美拉德反应改善香菇柄酶解液的风味

刘培基1,2,崔文甲1*,王文亮1,弓志青1,杨正友2

1(山东省农业科学院 农产品研究所,山东省农产品精深加工技术重点实验室,农业农村部新食品资源加工重点实验室,山东 济南,250100)2(山东农业大学 生命科学学院,山东 泰安,271000)

摘 要 该文以香菇柄酶解液为原料,通过美拉德反应对其进行风味改良。以感官评价及吸光度值为评价指标,优化香菇柄酶解液美拉德反应条件,并对反应前后酶解液中氨基酸、有机酸和挥发性风味物质进行分析。香菇柄酶解液美拉德反应最佳工艺条件为:选用果糖与蔗糖复合添加,质量比1∶2,添加质量分数10.0%,初始pH值为5.5,100 ℃反应110 min。经过美拉德反应,酶解液中的氨基酸和有机酸总量减少,种类及含量也发生了明显变化;采用气相离子色谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析了美拉德反应前后挥发性风味物质的变化,带有不良风味的庚醛、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、3-辛酮和异戊醇等物质含量明显减少甚至消失。生成了香菇柄酶解液美拉德反应产物的特征风味物质,主要为乙醇、环己酮、丙酮、2-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯,可以为体系带来特殊的香甜气息和烤香风味。综上,美拉德反应对香菇柄酶解液风味有明显的改良作用。

关键词 香菇;酶解液;美拉德反应;气相离子色谱;风味改良

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.024141

引用格式:刘培基,崔文甲,王文亮,等.美拉德反应改善香菇柄酶解液的风味[J].食品与发酵工业,2020,46(22):71-78.LIU Peiji,CUI Wenjia,WANG Wenliang, et al. Flavor improvement of enzymatic hydrolysate of Lentinus edodes stalk by Maillard reaction[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(22):71-78.

第一作者:硕士(崔文甲副研究员为通讯作者,E-mail:clementpost@126.com)

基金项目:山东省重大科技创新工程项目(2019JZZY020607);山东省自然科学基金重大基础研究项目(ZR2018ZC0944)

收稿日期:2020-04-04,改回日期:2020-06-23

Flavor improvement of enzymatic hydrolysate of Lentinus edodes stalk by Maillard reaction

LIU Peiji1,2,CUI Wenjia1*,WANG Wenliang1,GONG Zhiqing1,YANG Zhengyou2

1(Institute of Agro-Food Science and Technology Shandong Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong Province, Key Laboratory of Novel Food Resources Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Jinan 250100, China)2(College of Life Science, Shandong Agricultural University, Taian 271000, China)

ABSTRACT The Maillard reaction was used in order to improve the flavor of enzymolysis hydrolysate of Lentinus edodes stalk. The reaction conditions were optimized according to the sensory evaluation and absorbance. The amino acids, organic acids and volatile flavor compounds in the hydrolysate before and after the reaction were analyzed. The optimum reaction conditions were as follows: The addition of fructose and sucrose at 10.0% (mass fraction) with a mass ratio of 1∶2, initial pH of 5.5, and the reaction was performed at 100 ℃ for 110 min. After Maillard reaction, the total amount of amino acids and organic acids in the enzymolysis hydrolysate decreased. Gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS) was used to analyze the flavor before and after Maillard reaction. The content of the substances with undesirable flavor such as heptanal, dimethyl disulfide, dimethyl trisulfide, 3-octanone and isoamyl alcohol was significantly reduced and some even disappeared. The characteristic flavor substances of Maillard reaction products were ethanol cyclohexanone acetone 2-methylpyrazine and 2-acetylpyrrole, which can bring special sweet and toasted flavor to the system. In conclusion, Maillard reaction can effectively promote the flavor of enzymatic hydrolysate of Lentinus edodes stalk.

