基于模糊數學評價法的非肉源肉香精美拉德反應研究

母物質含有豐富的游離氨基酸和準酸。這是制備咸、咸、肉味精的優質原材料。為獲得香氣逼真的肉味香精,在制備肉香型美拉德反應香精的過程中一般需加入肉蛋白酶解物和油脂,但限制了此類香精在素食和清真食品領域中的應用。此外,熱反應香精中油脂易蛤敗,導致產品在儲存期內風味劣變。模糊數學自20世紀60年代美國L.A.Zadeh教授提出以來,一些難以用經典數學表示的模糊屬性問題可以用模糊數學方法得到合理的結果。在我國應用模糊數學評價食品的感官質量還不太普遍。食品的質量多以感官評價為主,其感官評價標準的本身是模糊的,應用模糊數學評價法建立一套比較嚴密的、客觀而科學的綜合評價模式,其意義尤為重要。本文以啤酒酵母抽提物為原料,不添加任何肉蛋白酶解物和油脂,通過優化影響美拉德反應參數制備非肉源肉香型熱反應香精,并采用模糊數學評價法,分析了最佳工藝下制備的熱反應香精,建立了一套較為科學客觀的感官質量評價方法,為實現產業化生產提供基礎數據與技術支持。1材料和方法1.1沙姜粉、鮮洋蔥啤酒酵母泥,青島啤酒廠提供;木瓜蛋白酶,活力為1.0×105U/g,丹麥諾維信公司提供;沙姜粉、鮮洋蔥,市售;葡萄糖、木糖、半胱氨酸、硫胺素,食品級;其他試劑均為國產分析純。1.2儀器、檢測方法pHS-3EpH計,北京雷磁儀器公司;GL-21M高速冷凍離心機,長沙湘儀離心機儀器有限公司;752N紫外可見分光光度計,上海精密科學儀器有限公司;GT7C2A立式殺菌鍋,溫州市安福防腐機械廠。1.3實驗方法1.3.1清液濃縮啤酒酵母抽提物啤酒酵母→2倍水清洗→離心→調配成10%~15%酵母泥→添加0.012%蛋白酶→55℃酶解30h→90℃滅酶20min→離心→收集清液→濃縮→啤酒酵母抽提物1.3.2美德反應參數的優化1.3.2.半胱氨酸行業半胱氨酸行業配制40%(w/w)的啤酒酵母抽提物,添加2.5%(w/w,按體系總量計)的復合還原糖(葡萄糖∶木糖=4∶1)、2%(w/w,按體系總量計)的含硫化合物(半胱氨酸∶硫胺素=2∶1)和0.3%(w/w,按體系總量計)的新鮮洋蔥汁,調節初始pH值為6.0,在110℃下分別反應15min、30min、45min、60min、75min、90min,得肉香風味香精,測定體系通過反應前后氨基酸態氮損失率、反應產物褐變程度以及感官評價產物風味。1.3.2.氨基酸態氮損失率的測定根據上述優化條件,分別在90℃、100℃、110℃、120℃、130℃下進行熱反應,得肉香風味香精,測定體系反應前后氨基酸態氮損失率、反應產物褐變程度以及通過感官評價產物風味。1.3.2.氨基酸態氮損失率的測定—3還原糖添加量對美拉德反應的影響根據上述優化條件,分別添加占體系總量1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的復合還原糖(葡萄糖∶木糖=4∶1),以不添加還原糖為對照,得肉香風味香精,測定體系反應前后氨基酸態氮損失率、反應產物褐變程度以及產物風味。1.3.2.氨基酸態氮損失率法根據上述優化條件,分別添加占體系總量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的含硫化合物(半胱氨酸∶硫胺素=2∶1),以不添加含硫化合物為對照,得肉香風味香精,測定體系反應前后氨基酸態氮損失率、反應產物褐變程度以及產物風味。1.3.3評價模糊數學的方法通過上述單因素實驗,得出制備非肉源肉香型香精的最佳反應條件,在此最佳條件下制備樣品,并采用模糊數學評價法對樣品進行評價分析。1.4測量1.4.1氨基酸態氮含量測定將熱反應前后溶液離心(8000r/min,20min),分別取上清液用甲醛滴定法測定氨基酸態氮含量。氨基酸態氮損失率/%=[(熱反應前溶液中氨基酸態氮含量%-熱反應后溶液中氨基酸態氮含量%)÷熱反應前溶液中氨基酸態氮含量%]×100(備注:反應前氨基酸態氮含量包括添加的半胱氨酸含量)。