酵母抽提物对发酵苹果汁风味品质的影响

程建凯,李文钊*,刘楚海,孙妮,邢常辉,阮美娟,李沛

1(天津科技大学 食品科学与工程学院,天津,300457) 2(湖北安琪酵母股份有限公司,湖北 宜昌,443000)

酵母抽提物是以食品用酵母为原料,经过β-葡聚糖酶的酶解作用得到的产品,含有丰富的氨基酸、多肽、核苷酸和B族维生素[1],这些呈味物质使酵母抽提物具有强大的调味功能,可以赋予食品以鲜味、甜味和肉香味[2];除此之外,酵母抽提物含有谷胱甘肽及RNA降解的副产物鸟苷、肌苷等抗氧化物质,具有一定的保健功能[3]。目前,酵母抽提物主要应用于调味品[4-5]和酱腌菜,用于改善风味和口感。黎彩平[6]将酵母抽提物应用于广式腊肠,丰富和提升了广式腊肠的感官品质;王培杰[7]将酵母抽提物用于火锅底料,酵母抽提物的氨基酸和肽类增强了多种基础味道,突出火锅底料的鲜味和肉质感。本实验用到的3种酵母抽提物(FA37、FA39和FG10)为饮料用酵母抽提物,在奶茶、复合咖啡和功能性饮料中具有良好的应用效果。

发酵可提高多酚的生物利用度,发酵苹果汁具有降低血压、改善血脂异常等功能[8]。近年来对发酵苹果汁风味的研究较为广泛,李维妮等[9]采用气相色谱-质谱法分析了利用乳酸菌和多菌组合发酵苹果汁的香气成分,经过发酵后,苹果汁的香气成分增加,赋予果汁更强烈的果香、花香和青香;WU等[10]发现6种乳酸菌均可通过发酵改善苹果汁风味。

本文综合气相色谱-质谱分析、电子鼻分析和感官评价的方法,探究酵母抽提物对于发酵苹果汁的风味品质的影响,期望在改善发酵苹果汁风味的同时,拓展酵母抽提物的应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

酵母抽提物FA37、FA39、FG10,安琪酵母股份有限公司;发酵苹果汁,苹果品种为红富士,发酵菌种为嗜酸乳杆菌,山西达明一派食品有限公司;NaOH、酚酞、浓盐酸(比重1.18)、甲基红、CuSO4、次甲基蓝、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾、Na2CO3、一水合葡萄糖,均为分析纯,天津市化学试剂一厂;没食子酸、福林酚显色剂,均为分析纯,北京索莱宝科技有限公司;邻苯二甲酸氢钾、2-甲基-3-庚酮、2-辛醇,均为色谱纯,上海阿拉丁生化科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

YH-A10002电子天平,瑞安市英衡电器有限公司;YP电子精密天平,奥豪斯(上海)公司;Atago PAL-1 NFC糖度计,日本爱宕公司;FB10便携式pH计,奥豪斯仪器(常州)有限公司;TDZ5-WS台式低速离心机,湘仪离心机仪器有限公司;集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101S,上海乔枫实业有限公司;CAR/DVB/PDMS萃取头(50/30 μm),美国Supelco公司;GCMS-QP2010Ultral气相色谱-质谱联用仪,日本岛津公司;PEN3型电子鼻,北京盈盛恒泰科技有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品的配制

取适量发酵苹果汁,添加等量的去离子水,用磁力搅拌器500 r/min搅拌5 min,使其混合均匀。分别取少量FA37、FA39、FG10 加入去离子水,配制成质量分数为1%的母液,然后分别取少量酵母抽提物母液,用制得的发酵苹果汁将其稀释为0.01%、0.02%、0.03%待用。为了简便区分上述样品,分别将样品编号37-1、37-2、37-3、39-1、39-2、39-3、10-1、10-2和10-3。

1.2.2 酵母抽提物和发酵苹果汁理化指标的测定

酵母抽提物的基本组分由安琪酵母股份有限公司提供。发酵苹果汁可溶性固形物含量使用糖度计测定;pH使用便携式pH计测得;总糖含量和总酸含量的测定分别参考SB/T 10203—1994中的直接滴定法和酸度计法(仲裁法);总酚含量的测定采用福林酚法[11]。

