玉米蛋白粉制備羊肉味風味料的工藝研究及風味成分分析

李聰，相恒緒， 敬思群，2*，張孟凡，熱迪力·阿布拉，縱偉

1(新疆大學 生命科學與技術學院，新疆 烏魯木齊,830046) 2(韶關學院英東食品科學與工程學院，廣東 韶關，512005) 3(新疆阿爾曼清真食品工業集團有限公司，新疆 烏魯木齊,830000) 4(鄭州輕工業學院 食品與生物工程學院,河南 鄭州,450002)

肉味風味料不僅具有豐滿的肉味口感和豐富的營養，而且不易致人發胖，因此越來越受到人們的青睞。目前，肉味風味料的制備工藝主要有3種[1]：(1)利用各種天然的或合成的單體香料通過調配制成，即傳統的調配型香精[2]；(2)以天然動植物蛋白資源或肉蛋白為主要原料通過酶解技術和Maillard反應制備而成[3]；(3)主要以動物脂肪為主要原料，通過脂肪調控氧化技術對脂肪進行適度氧化，同時添加適度酶解的植物或動物水解蛋白，利用Maillard模式反應體系制備而成。第3種方法因其制備的肉味香精特征風味明顯，肉香濃郁，能有效改善香精的熱穩定性[4]，應用最為廣泛。

國內生產的肉味香精大多為以肉類或其加工的副產物為主要來源[5-6]。但由于動物蛋白生產成本高、生產周期長、蛋白資源轉化率較低，而且存在藥物殘留、重金屬等有毒有害物質的安全隱患，因此利用植物蛋白酶解液作為天然風味增強肽和肉味香精的原料適應肉制品市場發展的要求，同時符合國家鼓勵農副產品深加工和綜合利用的產業政策。MOON等[7]發現添加適量的大豆分離蛋白對于模擬牛肉風味作用較為明顯， GUO等[8]以苔蘚植物中的蛋白酶解液制備風味料，吳肖等[9]利用花生粕蛋白酶解物制備了肉味香精產品；毛善勇等[10]用小麥蛋白水解物為主要原料反應，制備了烤牛肉香味的產物。然而，對于利用玉米蛋白粉制備羊肉味風味料的文獻未見報道。

玉米蛋白粉是玉米濕法生產淀粉或味精廠利用玉米生產味精的下腳料，據官方統計，新疆玉米種植面積約 800萬畝，產地分布南北疆各地，年產量可達360～400萬t。新疆天達生物工程有限公司以玉米為原料，現年產味精3.6萬t，同時產生蛋白粉4 200 t[11]。玉米蛋白粉中蛋白質含量高達62%(質量分數)，其中玉米醇溶蛋白含量最高，約占68%(質量分數)以上，是玉米中的主要貯藏蛋白[12]。但由于玉米蛋白粉所含蛋白質溶解性差，玉米蛋白粉大多作為飼料使用[13]，附加值低。另一方面羊脂肪的熔點為42～48 ℃，不容易被人體消化吸收[14]，因而其應用受到限制。因此，以玉米蛋白粉為原料，用羊脂控制氧化-熱反應制備具有明顯特征風味的羊肉味風味料為玉米蛋白粉和羊脂的高值利用提供了一條有效途徑。

本研究利用酶解法制備玉米蛋白粉酶解液，以玉米蛋白酶解液、氧化羊脂和木糖為主要原料進行美拉德反應，制備羊肉味風味料。以感官評價為考察指標，確定美拉德反應制備羊肉味風味料最優工藝條件，通過HS-SPME-GC-MS分析測定羊肉味風味料的風味成分，并采用模糊矩陣綜合評價的方法，對羊肉味風味料的可接受性進行考察，為以玉米蛋白粉為原料制備羊肉味風味料的產業化提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

羊脂，市售；玉米蛋白粉，由新疆天達生物工程有限公司提供；D-木糖、L-半胱氨酸，上海化學試劑公司；α-淀粉酶，杰能科酶制劑有限公司；甲硫氨酸、VB1，天津市化學試劑三廠；硫代硫酸鈉、KI等均為分析純。

1.2 儀器設備

頂空固相微萃取裝置(手動進樣手柄、50/30 um DVB/CAR/PDMS)，美國Supelco公司；ITQ900氣相色譜-質譜聯用儀，美國Thermo Scientific公司； FD-1-50冷凍干燥機，北京博醫康實驗儀器有限公司；UV-2000紫外可見分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司；DW-1增力無極恒速攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司；WM-4型無油氣體壓縮機，天津市醫療器械工廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 制備羊肉味風味料的工藝流程

