粮食及加工品中豆粕酶解液挥发性风味成分检测方案

中国食品学报Journal of Chinese Institute of Food Science and TechnologyVol. 14 No. 10Oct.2014第14卷 第10期2014年10月 中国食品学报2014年第10期268 Maillard 反应对豆粕酶解液挥发性风味成分的影响 陈海华 王雨生1.2走赵 阳 赵延伟 (青岛农业大学食品科学与工程学院 山东青岛266109²青岛农业大学学报编辑部 山东青岛 266109) 摘要 采用GC-MS、电子鼻、感官评价方法，探讨 Maillard 反应对豆粕酶解物挥发性风味成分的影响。结果表明：样品SM-AR 中富含醛类、含硫化合物、糠醛等与肉香味有关的 Maillard 反应产物，其种类和含量明显比样品 SM-EH 和样品 SM-UAR的丰富；电子鼻检测结果发现，样品 SM-AR 的电子鼻响应值明显比其他2个样品的高，且7号、9号传感器比其他传感器有更高高响应值，说明样品 SM-AR的挥发性成分中含硫化合物的气体较多；从 PCA分析、LDA分析和感官评价均可看出样品 SM-AR 与其他样品间存在很大差异。 关键词 豆粕；酶解液； Maillard反应；挥发性风味 风味是食品的灵魂，对食品的品质起着至关重要的作用"。挥发性风味物质是豆粕酶解液和香味基料中的重要呈味物质12-31，对猪肉风味香精的生产具有重要的理论价值。 目前国内外学者大多对 Maillard 反应产物的风味进行了探究与分析。张玲等拳利用海蜇皮酶解液和葡萄糖进行 Maillard 反应制得鱼味香料基液，用GC-MS分析香料基液中的挥发性风味成分及含量，对香料基液的风味进行鉴定和分析；李冬燕等4以海参性腺和海参肠酶解液为原料，利用电子鼻分析其 Maillard反应前、后气味组成的变化；鲁珍等对蚕蛹的酶解产物进行氨基酸分析，以确定酶解液中的呈味组分。Maillard 反应虽对豆粕酶解液的感官品质、挥发性香气成分、整体香气轮廓有显著的影响，但利用 GC-MS、电子鼻，结合感官评价系统的研究豆粕酶解液 Maillard 反应前、后风味的变化，国内外尚未见报道。 本文对豆粕酶解液 Maillard 反应前、后的感官品质进行了分析，利用 GC-MS 和电子鼻技术对 ( 收稿日期：2013-10-31 ) ( 基金项目：山东省自然科学基金项目(ZR2010CL027)；国家级特色专业建设项目(TS10943)；山东省高等学校优秀中青年骨干教师国际合作培养项目 (SD-20130875) ) ( 作者简介：陈海华，女，1973年出生，博士，教授 ) 豆粕酶解液 Maillard 反应前、后的挥发性风味成分进行识别和比较，并对总体香气轮廓进行分析，探究Maillard反应对豆粕酶解液挥发性风味的影响，以期为豆粕酶解液制备风味基料提供理论依据。 材料与方法 1.1 材料与试剂 大豆豆粕，青岛康地恩生物技术有限公司；中性蛋白酶(5×10U/g)，石家庄市兴达酶制剂有限公司；复合蛋白酶(1x10U/g)，天津诺奥科技发展有限公司。 1.2 仪器与设备 6890A/5975C 气质联用仪(GC-MS)，美国Agilent 公司；PEN3 便携式电子鼻，德国 Airsense公司；固相微萃取装置，美国 Supelco 公司；Delta-320 pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；LXJ-IIB低速离心机，上海安亭科学仪器厂。 1.3 试验方法 1.3.1 3种样品的制备 1)豆粕酶解样品(简称SM-EH)：参照参考文献[6]，在复合蛋白酶最适酶解条件下对豆粕进行酶解。 2)未添加氨基酸反应后的样品(简称SM-UAR)：取上述适量酶解液，添加适量葡萄糖和木 糖，不添加任何氨基酸，参照照考文献[7]，在最优条件下进行 Maillard 反应。 3)添加氨基酸反应后的样品(简称SM-AR)：取上述适量酶解液，添加适量葡萄糖、木糖、半胱氨酸，参照参考文献[7]，在最优条件下进行Maillard 反应。 1.3.2 3种样品的风味剖面分析 根据《食品感官评价原理与技术》，由10名经过专业培训的感官评价员对制备的3种样品的肉香味、硫化物味、蒸煮味、豆腥味、整体感官进行综合评分。综合评分采用5分制，具体参照参考文献[9-10]。 1.3.3 样品的挥发性风味成分分析 1)风味成分提取：采用固相微萃取法。 