Key words Lentinus edodes; enzymolysis liquid; Maillard reaction; gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS);flavor improvement

香菇是我国产量最大的食用菌,具有特殊的鲜香风味[1]。香菇是一种药食两用的真菌[2],不仅含有蛋白质、氨基酸、维生素和矿物质等多种营养成分,有促进人体新陈代谢、提高机体适应力的功效[3],还富含核苷酸、有机酸等多种呈味物质,可以作为开发食用菌调味品的原料。但目前香菇主要以鲜食、粗加工为主,产品附加值低[4]。在香菇的加工过程中,风味和滋味都是重要的考虑因素,香菇的特征风味物质有二甲基三硫、二甲基二硫、1-辛烯-3-醇、3-甲基丁醛、己醛、2-甲基丁醛、1-庚烯-3-酮、E-2-壬烯醛、(EE)-2,4-壬二烯醛和 2-十一酮10种挥发性成分,其中1-辛烯-3-醇又称蘑菇醇,可以散发出特有的蘑菇香气[5],香菇的特征滋味物质主要是香菇中的鲜味氨基酸和鲜味核苷酸[6]。香菇经过酶解,更易释放其带有菇香的风味物质[7]。费英敏等[8]使用木瓜蛋白酶对香菇进行酶解,通过研究发现香菇中香味成分主要是香菇酸分解生成的香菇精,另外还含有水溶性鲜味物质,因此可用作食品调味品。但是,香菇酶解液存在苦、涩等不良风味[9]。美拉德反应可以减少香菇酶解液中不良风味,产生令人愉悦的香味。与香菇在酶解工艺方面的研究相比,目前香菇等食用菌通过美拉德反应进行加工和利用的研究还比较少。

美拉德反应会改善食品的风味,产生诱人的色泽,是提升物质功能和特性的一种改性方式[10]。美拉德反应广泛存在于食品工业中,这种褐变反应不是在酶的作用下发生的,所以又被称为非酶褐变反应。它是由羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸和蛋白质)在常温或加热时发生的一系列反应,经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质拟黑素或称类黑精[11]。还原糖种类及添加量、反应时间、反应温度和初始反应系统pH在美拉德反应中都有非常重要的影响[12]。冯涛等[13]采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometer,SPME-GC-MS),研究其挥发性风味化合物,发现L-阿拉伯糖分别与4种氨基酸反应均产生具有烤香和可可香的风味化合物。因此,研究不同还原糖对美拉德反应产物风味物质及特性的影响成为当前热点。

本实验以吸光度和感官评价作指标,对香菇柄酶解液美拉德反应工艺进行优化。香菇柄是香菇在生产加工过程中的下脚料,由于口感较差,往往被当作废物处理,造成浪费[14],香菇柄与香菇含有相同的营养物质,且纤维素含量比香菇盖中还要高[15]。目前,把香菇柄酶解液与美拉德反应相结合制备风味独特菇香风味的调味料引起人们关注。本研究采用的气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS),样品不需要前处理,会先利用气相色谱对样品进行分离,直接对样品进行顶空进样分析,再使用IMS检测器检测得到样品的挥发性组分信息,形成指纹图谱。通过图谱可以分析香菇柄酶解液美拉德反应产物的风味特性变化,为香菇柄的精深加工和应用提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜带柄香菇,济南市历城区桑园路华联超市。

风味蛋白酶(20 U/mg)、菠萝蛋白酶(300 U/mg)、纤维素酶(400 U/mg),食品级,上海源叶生物科技有限公司;D-木糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、甘露糖、麦芽糖,山东西王糖业有限公司;柠檬酸,郑州郑亚化工产品有限公司;柠檬酸钠,潍坊英轩实业有限公司。

GZX-9240MBE型电热鼓风干燥箱,上海博迅实业有限公司医疗设备厂;ZN-20L型小型粉碎机,北京兴时利和科技发展有限公司;SHZ-A型水浴恒温振荡器,上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;SG2型便携式pH计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;1260型高效液相色谱仪,Agilent公司;UV-6100型紫外分光光度计,上海元析仪器有限公司;Centrifuge 5804R型离心机,德国Eppendorf生命科学公司;Agilent 7890N/5975气质联用(GC-MS)仪,美国 Agilent公司;20 mL顶空钳口样品瓶、固相微萃取装置、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头,美国Supelco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 香菇柄酶解液的制备