以玉米蛋白酶解液、氧化羊脂和木糖為主要原料，添加氯化鈉、VB1、半胱氨酸鹽酸鹽、蛋氨酸進行美拉德反應制備新型羊肉味風味料。操作要點：

參照相恒緒[15]、唐軍虎等[16]的方法制備玉米蛋白酶解液。乙醇浸提法制備玉米醇溶蛋白的最優工藝條件為：提取溫度60 ℃，料液比1∶8，浸提時間5 h，乙醇(體積分數)為80%，提取率為82.21%；由于玉米醇溶蛋白不溶于水，因此加入0.1%的亞硫酸鈉或谷胱甘肽(還原劑)、將溶液的pH值調至11～12和高溫處理(90 ℃)來提高玉米醇溶蛋白的溶解度；玉米醇溶蛋白酶解液制備最優工藝條件為：酶解溫度55 ℃,加酶量1.5%、底物濃度10%、pH 11.5，酶解時間5 h，水解度達到28.34%；羊脂控制氧化的最優工藝條件為：控制氧化時間4.0 h，控制氧化溫度為135 ℃，通氣量為0.30 m3/(kg·h)；羊肉味風味料最優配方為：5%的氧化羊脂，1.3%的L-半胱氨酸鹽酸鹽，0.5%的VB1，0.2%的蛋氨酸，2% NaCl，3%D-木糖和88%的玉米蛋白粉酶解液。美拉德反應的最優工藝條件為：反應溫度為120 ℃，反應的初始pH值為6.5，反應時間為2 h。

1.3.2 羊脂控制氧化單因素試驗

參照周靜[17]的方法，并作適當修改。在裝有電動攪拌器、水銀溫度計、回流冷凝管和通氣管的250 mL四口燒瓶中加入100 g羊脂，加熱使其熔化后開始勻速攪拌。

溫度對羊脂氧化的影響：固定通氣量為0.25 m3/(kg·h)，控制氧化時間為3 h，考察不同反應溫度(100、115、125、135、145、155、165 ℃)對羊脂氧化的影響。以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、過氧化值(PV)和酸值(S)為考察指標，并進行感官評定。

時間對羊脂氧化的影響：固定通氣量為0.25 m3/(kg·h)，溫度為125 ℃條件下，考察不同反應時間(0 、1 、2 、3 、4 、5 、6 h)對羊脂氧化的影響。以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、過氧化值(PV)和酸值(S)為考察指標，并進行感官評定。

空氣流速對羊脂氧化的影響：固定反應溫度為125 ℃，控制氧化時間為3 h，考察不同通氣量(0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 m3/(kg·h))對羊脂氧化的影響。以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、過氧化值(PV)和酸值(S)為考察指標，并進行感官評定。

1.3.3 羊脂控制氧化正交優化試驗

根據單因素試驗結果，以溫度 、時間 、空氣流速為3個因素，以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、過氧化值(PV)和酸值(S)為指標，采用 L9(34)正交試驗優化，因素水平設計見表 1 。

表1 羊脂控制氧化正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal experiment of mutton fat controlled oxidation

1.3.4 羊肉味風味料可接受性的模糊綜合評判法

模糊綜合評判法是模糊數學提供的一種解決多因素、多指標評估問題的數學模型。它將研究對象質量視為一集合，通常建立指標體系和評語體系為兩個子集合。將2組隸屬函數結合起來可對研究對象做綜合性評價[18]。近年來，模糊綜合評判法已被廣泛應用于各個領域，如教育教學質量評價、地質災害分析、經濟、水源質量等，在食品感官分析中也有較為廣泛的應用[19]。

試驗參照卜冬冬[20]的方法，并作適當的修改。第一步，對影響風味料可接受性的單因素一一進行感官評價，確定人們對每種因素“很喜歡”、“喜歡”、“不太喜歡”、“不喜歡”的比例。第二步，確定每種單因素在接受性這一評判中的權重，權重之和為1。第三步，做模糊變換B=A·R，B表示了人們對風味料的接受性的綜合評判結果。

1.3.5 風味分析

固相微萃取：根據ROMEO等[21]的方法，并作如下修改：加5 mL樣品到20 mL頂空瓶中，將其放入水浴鍋中50 ℃恒溫加熱10 min，然后將已老化好的SPME針頭插入頂空瓶中萃取。20 min后將萃取頭拔出，再插入到GC-MS迸樣器中，解吸10 min，回收纖維頭，拔出萃取頭。

GC-MS條件：根據榮建華等[22]的方法并作適當的修改。HP-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，載氣為He，恒定流速為1.0 mL/min，不分流模式；進樣口溫度250 ℃，柱初溫40 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升溫到220 ℃，再以2 ℃/min升溫到250 ℃，保持5 min.；氣相色譜-質譜接口溫度250 ℃，質譜庫NIST2011和Wiley譜庫，質譜質量掃描范圍33～450 amu。

