美拉德反应对甜瓜螺肉水解物的理化性质和风味特性的影响

吕思盈1,蒋蝉聪1,杨耀冲1,邱伟强1,包建强1,2,3,金银哲1,4*

1(上海海洋大学 食品学院,上海,201306)2(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心,上海,201306)3(农业部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(上海),上海,201306)4(食品热加工工程中心,上海,201306)

摘 要 美拉德反应在食品加工过程中至关重要,对改善食品风味起着积极作用。该研究旨在探讨美拉德反应对甜瓜螺肉水解物的理化性质和风味特性的影响,以甜瓜螺肉水解物和4种还原糖为原料,探究美拉德反应产物的中间产物、褐变程度、接枝度和游离氨基酸等理化性质的变化,同时,结合气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)、电子舌和感官评价分析美拉德反应产物的风味和滋味变化。结果表明,经过美拉德反应后,反应产物的中间产物、褐变程度、接枝度和抗氧化性显著提升,降低了水解物的苦味氨基酸,改善了水解物的颜色和风味特性,同时电子舌能有效区分不同反应产物的滋味差异。通过GC-IMS鉴定出水解物和美拉德反应产物具有38种挥发性化合物,美拉德反应产物产生了更多的吡嗪和呋喃等物质,减少了醛类化合物,从而增强了烤肉和坚果香味,减小了腥味等令人不快的风味。该研究为甜瓜螺肉水解物的风味改善提供了新思路,对风味产品的开发提供理论参考。

关键词 甜瓜螺肉水解物;还原糖;美拉德反应;理化性质;风味特性

甜瓜螺(Cymbium pepo)的蛋白质丰富,脂肪含量低,营养价值高,富含多种有益成分[1],是制备水解物的理想来源。水解物的氨基酸丰富,具有良好的功能特性和生物活性,可作为人类的宝贵营养资源,广泛应用于功能性食品的开发。尽管水解物具有良好的营养价值和生物活性,但在酶解过程中,原料的氧化降解,以及酶解过程中产生的疏水氨基酸使得水解物具有较重的腥苦味和哈喇味,风味较差,降低水解物的感官品质,限制其在食品行业的发展[2]。Liu等[3]发现酶解促进蛋白质降解和脂质氧化,产生醛类和酮类等物质,是产生异味和腥味的原因,对水解物的香气成分产生负面影响。因此,采用适当的方法改善水解物的风味特性和可接受度,对进一步探索其应用潜力至关重要。其中,美拉德反应在改善食品风味方面起着积极作用,赋予食品特殊的颜色和风味,并产生抗氧化性的物质[4]

美拉德反应(Maillard reaction, MR)是氨基酸、多肽或蛋白质与还原糖发生复杂的化学变化,最终生成棕色或黑色物质的非酶促褐变反应[5]。MR过程中产生各种芳香化合物,增强了水解物的风味,减少和掩盖水解物的腥味,提高整体可接受性,对食品的风味、质地和颜色特性至关重要[6]。此外,MR无需添加化学试剂,条件安全可控,被认为是一种绿色修饰蛋白质和水解物的方法,能有效改善食物的颜色、风味和生物活性,达到去腥苦味、增香、改色的目的。Qiu等[7]发现经过MR后,罗非鱼副产物水解液的腥味和苦味显著降低,肉味和烧烤味等整体风味更加浓郁和协调。

不同还原糖的美拉德反应产物(Maillard reaction products, MRPs)会呈现不同的理化性质和风味特性,底物(氨基酸、多肽或蛋白质)、还原糖和反应条件都是影响MR速率和产物的重要因素。还原糖是MR的关键底物,不同的还原糖在美拉德反应中呈现不同的颜色和风味;其次,温度也是重要的影响因素,高温(≥100 ℃)增加肉香的形成,而较低的温度和较长的加热时间产生肉汤的味道,此外,更高的温度(>120 ℃)可能会导致苦味的产生[8]。Long等[6]通过MR改善金鲳鱼水解液的风味,降低了1-辛烯-3-醇和己醛的浓度,有助于减少鱼腥味,提高了庚醛、辛醛和癸醛的浓度,为水解液增添了果香和花香等诱人香气,改善了水解液的整体风味。

然而,目前关于甜瓜螺肉水解物与不同还原糖反应的理化性质和风味特性的可用信息较少,本实验旨在改善甜瓜螺肉水解物的腥苦味等不良风味,以甜瓜螺肉为原料,采用4种还原糖(葡萄糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖)与甜瓜螺肉水解物反应制得MRPs,研究其中间产物、褐变强度、接枝度、游离氨基酸和抗氧化性的变化,并结合气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)、电子舌和感官评价分析了MRPs的风味和滋味特性。探讨不同还原糖对MRPs的理化性质和风味特性的影响,为甜瓜螺肉的高值化利用和食品开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 材料与试剂

冷冻甜瓜螺,中国水产总公司舟山分公司;碱性蛋白酶,上海源叶生物科技有限公司;异丙醇,山东科源生化有限公司;NaOH,国药集团化学试剂有限公司;葡萄糖,上海泰坦科技股份有限公司;半乳糖、木糖、阿拉伯糖、三氯乙酸、邻苯二甲醛,上海麦克林生化科技股份有限公司。

