三艺}支术 Vo1.37,No.2 2016 食品摹盐错妓 美拉德反应型蟹味香精制备条件优化 及挥发性风味成分分析 叶梦迪 ,唐宏刚 ,陈黎洪 ,肖朝耿’,朱培培’,郭斯统 (1.浙江省农业科学院食品科学研究所,浙江杭州310021; 2.宁波市鄞州三丰可味食品有限公司,浙江宁波315145) 摘要:以花蟹酶解液为原料,通过均匀设计实验法,结合感官评价方法,优化美拉德反应型蟹味香精的最佳配方及制 备条件,并采用固相微萃取气质联用技术(SPME—GC—MS)研究反应前后的挥发性风味物质组成。研究结果表明,美 拉德反应最佳参数为:以花蟹酶解液为基准,分别添加葡萄糖6.7%,木糖2.0%,甘氨酸0.6%,精氨酸2.2%,牛磺酸 0.1%,硫胺素1.4%;反应温度101℃,时间33 min,pH7.5。所得反应产物呈均一的红褐色,且香气浓郁,特征风味明 显,鲜味醇厚。从花蟹酶解液和反应产物中分别检测出24种和43种风味成分,反应产物中含有酮类8.82%、醛类 30.87%、呋喃类18.83%、吡嗪类20.o4%、醇类6.35%及一些其他的挥发性风味物质。2,3一丁二酮、3一甲硫基丙醛、 2一甲基吡嗪、1一辛烯一3一醇等化合物风味阈值较低,对整体香气具有重要的贡献作用。 关键词:花蟹,酶解液,关拉德反应,挥发性风味成分 Study on optimal preparation of crab flavoring essence by Maillard reaction and analysis of volatile flavor components YE Meng—di ,TANG Hong—gang ' ,CHEN Li—hong ,XIAO Chao—geng ,ZHU Pei—pei’GUO Si—tong ,(1.Institute of Food Processing,Zhejiang Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310021,China; 2.Ningbo Sanfengkewei Co.,Ltd.,Ningbo 315145,China) Abstract:In this study,the optimal preparation processing of crab flavoring essence by Maillard reaction using unifOrm design methodology combining with sensory evaluation method was explored with crab hydrolysate as raw materials,and the volatlie flavor composition before and after the reaction were investigated and compared by SPME—GC—MS.ExperimentaI results suggested that the optimal conditions of Maillard reaction were glucose 6.7%. xylose 2.O%,glycine 0.6%,arginine 2.2%,taurine O.1%,thiamine 1.4%,temperature 101 oC,time 33 min,pH7.5,the product prepared under this condition exhibited strong meaty and seafood aroma with unjf0rm reddish brown. Meanwhile.24 and 43 kinds of volatlie flavor components were separated and detected in hydrolysate and Maillard reaction product,respectively.The product mainly contains 8.82%ketones,30.87%20.04%pyridine.6.35%aldehydes,18.83%furans, alcohols and some other volatile flavor compounds.Furthermore,the predominant odourants were 