劉海梅,安孝宇,陳 靜,王 靜,趙 芹,郭青君,車欣欣,崔 云
牡蠣酶解液美拉德反應(yīng)體系優(yōu)化及產(chǎn)物營養(yǎng)評價(jià)
劉海梅,安孝宇,陳 靜,王 靜,趙 芹,郭青君,車欣欣,崔 云
(魯東大學(xué)食品工程學(xué)院,山東 煙臺 264025)
以牡蠣酶解液為氨基來源,與葡萄糖發(fā)生美拉德反應(yīng),以感官評分和褐變程度為指標(biāo),優(yōu)化美拉德反應(yīng)的工藝條件,并通過氨基酸評分、化學(xué)評分、必需氨基酸指數(shù)(essential animo acids index,EAAI)評價(jià)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的營養(yǎng)品質(zhì)。結(jié)果表明,葡萄糖美拉德反應(yīng)的最佳工藝參數(shù)為葡萄糖添加量8%、反應(yīng)溫度110 ℃、pH 7.5、反應(yīng)時(shí)間90 min;美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中18 種氨基酸齊全,必需氨基酸含量占總氨基酸含量的32.99%,EAAI為71.568,營養(yǎng)品質(zhì)較高。鮮味氨基酸含量豐富,Glu含量最高。
牡蠣酶解液;美拉德反應(yīng);葡萄糖;營養(yǎng)評價(jià)
美拉德反應(yīng)是指羰基化合物(如還原糖、醛、酮)的羰基和氨基化合物(如氨基酸、肽、蛋白質(zhì))的氨基之間發(fā)生的復(fù)雜反應(yīng),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物種類繁多,對食品的風(fēng)味、色澤、抗氧化性等品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響[1-6]。美拉德反應(yīng)已廣泛應(yīng)用于肉味、海鮮調(diào)味料的制備[7-8],如利用豬骨酶解液、雞骨泥酶解液、鱈魚皮蛋白與氨基酸制備肉味調(diào)料[9-12];利用文蛤、蝦頭等海鮮酶解產(chǎn)物與還原糖組成美拉德反應(yīng)體系,制備風(fēng)味濃郁的海鮮調(diào)味料[13-15]。關(guān)于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化性的研究也越來越受到關(guān)注。盧彬等[16]發(fā)現(xiàn),溫度對金帶細(xì)鲹魚肉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抗氧化性具有重要影響,120 ℃條件下獲得的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物還原力和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率較100 ℃的大幅度提高,而羥基自由基清除率和Fe2+螯合能力明顯下降。張陸霞等[17]也采用美拉德反應(yīng)制備了鱈魚排水解蛋白美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,產(chǎn)物具有較強(qiáng)的抗氧化能力。肖軍霞等[18]采用木瓜蛋白酶水解牡蠣得到酶解液,與葡萄糖反應(yīng)生成美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,該產(chǎn)物還原能力強(qiáng)。這些研究都是基于食品酶解后產(chǎn)生的游離氨基酸和小肽作為美拉德反應(yīng)氨基來源。美拉德反應(yīng)除了受溫度、時(shí)間、pH值、還原糖種類影響外,反應(yīng)體系中肽、游離氨基酸含量與種類是影響美拉德反應(yīng)的重要因素,底物肽、氨基酸的產(chǎn)生與所使用的蛋白酶密切相關(guān),不同的蛋白酶其酶解效力不同,生成的酶解產(chǎn)物也存在差異。因此,研究不同蛋白酶的酶解產(chǎn)物對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的色澤、風(fēng)味、抗氧化性等品質(zhì)的影響具有重要的意義。
本實(shí)驗(yàn)通過復(fù)合蛋白酶水解牡蠣獲得牡蠣酶解液,以牡蠣酶解液為研究對象,與葡萄糖組成美拉德反應(yīng)體系,通過感官評定和褐變程度篩選美拉德反應(yīng)的適宜工藝參數(shù),并對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行營養(yǎng)品質(zhì)評價(jià),為后續(xù)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化、降血壓等生理功能研究提供理論基礎(chǔ)。
1.1 材料與試劑
太平洋牡蠣(Crassostrea gigas) 市購;復(fù)合蛋白酶Protamex(1.5 AU/g) 諾維信憶諾聯(lián)創(chuàng)生物科技(北京)有限公司;所用試劑均為分析純。
1.2 儀器與設(shè)備
721G可見分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;DF-2集熱式恒溫磁力攪拌器(油浴鍋) 金壇市白塔金昌實(shí)驗(yàn)儀器廠;TDL-5-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。
1.3 方法
1.3.1 牡蠣酶解液的制備
將復(fù)合蛋白酶按30 AU/kg的加酶量加入牡蠣肉勻漿(牡蠣肉與水質(zhì)量比1∶5)中,自然pH值、50 ℃恒溫酶解4 h,置于100 ℃沸水中滅酶15 min,酶解產(chǎn)物于5 000 r/min離心15 min,所得上清液即為牡蠣酶解液。
1.3.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度的測定
以美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在波長420 nm處的吸光度表示褐變程度[7]。
1.3.3 感官評定
感官評定小組由10 人(5 男5 女)組成,對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行描述性感官鑒評,描述統(tǒng)計(jì)其色澤和風(fēng)味[19-20],評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1、2。