1.2.3 挥发性物质分析

参考柴鹏飞等[12]的方法稍作修改。取2 mL样品置于30 mL顶空萃取瓶,加入4 mL超纯水和2 g NaCl,加入1 μL质量浓度为0.822 mg/mL的2-辛醇作为内标,用于定量检测其中的风味物质的含量,加入转子,密封,置于磁力搅拌器上,40 ℃水浴平衡20 min后插入经过老化的固相微萃取头,40 ℃水浴萃取风味物质30 min,磁力搅拌速度为450 r/min,使得萃取头充分吸附样品的气味。随后迅速将萃取头插入进样口解吸15 min,使用气相色谱-质谱联用仪检测、分析挥发性物质。

气相色谱条件：Rtx-5MS毛细管柱(0.25 mm×30.0 m,0.25 μm)。柱温程序：初始温度45 ℃,保持13 min,以4 ℃/min升温至150 ℃保持2 min,然后以8 ℃/min升温至250 ℃维持6 min。进样口温度250 ℃,氦载气流速1.0 mL/min。分流进样,分流比为10∶1。

质谱条件：电子轰击离子源(EI),离子源温度200 ℃,接口温度220 ℃(EI);捕获方式为全扫描,扫描范围m/z35～500;EI电离能量70 eV。

1.2.4 电子鼻分析

取添加不同种类、浓度的酵母抽提物的果汁10 mL置于顶空萃取瓶,静置15 min待用。依据电子鼻操作进行,待样品准备时间结束,同时插入电子鼻的进气针和补气针,吸取顶端空气,测定挥发性物质。电子鼻参数设置为：样品间隔时间1 s,空气清洗时间100 s,传感器归零时间10 s,样品准备时间5 s,测定时间180 s,进样流量400 mL/min。传感信号在90 s后基本稳定,选定采集信号时间为110 s。每个样品测定3次重复,测定时保持室温20 ℃,且测定环境无异味。PEN 3型电子鼻由10根金属传感器组成,每根传感器各对某种或某类化合物灵敏。PEN3型电子鼻各传感器性能描述如表1。

表1 PEN3型电子鼻各传感器性能描述Table 1 Performance description of each sensor of PEN3 electronic nose

1.2.5 感官评价

由7名有感官评价经验的评价员对苹果汁进行感官评价,分别从酸度、甜度、香气、口感和整体喜好度进行感官评分。将不同体系用随机3位数编号,且每位评价的面前的编号皆无关联性。发酵苹果汁的感官评分细则如表2所示,不添加酵母抽提物的发酵苹果汁默认为5分,作为对照组。

表2 发酵苹果汁感官评分细则Table 2 Sensory scoring rules of fermented apple juice

1.2.6 数据分析

将气相色谱-质谱仪检测到的挥发性物质与NIST谱库进行比对,相似度>80%确定为样品中的挥发性物质,将各组分的峰积分,计算其含量。采用Winmuster软件对电子鼻实时数据进行主成分分析、负载电荷分析和线性判别分析。所得数据采用Excel 2020进行计算,采用Origin 2018绘制图像。每组进行3次平行试验,并进行误差分析。采用SPSS 18.0软件进行实验数据的差异性分析。

2 结果与分析

2.1 酵母抽提物和发酵苹果汁理化指标

2.1.1 酵母抽提物的理化指标

3种酵母抽提物的理化指标如表3所示。氨基酸、多肽和核苷酸是酵母抽提物中的主要成分,氮含量最高。

NaCl可以影响天然复合甜味剂的甜味速度,在研究风味时不可忽视[13]。FG10酵母抽提物中NaCl含量达2.22%,高于其他2种酵母抽提物,由此推测,FG10添加到发酵苹果汁中,较其他2种酵母抽提物可能起到更明显增加甜味的作用。