1.1.2 仪器与设备

AUY220电子分析天平,日本岛津公司;Flavor Spec®气相色谱-离子迁移谱仪,德国G.A.S公司;CR-400色差仪,日本柯尼卡美能达公司;SP-756P紫外-可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;HWS-28电热恒温水浴锅,上海齐欣科学仪器有限公司;Seven2Go型pH计,奥豪斯仪器(上海)有限公司;LA8080超高速全自动氨基酸分析仪,日立高新技术有限公司;H-1850离心机,湖南湘怡实验室仪器开发有限公司;ASTREE II LS16电子舌,法国Alpha MOS公司。

1.2 实验方法

1.2.1 甜瓜螺肉水解液的制备

甜瓜螺肉解冻清洗,切块,按料液比1∶10(g∶mL)与10%(体积分数)异丙醇混合,脱脂6 h,洗净搅碎,称取18 g搅碎螺肉与100 mL蒸馏水混合均质,然后加入添加量为1.9%(质量分数)的碱性蛋白酶,在温度48 ℃,pH 9条件下酶解4 h后,沸水灭酶10 min,冷却至室温,离心(4 ℃,10 000 r/min,10 min)过滤,收集上清液,即甜瓜螺肉水解液(简称JYT),以待下一步分析。

1.2.2 美拉德反应产物的制备

称取一定质量的甜瓜螺肉水解液,分别加入20 g/L的葡萄糖(JPT)、半乳糖(JBT)、木糖(JMT)和阿拉伯糖(JAT),混合均匀,在pH 9,100 ℃反应2 h。反应结束后,将美拉德反应产物在冰浴中冷却以终止反应。

1.2.3 中间产物和褐变程度的测定

将美拉德反应液稀释50倍,在294 nm处测定吸光度。

将美拉德反应液稀释10倍,在420 nm处测定吸光度。

1.2.4 接枝度(the degree of graft, DG)的测定

参考Zhao等[9]的方法,使用邻苯二甲醛法(o-phthalaldehyde, OPA)测定美拉德反应产物的DG。4 mL OPA试剂与200 μL美拉德反应液混合,35 ℃避光反应2 min。在340 nm处测定吸光度,200 μL蒸馏水作为空白组,其计算如公式(1)所示:

(1)

式中:A0At分别是水解液和MRPs的吸光度。

1.2.5 颜色的测定

利用色差仪测定美拉德反应液的L*,a*b*值。L*表示亮度,a*表示绿色(-)和红色(+),b*表示蓝色(-)和黄色(+)。

1.2.6 pH的测定

使用pH计在室温下测量美拉德反应液的pH值。

1.2.7 GC-IMS测定

参考Lyu等[10]的方法,2 mL美拉德反应液于20 mL顶空瓶中,在60 ℃,500 r/min转速下孵育20 min,进样量500 μL,针温85 ℃。

1.2.8 游离氨基酸(free amino acid, FAA)的测定

参考王玉婷等[11]的方法,将5 mL美拉德反应液与5 mL体积分数为15%的三氯乙酸混合,离心15 min,用3 mol/L NaOH溶液调节上清液的pH值至2.0,并定容到10 mL,过0.22 μm水相膜后,上机待测。

1.2.9 电子舌的测定

参照栗紫慧[12]的方法,将20 mL美拉德反应液与20 mL超纯水混合,静置30 min,10 000 r/min离心10 min,定容上清液至100 mL,取80 mL于电子舌专用取样杯中,待测。

1.2.10 感官评价

感官评价由10名成员(5名女性和5名男性)进行。在感官评估之前,进行培训,采用10分制对样本的气味、颜色和形态进行综合评价,感官评定分值为10人平均得分,分值越大,表示整体感官越好。

表1 水解物和美拉德反应产物的感官评价标准

Table 1 Sensory evaluation criteria of the hydrolysate and MRPs

分值气味颜色形态0~3腥味和异味偏重,难以接受焦黑色/浅黄色浑浊,有悬浮物/沉淀物4~6腥味和异味一般,较难接受浅棕色较澄清,略有少量悬浮物7~10腥味和异味弱/无腥味和异味,可以接受褐色/焦糖色澄清,均一稳定

1.2.11 抗氧化性分析

1.2.11.1 DPPH自由基清除能力

参照王艳茹等[13]的方法稍作修改,1 mL美拉德反应液和3 mL DPPH溶液(30 μg/mL)在517 nm下测定吸光值(A样品),无水乙醇代替DPPH溶液作为空白组(A空白),蒸馏水代替美拉德反应液(A对照)作为对照组,其计算如公式(2)所示:

DPPH自由基清除率

(2)

1.2.11.2 ABTS阳离子自由基清除能力

参照Gao等[14]的方法稍作修改,0.4 mL美拉德反应液与3.6 mL ABTS溶液在734 nm下测定吸光值(B样品),95%乙醇代替ABTS溶液(B空白)作为空白组,蒸馏水代替美拉德反应液(B对照)作为对照组,其计算如公式(3)所示:

ABTS阳离子自由基清除率

(3)

1.3 数据处理

所有实验平行重复3次,采用Origin 2021软件绘制图表,Excel和SPSS软件处理和分析数据。

2 结果与分析

2.1 中间产物和褐变程度

美拉德反应与反应体系的颜色变化呈正相关,MR中期阶段产生醛类和酮类等无色混合物,在294 nm处具有紫外吸收,是用于评价MR中间产物的重要指标[15]。如图1所示,水解物和MRPs存在显著差异,MRPs在294 nm和420 nm处的吸光度显著增加,这可能是水解物和还原糖之间的美拉德反应,产生美拉德中期或后期产物。木糖在294 nm处吸光值最大,说明反应较快,产生更多的中间反应产物,因为木糖属于五碳糖,空间位阻小,木糖的羰基与水解物的氨基更易接触,加快中间产物的生成[16]。MR在后期阶段产生棕色的类黑素等物质,在420 nm处具有吸光度。木糖和阿拉伯糖具有较大的褐变程度,实验结果与常见还原糖的反应活性一致,木糖>阿拉伯糖>己糖[17]