2,3一butanedione,3一methyI廿1;0prOpanaI,2一methyl—pyrazine,1一octene一3一ol and other components with Iower threshold value.which exhibited a significant contribution to overalI special aroma. Key words:Portunus pelagicus;enzymatic hydrolysate;Maillard reaction;volatile flavor components 中图分类号:TS254.4 文献标识码:B 文章编号:1002—0306(2016)24—0309—05 doi:10.13386/j.issnl002—0306.2016.24.051 花蟹(Portunus pelagicus)即远海梭子蟹,广泛分 布于我国浙江、福建、广东等沿海地带,在浙江舟山 地区尤为丰富…。花蟹兼具鲜美的滋味和丰富的营 养,据报道 ,蟹肉中蛋白质含量大约占干基的 79.9%,必需氨基酸含量平衡,并含有26种脂肪酸, 其中单不饱和脂肪酸占49.8%,还富含钾、钠、磷、钙 等矿物质元素。但是长期以来,由于花蟹个体较小、 加工困难、价格低廉,主要被加工成蟹肉罐头、蟹酱、 蟹肉松,少量制成蟹黄酱、蟹油等产品 ,远没有开 发出其潜在的巨大经济价值。对此,数年来大量研 究人员致力于花蟹深加工技术的研发,以求最大限 度地利用生物蛋白资源。 收稿日期:2016—05—20 作者简介:叶梦迪(1989一),女,硕士,科研助理,研究方向:畜、水产品加工,E-mail:niaodi613@163.COIn。 通讯作者:唐宏刚(1980一),男,博士,副研究员,研究方向:畜、水产品加工,E-mail:zaastang@163.Corn。 基金项目:宁波市农业重大重点项目(2013c11006)。 农品,业斜技 Science and Technology of Food Industry 美拉德反应(Maillard reaction)又称为羰氨反应, 指食品体系中含有氨基的化合物与含有羰基的化合 物之间发生的反应,它能赋予食品愉快的香味和诱 人的色泽。51。Maillard反应型香精主要有肉味香精、 王艺技求 海发恩科贸有限公司;固相微萃取装置 美国 Supelco公司;气质联用仪美国Agilent公司。 1.2实验方法 1.2.1 花蟹酶解液的制备 花蟹清洗干净,用搅拌 机打碎成泥,过60目滤布,按料液比1:3加水得花蟹 浆液。对花蟹浆液进行热变性处理,在100℃沸水 海鲜味香精、咖啡香精等,广泛应用于方便面调料、 罐头、熏肉、调味酱、零食、快餐和宠物食品等方面 。 。 其中海鲜味香精满足r食品生产企业在增香调味方 面不断求新的需求,在众多食品加_丁领域快速发展, 得到了国内外研究学者的关注。Yang 等以比目鱼 蛋白水解液为原料,通过研究发现该水解液与 28.36%核糖的美拉德反应产物具有很强的抗过敏性 及抗氧化性。Natta Laohakunjit 等将海草经过10% 菠萝蛋白酶处理后所得的酶解液与一些还原糖和氨 浴中保持15 min。待其冷却至55 时,用1 mol/L 柠檬酸调节体系初始pH至6.5,称取2200 U/g的复 合蛋白酶(中性蛋白酶:风味蛋白酶为3:5)添加到浆 液后于55 oC保温酶解4.5 h。酶解结束后立即置于 95℃水浴中灭酶15 min,冷却后4000 r/min离心 15 rain取其上清液,即为花蟹酶解液。 1.2.2美拉德反应基本原料的选择参考解万翠 等人制备虾风味料的研究,在三角锥形瓶中加入 100 mL花蟹酶解液,分别添加2%的木糖、葡萄糖、蔗 基酸混合后,通过美拉德反应研制出了一款集调味、 营养和保健作用于一体的高级调味料。董志俭 等 以低值海虾酶解液为基料,利用美拉德反应制备 了烧烤味浓郁的虾味香精。 糖、果糖在l】0℃,pH7.0下反应40 min后冷却进行 感官评定,确定最佳还原糖种类后将其以一定比例 复配后与不同种类的氨基酸进行反应,氨基酸添加 量为1.5%,但考虑到原料的成本问题,半胱氨酸及 牛磺酸的添加量分别为0.4%及0.5%,以确定花蟹酶 解液美拉德反应的最佳基料。 1.2.3美拉德反应条件优化均匀设计实验 在前 期大量预实验基础上,考虑各种因素可能性及水平 变化范围,Maillard反应基本配方中适量地添加硫胺 目前,采用美拉德反应制备天然蟹味香精的研 究报道非常少见,I大J此开发天然蟹味香精的制备技 术具有广阔的市场应用前景。