新鲜的带柄香菇,取下末端带根的香菇柄。香菇柄切片并放入电热鼓风干燥箱中烘干,用小型粉碎机将干香菇进行粉碎,过100目筛。采用实验室前期确定的复合酶解工艺进行制备[16]。酶解条件为料液比1∶15(g∶mL),酶添加量为0.72%(质量分数),m(风味蛋白酶)∶m(菠萝蛋白酶)∶m(纤维素酶)=20∶2∶1,时间2 h,58 ℃。酶解结束后在100 ℃下灭酶10 min,7 000 r/min离心20 min,取上清液,得到香菇酶解液。

1.2.2 美拉德反应改良香菇柄酶解液风味反应条件的确定

1.2.2.1 还原糖种类及配比对酶解液美拉德反应产物风味的影响

取制备好的香菇柄酶解液40 g,分别添加木糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、甘露糖、麦芽糖4 g,调节pH值至6,110 ℃条件下进行美拉德反应,反应时间为120 min,冷却后进行感官评定。

1.2.2.2 确定蔗糖与果糖最佳配比

取制备好的香菇柄酶解液40 g,分别添加入4 g复配还原糖(果糖和蔗糖添加质量比分别为1∶4、1∶2、1∶1、2∶1、4∶1)进行实验,冷却后进行感官评定。

1.2.2.3 美拉德反应条件单因素试验

取制备好的香菇柄酶解液40 g,加入复配还原糖(果糖和蔗糖质量比为1∶2)进行美拉德反应,冷却后进行感官评定。考察不同美拉德反应条件:还原糖添加量(6%、8%、10%、12%、14%)(质量分数),初始pH值(5、5.5、6、6.5、7),反应温度(80、90、100、110、120 ℃),反应时间(80、90、100、110、120 min)对酶解液的影响。

1.2.2.4 正交试验优化美拉德反应条件

如表1所示,在单因素试验的基础上,分别以感官评分和A420为指标,选取温度、时间、pH值和还原糖添加量为因素,设计进行4因素3水平正交试验,对香菇柄酶解液美拉德反应条件进行优化。

表1 正交试验L9(34)因素水平表
Table 1 Factors and levels for orthogonal experimental design

水平因素 factors温度(A)/℃时间(B)/minpH值(C)还原糖添加量(D)/%190905.5821001106.01031101306.512

1.2.3 美拉德反应产物的感官评价

请6名(3男3女)受过专业训练的感官评定员组成感官评定小祖,对本实验的样品进行感官评定鉴评并进行打分。本实验通过嗅觉及味觉对待测产物的风味特性进行评分,从腥糊味、香味、苦涩味、鲜甜味及醇厚感5个方面进行感官评价,评分标准如表2所示。

表2 感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation criteria

指标1分2分3分4分5分腥味、糊味或其他刺激性气味腥味偏重,不能接受腥味较重,可以接受有腥味,能接受有能感知的较弱腥味无腥味香味无香味香味轻微,可以感知香味较淡香味较强香味浓郁苦味、涩味非常明显的苦涩味,不能接受苦涩味较重,可以接受有苦味,可以接受有能感知的轻微苦味无苦味鲜味、甜味无鲜味轻微鲜味,可以感知鲜味较淡鲜味较强鲜味浓郁醇厚感、味觉丰富性无醇厚感,味感单一醇厚感轻微,味感较单一醇厚感一般,味感有层次不丰富醇厚感较强,味感丰富醇厚感强,味感层次复杂

1.2.4 美拉德反应程度的测定

香菇酶解液在420 nm吸光度值反映了香菇酶解液中美拉德反应程度的高低[17]。将美拉德反应产物稀释10倍,以超纯水为空白,在420 nm处测其吸光度值,对其美拉德反应的褐变程度进行检测。每次检测做3组平行,实验结果取平均值。

1.2.5 氨基酸分析

参照崔文甲等[18]的方法进行测定。

1.2.6 有机酸的测定

参照李晓[19]的方法进行测定。

1.2.7 挥发性化合物的测定

1.2.7.1 气相色谱离子迁移谱联用技术测定方法

取2 mL样品放入20 mL顶空进样瓶中,40 ℃孵化10 min,用气相离子迁移谱仪FlavourSpec®进行测试,G.A.S.开发的功能软件分析酶解液和最优工艺美拉德反应产物(Maillard reaction products,MRPs)中挥发性有机物,得到差异图谱;通过软件内置的NIST数据库和IMS数据库对比,可对物质进行定性分析。