图1 水解物和美拉德反应产物的中间产物和褐变程度

Fig.1 Intermediate products and browning intensity of the hydrolysate and MRPs

注:相同小写字母表示无显著差异(P>0.05),不同小写字母表示有显著差异(P<0.05)(下同)。

图2 美拉德反应产物的接枝度

Fig.2 Degree of graft of the MRPs

2.2 接枝度测定

接枝度常用于评价美拉德反应的重要指标,水解物的游离氨基与还原糖的羰基发生脱水缩合,游离的氨基转变成结合态,因此,反应前后游离氨基的变化反映了MRPs的反应程度[18]。邻苯二甲醛法是广泛应用于测定游离氨基含量变化的方法,可反映还原糖和游离氨基的结合程度,其中木糖的接枝度最大,DG增大表明美拉德反应程度增大,可能是水解物的氨基较快地共价结合到木糖的羰基上,产生晚期糖基化终产物,导致游离氨基下降,这说明木糖参与MR的反应活性高于其他还原糖,而葡萄糖的DG最低,可能与其自身糖基化和自动氧化有关,导致与糖基化竞争,阻碍还原糖与游离氨基间的相互作用[19]

2.3 色泽测定

MRPs的色泽变化用来表征美拉德反应程度,随着MR的进行,MRPs发生褐变现象,以及在高级阶段产生类黑精等化合物,影响最终反应产物的颜色,因此通过颜色变化反映美拉德反应过程。由表2可知,戊糖的颜色变化比己糖更强烈,其中水解物的L*(亮度)值最高,a*(红色)和b*(黄色)值最低。与水解物相比,4种MRPs的a*b*的值都显著增加,而L*值下降,这是因为在美拉德反应后期,生成棕色的类黑素,以及褐色和焦糖化产物的积累,使产物的亮度下降,a*值上升表明MRPs呈现褐色/焦糖色,而b*值上升表明MRPs具有黄色特征。a*b*值的增加与美拉德反应过程中红色和黄色中间产物/最终产物的形成有关,而MRPs的颜色加深,使L*值降低[20],说明美拉德反应促进了颜色的变化。

表2 水解物与美拉德反应产物的颜色和pH变化

Table 2 Color and pH changes of the hydrolysate and MRPs

注:表中同一列的相同小写字母表示无显著差异(P>0.05),不同小写字母表示有显著差异(P<0.05)(下同)。

L∗a∗b∗pH水解物34.60±0.44a-2.20±0.10c-3.63±0.21d9.00±0.00a葡萄糖32.43±0.78b-2.03±0.21c-1.80±0.10c8.47±0.06b半乳糖31.83±0.47b-0.20±0.10b1.73±0.15b8.28±0.03c木糖29.60±0.85c1.10±0.10a2.63±0.15a7.82±0.04d阿拉伯糖29.40±0.35c0.87±0.06a1.93±0.15b7.85±0.04d

2.4 pH测定

pH值是影响美拉德反应的关键因素,通常用于表征美拉德反应产物的物理化学性质[21]。如表2所示,与水解物相比,4种MRPs的pH值呈现降低的趋势,其中戊糖比己糖具有更显著的pH降低。Nishimura等[22]发现MR更容易发生在中性和碱性条件下,还原糖在pH 7以上的溶液中更容易裂解,反应速率更快,颜色变化更加强烈。其中木糖和阿拉伯糖的pH最低,而葡萄糖的pH最高,但都低于水解物的pH。pH的下降可能是有机酸(甲酸、乙酸和己酸)的产生,以及发生羰氨缩合反应,导致氨基减少[23],因此MRPs的最终pH都呈现下降的趋势。

2.5 GC-IMS分析

2.5.1 水解物和MRPs的差异图谱分析

为研究美拉德反应过程中的风味变化,使用GC-IMS分析水解物和4种MRPs的挥发性化合物的风味差异。GC-IMS结合了气相色谱和离子迁移谱的快速分离,具有检测限低和灵敏度高等优点[24],已被广泛应用于食品的风味检测。

为了更直观地反映不同MRPs与水解物的挥发性化合物的差异,以水解物为基准后得到MRPs的差异图谱(图3),每个点代表一种挥发性化合物,红色信号点表示浓度高于基准,而蓝色信号点表示浓度低于基准[25]

图3 水解物与美拉德反应产物的差异图谱

Fig.3 Difference map of the hydrolysate and MRPs

MR后产生三类化合物:糖降解和裂解产物(呋喃),氨基酸降解产物(醛),以及还原糖和氨基酸的相互作用产物(吡嗪)[7]。相较于水解物,4种MRPs的挥发性化合物种类和浓度均有不同程度的增加和减少,其中,木糖和阿拉伯糖的MRPs的挥发性化合物浓度高于其他2种还原糖和水解物,其他2种还原糖的MRPs的挥发性化合物浓度则相对略低,说明MRPs和水解物具有各自的特征挥发性化合物,导致MRPs的香气成分含量和组成存在明显差异。