表3 酵母抽提物理化指标Table 3 Physical chemical indexes of yeast extracts

2.1.2 发酵苹果汁理化指标

根据袁亚宏等[14]的研究,发酵苹果汁的理化指标和感官特性存在一定的联系,比如甜味与可溶性固形物含量、总糖含量等呈正相关,本研究用到的发酵苹果汁的可溶性固形物含量和总糖含量分别达到(8.40±0.06)%和(7.60±0.02)g/100 g(以葡萄糖汁),具有较强的甜味;酸味与pH呈负相关,与总酸呈正相关,这2个指标与市面上饮料大致相同,pH为3.68±0.01，总酸为(0.210±0.002) g/100 g(以苹果酸计);而涩味与总酚含量相关,总酚含量为(0.132±0.001)mg/mL,这是因为在加工过程中酚类物质有损失,使涩味大大减少。由经验可知,合适的糖酸比会带来令人愉悦的口感,(36.19±0.34)比较接近合适糖酸比。

2.2 挥发性物质分析

不同酵母抽提物种类和添加量下,发酵苹果汁的挥发性物质的种类和含量如表4所示。

表4 添加不同酵母抽提物的发酵苹果汁挥发性物质种类和含量Table 4 The types and contents of volatile substances in fermented apple juice with different yeast extracts added

在以上10个样品中,气相色谱-质谱仪检测出挥发性物质24种,匹配度都>80%,其中酯类7种,醇类6种,醛类6种,酮类4种,烃类1种,酚类1种。上述样品中分别检测出14、19、20、20、18、19、18、17、17、17种挥发性物质。

本实验用到的发酵苹果汁中的挥发性物质主要是酯类和醇类,这可能是苹果的品种与加工方式不同而导致的。发酵苹果汁主要的香气成分,如2-甲基丁醇和丁酸乙酯等香气活性成分具有果香、成熟香和甜香[15]。萜烯是天然存在的有机化合物,具有强烈的香气,发酵苹果汁含有的萜烯类化合物是α-法呢烯,也是苹果特有的香气来源之一。此外,己酸乙酯和1-辛醇等具有低气味活性值的化合物对于发酵苹果汁的风味也起着重要作用[16]。

由表4可知,添加酵母抽提物后,各挥发性物质含量有所减少,这可能是酵母抽提物的加入导致发酵苹果汁稀释,使得挥发性物质的浓度降低,与此同时,酵母抽提物的添加增加了挥发性物质的种类。新增的挥发性物质均有糠醛、正己醇、庚醇、癸醛,增强了发酵苹果汁的青香。FA37使体系增加了庚醛、苯甲醛,分别具有水果香和苦杏仁味,使发酵苹果汁的果香更加浓郁,味道更丰富。而FA39和FG10增加了2-辛酮和2-壬酮,前者具有牛奶、乳酪、蘑菇的气味,后者具有果香、甜香、青香及类似椰子、奶油的气味。新增的酮类化合物,有助于增加花香和果香的甜味[17]。

2.3 电子鼻分析

2.3.1 主成分分析

如图1所示,主成分分析会保留原有的主要信息,将较多的变量减为较少的变量,直观反映原始数据信息[18]。对于10个样品体系进行主成分分析,可以看出主成分1贡献率为91.30%,主成分2贡献率为4.72%,2个主成分的累计贡献率达到96.02%,可以有效反映绝大部分原始数据。其中,未添加酵母抽提物的发酵苹果汁离原点最远,对主成分1的贡献率最大;添加0.02% FG10酵母抽提物的发酵苹果汁对主成分2的贡献率最大。FA39和FG10的第1主成分贡献率相较于FA37更低,且出现交叉分布。每个体系有良好的区分,在图中的不同区域有明显的聚类[19],表明酵母抽提物的种类和添加量均会明显改变发酵苹果汁的风味。

图1 添加酵母抽提物的发酵苹果汁主成分分析图Fig.1 PCA diagram of fermented apple juice with yeast extract

2.3.2 负载电荷分析

如图2所示,在负载电荷分析中,若某一传感器响应值的横、纵坐标对应值接近于零,则该传感器的识别作用可以忽略;若某一传感器的响应值越偏离于零,则说明该传感器的识别能力越强[19]。

图2 添加酵母抽提物的发酵苹果汁负载电荷分析图Fig.2 Load analysis of fermented apple juice with yeast extract