2)风味成分的GC-MS分析 气相色谱条件：色谱柱：HP-5MS (30 mx250um，0.25 um)；升温程序：45℃保持1 min，以1℃/min 升至80℃，保持2min，以 10℃/min 升至200℃，保持1 min，以10℃/min 升至250℃；进样量1uL；载气为氦气。 质谱条件：质量扫描范围m/z 50~500；电子能量70 eV；离子源温度230℃；MS四极杆温度为150℃。 通过标准质谱图库检索、各组份的质谱图分析及参考有关文献进行人工检索，采用峰面积归一化法计算各组分的相对质量分数。 1.3.4 样品的电子鼻检测 电子鼻测定方法与参数：样品混匀后用移液枪分别移取1.00 mL，置于顶空瓶中，加盖密封。3种样品依次用 PEN3 电子鼻进行测试，采用Winmuster 软件进行数据的采集与处理。PEN3型电子鼻共有10个传感器，每个传感器的特征如表1所示。 2结果与分析2 豆粕酶解液 Maillard 反应前后的风味剖面分析 由图1可知，样品 SM-EH 的豆腥味较重，无肉香味，整体感官评分很低；与样品 SM-EH 相比，发生不完全 Maillard 反应后的样品 SM-UAR 的风味剖面有一定的变化，豆腥味明显减弱，出现了蒸煮味、肉香味，整体感官评分虽略有增加但仍处于较低水平；充分发生 Maillard 反应的样品 SM-AR 表1 PEN3电子鼻的10个传感器的特征 Table 11Properties of sensors for PEN3type electronic nose 传感器序号 特征 阵列序号 W1C 对芳香成分敏感 R(1) W5S 灵敏度大，对氮氧化合物灵敏 R(2) W3C 对氨味灵敏 R(3) W6S 主要对氢气有选择性 R(4) W5C 对烷烃芳香成分灵敏 R(5) W1S 对甲烷灵敏 R(6) W1W 对硫化物灵敏 R(7) W2S 对乙醇灵敏 R(8) W2W 对有机硫化物灵敏 R(9) W3S 对烷烃灵敏 R(10) 图1 Maillard 反应前后样品的风味剖面图 Fig.1 Flavor profile of samples before orafter Maillard reaction 的风味剖面图与样品 SM-EH、SM-UAR 差异很大，样品 SM-AR 中基本无豆腥味、蒸煮味，肉香味显著增强，整体风味饱满、和谐，整体感官评分很高。 上述结果表明，与样品SM-EH 相比，样品SM-AR 具有饱满浓郁的肉香味，并且豆腥味和蒸煮味大大减弱，这说明充分发生Maillard反应后，产生了大量的与肉香味有关的挥发性香气成分。 2.2 豆粕酶解液 Maillard 反应前后的挥发性风味成分分析 样品SM-EH、样品SM-UAR、样品SM-AR 的主要挥发成分检测结果如表2所示。 由表2可知，样品 SM-EH 总共分离鉴定出5种挥发性化合物，样品SM-UAR总共分离鉴定出10种挥发性化合物，样品SM-AR 总共分离鉴定出20种挥发性化合物。这表明 Maillard 反应后，形成了更多的挥发性风味物质。 表2样品 SM-EH、样品 SM-UAR和样品 SM-AR的挥发性风味成分的 GC-MS分析 Table 2Volatile compounds identified from the sample SM-EH， sample SM-UAR and sample SM-AR by GC-MS 化合物名称 保留时间/min 相对质量分数/% SM-EH SM-UAR SM-AR SM-EH SM-UAR SM-AR 烃类 乙苯 一 7.181 一 24.85 丙苯 12.762 12.733 1.14 2.18 甲苯 21.719 21.098 10.47 17.15 十四烷 39.478 0.42 戊基苯 29.388 0.81 醇类 十四醇 45.741 0.68 醛类 辛醛 5.182 2.30 苯甲醛 12.414 13.354 13.57 3.93 十三二烯醛 53.077 4.25 酸类 壬酸 15.575 0.48 十五酸 16.138 0.48 十一烯酸 49.161 0.82 含硫类 2-乙基-1-己硫醇 4.582 4.967 1.37 2.30 2-甲基-3-戊流醇 9.268 2.26 5-甲基-2-(5H)-噻吩 7.677 2.73 2-甲基-3-呋喃硫醇 18.84 2.78 4-甲基-5-乙基噻唑 5-甲基-2-氨基噻唑 19.491 44.26 0.86 0.86 4，5-二甲基噻唑 45.334 0.68 含氮类 甲基吡嗪 5.767 1.90 4-羟基吡啶 6.699 21.33 2，6-二甲基吡嗪 9.224 2.16 4，6-二甲基嘧啶 9.638 4.64 3-羟基吡啶 23.755 4.26 含氧类 糠醛 7.410 6.233 4.65 24.85 2-甲基呋喃 9.979 4.10 2-戊基呋喃 29.907 0.31 2-糠醇 58.214 1.26 酚类 苯酚 16.338 18.788 78.27 54.67 3种样品中主要的挥发性风味物质为烃类、醛类、含硫、含氮、含氧、酚类等化合物。