本研究以花蟹为原 料,运用牛物蛋白酶解技术,通过美拉德反应制备出 味感鲜美、蟹味浓郁、香气饱满的海鲜味香精,并分 析花蟹酶解液美拉德反应前后的挥发性成分的变 化,为花蟹调味品的开发及建立风味评价体系提供 依据 素对产物整体风味进行协调。准确称取100 mL花 蟹酶解液,按均匀设计实验要求添加不同比例的反 应基料,磁力搅拌溶解后调节至所需pH,封口置于 高压灭菌锅中反应后取出,冰浴冷却,进行感官评 定。均匀设计表选用U. (3 ×6 )表,其中反应温 1材料与方法 1.1材料与仪器 花蟹宁波市鄞州二丰可昧食品有限公司提 供,于一20℃保存;食品级中性蛋白酶(实测 度、时间和pH采用六水平,其他原料均采用十二水 平。因素水平设定见表1。 1.2.4美拉德反应产物的感官评定挑选8名具有 22万U/g) 广西庞博生物有限公司;食品级风味蛋 白酶(实测5万U/g) 诺维信生物技术有限公司; 食品级木糖、葡萄糖、核糖、果糖、蔗糖、甘氨酸、精氨 酸、牛磺酸、谷氨酸、丙氨酸、半胱氨酸品添加剂有限公司;其他试剂感官评定经验的食品专业人员,采用评分法对花蟹 酶解液美拉德反应产物的色泽、滋味、焦香味、整体 香气进行综合评定。参考海鲜味香精制备的研 究 ,设定4个评价指标的标准及权重系数,通过 加权法将各个指标平均分数加权相加,得 最终感 河南金润食 均为分析纯。 HR2850型搅拌机 PHILIPS公司;85—2型数显 恒温磁力搅拌器 金坛市江南仪器厂;FE20一S型 pH计析天平梅特勒一托利多仪器有限公司;ALB一224分 德罔赛多利斯股份公司;TDL一40B高速离 官评分值。分值越大,说明反应液的风味越好。具 体评分标准见表2。 1.2.5 同相微萃取法(SPME)提取挥发性成分 取 心机j_.‘海安亭科学仪器厂;高压蒸汽灭菌锅 上 表1 Maillard反应制备蟹味香精均匀设计因素水平表 Table 1 The factors and levels of uniform designs of Maillard reaction 王艺技求 Vo137,No.2 2016 .表2花蟹酶解液美拉德反应产物感官品评表 5 mL样品置于20 mL顶空瓶中,用带有硅橡胶隔垫 的瓶盖密封。将顶空瓶放入50 cc水浴锅平衡 30 rain,然后将经老化处理的萃取头插入顶空瓶中距 离液面1 cm处,50 cc下吸附30 min,取出后插人GC 进样口,解析3 min,进行GC—MS分析。 1,2.6 气相色谱条件 色谱柱型号:VF—WAXms, 30 m×0.25 rain x 0.25 p.ni;柱温:35℃保持3 min, 2℃/min升至150℃,然后以4℃/min升至250 , 保持10 rain;进样口温度:250℃;柱流速: 1.0 mL/min;载气:He(99.999%);不分流进样。 1.2.7质谱条件离子源:EI;离子源温度:230℃; 四级杆温度:150 qC;质量数扫描范围:33-500 ainu。 1.2.8挥发性化合物的鉴定 将质谱数据与NIST 标准谱库进行匹配,正反匹配度均大于850(最大值 为1000)的鉴定结果予以报道,并用峰面积归一化法 计算相对含量。 1.2.9数据分析均匀设计采用DPS2005数据处理 软件;感官分析数据及挥发性成分含量采用 SPSS17.0软件进行统计分析。 2结果与分析 2.1 美拉德反应基料的确定 蟹味香精的呈昧主要源于Maillard反应,即发生 在还原糖和氨基酸之间的非酶褐变反应。反应前体 物种类不同,产生的特征风味将有所差异。虽然花 蟹酶解液富含氨基酸、小肽等成分,但仅仅这些成分 不足以产生浓郁的蟹味,需要补充某些单体氨基酸 和还原糖以达到增香目的。实验比较了添加不同种 类还原糖和氨基酸对蟹味香精感官评定的影响,以 确定花蟹酶解液美拉德反应的基料,结果见表3、 表4。 表3不同种类还原糖对美拉德反应产物风味的影响 Table 3 Effect of different reducing sugars on Maillard reaction products 还原糖 感官描述 木糖 棕黄色,蟹味浓郁,稍有焦香味 葡萄糖 浅棕色,蟹味较浓 蔗糖 黄色,蟹味很弱 核糖 棕黄色,焦甜味,蟹味较浓 果糖 黄色,蟹味很弱 由表3可看出,花蟹酶解液中分别添加5种不同 还原糖,所得产物的风味有一定差别。其中添加木 糖、葡萄糖、核糖可以明显增强蟹昧,改善产物风味 轮廓,而蔗糖和果糖对蟹昧的产生作用不大。