1.4.2美德反應的棕褐色度取1mL熱反應后產物,用蒸餾水稀釋50倍,在紫外分光光度計375nm、420nm處測定其吸光值。1.4.3產品品質評價選擇10名具有相關專業知識的評價人員用任意的詞匯對每個樣品的風味特性進行定性描述,要求盡量完整地描述出產品品質。評定完成后,根據每一個詞匯的使用頻數,取用頻率最高的詞匯,作為評價結果。2結果與討論2.1優化影響德洛伊木馬反應參數2.1.1反應時間的確定反應時間是影響美拉德反應的重要參數之一。由圖1可知,隨著反應時間的延長,美拉德反應產物的吸光值都呈上升趨勢,反應褐變程度不斷加深,顏色由橙黃色變為深褐色。其中,在波長為375nm下,美拉德反應產物相應的吸光值變化程度顯著;而在波長為420nm下,美拉德反應產物相應的吸光值變化程度較為平緩。由圖2可知,隨著反應時間的增加,氨基酸態氮損失率呈逐漸上升趨勢且后期趨于平緩。在反應前60min,隨著時間的增長體系中氨基酸逐步參與反應,反應60min時達到最大值19.85%;反應60min后,氨基酸態氮損失率基本不變。這說明反應60min,體系中的氨基酸利用達到最大,較為充分的轉化為風味物質。涂小珂等研究利用羅非魚酶解液進行美拉德反應制備肉類風味物時發現,隨著反應時間的延長,氨基酸逐步參與反應,當氨基酸態氮損失率達到最大值后,反應體系中的氨基酸含量幾乎不變,這結果與本實驗結論一致。由表1可見,反應初始階段,由于反應不夠充分,不能形成足夠的風味物質,肉香風味淡且雜氣較多。反應45min后,隨反應時間的增加,反應產物的肉香逐漸加強,產品的品質逐漸變好。但反應超過75min后,反應產物產生明顯的焦糊味、苦味,導致產品整體風味下降,說明繼續增加反應時間并不能得到更好的風味。因此選擇熱反應60min最佳。2.1.2反應溫度的確定反應溫度是影響美拉德反應產物的另一個主要因素。反應溫度每提高10℃,反應速度增加3~5倍,因此選取90~130℃共5個水平進行考察。由圖3可知,隨著反應溫度的升高,反應褐變程度亦隨之加深,前期變化差異趨于平緩,后期比較顯著,美拉德反應產物顏色由橙黃色變醬色。由圖4可知,隨著反應溫度的升高,氨基酸態氮損失率呈上升趨勢,反應溫度低于110℃時,氨基酸態氮酸損失率變化程度平緩;反應溫度高于110℃時,氨基酸態氮損失率變化程度加劇。由表2可見,不同反應溫度下的美拉德反應產物風味差異性較大。在110℃內,隨著反應溫度的升高,肉香逐漸明顯;110℃后繼續升高溫度會使產物具有較重的焦味。在美拉德反應過程中,糖隨著溫度的升高而不斷失水,發生焦糖化反應,其重要的中間產物與含硫化合物降解產生的H2S能產生非常強烈的肉香氣。但隨溫度不斷的升高,糖連續的脫水,生成焦糖酐、焦糖烯,有色素聚合物增加,使產物顏色加深,同時使產物焦糊味加重。而在反應溫度較低時,反應程度不夠,產生的香氣淡。因此選擇適當的反應溫度對產生肉香風味具有重要意義,反應溫度為110℃時,反應產物的肉香最佳。2.1.3美拉德反應產物的色在美拉德反應中,參與反應的糖可以是雙糖、五碳糖和六碳糖。反應的速度為五碳糖>巳醛糖>巳酮糖>雙糖,雙糖產生的風味較差,五碳糖中反應最快的是核糖,但成本高,所以通常使用葡萄糖和木糖。本實驗采用復合還原糖,還原糖組合為:m(D-木糖)∶m(D-葡萄糖)=1∶4。由圖5可知,隨著還原糖添加量的增加,反應速度加快,反應褐變程度加深,呈線性上升的趨勢,美拉德反應產物顏色由橙黃色變為褐色。由圖6可知,氨基酸態氮損失率隨著還原糖的添加增加呈上升的趨勢,且后期上升速率逐漸趨緩。這是因為增加適量的還原糖可以消耗更多的氨基酸和一些氨基化合物,促進反應的進行。但繼續增加還原糖,氨基酸態氮損失率并沒有明顯的變化趨勢,這說明在美拉德反應中,體系中參與反應的氨基酸含量是一定的,當反應完全后,繼續增加還原糖與促進反應進行沒有明顯的關系。