说明美拉德反应底物粗脂肪含量不能对美拉德生香源反应产生促进作用。

图2 脱脂芝麻饼、脱脂芝麻渣制备浓香芝麻油感官评价得分

综上，选择以芝麻粕为底物通过美拉德生香源反应制备浓香芝麻油。

2.2 酶解液状态对浓香芝麻油感官评价的影响

按1.2.3方法，分别以芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣为底物，在酶解pH 8.0，酶解时间3.0 h，分别以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1、酶解上清液、酶解上清液与酶解沉淀质量比2∶1为原料，还原糖添加量2.0%，甘油添加量1.0%条件下制备浓香芝麻油，对浓香芝麻油进行感官评价，结果见图3。

注：M1为酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1，M2为酶解上清液，M3为酶解上清液与酶解沉淀质量比2∶1。

由图3可知，芝麻饼、芝麻粕和芝麻渣为底物时，均为以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料时制备的浓香芝麻油感官综合评分最高，而以酶解上清液为原料时制备的浓香芝麻油在各项评分中最低。这可能是因为酶解上清液与酶解沉淀质量比为1∶1时，参与美拉德反应的芝麻多肽含量最高，其与还原糖的比例最佳。而纯酶解上清液中芝麻多肽与还原糖含量较低，不利于美拉德反应的发生[19]。但对比发现，以酶解上清液制备的浓香芝麻油焦糊味得分最低，这可能是因为离心除去了固体杂质，使得反应更加均匀。综合考虑，选择芝麻粕酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料，通过美拉德生香源反应制备浓香芝麻油。

2.3 浓香芝麻油制备的单因素实验

2.3.1 酶解pH对浓香芝麻油感官评价的影响

以芝麻粕为底物，在酶解时间3.0 h、以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料、还原糖添加量2.0%、甘油添加量1.0%条件下制备浓香芝麻油，按1.2.4方法进行感官评价，得出各感官特性指标平均值，绘制雷达图，考察酶解pH对浓香芝麻油感官评价的影响，结果见图4。

图4 酶解pH对浓香芝麻油感官评价的影响

由图4可知，随着酶解pH 的增加，浓香芝麻油感官综合评分先升高后降低，在酶解pH为8.0时，浓香芝麻油综合评分最高，芝麻风味最为浓烈，香味持久性最强，焦糊味适中。因此，综合评价以酶解pH 8.0为最佳。

2.3.2 还原糖添加量对浓香芝麻油感官评价的影响

以芝麻粕为底物，在酶解pH 8.0、酶解时间3.0 h、以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料、甘油添加量1.0%条件下制备浓香芝麻油，按1.2.4方法进行感官评价,得出各感官特性指标平均值，绘制雷达图，考察还原糖添加量对浓香芝麻油感官评价的影响，结果见图5。

图5 还原糖添加量对浓香芝麻油感官评价的影响

由图5可知，随着还原糖添加量的增加，浓香芝麻油综合评分先上升后降低，当还原糖添加量为2.5%时，综合评分最高，这是因为美拉德反应在初级反应阶段中主要反应物为含游离氨基的化合物和还原糖或羰基化合物[20-21]。芝麻风味和香味持久性与综合评分变化趋势一致，还原糖添加量为2.5%时，芝麻风味最为浓烈，香味持久性最强。焦糊味评分随还原糖添加量的增加呈上升趋势。因此，综合评价以还原糖添加量2.5%为最佳。

2.3.3 甘油添加量对浓香芝麻油感官评价的影响

以芝麻粕为底物，在酶解pH 8.0、酶解时间3.0 h、以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料、还原糖添加量2.0%条件下制备浓香芝麻油，按1.2.4方法进行感官评价，得出各感官特性指标平均值，绘制雷达图，考察甘油添加量对浓香芝麻油感官评价的影响，结果见图6。

图6 甘油添加量对浓香芝麻油感官评价的影响

由图6可知，随着甘油添加量的增加，浓香芝麻油综合评分平缓下降，不添加甘油时制备的浓香芝麻油的综合评分最高，芝麻风味最为浓烈，香味持久性最强，焦糊味适中。因此，综合评价以不添加甘油为最佳。

2.3.4 酶解时间对浓香芝麻油感官评价的影响

以芝麻粕为底物，在酶解pH 8.0、以酶解上清液和酶解沉淀质量比1∶1为原料、还原糖添加量2.0%、甘油添加量1.0%条件下制备浓香芝麻油，按1.2.4方法进行感官评价，得出各感官特性指标平均值，绘制雷达图，考察酶解时间对浓香芝麻油感官评价的影响，结果见图7。

图7 酶解时间对浓香芝麻油感官评价的影响

由图7可知，随着酶解时间的延长，浓香芝麻油综合评分呈先升高后降低的趋势，当酶解时间为3.0 h时制备的浓香芝麻油的综合评分最高，芝麻风味和香味持久性评分均最高，焦糊味适中。因此，综合评价以酶解时间3.0 h为最佳。

2.4 浓香芝麻油制备的正交实验

在单因素实验的基础上，以浓香芝麻油的感官综合评分作为指标，选择酶解pH、还原糖添加量、甘油添加量和酶解时间进行L9(34)正交实验。正交实验因素水平见表4，正交实验设计及结果见表5。

表4 正交实验因素水平

表5 正交实验设计及结果

由表5可知，4个因素对感官综合评分影响的主次关系为C(甘油添加量)>A(酶解pH )>B(还原糖添加量)>D(酶解时间)。最优因素水平组合为A2B2C1D3，即酶解pH 8.0、还原糖添加量2.5%、不添加甘油、酶解时间3.0 h。在最优条件下进行验证实验，浓香芝麻油的感官综合评分达5.5分。

2.5 浓香芝麻油质量分析

基于上述实验结果，在以芝麻粕为底物、料液比1∶5、酶解时间3.0 h、酶解pH 8.0、以酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料、还原糖添加量2.5%、不添加甘油、反应温度120℃、反应时间30 min条件下制备浓香芝麻油，检测浓香芝麻油理化指标，并与市售的冷榨芝麻油、精炼芝麻油、小磨香油进行对比，结果如表6所示。

表6 浓香芝麻油与市售芝麻油的理化指标比较

由表6可知，浓香芝麻油水分及挥发物含量为0.04%，优于精炼芝麻油、冷榨芝麻油和小磨香油，酸值和过氧化值优于小磨香油，各项理化指标均符合GB/T 8233—2018一级成品芝麻油标准。浓香芝麻油颜色虽然较3种市售芝麻油的深，但芝麻风味更加浓郁，香味更加持久。

3 结 论

以芝麻饼、芝麻粕、芝麻渣为底物，采用碱性蛋白酶进行酶解，得到不同状态的酶解液，再加入精炼芝麻油，通过美拉德生香源反应制备浓香芝麻油。以感官综合评分为指标，研究不同反应底物和酶解液状态对浓香芝麻油感官评价的影响，并通过单因素实验和正交实验优化浓香芝麻油制备的工艺条件。结果表明，浓香芝麻油制备的最佳工艺条件为：以芝麻粕在pH 8.0的条件下酶解3.0 h后离心得到酶解上清液与酶解沉淀质量比1∶1为原料，添加2.5%的还原糖，不添加甘油，用美拉德生香源反应制备浓香芝麻油。在最佳工艺条件下，浓香芝麻油感官综合评分达5.5分。所制备的浓香芝麻油理化指标均达到一级成品芝麻油国家标准，与市售芝麻油相比，芝麻风味更浓郁，香味持久性更强。