1.2.7.2 气相离子迁移谱实验条件

分析时间20 min;色谱柱类型FS-SE-54-CB-1,15 m,ID 0.53 mm;柱温60 ℃;载气流量分别为0~2 min,2 mL/min;2~10 min,2~20 mL/min;10~15 min,20~100 mL/min;15~20 min,100 mL/min;漂移气流量150 mL/min;载气/漂移气N2;IMS温度45 ℃;进样针温度45 ℃。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 还原糖种类对香菇酶解液美拉德反应产物风味的影响

本研究选取了木糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、甘露糖和麦芽糖作为反应的还原糖。如图1所示,果糖组及蔗糖组鲜味、甜味方面感官评分较高。美拉德反应后多种风味物质相互协调[20]、共同作用,使果糖和蔗糖参与的MRPs拥有丰富的口味层次感,在醇厚感及味觉丰富度得分较高。

a-木糖;b-果糖;c-葡萄糖;d-蔗糖;e-甘露糖;f-麦芽糖
图1 不同还原糖对MRPs感官评价得分的影响
Fig.1 Effects of different reducing sugars on sensory evaluation scores of MRPs

由表3可知,在6组实验中,蔗糖作为还原糖参与反应产生的MRPs液感官评定总分最高,其次是果糖组。将MRPs在420 nm处的吸光度分析及感官评定结果分析相结合,发现果糖组在吸光度值和感官评定总分方面都达到较高水平。木糖、蔗糖及甘露糖组在感官评定总分都十分突出,蔗糖组在鲜味、甜味、醇厚感、味觉丰富度及感官评定总分等几个方面的得分均为最高,且成本低于甘露糖。所以最终选择蔗糖及果糖进行还原糖复配,复配工艺可以使优势互补,感官评定各个方面都达到较高水平。

表3 不同还原糖对MRPs吸光值(420 nm)及感官评价总分的影响
Table 3 Effects of different reducing sugars on MRPs absorbance value (420 nm) and sensory evaluation total score

还原糖种类木糖果糖葡萄糖蔗糖甘露糖麦芽糖吸光度值 0.074 50.152 60.100 40.097 60.145 20.168 2感官评定总分18.7518.87516.2519.51815.75

2.1.2 还原糖复配比例对香菇酶解液美拉德反应产物风味的影响

由图2和表4可知,蔗糖与果糖不同配比情况下,感官评分变化较为明显。当蔗糖与果糖的添加质量比为2∶1时,酶解液的感官评价总分最高,综合口感很好,且在A420也处于较高水平,美拉德反应程度较好。综合考虑,选择蔗糖与果糖质量比为2∶1为较好的复配比例。

2.1.3 还原糖添加量对香菇酶解液美拉德反应产物风味的影响

美拉德反应主要是还原糖与氨基酸之间的反应,所以还原糖添加量对于美拉德反应产物的风味有较大影响。由图3可知,随着还原糖添加量的增加,美拉德反应程度总体呈现增大趋势;当还原糖添加量大于10%(质量分数),会产生腥味、糊味等不良风味,感官评价总分急剧下降。综合考虑,选取10%(质量分数)为最优还原糖添加量。

图2 蔗糖与果糖添加比例对MRPs感官评价总分的影响
Fig.2 Effect of sucrose and fructose ratio on sensory evaluation score of MRPs
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)

表4 蔗糖与果糖添加比例对MRPs吸光值(420 nm)及感官评价总分的影响
Table 4 Effects of sucrose and fructose addition ratio on MRPs absorption value (420 nm) and sensory evaluation total score

还原糖种类1∶41∶22∶31∶13∶22∶14∶1吸光度值0.405 50.396 20.368 70.3480.372 70.387 80.403 5

2.1.4 反应时间对香菇酶解液美拉德反应产物风味的影响

由图4可知,随着反应时间的增加,MRPs在420 nm处的吸光度值持续增加,美拉德反应程度增大。在选定的反应时间范围内,MRPs感官评价总分呈现先上升再下降的趋势,当反应时间为110 min时,感官评价总分最高。所以选取110 min为最优的美拉德反应时间。

