基于模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法的非肉源肉香精美拉德反應(yīng)研究

基于模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法的非肉源肉香精美拉德反應(yīng)研究

母物質(zhì)含有豐富的游離氨基酸和準(zhǔn)酸。這是制備咸、咸、肉味精的優(yōu)質(zhì)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(yīng)香精的過(guò)程中一般需加入肉蛋白酶解物和油脂,但限制了此類(lèi)香精在素食和清真食品領(lǐng)域中的應(yīng)用。此外,熱反應(yīng)香精中油脂易蛤敗,導(dǎo)致產(chǎn)品在儲(chǔ)存期內(nèi)風(fēng)味劣變。模糊數(shù)學(xué)自20世紀(jì)60年代美國(guó)L.A.Zadeh教授提出以來(lái),一些難以用經(jīng)典數(shù)學(xué)表示的模糊屬性問(wèn)題可以用模糊數(shù)學(xué)方法得到合理的結(jié)果。在我國(guó)應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)食品的感官質(zhì)量還不太普遍。食品的質(zhì)量多以感官評(píng)價(jià)為主,其感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的本身是模糊的,應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法建立一套比較嚴(yán)密的、客觀而科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)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(guò)優(yōu)化影響美拉德反應(yīng)參數(shù)制備非肉源肉香型熱反應(yīng)香精,并采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法,分析了最佳工藝下制備的熱反應(yīng)香精,建立了一套較為科學(xué)客觀的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與技術(shù)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(jí);其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。1.2儀器、檢測(cè)方法pHS-3EpH計(jì),北京雷磁儀器公司;GL-21M高速冷凍離心機(jī),長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;752N紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海精密科學(xué)儀器有限公司;GT7C2A立式殺菌鍋,溫州市安福防腐機(jī)械廠。1.3實(shí)驗(yàn)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(diào)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(yīng)參數(shù)的優(yōu)化1.3.2.半胱氨酸行業(yè)半胱氨酸行業(yè)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(jì))的復(fù)合還原糖(葡萄糖∶木糖=4∶1)、2%(w/w,按體系總量計(jì))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(jì))的新鮮洋蔥汁,調(diào)節(jié)初始pH值為6.0,在110℃下分別反應(yīng)15min、30min、45min、60min、75min、90min,得肉香風(fēng)味香精,測(cè)定體系通過(guò)反應(yīng)前后氨基酸態(tài)氮損失率、反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度以及感官評(píng)價(jià)產(chǎn)物風(fēng)味。1.3.2.氨基酸態(tài)氮損失率的測(cè)定根據(jù)上述優(yōu)化條件,分別在90℃、100℃、110℃、120℃、130℃下進(jìn)行熱反應(yīng),得肉香風(fēng)味香精,測(cè)定體系反應(yīng)前后氨基酸態(tài)氮損失率、反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度以及通過(guò)感官評(píng)價(jià)產(chǎn)物風(fēng)味。1.3.2.氨基酸態(tài)氮損失率的測(cè)定—3還原糖添加量對(duì)美拉德反應(yīng)的影響根據(jù)上述優(yōu)化條件,分別添加占體系總量1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的復(fù)合還原糖(葡萄糖∶木糖=4∶1),以不添加還原糖為對(duì)照,得肉香風(fēng)味香精,測(cè)定體系反應(yīng)前后氨基酸態(tài)氮損失率、反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度以及產(chǎn)物風(fēng)味。