由于 核糖价格较昂贵,在实际生产过程中考虑成本的因 素,选择木糖和葡萄糖作为制备蟹味香精的基本原 料。张彩菊等””研究也发现,制备海鲜风味料时,木 糖与葡萄糖共同反应的效果更佳,可使鲜味浓郁,增 加厚度。 根据表4所得结果,花蟹酶解液中添加甘氨酸、 精氨酸和牛磺酸所得的Maillard反应产物颜色适中, 蟹味浓郁。已有研究[12]报道牛磺酸是热反应过程 中产生海鲜独有鲜香味的重要氨基酸,因此选择甘 氨酸、精氨酸和牛磺酸加入到Maillard反应基本配方 中制备蟹昧香精。 表4不同种类氨基酸对美拉德反应产物风味的影响 Table 4 Em ct of different amino acids on Maillard reaction products 氨基酸添加量(%) 感官描述 2.2均匀设计实验 选用均匀设计法安排实验,对不同条件下反应 产物进行感官评定,确定花蟹酶解液美拉德反应的 最佳条件,实验结果见表5。 表5 均匀实验法优化Maillard反应方案及结果 Table 5 The uniform designs and results of Maillard reaction 通过感官品评人员对不同实验组样品进行色 泽、滋味、焦香味、整体香气的评定,可得二次回归方 便品摹业钟技 Science and Technolog ̄of Food Industry 程:Y=一194.629+3.671X。+3.345X 一0.016X + 0.190X 一0.051X X +0.002X,X 一0.009X X 一 4500000 4000000 3500000 艺技求 0.022X4X 一0.018X X 一0.378x X ,卡目关系数tl= 3000000 2500000 1.0000,显著水平 =0.0035,F值=49999.925>F临 界(10,1,0.0035)=9998.94,方程通过检验。 抖L 2000000 1500000 1000000 500000 对回归模型寻找最优值,可得Maillard反应的最 佳条件为:温度1O1℃,时问33 rain。pH7.5,葡萄糖 6.7%,木糖2.0%,甘氨酸0.6%,精氨酸2.2%,牛磺 酸0.1%,硫胺素1.4%。通过验证实验,感官评定得 分为8.2,该条件下获得的蟹味香精香气浓郁,特征 风味明显,口感醇厚。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5O 55 60 65 时间 图2美拉德反应型蟹味香精挥发性成分 GC—MS总离子流色谱图 Fig.2 Total ion chromatogram of volatile 2.3 花蟹酶解液和美拉德反应产物挥发性风味成分 分析 大量研究证实 ”。。 ,挥发性风味化合物产生的主 要机理有酶促反应、热反应、脂质氧化和微生物作用 等。本实验采用SPME—GC—MS技术对花蟹酶解液 及美拉德反应型蟹味香精中的挥发性成分进行分析 鉴定,分别检测出24种和43种挥发性化合物,结果 见图1、图2和表6。其中蟹味香精中含有醇类 6.35%、酮类8.82%、醛类30.87%、呋喃类18.83%、 吡嗪类20.04%、烃类2.55%、醚类5.25%、噻唑类 4.89%及其他芳香类化合物2.4 l%。 85o0000 components identiifed in Maillard reaction product 喃类、吡嗪类、醚类等化合物组成。在酮类化合物 中,具有奶香味的2,3一丁二酮的含量最高,为 3.53%。在SL Guen 的研究中发现,2,3一丁二酮是 贻贝中主要的风味物质。通过对比可以发现,花蟹 酶解液经过美拉德反应后,醛类化合物的种类和含 量均有很大程度的增加。主体风味贡献者醛类化合 物气味阈值较低,如3一甲基丁醛、3一甲硫基丙醛、苯 乙醛等,与其它许多物质有很强的风味协同效应,它 们共同赋予了食品的焦香、肉香及清香。这在前人 8000000 7500000 7000000 6500000 6000000 5500000 5000000 4500oo0卅4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 的研究中也得到了证实,Cai 等对中国对虾酶解液 与木糖热反应后的产物进行GC—MS分析,发现以上 三种醛类物质提供了食品浓郁的肉香味及海鲜风 味。已有研究报道 ,呋喃及其衍生物容易产生烧 烤、熟肉、咖啡和海洋食品的特征香气。