图3 还原糖添加量对MRPs感官评分及吸光度值(420 nm)的影响
Fig.3 Effect of reducing sugar content on sensory score and absorbance (420 nm) of MRPs

图4 反应时间对MRPs感官评分及吸光度值(420 nm)的影响
Fig.4 Effect of the reaction time on sensory score and absorbance (420 nm) of MRPs

2.1.5 反应温度对香菇酶解液美拉德反应产物风味的影响

由图5可知,随着反应温度的增加,MRPs在420 nm处的吸光度值增加,美拉德反应程度增大。MRPs感官评价总分随着温度的增加,呈现先上升再下降的趋势,在100 ℃条件下,MRPs感官评价总分最高。所以选取100 ℃为美拉德反应的最优温度。

图5 反应温度对MRPs感官评分及吸光度值(420 nm)的影响
Fig.5 Effect of the reaction temperature on sensory score and absorbance (420 nm) of MRPs

2.1.6 反应体系初始pH对香菇酶解液美拉德反应产物风味的影响

由图6可知,选取的初始pH处于弱酸和弱碱范围内,随着反应体系初始pH不断提高,MRPs的感官评价总分先上升再下降,当初始pH值为6时,感官评分最高,且吸光度值最高,美拉德反应程度最大。综合考虑,选取反应体系初始pH值为6。

图6 pH对MRPs感官评分及吸光度值(420 nm)的影响
Fig.6 Effect of pH on sensory score and absorbance (420 nm) of MRPs

2.2 正交试验结果

通过单因素试验结果,选择温度、时间、初始pH值和还原糖添加量为影响因素,设计正交试验,对香菇柄酶解液美拉德反应工艺进行优化。根据表5中各因素极差大小可知,4个因素对MRPs感官评分的影响顺序为温度(A)>pH(C)>时间(B)>还原糖添加量(D),根据因素间感官评价总分和极差分析,还原糖添加量、反应时间、反应温度、初始pH值皆对酶解液感官品质影响显著(P<0.05),最优组合为A2B2C1D2,即反应温度为100 ℃,反应时间为110 min,初始pH为5.5,还原糖添加量为10%(质量分数)。在此条件下,重复3次实验,最后测得A420为0.347 6,美拉德反应程度较高,感官评价总分为21.33,风味较好。

表5 正交试验结果
Table 5 The result of orthogonal experimental

序号温度(A)时间(B)初始pH值(C)糖添加量(D)感官评分1111117.662122217.843133316.834212316.345223119.006231220.347313214.838321317.009332113.67K117.44316.27718.33316.777K218.56017.94715.95017.670K315.16716.94716.88716.723R3.3931.6702.3830.947

2.3 游离氨基酸种类及含量分析

由表6可知,甜味氨基酸和无味氨基酸含量有少量增加,鲜味氨基酸含量有所降低,苦味氨基酸含量则明显降低。游离氨基酸不仅在食品的营养功效中发挥着重要作用,也是重要的滋味成分和气味前体物质[21],还可以与食品体系中的其他成分协同作用,影响食品风味。在美拉德反应中,部分氨基酸作为美拉德反应的前体物质参与反应,导致了其含量的减少,但这部分氨基酸会转变成为其他呈味物质,继续影响酶解液的风味[22-23]。美拉德反应后,谷氨酸含量均有所提高,说明美拉德反应并未破坏原料中的谷氨酸,保留了酶解液原有的鲜味[24-25]。美拉德反应后,呈味氨基酸占总游离氨基酸的比率(delicious amino acids/total free amino acid,DAA/TFAA)有所减少,主要是由于苦味氨基酸含量大量减少,酶解液苦味也明显降低。

表6 美拉德反应对香菇柄酶解液中游离氨基酸含量的影响
Table 6 Effect of Maillard reaction on the content of free amino acids in Lentinus edodes enzymatic hydrolysis solution