表1 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for flavor evaluation of Maillard reaction products (MRPs)
表2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物色澤評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for color evaluation of MRPs
1.3.4 美拉德反應(yīng)條件優(yōu)化設(shè)計(jì)
依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)L9(34),對美拉德反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化,如表3所示。
表3 美拉德反應(yīng)正交試驗(yàn)因素與水平Table 3 Coded values and corresponding actual values of the optimization parameters used in orthogonal array design
1.3.5 氨基酸組成的測定
樣品用6 mol/L鹽酸溶液在110 ℃水解24 h,調(diào)制上機(jī)濃度,用氨基酸自動分析儀測定除色氨酸外的17 種氨基酸[21],色氨酸采用可見分光光度法[22]測定。
1.3.6 酶解液中氨基酸品質(zhì)的評價(jià)
根據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization,F(xiàn)AO)/世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)1973年建議的氨基酸評分(animo acids score,AAS)標(biāo)準(zhǔn)模式[23]和全雞蛋蛋白質(zhì)的氨基酸模式[24]分別按公式(1)~(3)計(jì)算化學(xué)評分(chemical score,CS)、AAS和必需氨基酸指數(shù)(essential animo acids index,EAAI)[25]。
式中:aa為樣品每克蛋白質(zhì)中氨基酸含量/%;AA為FAO/WHO評分模式中同種氨基酸含量/%;n為比較的氨基酸個(gè)數(shù);a、b、c、…、j為酶解液中的必需氨基酸含量/(mg/g);ae、be、ce、…、je為全雞蛋蛋白質(zhì)的必需氨基酸含量/(mg/g)。
2.1 葡萄糖添加量對美拉德產(chǎn)物色澤和風(fēng)味的影響
于牡蠣酶解液中依次加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖(2%、4%、6%、8%、10%),自然pH值、100 ℃加熱60 min,冷卻后于5 000 r/min離心15 min,取上清液,于波長420 nm處測定吸光度,品評其感官特性,如圖1所示。還原糖(葡萄糖)添加量的增加提高了美拉德反應(yīng)速度,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物生成量增加,褐變程度增加[26],增強(qiáng)了MPRs的整體風(fēng)味,但同時(shí)葡萄糖添加量過大也會使反應(yīng)液產(chǎn)生焦糖味,掩蓋了其他風(fēng)味,而使整體的風(fēng)味受到一定的影響。當(dāng)葡萄糖添加量達(dá)到8%時(shí),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有濃郁的糖香味,鮮味較濃,整體風(fēng)味良好,且褐變程度增加趨勢趨于平緩,褐變程度達(dá)到最大。因此,葡萄糖添加量為8%是參與牡蠣酶解液美拉德反應(yīng)的適宜添加量。
圖1 不同葡萄糖添加量條件下美拉德反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度、感官評分和感官評分雷達(dá)圖Fig. 1 Browning degree and sensory evaluation and sensory evaluation radar graph of MRPs obtained at different glucose concentrations
2.2 反應(yīng)溫度對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物色澤和風(fēng)味的影響
在一定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi),反應(yīng)溫度每升高10 ℃,美拉德反應(yīng)速率提高3~5 倍[27]。反應(yīng)溫度的高低會促使美拉德反應(yīng)沿著不同的反應(yīng)途徑進(jìn)行,從而形成不同風(fēng)味的產(chǎn)物[28]。研究表明,在80~120 ℃的反應(yīng)溫度范圍內(nèi),褐變速率會隨著反應(yīng)溫度的上升而增大,而超過120 ℃后,褐變速率下降[29]。調(diào)整牡蠣酶解液中葡萄糖添加量為8%,pH 7.0,分別在80、90、100、110、120 ℃條件下加熱60 min,冷卻后5 000 r/min離心15 min,取上清液,于波長420 nm處測定吸光度,品評其感官特性,如圖2所示。反應(yīng)溫度低于100 ℃時(shí),美拉德反應(yīng)液的褐變程度較低,糖香味不足,鮮味較淡,且有明顯的腥味和苦味,不易被接受;反應(yīng)溫度高于100 ℃時(shí),美拉德反應(yīng)液的褐變程度增強(qiáng),褐變速率線性增加,且整體風(fēng)味增強(qiáng),感官評分增加,但當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到120 ℃時(shí),出現(xiàn)焦糖味影響整體風(fēng)味。因此,適宜的反應(yīng)溫度選擇110 ℃。
圖2 不同反應(yīng)溫度條件下美拉德反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度、感官評分和感官評分雷達(dá)圖Fig. 2 Browning degree, sensory evaluation and sensory evaluation radar graph of MRPs obtained at different temperatures