2.5.2 水解物和MRPs的指纹图谱分析

挥发性化合物的组成和含量影响MRPs的风味特征,为了突出不同MRPs和水解物的差异,每个样品做了3次平行测定,对MRPs和水解物作定性分析。图4是MRPs和水解物的指纹图谱,每3行代表一个样品,每列代表一种挥发性化合物,有些化合物可能存在1~3个信号点,表示该化合物可能存在单体或二聚体或三聚体[26],未能识别的挥发性化合物以阿拉伯数字表示。MRPs和水解物共识别出38种挥发性化合物(不包括二聚体),包括9种醛类、8种酮类、6种酯类、3种吡嗪类、6种其他化合物和6种因数据库有限而无法表征的化合物。

图4 水解物和美拉德反应产物的指纹图谱

Fig.4 Fingerprint map of the hydrolysate and MRPs

注:monomer(M)为单体;dimer(D)为二聚体;2-furfural:糠醛;nonanal:壬醛;2-methylpyrazine:2-甲基吡嗪;cyclohexanone:环己酮;heptanal:庚醛;4-heptanone:4-庚酮;3-penten-2-one:3-戊烯-2-酮;2-methyltetrahydrofuran-3-one:2-甲基四氢呋喃-3-酮;2-methylbutanal:2-甲基丁醛;beta-pinene:β-蒎烯;ethyl thiolacetate:硫代乙酸乙酯;pyrazine:吡嗪;3-mercapto-2-butanone:3-巯基-2-丁酮;2,5-dimethylpyrazine:2,5-二甲基吡嗪;2-butanone:2-丁酮;methyl valerate:戊酸甲酯;(E)-2-pentenal:(E)-2-戊烯醛;2,5-dimethylfuran:2,5-二甲基呋喃;4-hexen-3-one:4-己烯-3-酮;thiophene:噻吩;pentan-2-one:2-戊酮;alpha-pinene:α-蒎烯;ethyl 2-methylbutanoate:2-甲基丁酸乙酯;isopropyl isobutyrate:异丁酸异丙酯;ethanol:乙醇;butanal:丁醛; ethyl acetate:乙酸乙酯;methyl propionate:丙酸甲酯;2-butanol:仲丁醇;hexanal:己醛;propionaldehyde:丙醛;3-methylbutanal:异戊醛。

原料的脂质氧化和蛋白质降解产生醛类物质,是水产品的主要腥味来源[7],同时,醛类也被认为是水产品的重要香气成分,表现出一些典型的香气,如甜味、黄油味、烧烤味和花香等气味[27]。水解物中含有3种特征醛类化合物,包括己醛、异戊醛和丙醛,其中己醛是鱼腥味的主要来源,可能是造成不良风味的主要原因[6]。水解物和MRPs含有较多的酮类物质,是不饱和脂肪酸氧化或氨基酸降解产生,赋予产物花香和果香,从而改善风味特性[9]。酯类来源于羧酸和醇的酯化反应,以及美拉德反应的产生[28],使整体风味饱满和浓厚,富有果味、甜味和酯类风味。而在MRPs中未检测出酸类物质,酸类化合物通常会产生难闻的酸败味,其阈值高,对整体风味贡献小[29]。杂环化合物是重要的风味化合物,具有烤肉和坚果香味,包括呋喃、噻吩和吡嗪等物质,对整体风味起着重要作用,4种MRPs产生2,5-二甲基吡嗪、吡嗪和2,5-二甲基呋喃3种特征化合物,吡嗪和呋喃是通过MR和Strecker降解产生,其中2,5-二甲基吡嗪和吡嗪具有烤花生、巧克力和奶油香味,能有效改善水解物的腥味和异味,促进水解物的感官特性[30]

美拉德反应后,反应产物产生各种挥发性化合物,赋予样品多样的风味特性。其中,水解物含有6种特有的挥发性化合物,醛类可能是导致水解物产生腥味的主要来源;4种MRPs含有8种特有的挥发性风味物质,这些化合物可能是区分MRPs与水解物的关键气味,增加了MRPs的肉味、花香和果香等气味,从而丰富了MRPs的整体香气。美拉德反应的成分复杂,这可能与原料特性、反应条件和美拉德反应程度有关,美拉德反应能有效改善水解物的腥味和异味等不良风味,同时生成具有果香、肉香和坚果香的风味物质。总之,水解物与不同的MRPs既有相同的挥发性化合物,也有不同的挥发性化合物,从而影响最终产物的风味特性。

2.6 游离氨基酸分析

游离氨基酸是关键味道和气味的前体,与其他成分发生协同作用,造成反应产物的滋味差异。游离氨基酸含量是蛋白质的游离氨基与还原糖羰基相互作用的重要指标,影响MRPs的风味特性[20]。如表3所示,MRPs和水解物共检测出17种游离氨基酸,与水解物相比,4种MRPs的总游离氨基酸含量降低,葡萄糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖分别减少2.34%、9.10%、11.23%和6.75%,这说明游离氨基酸作为前体参与美拉德反应,转化为其他风味物质,减少了游离氨基酸的含量,影响水解物的风味特性[7],其中木糖更易与水解物的氨基酸反应,导致总游离氨基酸下降最多。