1.3.6 羊脂控制氧化指標測定方法

茴香胺值(AV)按照GB/T 24304—2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》的方法測定[23]；過氧化值(PV)按照GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》的方法測定[24]；酸價(S)按照GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》的方法測定[25]。

2 結果與分析

2.1 溫度對羊脂氧化的影響

由圖1的結果可以看出，在100～135 ℃內，PV和AV值隨溫度的升高而增加，但是AV值的變化趨勢較緩，PV和AV值在135 ℃時有一個峰值；在135～165 ℃，PV和AV值隨溫度升高而降低，PV值顯著降低，AV值的變化趨勢較緩；PV值明顯降低，這主要是由于溫度升高，過氧化物在高溫下易分解,不易積蓄。AV值隨溫度升高而緩慢降低，其原因可能是隨著溫度的升高，許多羰基化合物聚合為大分子或者裂解為極易揮發的小分子物質。在100～145 ℃，S值隨溫度的變化較緩慢，在145～165 ℃，S值隨溫度升高而迅速增加。綜合感官評分及香氣特征可初步設定具有較高PV、AV和較低S值的較合適溫度為135～145 ℃。

圖1 PV、AV和S值隨溫度的變化趨勢Fig.1 The trend of PV,AV,S value changes in temperature

2.2 時間對羊脂氧化的影響

由圖2的結果可以看出，在0～6 h內，PV、AV和S值隨時間的增大而增加，PV和AV值在0～4 h的變化趨勢相近，4～6 h 內PV值增加迅速，AV值增加趨緩。在0～4 h內，S值隨時間變化趨緩，在4～6 h內，S值隨時間變化較劇烈。這些變化趨勢主要是因為隨著氧化時間的延長,游離脂肪酸和過氧化物的含量增加。綜合感官評分及香氣特征可初步設定具有較高PV、AV和較低S值的較合適氧化時間為3～4 h。

圖2 PV、AV和S值隨時間的變化趨勢Fig.2 The trend of PV,AV,S value changes in time

2.3 通氣量對羊脂氧化的影響

從圖3的結果可以看出PV和AV值隨通氣量的變化趨勢相近，但在通氣量為0.15～0.25 m3/(kg·h)時，PV值較AV值增加趨勢陡峭，在0.25～0.45 m3/(kg·h)時，PV和AV值變化趨勢相似。這主要是因為氧化程度不斷提高，過氧化物不斷分解，造成測定結果不穩定。也有可能是流速增加，較快的空氣

圖3 PV、AV和S值隨通氣量的變化趨勢Fig.3 The trend of PV,AV,S value changes in volume of air

流速極易使小氣泡形成大的氣泡，使得空氣沒有及時參與反應而從液體中溢出。S值的變化趨勢為：在0.15～0.35 m3/(kg·h)范圍內，趨于平緩；在0.35～0.45 m3/(kg·h)時，急速增加。綜合感官評分及香氣特征可初步設定具有較高PV、AV和較低S值的較合適通氣量在0.25～0.35 m3/(kg·h)。

2.4 羊脂可控氧化工藝正交試驗優化結果

在單因素試驗的基礎上，選取溫度，時間和通氣量三因素，進行L9(34)正交優化試驗(表2)，方差分析結果分別見表3、表4、表5。

由結果與直觀分析表及方差分析表6～表9可知，較高過氧化值(PV)的最優工藝為A2B3C3；較高茴香胺值(AV)的最優工藝為：C2A2B2；較低酸值(S)的最優工藝為：B1A1C3；綜合考慮要求氧化羊脂具有較高的PV、AV值和較低的S值,確定的最優組合為：A2B3C2，即羊脂氧化的最佳工藝條件是:控制氧化時間4.0 h，氧化溫度135 ℃，通氣量0.30 m3/(kg·h)。在最優工藝條件下，進行驗證試驗，驗證試驗結果為：PV值為349.342 meq/kg，AV值為192.658，S值為2.108 mgKOH/g。

注：Rx 、Ry 、Rz分別表示過氧化值、茴香胺值和酸值的極差。

注：*表示差異顯著，下同

表4 對AV值的方差分析表Table 4 The variance analysis of AV value

表5 對S值的方差分析表Table 5 The variance analysis of S value

2.5 羊肉味風味料的風味成分分析

GC-MS分析羊肉味風味料(圖4)，共鑒定出24種風味物質(質量分數低于0.1%的忽略不計)。

由表6可知，其中雜環類9種(88.93%)、酸類6種(4.98%)、酮類3種(0.58%)、醛類2種(0.61%)、酯類1種(0.14%)、酚類1種(2.12%)、胺類1種(0.36%)(質量分數)。含量排在前5位的分別為：81.8%的4-甲基-5-(2-羥乙基)噻唑、4.67%的4,5-二甲基-1,3-二氧雜環戊烯-2-酮、4.09%的乙酸、2.12%的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、1.08%戊二酸酐(質量分數)。