种类氨基酸名称酶解液/(mg·kg-1)MRPs/(mg·kg-1)损失率/%鲜味氨基酸谷氨酸(Glu)81.53280.33/天冬氨酸(Asp)409.0968.6283.23合计490.62348.9528.88丙氨酸(Ala)9.58210.25/甜味氨基酸甘氨酸(Gly)118.0666.1243.99苏氨酸(Thr)118.52200.47/丝氨酸(Ser)35.26110.95/脯氨酸(Pro)256.0925.3390.11合计537.51613.12/精氨酸(Arg)50.0451.14/组氨酸(His)36.2614.7459.35苦味氨基酸蛋氨酸(Met)56.4015.8371.93异亮氨酸(Ile)90.142.6397.08苯丙氨酸(Phe)446.9916.6496.28缬氨酸(Val)111.8159.8846.44亮氨酸(Leu)69.637.2789.56合计861.27168.1380.48胱氨酸(Cys)71.843.9694.49无味氨基酸赖氨酸(Lys)81.91199.59/酪氨酸(Tyr)36.5819.4446.86合计190.33222.99/总游离氨基酸(TFAA)2 079.731 353.1934.93呈味氨基酸(DAA)1 889.41 130.240.18DAA/TFAA90.85%83.52%/

注:/表示无法计算

2.4 有机酸种类及含量的分析

由表7可知,经美拉德反应后,酶解液中有机酸有明显变化。其中酒石酸、柠檬酸、丁二酸、马来酸的含量明显增加,这是由于在美拉德反应中,酶解液中的香菇细胞结构遭到破坏,使有机酸完全释放到MRPs中,导致其含量升高[26]。草酸、苹果酸、乳酸和富马酸含量降低,可能是由于在美拉德反应的高温条件下,酶解液中的这些有机酸发生氧化,或者是在加热过程中发生脱羧反应[27]

表7 美拉德反应对香菇柄酶解液中有机酸含量的影响
Table 7 Effect of Maillard reaction on the content of organic acid in the enzymatic hydrolysate of mushroom stalk

有机酸名称酶解液美拉德反应产物草酸296.55ND酒石酸ND50苹果酸1 137.95299.43乳酸4 554.71ND乙酸NDND柠檬酸ND1 124.44丁二酸1 712.745 462.76马来酸ND115.68富马酸318.64ND合计8 020.597 052.31

注:ND表示未检测到

2.5 气相离子迁移谱分析挥发性风味物质

通过GC-IMS对美拉德反应后香菇酶解液中的挥发性风味物质进行分析,结果如表8所示。共检测出37种挥发性化合物,包括醛类、酮类、醇类、酸类、脂类、杂环化合物及醚类。

表8 酶解液及MRPs中的挥发性风味物质的鉴定结果及分析[28-34]
Table 8 Identification and analysis of volatile flavor substances in enzymatic hydrolysate and MRPs

化合物种类中文名称编号分子式气味描述苯甲醛C100527C7H6O杏仁味苯乙醛C122781C8H8O鲜花味,水果味壬醛C124196C9H18O玫瑰味,油脂味正辛醛C124130C8H16O强烈果香味戊醛C123513C5H10O杏仁味醛类庚醛C111717C7H14O鱼腥味糠醛C98011C5H4O2烧烤味,焦糖味正己醛C66251C6H12O青草味,葡萄酒味异丁醛C78842C4H8O果香味5-甲基糠醛C620020C6H6O2杏仁味,焦糖味2-甲基丁醛C96173C5H10O可可香味,果香味异戊醛C590863C5H10O苹果香味3-甲硫基丙醛C3268493C4H8OS酱香味,洋葱香味丙酮C67641C3H6O辛辣甜味2-庚酮C110430C7H14O水果味酮类环己酮C108941C6H10O-2-丁酮C78933C4H8O水果味3-辛酮C106683C8H16O-呋喃酮C3658773C6H8O3果香味,焦糖味1-辛烯-3-醇C3391864C8H16O蘑菇气味,泥土味乙醇C64175C2H6O特殊香气醇类1-戊醇C71410C5H12O-2-甲基丁醇C137326C5H12O-异戊醇C123513C5H12O辛辣味酯类丙酸乙酯C105373C5H10O2水果香,指甲油味乙酸乙酯C141786C4H8O2水果味,甜味酸类冰醋酸C64197C2H4O2醋味,酸味异戊酸C503742C5H10O2汗臭味2, 3, 5-三甲基吡嗪C14667551C7H10N2花生香,烧烤味2, 5-二甲基吡嗪C123320C6H8N2坚果香,花生香味其他化合物2-甲基吡嗪C109080C5H6N2坚果香,烤香味2-乙酰基吡咯C1072839C6H7NO坚果香,烤香味2-乙酰基吡啶C1122629C7H7NO焦糖香味2-乙基呋喃C3208160C6H8O焦糖香味2-正戊基呋喃C3777693C9H14O果香味,泥土香味醚类二甲基三硫C3658808C2H6S3鱼腥味,卷心菜味二甲基二硫C624920C2H6S2洋葱味