由表1和图2可知，样品SM-EH 中酚类和醛类的比重较大，分别约为78.3%和13.6%；样品 SM-UAR 中酚类和含氮化合合的比重较大，分别约为54.7%和25.6%；样品 SM-AR 中烃类和含氧化合物的比重较大，分别约为44.6%和28.9%。样品 SM-UAR 和样品 SM-EH 中含有较多的含氮化合物，而样品SM-AR中含量很少(1.9%)；样品 SM-AR中含硫 化合物的含量远大于样品 SM-EH 和样品SM-UAR；样品 SM-EH 和样品 SM-UAR 中酚类含量最多，而样品 SM-AR 中不含酚类，富含烃类、含氧化合物；样品 SM-EH 富含苯甲醛，而样品SM-UAR、样品 SM-AR 不含或含少量的苯甲醛；3个样品中醇类和酸类含量均较少甚至没有。 2-甲基-3-呋喃硫醇、糠醛具有烤香味和肉香味12-13]，2-甲基呋有具有肉味14，吡嗪类、噻吩类对肉香味的形成有重大的贡献，这些挥发性风味成 图2 样品 SM-EH、样品 SM-UAR和样品 SM-AR各类挥发性化合物的相对质量分数 Fig.2 Relative mass fraction of all kinds of volatilecompounds identified from the sample SM-EH， sampleSM-UAR and sample SM-AR 分是 Maillard 反应的典型挥发性香气成分，在样品 SM-AR 中含量丰富；上述的挥发性风味成分的结果与 Gassegl151、沈军卫16、夏玲君等的研究结果一致。烃类是脂肪酸的烷氧自由基均裂的产物，烷基苯也是脂质降解产生的，具有熟牛肉的香味8，样品 SM-AR 中含量丰富。醛类是Maillard反应的产物，其阈值一般很低，具有脂肪香味，是肉制品香味的主要构成部分9，辛醛具有水果香味，是猪肉香气的主要特征成分20，苯甲醛具有苦杏仁味，具有气味加成或协同作用的效果，是非常有效的风味修饰剂3；醇类对猪脂香味也有一定贡献21，样品 SM-AR 及 SM-UAR 中均含有上述挥发性成分。 通过比较样品 SM-AR 和样品 SM-EH 的挥发性风味成分可以看出，通过加热，样品 SM-AR中的羰基化合物(还原糖类)、氨基化合物(氨基酸、肽、蛋白质等)发生热降解、Maillard反应、生成物的二次或三次反应等一系列复杂的化学反应，生成与肉香味有关的香气成分分醛、酮、含硫等杂环化合物图，而样品SM-EH因未发生Maillard 反应，含有的与肉香味有关的挥发性香气成分种类较少，说明 Maillard 反应是形成风味化合物的重要途径；样品 SM-AR 和样品 SM-UAR 虽均为发生 Maillard 反应的产物，但由于样品 SM-AR 因Maillard 反应程度较高，因而含有的挥发性香味成分的种类明显比样品 SM-UAR 的多，含量比样品SM-UAR 丰富，这主要是由于含硫的半胱氨酸在 发生 Maillard 反应时，降解产生硫化氢和氨，为杂环风味化合物的形成提供了大量前体物质，这些前体物质与还原糖反应，形成含硫、含氮及杂环化合物等对香味有重要贡献的芳香化合物8. 2.3 豆粕酶解液 Maillard 反应前后样品的电子鼻分析 2.3.1 3种样品的电子鼻传感器信号分析结果对豆粕酶解液 Maillard 反应前后的样品进行电子鼻检测分析，获得电子鼻10个传感器对3种样品气味的响应图，如图3所示。电子鼻对3个样品有明显的响应，并且每个传感器对不同程度 Maillard反应样品的响应各不相同，通过电子鼻的10个金属传感器可以很好的识别 Maillard 反应前后的样品气味之间的差异。由图3可知，在感应强度稳定后，样品SM-AR的响应值整体明显比其他2个样品的高，这表明样品 SM-AR 由于 Maillard 反应较完全，因而挥发性物质比其他2个样品的多。10个传感器对样品 SM-EH 的响应较弱，说明未发生Maillard 反应的样品中挥发性物质较少。