表3 水解物与美拉德反应产物的游离氨基酸含量 单位:mg/100 mL

Table 3 Content of free amino acids of the hydrolysate and MRPs

氨基酸水解物葡萄糖半乳糖木糖阿拉伯糖天冬氨酸6.23±0.03e7.78±0.01a6.81±0.01d7.18±0.01c7.37±0.07b苏氨酸13.97±0.04a12.21±0.03b11.30±0.02d11.09±0.02d11.63±0.09c丝氨酸10.22±0.02c10.87±0.03a10.24±0.05c10.02±0.03d10.60±0.12b谷氨酸31.22±0.05b32.27±0.01a30.93±0.06bc30.79±0.07c32.34±0.28a甘氨酸8.82±0.02b9.26±0.01a8.58±0.01c8.18±0.02d8.62±0.09c丙氨酸18.31±0.04c19.15±0.00b18.42±0.02c18.22±0.07c19.42±0.18a半胱氨酸0.88±0.01a0.18±0.01c0.16±0.01c0.20±0.03c0.27±0.01b缬氨酸11.61±0.01a11.61±0.01a11.12±0.03b10.76±0.11c11.68±0.11a蛋氨酸10.40±0.01a10.21±0.00a9.53±0.01c9.28±0.18c9.88±0.24b异亮氨酸6.77±0.01c7.05±0.01ab6.86±0.01bc6.70±0.09c7.20±0.18a亮氨酸29.78±0.04b30.44±0.03a29.35±0.06b28.39±0.12c30.26±0.45a酪氨酸24.76±0.11b25.71±0.02a23.19±0.06c22.53±0.26d22.71±0.45cd苯丙氨酸29.60±0.04a24.05±0.05c21.42±0.12d23.93±0.50c24.96±0.67b赖氨酸10.32±0.01a9.61±0.01b8.38±0.03c7.91±0.24d7.97±0.29d组氨酸4.19±0.01a3.35±0.02b2.86±0.01c2.21±0.26d2.23±0.29d精氨酸18.37±0.05a16.31±0.00b14.88±0.03c11.57±0.05e12.20±0.13d脯氨酸0.32±0.01b0.19±0.00c0.28±0.01b0.34±0.06b0.51±0.01a总游离氨基酸235.77±0.51a230.25±0.24b214.32±0.56d209.28±2.10e219.85±3.67c

由图5可知,MRPs的苦味氨基酸均降低,其中,木糖的苦味氨基酸降低最多,降低了15.45%,这可能是疏水性氨基酸的低分子质量肽与木糖发生交联[31],减少疏水氨基酸含量,从而降低苦味氨基酸含量。美拉德反应增强了水解物的鲜味氨基酸,其中葡萄糖和阿拉伯糖增加最多,分别增加6.95%和6.03%。除葡萄糖外,3种MRPs的甜味氨基酸含量均有下降。游离氨基酸的变化说明美拉德反应改变了水解物中游离氨基酸的组成和含量,尤其是降低了苦味氨基酸和增加了鲜味氨基酸。游离氨基酸的变化不仅减少了水解物的不良腥苦味,还保留了水解物的鲜味和甜味等味道,表明美拉德反应在改善水解物风味特性方面具有较大的潜力,并在一定程度上影响水解物的口感和风味。

图5 水解物与美拉德反应产物的鲜味、甜味和苦味氨基酸变化

Fig.5 Changes of umami, sweet, and bitter amino acids of the hydrolysate and MRPs

2.7 电子舌分析

电子舌通过模拟人的舌头反映样品的滋味差异,利用多传感阵列对样品进行识别和分析,具有操作简单和灵敏度高等优点[12]。图6-a显示了不同MRPs和水解物的电子舌主成分分析(principal component analysis, PCA)图,主要反映样品经过不同美拉德反应处理下的相关性,其中2个主成分(PC1和PC2)的累积贡献率越大,样品信息越完整。PC1的贡献率为58.9%,PC2的贡献率为25.1%,总贡献率为84.0%,大于80.0%,说明这2个主成分可以充分反映水解物和MRPs的整体滋味特征。相同颜色较为密集,重复性良好,而水解物与其他MRPs都存在距离,因此电子舌能区分不同美拉德反应处理水解物的滋味差异,其中葡萄糖离水解物距离最近,其次是半乳糖、木糖和阿拉伯糖。

a-PCA分析图;b-雷达图

图6 水解物与美拉德反应产物的电子舌PCA分析图和雷达图

Fig.6 PCA analysis map and radar map of the electronic tongue of the hydrolysate and MRPs

图6-b显示了不同MRPs和水解物的电子舌雷达图,所有滋味的响应值范围在2~9之间,其中水解物鲜味最低,而苦味最高,而经过美拉德反应后,MRPs的苦味都降低,鲜味增强,说明MRPs能有效改善水解物的不良风味,这也与游离氨基酸的结果相似。在不同的MRPs中,葡萄糖的鲜味最高,咸味最低,说明葡萄糖赋予水解物良好的滋味,4种MRPs的酸味相差不大,但甜味都有一定程度的降低。