图7为具有明显差异的美拉德反应前后酶解液的VOCs离子峰图,美拉德反应前后的酶解液具有共同的VOCs,但部分风味物质浓度明显不同。图中的每一行为一个样品,由该样品所含的全部VOCs信号峰组成;每一列为同一保留时间及漂移时间下的有机物(不同样品中相同的物质)的信号峰。反应后组的样品为在前文所述正交实验吸光度值最优条件和感官评价最优条件下的美拉德反应产物。从指纹图中纵向对比可以看出,虚线框区域中的风味物质有庚醛、二甲基二硫、二甲基三硫、3-辛酮和异戊醇等带有鱼腥、臭味等刺激性不良风味,经过美拉德反应,MRPs中这些物质的浓度明显减少甚至消失,腥味减轻,与前文感官评价中结果一致。同时MRPs中产生了大量新的风味物质,其中,实线框区域的风味物质为香菇柄酶解液-蔗糖-果糖体系的MRPs的特征风味物质,其中包括乙醇、环己酮、丙酮、2-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯等,这些风味物质带有香甜气息及烤香风味,对样品整体风味有明显的改善。实验结果表明,香菇酶解液通过美拉德反应,减少了二甲基二硫、二甲基三硫等物质带来的刺激性气味,保留了香菇的特征香气,并通过美拉德反应生成的2-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯等物质给酶解液带来烤香等香味,使香菇酶解液的风味达到令人更易接受的程度,为进一步开发香菇天然调味料提供研究基础。

图7 香菇酶解液美拉德反应前后GC-IMS图谱中VOCs的指纹图谱
Fig.7 Fingerprint of VOCs in GC-IMS before and after Maillard reaction of Lentinus edodes enzymatic hydrolysate
注:“1~15”代表样品在GC-IMS检测到的但还未被识别出种类的风味化合物

图8为香菇柄酶解液及其美拉德反应产物的主成分分析(principal components analysis,PCA)结果。用GC-IMS获得的美拉德反应前后酶解液样品的PCA结果,清楚地显示了在美拉德反应前后香菇酶解液样品之间的分离结果。酶解液和MRPs得到很好的区分,在风味上有明显差异。主成分1和主成分2的累计贡献率高达99%,通过二维平面数据点图的分布及情况可以直接看出美拉德反应前后酶解液的差异性。随着美拉德反应的进行,样品在PCA图中从左到右分布,差异性较大,结合感官评价,说明美拉德反应对香菇柄酶解液的风味具有改善作用。

图8 香菇酶解液美拉德反应前后基于GC-IMS的PCA分析
Fig.8 PCA analysis of Lentinus edodes enzymatic hydrolysate before and after Maillard reaction was based on GC-IMS

3 结论

为获得拥有特征风味的香菇风味基料,提高香菇柄的利用率,对美拉德反应体系还原糖进行复配工艺,并对体系最终产物进行风味分析。确定了美拉德反应改良香菇酶解液风味的工艺条件为选用果糖与蔗糖复合添加,复合质量比1∶2,添加质量分数10.0%,反应体系初始pH值为5.5,100 ℃反应110 min。经美拉德反应后,拥有不良风味的庚醛、二甲基二硫、二甲基三硫、3-辛酮和异戊醇等物质含量明显减少甚至消失,并生成了MRPs的特征风味物质乙醇、环己酮、丙酮、2-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯等,为体系带来特殊的香甜气息和烤香风味。美拉德反应对香菇柄酶解液的风味有明显改良作用,反应后的酶解液风味得到了较大改善,腥味减弱,鲜香味浓郁,为香菇风味调味料的开发提供了理论支持。

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