对于样品SM-UAR，R(2)较其他传感器有更高的响应值，说明样品 SM-UAR的挥发性组分中，氮氧化合物类成分较多。对于样品 SM-AR，R(7)R(9)传感器的响应值明显高于其他传感器，R(7)对硫化物类物质最灵敏，R(9)对芳香类及有机硫化物类物质最灵敏，说明样品SM-AR 中含硫化合物类的芳香气体较多，这与 GC-MS 的检测结果基本一致。 2.3.23种样品的电子鼻响应值的 PCA 分析 为进一步表征3个样品之间气味的差异，采用PCA法对样品的气味指纹数据作数理统计。PCA分析结果如图4所示。 PCA分析是将所提取的传感器多指标的信息进行数据转换和降维，并对降维后的特征向量进行线性分类，最后在 PCA分析的散点图上显示主要的两维散点图。由图4可知，第1主成分贡献率为96.585%，第2主成分贡献率为3.411%，总贡献率达99.996%，几乎完全反映了电子鼻对样品SM-EH、SM-UAR、SM-AR 3者的响应信息；3种样品气味均有一定区别；从样品 SE-EH 经历样品SE-UAR到样品SE-AR， 对第1主成分的贡献呈逐渐递增的趋势，样品SM-AR对第1主成分的贡献率最大；而对第2主成分的贡献呈先上升后下 图3 Maillard 反应前后的样品的气味强度图 Fig.3 Induction intensity of samples before or after Maillard reaction 图4 Maillard 反应前后样品 PCA图 Fig.4 PCA of three samples before orafter Maillard reaction 降的趋势，样品 SM-UAR 对第2主成分的贡献率最大。由于第1主成分的贡献率很大，而样品 SM-EH 和样品 SM-UAR 在 PC1上的距离比较近，样品 SM-AR 与样品 SM-EH、SM-UAR 在 PC1上的距离较远，说明样品SM-EH和样品 SM-UAR 的气味比较相近，而样品 SM-AR 的第1主成分与其他2个样品存在很大的差异，样品SM-AR 的整体香味与其他2个样品差距很大；从 PC2 看，尽管样品 SM-UAR 与样品SM-EH、样品 SM-AR 的距离 图5 Maillard 反应前后样品的 LDA分析 Fig.5 LDA analysis of three samples before orafter Maillard reaction 较远，但由于第2主成分的贡献率很小，因此3种样品的气味在第2主成分上无明显差距24。由此可知，由于 Maillard 反应较完全，样品SM-AR 的整体香味与其他2个样品之间存在很大的差距。2.3.3 3种样品的电子鼻响应值的 LDA分析LDA分析更加注重样品在空间中的分布状态及彼此之间的距离分析，将样品信号数据通过运算法则投影到某一方向，使得组与组之间的投影尽可能分开26。图5是3个样品的LDA分析图，判别式LD1 和判别式 LD2 的贡献率分别为98.522%和1.477%，两判别式的总贡献率为99.999%；Maillard反应前后3种样品气味均有一定区别；从样品SM-EH 到样品 SM-AR，对判别式LD1的贡献呈逐渐递增的趋势，样品 SM-AR对判别式LD1的贡献率最大，而对判别式 LD2的贡献呈先上升后下降的趋势，样品 SM-UAR 对判别式 LD2的贡献率最大。由于判别式 LD1的贡献率很大，样品SM-EH 和样品 SM-UAR 在 LD1上的距离比较近，因而样品SM-EH 和样品SM-UAR的气味比较相近，而样品 SM-AR 与样品 SM-EH、SM-UAR在LD1上的距离较大，说明样品SM-AR 的LD1与其他2个样品存在很大的差异，样品SM-AR的整体香味与其他2个样品差距很大；从判别式LD2看，尽管样品 SM-UAR 与样品SM-EH、样品SM-AR的距离较远，但由于判别式 LD2 的贡献率很小，因此3种样品在LD2上无明显差距。由LDA分析可知，由于 Maillard 反应较充分，因此样品 SM-AR 的整体香味与其他2个样品之间存在很大的差异。 3 结论 1)经过 GC-MS分析，样品 SM-EH总共分 离鉴定出5种挥发性化合物，样品 SM-UAR总共分离鉴定出10种种发性化合物，样品 SM-AR 总共分离鉴定出20种挥发性化合物，主要包括烃类、醇类、醛类、酸类、含硫、含氮及杂环等化合物。