2.3 pH值對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物色澤和風(fēng)味的影響
圖3 不同pH值條件下美拉德反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度、感官評分和感官評分雷達(dá)圖Fig. 3 Browning degree and sensory evaluation and sensory evaluation radar graph of MRPs obtained at different pH values
pH值影響美拉德反應(yīng)中某些途徑的反應(yīng)速率,從而改變風(fēng)味物質(zhì)形成的平衡。當(dāng)pH值在3~10之間時(shí),美拉德反應(yīng)會隨著pH值的升高而呈上升趨勢[27],色澤也會相對加深。在酸性條件下,美拉德初始反應(yīng)產(chǎn)物N-葡萄糖胺易水解,而其是美拉德反應(yīng)特征風(fēng)味形成的前體物質(zhì)[27],因此,酸性條件下反應(yīng)速率低。偏堿性的環(huán)境有利于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行,且堿性越高,反應(yīng)越強(qiáng)烈,速度越快[30-31]。調(diào)整牡蠣酶解液中葡萄糖添加量為8%、反應(yīng)溫度為110 ℃,并調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH值分別為6.5、7.0、7.5、8.0、8.5,冷卻后于5 000 r/min離心15 min,取上清液,于波長420 nm處測定吸光度,品評其感官特性,如圖3所示。隨著pH值的升高,美拉德反應(yīng)速率不斷增大,且在pH 7.5時(shí)色澤和感官評分基本達(dá)到最大值,繼續(xù)升高初始反應(yīng)pH值,焦糖香氣越來越明顯,鮮味減弱,苦味增強(qiáng),影響整體美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的風(fēng)味。由此可見,pH值為7.5是適宜的反應(yīng)pH值。
2.4 反應(yīng)時(shí)間對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物色澤和風(fēng)味的影響
圖4 不同反應(yīng)時(shí)間條件下美拉德反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度、感官評分和感官評分雷達(dá)圖Fig. 4 Browning degree and sensory evaluation and sensory evaluation radar graph of MRPs obtained at different reaction times
調(diào)整牡蠣酶解液中葡萄糖添加量為8%,在pH 7.5、反應(yīng)溫度100 ℃條件下分別加熱反應(yīng)30、60、90、120 min和150 min,冷卻后5 000 r/min離心15 min,取上清液,于波長420 nm處測定吸光度,并評價(jià)感官特性,如圖4所示。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長,反應(yīng)液中的氨基酸和還原糖不斷發(fā)生反應(yīng),形成大量類黑精色素和含氮雜環(huán)化合物[16]。反應(yīng)初期,美拉德反應(yīng)的褐變程度隨反應(yīng)時(shí)間的延長而增強(qiáng),當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到120 min后,褐變程度基本趨于平緩。而反應(yīng)時(shí)間達(dá)到90 min時(shí),感官評分基本達(dá)到最高,繼續(xù)反應(yīng),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味降低。因此,適宜的反應(yīng)時(shí)間為90 min。
2.5 美拉德反應(yīng)條件的優(yōu)化與驗(yàn)證
表4 美拉德反應(yīng)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 4 Orthogonal array design with experimental results
采用正交試驗(yàn)L9(34),對美拉德反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化,正交結(jié)果如表4所示。用極差法分析各因素對美拉德反應(yīng)的影響。對吸光度而言,各因素對美拉德反應(yīng)影響的大小順序?yàn)槠咸烟翘砑恿浚痉磻?yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間>pH值。對感官評分而言,各因素對美拉德反應(yīng)影響的大小順序?yàn)榉磻?yīng)溫度>葡萄糖添加量>反應(yīng)時(shí)間>pH值。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果,綜合4 種因素對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的色澤與風(fēng)味的影響,得出最佳工藝條件為葡萄糖添加量8%、反應(yīng)溫度110 ℃、pH 7.5、反應(yīng)時(shí)間90 min。在此優(yōu)化條件下,得到的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物感官評分為4.67,吸光度為0.798,感官評分高于正交試驗(yàn)所有組別,證明優(yōu)化結(jié)果優(yōu)于各正交試驗(yàn)組,所得產(chǎn)物腥味降低、口感醇厚、柔和,色澤為淺褐色。
2.6 美拉德反應(yīng)液的氨基酸組成及營養(yǎng)評價(jià)
表5 氨基酸組成Table 5 Amino acid composition of MRPs
由表5可知,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中存在18 種氨基酸,氨基酸種類齊全,其中必需氨基酸8 種(Lys、Trp、Phe、Met、Thr、Ile、Leu、Val)、半必需氨基酸2 種(Cys、Tyr)、非必需氨基酸8 種(Asp、Gly、Ala、Ser、Glu、Pro、Arg、His)??偘被岷繛?73.956 mg/100 mL,其中必需氨基酸總量為289.322 mg/100 mL,占總氨基酸含量的32.99%;鮮味氨基酸含量最為豐富,總含量為365.119 mg/100 mL,5 種鮮味氨基酸(Asp、Glu、Gly、Ala、Arg)齊全,其中Glu含量最高,含量為126.317 mg/100 mL。