2.8 感官评价

美拉德反应产物的风味形成受多种因素的影响。感官小组综合评价4种MRPs和水解物的感官特性,绘制成感官分析雷达图。如图7所示,综合各项评分来看,4种MRPs和水解物的各个感官评分存在显著差异,水解物的腥味较重,颜色呈淡黄色;经过美拉德反应后,MRPs的腥味显著降低,可能是MR过程中产生的挥发性化合物掩盖了水解物的不良气味,其中木糖和阿拉伯糖在各个感官评分中比较突出,对水解物的颜色和腥味均有显著改善,整体感官评分处于较高水平,MR形成的棕色和焦糖化反应产物使MRPs呈现焦糖色,但会出现颜色不均一的现象,形态较其他2种还原糖稍差。4种MRPs有效改善水解物的腥味和颜色,由于还原糖的种类和美拉德反应过程,导致其在气味、颜色和形态存在差异。Long等[6]发现MR过程产生的挥发性化合物和芳香化合物,显著降低水解液的鱼腥味,增强水解液的鲜味和丰富度。总体上,经过美拉德反应后,MRPs的色泽和气味的感官评分显著优于水解物。

图7 水解物与美拉德反应产物的感官评价

Fig.7 Sensory evaluation of the hydrolysate and MRPs

图8 水解物和美拉德反应产物的抗氧化性

Fig.8 Antioxidant activities of the hydrolysate and MRPs

2.9 抗氧化性分析

美拉德反应不仅赋予食品特有的香气和味道,还增强了抗氧化性,美拉德反应产生一系列复杂的化合物,形成的类黑素和焦糖化产物作为供氢体,起到清除自由基的作用,可减缓反应物的氧化作用,从而延长产品的货架期[16]。MR形成的化合物提供氢与DPPH自由基形成DPPH-H分子,导致溶液变浅或是退色,从而增强抗氧化性。木糖的DPPH自由基清除率最高,说明美拉德反应提高了反应产物的抗氧化性,这可能与褐变程度有关,美拉德反应的褐变程度与抗氧化性水平之间呈正相关;其次在加热过程中,蛋白分子展开,暴露更多的疏水基团,能更好与DPPH自由基结合[32],从而增强抗氧化性,这表明美拉德反应提高了反应产物的抗氧化性。

ABTS阳离子自由基清除能力常用于测量MRPs的抗氧化性,因为ABTS阳离子自由基是亲水性自由基,可以与MRPs相互作用[33]。美拉德反应生成还原性的酮和杂环化合物,使MRPs具有较强的抗氧化性。Zhang等[34]发现MRPs较强的抗氧化性与还原酮的产生,以及羟基化合物、杂环吡咯及5-羟甲基糠醛等中间产物有关。4种MRPs的ABTS阳离子自由基清除率显著增加,其中,木糖的ABTS阳离子自由基清除率高于其他3种还原糖,可能与木糖的反应过程有关,其反应速度快,生成更多的抗氧化物质。与Liu等[19]的结果一致,MRPs的抗氧化性增强与中间体或褐变产物的供氢能力有关。

3 结论

本实验旨在研究美拉德反应对甜瓜螺肉水解物的理化性质和风味特性的影响,研究表明,美拉德反应提高了4种MRPs的中间产物、褐变程度、接枝度和抗氧化性,降低了苦味氨基酸和总游离氨基酸,增加了鲜味氨基酸,同时电子舌能有效区分水解物和MRPs的滋味差异,美拉德反应能有效改善水解物的颜色、风味和滋味。其中木糖和阿拉伯糖的反应更加强烈,中间产物、褐变程度、接枝度和抗氧化性都显著提升,颜色变化较大,而pH显著降低,感官评价优于其他2种还原糖和水解物。GC-IMS表明美拉德反应后产生更多的挥发性化合物,尤其是产生了吡嗪和呋喃类物质,赋予MRPs烤肉和坚果香味,减少了醛类物质,改善了水解物的鱼腥味等不良风味,对MRPs的风味特性和抗氧化性均有贡献。本研究阐明了美拉德反应对水解物的理化性质和风味改善的作用,从而为甜瓜螺肉的开发利用提供理论参考。

参考文献

[1] Li G S, Hu L P, Hu Z H, et al.Nutrition and protein function, properties (structure, rheology, thermal stability) analysis of nepture volute based on proteomics and in vitro digestion/cells model[J].Food Bioscience, 2021, 43:101321.

[2] 钟机. 蓝圆鲹鱼肉蛋白酶解液的制备及其Maillard反应生香工艺研究[D].福州:福建农林大学, 2017.Zhong J.Study on the preparation of enzymatic hydrolysate of Decapterus maruadsi proteins and Maillard reaction[D].Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University, 2017.

[3] Liu L, Zhao Y H, Lu S X, et al.Metabolomics investigation on the volatile and non-volatile composition in enzymatic hydrolysates of Pacific oyster (Crassostrea gigas)[J].Food Chemistry:X, 2023, 17:100569.

[4] 张亦鸣. 低聚木糖美拉德反应及其衍生物活性[D].上海:上海海洋大学, 2015.Zhang Y M.The Maillard reaction of xylo-oligosaccharides and the biological activity of its derivatives[D].Shanghai:Shanghai Ocean University, 2015.

[5] 秦晓辉. 美拉德反应制备珠蚌抗氧化肽及其性质研究[D].南昌:南昌大学, 2014.Qin X H.Research on the preparation and antioxidant of peptide from mussels by Maillard reaction[D].Nanchang:Nanchang University, 2014.

[6] Long Z S, Yi X Z, Gao X, et al.Combining sensory analysis and flavoromics to determine how the Maillard reaction affects the flavors of golden pomfret hydrolysates[J].Foods, 2025, 14(4):560.

[7] Qiu D, Gan R Q, Feng Q H, et al.Flavor formation of tilapia byproduct hydrolysates in Maillard reaction[J].Journal of Food Science, 2024, 89(3):1554-1566.