1.3.2.氨基酸態(tài)氮損失率法根據(jù)上述優(yōu)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(duì)照,得肉香風(fēng)味香精,測(cè)定體系反應(yīng)前后氨基酸態(tài)氮損失率、反應(yīng)產(chǎn)物褐變程度以及產(chǎn)物風(fēng)味。1.3.3評(píng)價(jià)模糊數(shù)學(xué)的方法通過(guò)上述單因素實(shí)驗(yàn),得出制備非肉源肉香型香精的最佳反應(yīng)條件,在此最佳條件下制備樣品,并采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。1.4測(cè)量1.4.1氨基酸態(tài)氮含量測(cè)定將熱反應(yīng)前后溶液離心(8000r/min,20min),分別取上清液用甲醛滴定法測(cè)定氨基酸態(tài)氮含量。氨基酸態(tài)氮損失率/%=[(熱反應(yīng)前溶液中氨基酸態(tài)氮含量%-熱反應(yīng)后溶液中氨基酸態(tài)氮含量%)÷熱反應(yīng)前溶液中氨基酸態(tài)氮含量%]×100(備注:反應(yīng)前氨基酸態(tài)氮含量包括添加的半胱氨酸含量)。1.4.2美德反應(yīng)的棕褐色度取1mL熱反應(yīng)后產(chǎn)物,用蒸餾水稀釋50倍,在紫外分光光度計(jì)375nm、420nm處測(cè)定其吸光值。1.4.3產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)選擇10名具有相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的評(píng)價(jià)人員用任意的詞匯對(duì)每個(gè)樣品的風(fēng)味特性進(jìn)行定性描述,要求盡量完整地描述出產(chǎn)品品質(zhì)。評(píng)定完成后,根據(jù)每一個(gè)詞匯的使用頻數(shù),取用頻率最高的詞匯,作為評(píng)價(jià)結(jié)果。2結(jié)果與討論2.1優(yōu)化影響德洛伊木馬反應(yīng)參數(shù)2.1.1反應(yīng)時(shí)間的確定反應(yīng)時(shí)間是影響美拉德反應(yīng)的重要參數(shù)之一。由圖1可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的吸光值都呈上升趨勢(shì),反應(yīng)褐變程度不斷加深,顏色由橙黃色變?yōu)樯詈稚?。其?在波長(zhǎng)為375nm下,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物相應(yīng)的吸光值變化程度顯著;而在波長(zhǎng)為420nm下,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物相應(yīng)的吸光值變化程度較為平緩。由圖2可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,氨基酸態(tài)氮損失率呈逐漸上升趨勢(shì)且后期趨于平緩。在反應(yīng)前60min,隨著時(shí)間的增長(zhǎng)體系中氨基酸逐步參與反應(yīng),反應(yīng)60min時(shí)達(dá)到最大值19.85%;反應(yīng)60min后,氨基酸態(tài)氮損失率基本不變。這說(shuō)明反應(yīng)60min,體系中的氨基酸利用達(dá)到最大,較為充分的轉(zhuǎn)化為風(fēng)味物質(zhì)。涂小珂等研究利用羅非魚(yú)酶解液進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備肉類(lèi)風(fēng)味物時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),氨基酸逐步參與反應(yīng),當(dāng)氨基酸態(tài)氮損失率達(dá)到最大值后,反應(yīng)體系中的氨基酸含量幾乎不變,這結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。由表1可見(jiàn),反應(yīng)初始階段,由于反應(yīng)不夠充分,不能形成足夠的風(fēng)味物質(zhì),肉香風(fēng)味淡且雜氣較多。反應(yīng)45min后,隨反應(yīng)時(shí)間的增加,反應(yīng)產(chǎn)物的肉香逐漸加強(qiáng),產(chǎn)品的品質(zhì)逐漸變好。但反應(yīng)超過(guò)75min后,反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生明顯的焦糊味、苦味,導(dǎo)致產(chǎn)品整體風(fēng)味下降,說(shuō)明繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間并不能得到更好的風(fēng)味。