表6结果表 明,美拉德反应生成的吡嗪类化合物含量为20.04%, 该类化合物是热加 1 食品中重要的挥发性成分,主 时间 要由氨基酸Strecker降解形成的OZ一氨基酮通过缩合 而成” 。在蟹味香精中总共鉴定 6种吡嗪类物 质,赋予了特殊的海鲜肉香味、烤香和果f■味的芳香 图1 花蟹酶解液挥发性成分GC—MS总离子流色谱图 Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components identified in hydrolysate 特质 ,其中2一甲基毗嗪、2,5一二甲基吡嗪占挥发 性成分相对含量分别为5.62%、4.38%,对花蟹特征 南表6可知,蟹风味成分主要由酮类、醛类、呋 表6花蟹酶解液和美拉德反应型蟹味香精的挥发性成分分析 Table 6 Volatile compounds detected in crab hydrolysate and Maillard reaction product 三艺技术 厂0 .37,No.2 2016 食品・II斜妓 续表 香气的产生具有积极的促进作用。蟹味香精中醚类 化合物含量高达5.25%,其中二甲基二硫醚和二甲 基三硫醚的阈值较低,对整体风味的贡献很大。已 有研究发现,上述两种物质存在于大多数经热加工 香气成分。 3结论 经均匀设计实验,对花蟹酶解液制备蟹味香精 的Maillard反应配方与参数进行了优化,在最佳条件 的海产品中,如对虾、蟹肉、牡蛎和小龙虾等 。 此外,蟹味香精还含有1一辛烯一3一醇、柠檬烯、 2一甲基噻吩等物质,共同构成了产品的风味特征, 具有强烈的海鲜特征气味。同时也有研究表明 , 1一辛烯一3一醇是青蟹、梭子蟹、河蟹中主要的特征 下制备的蟹味香精具有香气浓郁、特征风味明显、口 感醇厚等特点。采用SPME—GC—MS对花蟹酶解液 及其美拉德反应产物的挥发性物质进行分析,表明 美拉德反应可显著增加酮类、醛类、呋喃类、吡嗪类、 醚类等化合物的种类与含量,其中包括了风味阈值 Science and Technology of Food Industry 较低,对整体香气具有重要贡献的2,3一丁二酮、 3一甲硫基丙醛、2一乙基呋哺、2一甲基吡嗪、1一辛烯一3 一三艺技求 2016(206):I10一l18. [14]Jim Van Durme,Anton Nikiofrov,Jeroen Vandamme,et a1.Accelerated lipid oxidation using non—-thermal plasma 醇等特征化合物。通过本研究,为利用花蟹开发高 品质海鲜香精提供理论依据,对提高花蟹的附加值 具有重要意义。 technology:Evaluation of volatile compounds[J].Food Research Intenatrional,2014(62):868—876. 参考文献 [1]温建丰,杨文鸽,徐大伦.响应面法优化花蟹肉制备抗氧 化肽的酶解工艺[J].核农学报,2013,27(12):1881—1886. [2]I、俊芝.三种海蟹营养和风味成分的研究[D].杭州:浙江 工商大学,2012. ¨1 5]Nicoletta Simoncini,Anna Pinna,Tania Toscani,et a1.Effect of added autochthonous yeasts on the volatile compounds of dry— cured hams[J].International Journal of Food Microbiology,2015 (212):25—33. 1 16]Le Guen S,Prost C,Demaimay M.Critical comparison of three olfactometric methods for the identiifcation of the most [3]吕辉,虞田,霍健聪.低值花蟹肉松加工工艺[J].食品工 业,2011(5):20—22. potent odorants in cooked mussels(Mytilus edulis)[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2014,48(4):1307—13l4. 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