[8] Zhang X, Liu S Q.Effects of reducing sugars on colour, amino acids, and volatile flavour compounds in thermally treated minced chicken carcass hydrolysate[J].Foods, 2024, 13(7):991.

[9] Zhao Z L, Wang W D, Chen J, et al.Effect of ultrasound-assisted Maillard reaction on functional properties and flavor characteristics of Oyster protein enzymatic hydrolysates[J].Ultrasonics Sonochemistry, 2024, 111:107113.

[10] Lyu Y N, Bai X T, Zhao H L, et al.Flavor characteristics of large yellow croaker soup served with different dried edible fungi[J].Food chemistry:X, 2024, 21:101059.

[11] 王玉婷, 肖乃勇, 施文正.超声辅助美拉德反应对鲢鱼酶解产物风味特性的影响[J].渔业现代化, 2023, 50(6):84-92.Wang Y T, Xiao N Y, Shi W Z.Effect of ultrasound-assisted Maillard reaction on the flavor characteristics of hydrolysate of Hypophthalmichthys molitrix[J].Fishery Modernization, 2023, 50(6):84-92.

[12] 栗紫慧. 黑鱼加工过程中风味与品质变化的研究[D].上海:上海海洋大学, 2024.Li Z H.Research on changes in flavor and quality of snakehead fish during processing[D].Shanghai:Shanghai Ocean University, 2024.

[13] 王艳茹, 王欣悦, 何龙, 等.超高压辅助酶解制备胶原蛋白抗氧化肽及构效分析[J].食品科学, 2026,47(3):109-119.Wang Y R, Wang X Y, HE L, et al.Preparation of collagen antioxidant peptides by ultrahigh-pressure-assisted enzymatic digestion and constitutive analysis[J].Food Science, 2026,47(3):109-119.

[14] Gao J J, Ning C, Wang M X, et al.Structural, antioxidant activity, and stability studies of jellyfish collagen peptide-calcium chelates[J].Food Chemistry:X, 2024, 23:101706.

[15] Yang X, Li Y L, Li S T, et al.Effects and mechanism of ultrasound pretreatment of protein on the Maillard reaction of protein-hydrolysate from grass carp (Ctenopharyngodon idella)[J].Ultrasonics Sonochemistry, 2020, 64:104964.

[16] 陈晓. 鸡肝蛋白酶解物的美拉德反应条件优化及其产物特性[D].合肥:安徽农业大学, 2020.Chen X.Optimization of Maillard reaction conditions for chicken liver protein enzymatic hydrolysate and its product characteristics[D].Hefei:Anhui Agriculture University, 2020.

[17] 张玲, 罗嘉滨, 海金萍, 等.海蜇皮酶解液美拉德反应制备鱼味香料基液的研究[J].中国调味品, 2012, 37(1):28-31;44.Zhang L, Luo J B, Hai J P, et al.Study on the preparation of fish flavor by Maillard reaction on enzymatic hydrolyzate of jellyfish[J].China Condiment, 2012, 37(1):28-31;44.

[18] 葛伟. 超声预处理对酪蛋白美拉德反应及其产物功能特性的影响[D].哈尔滨:东北农业大学, 2015.Ge W.The effect of ultrasonic pretreatment on Maillard reaction and functional properties of Maillard reaction products of casein[D].Harbin:Northeast Agricultural University, 2015.

[19] Liu Z H, Chen B, Wang S L, et al.Maillard reaction products from tilapia (Oreochromis mossambicus) scale collagen peptides conjugated with galactooligosaccharides of different purities:Characterization, antioxidant activity, and impact on the growth of probiotics[J].Food Chemistry:X, 2025, 29:102733.

[20] Sun L B, Wang D H, Huang Z, et al.Structure and flavor characteristics of Maillard reaction products derived from soybean meal hydrolysates-reducing sugars[J].LWT, 2023, 185:115097.

[21] Sun A, Chen L N, Wu W, et al.The potential meat flavoring generated from Maillard reaction products of wheat gluten protein hydrolysates-xylose:Impacts of different thermal treatment temperatures on flavor[J].Food Research International, 2023, 165:112512.

[22] Nishimura K, Abe T.Effect of protease reaction conditions on volatile compounds generated in Maillard reaction products from soy protein hydrolysates[J].Food Chemistry, 2025, 464:141599.

[23] Hao J Q, Zhang X Y, Wang Z W, et al.Maillard reaction products of soybean protein hydrolysates and reducing sugar:Structure and flavor insights[J].Food Research International, 2025, 202:115790.

[24] 王梦云, 杜婕妤, 桑尚源, 等.5种还原糖与南极磷虾粉酶解液美拉德反应产物挥发性成分的差异分析[J].宁波大学学报(理工版), 2022, 35(4):15-28.Wang M Y, Du J Y, Sang S Y, et al.The difference analysis of volatile components in Maillard reaction products prepared from hydrolysate of Antarctic krill powder and five kinds of reducing sugar[J].Journal of Ningbo University:Natural Science and Engineering Edition, 2022, 35(4):15-28.

[25] 李子晏, 陈颖, 刘瑞玲, 等.发酵时间对蓝莓-胶原蛋白肽饮料功能特性与风味品质的影响[J].食品工业科技, 2026,47(3):124-137.Li Z Y, Chen Y, Liu R L, et al.Effect of fermentation time on the functional properties and flavor quality of blueberry-collagen peptide fermented beverages[J].Science and Technology of Food Industry, 2026,47(3):124-137.