因此選擇熱反應(yīng)60min最佳。2.1.2反應(yīng)溫度的確定反應(yīng)溫度是影響美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的另一個(gè)主要因素。反應(yīng)溫度每提高10℃,反應(yīng)速度增加3~5倍,因此選取90~130℃共5個(gè)水平進(jìn)行考察。由圖3可知,隨著反應(yīng)溫度的升高,反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物顏色由橙黃色變醬色。由圖4可知,隨著反應(yīng)溫度的升高,氨基酸態(tài)氮損失率呈上升趨勢(shì),反應(yīng)溫度低于110℃時(shí),氨基酸態(tài)氮酸損失率變化程度平緩;反應(yīng)溫度高于110℃時(shí),氨基酸態(tài)氮損失率變化程度加劇。由表2可見(jiàn),不同反應(yīng)溫度下的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味差異性較大。在110℃內(nèi),隨著反應(yīng)溫度的升高,肉香逐漸明顯;110℃后繼續(xù)升高溫度會(huì)使產(chǎn)物具有較重的焦味。在美拉德反應(yīng)過(guò)程中,糖隨著溫度的升高而不斷失水,發(fā)生焦糖化反應(yīng),其重要的中間產(chǎn)物與含硫化合物降解產(chǎn)生的H2S能產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的肉香氣。但隨溫度不斷的升高,糖連續(xù)的脫水,生成焦糖酐、焦糖烯,有色素聚合物增加,使產(chǎn)物顏色加深,同時(shí)使產(chǎn)物焦糊味加重。而在反應(yīng)溫度較低時(shí),反應(yīng)程度不夠,產(chǎn)生的香氣淡。因此選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度對(duì)產(chǎn)生肉香風(fēng)味具有重要意義,反應(yīng)溫度為110℃時(shí),反應(yīng)產(chǎn)物的肉香最佳。2.1.3美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的色在美拉德反應(yīng)中,參與反應(yīng)的糖可以是雙糖、五碳糖和六碳糖。反應(yīng)的速度為五碳糖>巳醛糖>巳酮糖>雙糖,雙糖產(chǎn)生的風(fēng)味較差,五碳糖中反應(yīng)最快的是核糖,但成本高,所以通常使用葡萄糖和木糖。本實(shí)驗(yàn)采用復(fù)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(yīng)速度加快,反應(yīng)褐變程度加深,呈線性上升的趨勢(shì),美拉德反應(yīng)產(chǎn)物顏色由橙黃色變?yōu)楹稚?。由圖6可知,氨基酸態(tài)氮損失率隨著還原糖的添加增加呈上升的趨勢(shì),且后期上升速率逐漸趨緩。這是因?yàn)樵黾舆m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(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。但繼續(xù)增加還原糖,氨基酸態(tài)氮損失率并沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì),這說(shuō)明在美拉德反應(yīng)中,體系中參與反應(yīng)的氨基酸含量是一定的,當(dāng)反應(yīng)完全后,繼續(xù)增加還原糖與促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行沒(méi)有明顯的關(guān)系。由表3可見(jiàn),還原糖添加量在2.0%范圍內(nèi),隨著還原糖添加量的增加,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物整體的風(fēng)味不斷增強(qiáng),當(dāng)還原糖添加1.0%時(shí),美拉德反應(yīng)不徹底,肉香味淡;當(dāng)添加2.0%時(shí),反應(yīng)較徹底,肉香味純正濃郁,且不含雜氣;若繼續(xù)增加還原糖用量,對(duì)肉香風(fēng)味貢獻(xiàn)不大,且因?yàn)檫^(guò)度焦糖化反應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)生焦味。糖作為美拉德反應(yīng)的主要原料,添加量需適宜,太少?zèng)]有足夠的糖與氨基酸進(jìn)行反應(yīng),影響反應(yīng)進(jìn)行;過(guò)多則導(dǎo)致焦味過(guò)重,掩蓋肉香。因此,肉香風(fēng)味物質(zhì)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(duì)肉香品質(zhì)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(chǎn)品的整體風(fēng)味,因此本實(shí)驗(yàn)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(zhì)量比為2∶1。