样品 SM-EH 和样品SM-UAR中含氮化合物较多，含硫化合物的含量很少，而样品 SM-AR 中富含醛类、含硫化合物、糠醛等与肉香味有关的Maillard 反应产物；样品 SM-AR 中挥发性香味成分的种类明显比样品 SM-EH 和样品 SM-UAR的多，含量比样品 SM-EH 和样品 SM-UAR 丰富。 2)对3种样品进行电子鼻检测分析发现，由于 Maillard 反应较充分，样品SM-AR 的电子鼻响应值明显比其他2个样品的高，且7号、9号传感器比其他传感器有更高的响应值，说明样品SM-AR的挥发性成分中含硫化合物的气体较多；PCA分析中可以看出，样品 SM-AR的整体香味与其他2个样品之间存在很大的差距；采用 Loading分析可知，含硫化合物是样品中最主要的挥发性香气成分，并且样品中还存在芳香成分、氮氧化合物、氨、烷烃芳香成分、甲烷、乙醇等成分，而氢气、烷烃不是样品中的挥发性香气成分；由LDA分析可知，样品 SM-AR 的整体香味与其他2个样品之间存在很大差异。 ( 参 考 文 献 ) ( [1] 谢安国，王金水，渠琛玲，等.电子鼻在食品风味分析中的应用研究进展[.农产品加工·学刊，2011，(1)：71- 73. ) ( 徐琳娜，王璋，许 时 婴.豆瓣酱后熟过程中氨基酸和风味物质的变化[J].中国调味品，2006，(6)：21-25. ) ( 张玲，罗嘉滨，海金萍，等. 海 蜇皮酶解液美拉德反应产物的风味鉴定与分析[J].食品科学，2012，33(20)：257- 261. ) ( 李冬燕，王 雨 生，陈海华，等.海参性腺和海参肠酶解液风味改良研究[J].中国农学通报，2012，28(29)：98-103. ) ( 鲁珍，穆利霞，秦小明，等.蚕蛹蛋白酶法水解及美拉德反应改良其产物风味的研究J].食品 工 业科技，2012，33 (24)：242-245. ) 赵延伟，纪园园，王雨生，等.响应面法优化豆粕酶解工艺条件的研究[J].食品科学，2013，34(8)：70-75.7] 冷云，王雨生，陈海华，等.利用豆粕酶解液制备猪肉香精的研究J.食品科学，2013，34(16)：52-57.图 ( Lawle s s， Heymann. 王栋译.食品感官评价原理与技术[M].北京：中国轻工业出版社，2001. ) ( 陈美花.美拉德反应改良马氏珠母贝酶法提取物风味的研究[D].湛江：广东海洋大学，2010. ) ( [10]李大明.大豆蛋白酶解物制备 Maillard 反应肉味香精的研究[D].北京：北京工商大学，2006. ) ( [1 1 ]刘寿春 ， 钟赛意， 李 平兰，等 . 基于电子鼻技术判定冷鲜罗非鱼片品质劣变进程[J].食品科学，2012， 3 3(20)： 189-195. ) ( [12] E l-massry K ， F a r ouk A， E l- Gh orab A. 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The results showed that sample SM-AR was rich in aldehydes， sulfo-compounds， and furfurals， etc， which were contributed to pork flavor essence， and the kinds and relative mass fractionof volatile compounds identified from the sample SM-AR were higher than sample SM-EH and sample SM-UAR. Elec-tronic nose response value was significantly higher than other two samples. Higher response values found in No.7 and No.9 sensors indicated higher content of sulfo-compounds in sample SM-AR. According to the results of PCA， LDA andsensory evaluation， sample SM-AR was obviously different from sample SM-EH and sample SM-UAR. Key wordsSsoybean meal； enzymatic hydrolysate； Maillard reaction； volatile flavor composition