[26] 张奇秀. 鱿鱼鱼糜凝胶品质比较及其混合鱼糜研究[D].上海:上海海洋大学, 2023.Zhang Q X.Study on comparison of gel quality of squid surimi and its mixed surimi[D].Shanghai:Shanghai Ocean University, 2023.

[27] Han J R, Du Y N, Tang Y, et al.Structural changes, volatile compounds and antioxidant activities of Maillard reaction products derived from scallop (Patinopecten yessoensis) female gonad hydrolysates[J].Journal of Aquatic Food Product Technology, 2019, 28(4):352-364.

[28] 林阳, 张馨月, 李晓磊, 等.基于电子鼻和离子迁移谱分析三种烤鱼片挥发性风味化合物[J].食品工业科技, 2025, 46(24):291-301.Lin Y, Zhang X Y, Li X L, et al.Analysis of volatile flavor compounds in three types of baked fish fillets using an electronic nose with GC-IMS[J].Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(24):291-301.

[29] Huang A Q, Liu Q, Chen X T, et al.Preparation and characterization of Maillard reaction products from enzymatic hydrolysate products of Abalone viscera[J].Microchemical Journal, 2024, 204:111062.

[30] 张美. 刺参性腺酶解物及其美拉德反应产物风味和抗氧化活性研究[D].上海:上海海洋大学, 2023.Zhang M.Study of flavor and antioxidant activity in stichopus japonisus gonads enzymatics and Maillard reaction products[D].Shanghai:Shanghai Ocean University, 2023.

[31] Sharma K, Nilsuwan K, Hong H, et al.Debittering of salmon frame protein hydrolysate and plastein using Maillard reaction as affected by types of sugar[J].International Journal of Food Science and Technology, 2024, 59(3):1560-1571.

[32] 陈晴. 糖基化对鲐鱼鱼松品质及体外消化特性的影响[D].上海:上海海洋大学, 2022.Chen Q.Effects of glycosylation on the quality and in vitro digestion characteristics of mackerel (Scomber japonicus) fish floss[D].Shanghai:Shanghai Ocean University, 2022.

[33] Chen K N, Yang Q F, Hong H, et al.Physicochemical and functional properties of Maillard reaction products derived from cod (Gadus morhua L.) skin collagen peptides and xylose[J].Food Chemistry, 2020, 333:127489.

[34] Zhang X G, Noisa P, Hamzeh A, et al.Glycation of tilapia protein hydrolysate decreases cellular antioxidant activity upon in vitro gastrointestinal digestion[J].Food Chemistry:X, 2024, 21:101228.

Effect of the Maillard reaction on the physicochemical properties and flavor characteristics of Cymbium pepo hydrolysate

LYU Siying1, JIANG Chancong1, YANG Yaochong1, QIU Weiqiang1, BAO Jianqiang1,2,3, JIN Yinzhe1,4*

1(College of Food Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)2(Shanghai Engineering Research Center for Processing and Storage of Aquatic Products, Shanghai 201306, China)3(Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment of Aquatic Products Storage and Preservation, Ministry of Agriculture (Shanghai), Shanghai 201306, China)4(Engineering Research Center of Food Thermal-Processing Technology, Shanghai 201306, China)

ABSTRACT The Maillard reaction plays a crucial role in food processing and contributes positively to enhancing food flavor.This study aims to explore the effects of the Maillard reaction on the physicochemical properties and flavor characteristics of Cymbium pepo hydrolysate.Using C.pepo hydrolysate and four reducing sugars as raw materials.Investigate the changes in the physicochemical properties of the Maillard reaction products, including intermediate products, browning intensity, the degree of graft, and free amino acids.Meanwhile, the flavor and taste changes of Maillard reaction products were analyzed using gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS), electronic tongue, and sensory evaluation.The results showed that after the Maillard reaction, the intermediate products, browning intensity, the degree of graft, and antioxidant activities of the reaction products significantly increased.The bitter amino acids in the hydrolysate were reduced, and the color and flavor characteristics of the hydrolysate were improved.Meanwhile, the electronic tongue can effectively distinguish the taste differences of various reaction products.A total of 38 volatile compounds were identified in the hydrolysate and Maillard reaction products by GC-IMS.The Maillard reaction products generated more substances such as pyrazines and furans, reducing aldehyde compounds, thereby enhancing the aroma of roasted meat and nuts, and diminishing unpleasant flavors such as fishiness.This study provided novel insights into enhancing the flavor of C.pepo hydrolysate, providing a theoretical basis for the development of flavored products.

Key words Cymbium pepo hydrolysate;reducing sugar;Maillard reaction;physicochemical property;flavor characteristics

第一作者:硕士研究生(金银哲副教授为通信作者,E-mail:yzjin@shou.edu.cn)

基金项目:国家重点研发计划项目(2020YFD0900905)

收稿日期:2025-12-08,改回日期:2026-01-04

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.045421

引用格式:吕思盈,蒋蝉聪,杨耀冲,等.美拉德反应对甜瓜螺肉水解物的理化性质和风味特性的影响[J].食品与发酵工业,2026,52(17):282-290.LYU Siying, JIANG Chancong, YANG Yaochong, et al.Effect of the Maillard reaction on the physicochemical properties and flavor characteristics of Cymbium pepo hydrolysate[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(17):282-290.