表6 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中必需氨基酸的營養(yǎng)評價(jià)Table 6 Nutritional evaluation of essential amino acids in MRPs
由表6可知,當(dāng)以AAS為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),Trp評分最高,為標(biāo)準(zhǔn)的1.98 倍,其次為Tyr+Phe,為標(biāo)準(zhǔn)的1.25 倍,其余氨基酸的評分在60~89之間;當(dāng)以CS為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),Trp評分最高,為標(biāo)準(zhǔn)的1.16 倍,其余氨基酸的評分在56~87之間。2 種評分標(biāo)準(zhǔn)下,第1、2限制性氨基酸相同,分別為Val和Leu。EAAI是評價(jià)蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的常用指標(biāo)之一,反映的是必需氨基酸與標(biāo)準(zhǔn)蛋白相接近的程度[14]。水解液EAAI為71.568,表明必需氨基酸含量豐富,營養(yǎng)價(jià)值較高。
以牡蠣酶解液為氨基來源,與葡萄糖發(fā)生美拉德反應(yīng),優(yōu)化得到美拉德反應(yīng)條件為葡萄糖添加量8%、反應(yīng)溫度110 ℃、pH 7.5、反應(yīng)時(shí)間90 min。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的口感醇厚、柔和,色澤為淺褐色,腥味不明顯。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中18 種氨基酸齊全,必需氨基酸占總氨基酸含量的32.99%,鮮味氨基酸含量豐富,Glu含量最高,主要限制性氨基酸為Val和Leu,其EAAI為71.568,營養(yǎng)品質(zhì)較高。
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Optimization of the Maillard Reaction Conditions of Enzymatic Hydrolysate of Oyster and Nutritional Evaluation of Maillard Reaction Products
LIU Haimei, AN Xiaoyu, CHEN Jing, WANG Jing, ZHAO Qin, GUO Qingjun, CHE Xinxin, CUI Yun
(School of Food Engineering, Ludong University, Yantai 264025, China)
Oyster enzymatic hydrolysate and glucose were used to establish a Maillard reaction system. The reaction conditions were optimized based on sensory evaluation and browning degree, and the nutritional quality of Maillard reaction products was evaluated by amino acid score (AAS), chemical score (CS), and essential animo acids index (EAAI). The optimal reaction parameters were determined as follows: glucose concentration, 8%; temperature, 110 ℃; pH value, 7.5; and reaction time, 90 min. In the Maillard reaction products, 18 amino acids were detected with essential amino acids (EAAs) accounting for 32.99% of the total amino acids. EAA index (EAAI) was 71.568 indicating high nutritional quality. Umami amino acids, especially glutamic acid, were abundant.
oyster enzymatic hydrolyzate; Maillard reaction; glucose; nutritional evaluation
10.7506/spkx1002-6630-201716028
TS254
A
1002-6630(2017)16-0178-05
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LIU Haimei, AN Xiaoyu, CHEN Jing, et al. Optimization of the Maillard reaction conditions of enzymatic hydrolysate of oyster and nutritional evaluation of Maillard reaction products[J]. Food Science, 2017, 38(16): 178-182. (in Chinese with English abstract)
10.7506/spkx1002-6630-201716028. http://www.spkx.net.cn
2016-06-14
山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2014BP016;ZR2015PC002);山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012YD07013)
劉海梅(1979—),女,教授,博士,主要從事水產(chǎn)品加工與綜合利用研究。E-mail:hellen_79@aliyun.com