由圖7可知,隨著含硫化合物添加量增加,反應(yīng)褐變程度逐漸下降。其中在波長(zhǎng)為420nm下,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的吸光值變化趨于平緩;而在波長(zhǎng)為375nm下,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物吸光值具有較明顯的下降趨勢(shì)。說(shuō)明隨著含硫化合物用量的增加,體系中焦糖反應(yīng)程度減弱,使產(chǎn)物顏色由醬色逐漸變?yōu)槌赛S色。由圖8可知,氨基酸態(tài)氮損失率呈下降趨勢(shì),前期變化趨于平緩,后期變化急劇。這與劉珊等利用低值魚(yú)蛋白酶解產(chǎn)物制備不同肉香型熱反應(yīng)物時(shí)研究發(fā)現(xiàn),隨著含硫化合物添加量的增加,還原糖損失率呈下降趨勢(shì)一致。可能是由于半胱氨酸和硫胺素的裂解產(chǎn)物對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生了抑制作用。由表4可見(jiàn),添加含硫化合物是形成肉香風(fēng)味的必要條件之一,隨著添加量適當(dāng)?shù)脑黾?肉香味逐漸增強(qiáng),但繼續(xù)增加使硫化物的氣味明顯,掩蓋了肉香氣,影響產(chǎn)品的風(fēng)味質(zhì)量。半胱氨酸是產(chǎn)生肉類(lèi)風(fēng)味的重要前體物質(zhì),其熱分解能產(chǎn)生肉香風(fēng)味成分中不可缺少的化合物,在Strecker反應(yīng)中產(chǎn)生的H2S、NH3和乙醛等活躍的反應(yīng)中間體,這些中間體繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生了許多具有較強(qiáng)香味的肉類(lèi)風(fēng)味化合物。硫胺素在加熱過(guò)程分解所產(chǎn)生的風(fēng)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(duì)肉香風(fēng)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(chǎn)生肉香風(fēng)味的關(guān)鍵因素,選擇含硫化合物添加量為1%時(shí)最佳。2.2非肉源肉香精華的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)2.2.1非肉源肉香精質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)非肉源肉香型香精的評(píng)定論域?yàn)閁,U={香味u1香氣強(qiáng)度u2鮮味u3苦味u4}評(píng)語(yǔ)論域?yàn)閂,V={優(yōu)v1好v2一般v3差v4}請(qǐng)10位評(píng)價(jià)人員進(jìn)行評(píng)價(jià),非肉源肉香型反應(yīng)香精的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5,統(tǒng)計(jì)結(jié)果(以人數(shù)表示)見(jiàn)表6。由上表得到模糊關(guān)系矩陣R2.2.2香辛料主客觀狀況,有“3”、“22”和“32”的對(duì)比,見(jiàn)表1采用強(qiáng)制決定法確定權(quán)重的分配方案,求得各指標(biāo)的權(quán)重。首先將參加評(píng)價(jià)的因素列在一種方陣形的表上(見(jiàn)表7),然后按它們的重要性程度做一對(duì)一比較,采用“0、4”評(píng)分法,把比分分成“0∶4”、“1∶3”、“2∶2”三種情況,評(píng)價(jià)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(qiáng)度”相比,香氣重要,且與香氣強(qiáng)度重要程度差距稍大,所以在第1行的“香氣強(qiáng)度”下面記3分,而在“香氣”列與“香氣強(qiáng)度”行對(duì)應(yīng)處記1分,說(shuō)明香氣得3分,香氣強(qiáng)度得1分,以此類(lèi)推。將表中各橫行分?jǐn)?shù)相加得各因素的分?jǐn)?shù)(ai),Ai表示各因素的權(quán),則Ai=ai/∑ai,由此得各因素的權(quán)重分配方案,A={0.4290.2860.2500.036}2.2.3香辛料的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)結(jié)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(píng)價(jià)的結(jié)果,對(duì)V1、V2、V3、V4的隸屬程度分別為0.38、0.36、0.26、0,根據(jù)最大隸屬原則在最佳美拉德反應(yīng)工藝條件下制得的非肉源肉香型香精的綜合評(píng)價(jià)效果為V1,即等級(jí)為優(yōu)