由图2可知,除W2W之外的9个传感器均对第1主成分有明显贡献,W1W对第1主成分贡献率最大,且对萜烯类化合物敏感,醇类、醛类、酮类均为萜烯类化合物中的无环单萜化合物,是体系中主要的挥发性物质;α-法呢烯是具有发酵苹果汁特征香气的萜烯类化合物,对W1W传感器具有一定的贡献。W1C对第2主成分贡献率最大,对芳香成分敏感,体系中的主要芳香成分为2,4-二叔丁基苯酚。

2.3.3 线性判别分析

如图3所示,线性判别分析也是一种降维的数据处理方法[20]。主成分1和主成分2的贡献率分别是94.62%和2.72%,二者总贡献率达到97.34%,这表明线性判别分析可以很好地区分不同的体系,不同的体系整体风味存在差异[21]。相较于主成分1,大多数体系在主成分2的差异显著。随着FA37酵母抽提物浓度增加,3种体系在主成分2表现出先上升后下降的趋势,同样的趋势也表现在FA39的主成分2中。除对照组,添加0.01%FG10酵母抽提物的在主成分1上的贡献率较大,说明该体系中风味物质较为丰富。

图3 添加酵母抽提物的发酵苹果汁线性判别分析图Fig.3 Linear discriminant analysis of fermented apple juice with yeast extract

综合电子鼻的分析,进一步验证了添加了酵母抽提物后各体系的香气特征差异,可与气相色谱-质谱的数据处理结果相对应。

2.4 感官评价

由图4可知,FA37酵母抽提物的添加量为0.01%和0.02%时,可以提升发酵苹果汁的整体风味。添加量为0.03%时,会掩盖发酵苹果汁的本身风味导致整体评分降低。少量添加FA37具有减酸作用,当添加到一定量时,FA37对于发酵苹果汁的减甜作用更加突出,反而使酸感增强,这可能是添加量为0.03%的苹果汁酸味评分较高的原因。添加量为0.01%和0.03%时可以不同程度地提升发酵苹果汁的香味并改善其口感。FA37酵母抽提物添加量为0.01%时,感官评分最高。

图4 添加FA37酵母抽提物的发酵苹果汁的感官评价雷达图Fig.4 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FA37 yeast extract

由图5可知,添加0.02%和0.03%FA39酵母抽提物主要对于发酵苹果汁起到增加酸感的效果,当FA39的添加量为0.03%时增酸效果最强。各浓度FA39均能减弱甜味,FA39对于其他感官评价指标的效果不够明显,评价员对其整体喜好度存在先上升后下降的趋势。FA39酵母抽提物添加量为0.02%时,感官评分最高。

图5 添加FA39酵母抽提物的发酵苹果汁的感官评价雷达图Fig.5 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FA39 yeast extract

根据本课题组以往对酵母抽提物风味研究的经验,FG10酵母抽提物中挥发性物质种类和含量在3种酵母抽提物中最为丰富,吡嗪类化合物是其主要挥发性物质,具有焙烤香味、坚果香味及咖啡香等特征香味,但是对于发酵苹果汁整体香味没有较大的提升。由图6可知,不同浓度的FG10均有增强甜味的作用,甜味强度与浓度呈正相关,这与2.1.2中的推测大致相符。随着FG10酵母抽提物的添加,酸感减弱和甜感增强同时出现,其糖酸比仍处于合适的范围,对整体喜好度稍有改善作用。FG10酵母抽提物添加量为0.01%时,感官评分最高。

图6 添加FG10酵母抽提物的发酵苹果汁的感官评价雷达图Fig.6 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FG10 yeast extract

3 结论与讨论

本研究采用气相色谱-质谱分析结合电子鼻技术和感官评价,分析了添加不同种类和添加量酵母抽提物的发酵苹果汁,对比其与未添加酵母抽提物的发酵苹果汁差异。在挥发性物质分析中,添加酵母抽提物后,糠醛、正己醇、庚醇和癸醛等挥发性物质含量增加,使发酵苹果汁青香更加浓郁。在电子鼻分析中,各组样品有明显的区分,且传感器对萜烯类化合物和芳香成分敏感。在感官评价中,适量添加酵母抽提物FA37、FA39和FG10 的发酵苹果汁得到大家认可和喜爱。综合以上研究,酵母抽提物FA37、FA39和FG10可应用于改善发酵苹果汁风味,本研究为发酵苹果汁风味的研究提供了一定的数据参考。