由表3可見,還原糖添加量在2.0%范圍內,隨著還原糖添加量的增加,美拉德反應產物整體的風味不斷增強,當還原糖添加1.0%時,美拉德反應不徹底,肉香味淡;當添加2.0%時,反應較徹底,肉香味純正濃郁,且不含雜氣;若繼續增加還原糖用量,對肉香風味貢獻不大,且因為過度焦糖化反應使產品產生焦味。糖作為美拉德反應的主要原料,添加量需適宜,太少沒有足夠的糖與氨基酸進行反應,影響反應進行;過多則導致焦味過重,掩蓋肉香。因此,肉香風味物質的形成必須有適量的還原糖參與,還原糖添加量選擇為2.0%最佳。2.1.4含硫化合物對肉香品質的影響含硫化合物的添加是形成肉香的必要條件,其中半胱氨酸是形成肉香的必需氨基酸,適量添加硫胺素能明顯改善產品的整體風味,因此本實驗添加半胱氨酸和硫胺素作為含硫化合物,且半胱氨酸和硫胺素的質量比為2∶1。由圖7可知,隨著含硫化合物添加量增加,反應褐變程度逐漸下降。其中在波長為420nm下,美拉德反應產物的吸光值變化趨于平緩;而在波長為375nm下,美拉德反應產物吸光值具有較明顯的下降趨勢。說明隨著含硫化合物用量的增加,體系中焦糖反應程度減弱,使產物顏色由醬色逐漸變為橙黃色。由圖8可知,氨基酸態氮損失率呈下降趨勢,前期變化趨于平緩,后期變化急劇。這與劉珊等利用低值魚蛋白酶解產物制備不同肉香型熱反應物時研究發現,隨著含硫化合物添加量的增加,還原糖損失率呈下降趨勢一致。可能是由于半胱氨酸和硫胺素的裂解產物對美拉德反應產生了抑制作用。由表4可見,添加含硫化合物是形成肉香風味的必要條件之一,隨著添加量適當的增加,肉香味逐漸增強,但繼續增加使硫化物的氣味明顯,掩蓋了肉香氣,影響產品的風味質量。半胱氨酸是產生肉類風味的重要前體物質,其熱分解能產生肉香風味成分中不可缺少的化合物,在Strecker反應中產生的H2S、NH3和乙醛等活躍的反應中間體,這些中間體繼續反應產生了許多具有較強香味的肉類風味化合物。硫胺素在加熱過程分解所產生的風味化合物也是形成肉香的重要成分之一,特別是2-甲基-3-呋喃基硫醇,雙-(2-甲基-3-呋喃基)二硫化物,3-甲基-4-氧基-二噻烷對肉香風味的形成起決定性作用。因此,正確添加含硫化合物用量是產生肉香風味的關鍵因素,選擇含硫化合物添加量為1%時最佳。2.2非肉源肉香精華的感官質量評價2.2.1非肉源肉香精質量評價標準設非肉源肉香型香精的評定論域為U,U={香味u1香氣強度u2鮮味u3苦味u4}評語論域為V,V={優v1好v2一般v3差v4}請10位評價人員進行評價,非肉源肉香型反應香精的評價標準見表5,統計結果(以人數表示)見表6。由上表得到模糊關系矩陣R2.2.2香辛料主客觀狀況,有“3”、“22”和“32”的對比,見表1采用強制決定法確定權重的分配方案,求得各指標的權重。首先將參加評價的因素列在一種方陣形的表上(見表7),然后按它們的重要性程度做一對一比較,采用“0、4”評分法,把比分分成“0∶4”、“1∶3”、“2∶2”三種情況,評價因素程度差距大的用“0∶4”,差距稍大的用“1∶3”,重要程度接近的用“2∶2”。自身相比記為X,按1分記,表明它是必要,但又是最次要。表中第1橫行,“香氣”自身相比,記“x”;“香氣”與“香氣強度”相比,香氣重要,且與香氣強度重要程度差距稍大,所以在第1行的“香氣強度”下面記3分,而在“香氣”列與“香氣強度”行對應處記1分,說明香氣得3分,香氣強度得1分,以此類推。將表中各橫行分數相加得各因素的分數(ai),Ai表示各因素的權,則Ai=ai/∑ai,由此得各因素的權重分配方案,A={0.4290.2860.2500.036}2.2.3香辛料的綜合評價結果綜合評價結果Y是模糊向量A與模糊矩陣R的合成,即:歸一化后得Y={0.380.360.260}由綜合評價的結果,對V1、V2、V3、V4的隸屬程度分別為0.38、0.36、0.26、0,根據最大隸屬原則在最佳美拉德反應工藝條件下制得的非肉源肉香型香精的綜合評價效果為V1,即等級為優