圖4 羊肉味風味料GC-MS色譜圖Fig.4 GC-MS chromatograms of mutton flavor

表6 羊肉味風味料GC-MS成分鑒定表Table 6 GC-MS chromatograms of mutton flavor

序號成分名稱CAS編號保留時間/min英文名稱分子式質量分數/%1乙酸酐108-24-713.269acetic anhydrideC4H6O30.122壬醛124-19-615.381nonanalC9H18O0.243乙酸64-19-716.407acetic acidC2H4O24.094呋喃甲醛98-01-116.624furfuralC5H4O20.725苯甲醛100-52-717.605benzaldehydeC7H6O0.376丁內酯96-48-019.138butyrolactoneC4H6O20.1473-呋喃甲醇4412-91-319.5233-furanmethanolC5H6O20.138甲氧基苯基肟38489-80-420.653methoxy-phenyl-oximeC8H9NO20.2393-甲基-2-噻吩甲醛5834-16-221.4293-methyl-2-thiophenecarboxaldehydeC6H6OS0.1110己酸142-62-121.828hexanoic acidC6H12O20.15115-甲酰基-4-甲基噻唑82294-70-021.9695-formyl-4-methylthiazoleC5H5NOS0.1212氯美噻唑533-45-922.693chlormethiazoleC6H8ClNS0.1913戊二酸酐5926-95-423.431glutaconic anhydrideC5H4O31.08142-十四酮2345-27-923.642-tetradecanoneC14H28O0.1215吡咯烷酮616-45-523.9052-pyrrolidinoneC4H7NO0.1116辛酸124-07-224.088octanoic acidC8H16O20.19173-丁基-2-羥基-2-環戊烯-1-酮29798-72-924.2413-butyl-2-hydroxy-2-cyclopenten-1-oneC9H14O20.2184,5-二甲基-1,3-二氧雜環戊烯-2-酮37830-90-324.5874,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-oneC5H6O34.6719壬酸112-05-025.135nonanoic acidC9H18O20.31202-甲氧基-4-乙烯基苯酚7786-61-025.3322-methoxy-4-vinylphenolC9H10O22.12212-氨基苯乙酮551-93-925.6032-aminoacetophenoneC8H9NO0.3622癸酸334-48-526.154decanoic acidC10H20O20.12234-甲基-5-(2-羥乙基)噻唑137-00-826.4634-methyl-5-(2-hydroxyethyl)thiazoleC6H9NOS81.8243,4-二甲氧基苯乙酮1131-62-028.923,4-dimethoxyacetophenoneC10H12O30.26

2.6 羊肉味風味料可接受性的模糊矩陣評價結果

采用隨機抽樣的方法，組成30人的有各方面代表人物的評價小組，分別對風味料的色澤、香型、風味強弱和異味進行評價，按很喜歡、較喜歡、不太喜歡和不喜歡定等級，計算概率。

很喜歡、較喜歡、不太喜歡和不喜歡的概率分別為：

A色澤=[0.6 0.3 0.1 0] A香型=[0.4 0.2 0.3 0.1] A強弱=[0.4 0.3 0.2 0.1] A異味=[0.3 0.3 0.2 0.2]

把上述4個單因素的評價結果寫成矩陣：

其次，確定因素的權重，風味料的色澤、香型、風味強弱和異味4個因素的權重分別為20%、30%、30%和20%。得到權重A =[0.2 0.3 0.3 0.2]最后，進行綜合評判B=A·R

即對于制備的羊肉味風味料，有42%的人很喜歡、27%的人喜歡、21%的人不太喜歡、10%的人不喜歡；模糊矩陣的綜合評價結果表明人們對其喜歡比例為69%。

3 結論

羊脂肪氧化條件：反應時間4.0 h，反應溫度135 ℃，通氣量0.30 m3/(kg·h)，在最優工藝條件下，氧化羊脂PV值為349.342 meq/kg， AV值為192.658，S值為2.108 mgKOH/g；美拉德反應最佳反應條件：溫度為120 ℃，初始pH值為6.5，反應時間為2 h，得到的肉味風味基料肉味香氣濃郁，持香時間長；羊肉味風味料揮發性成分分析共檢測出24種風味物質，其中雜環類9種(88.93%)、酸類6種(4.98%)、酮類3種(0.58%)、醛類2種(0.61%)、酯類1種(0.14%)、酚類1種(2.12%)、胺類1種(0.36%)(質量分數)。含量排在前5位的分別為：81.8%的4-甲基-5-(2-羥乙基)噻唑、4.67%的4,5-二甲基-1,3-二氧雜環戊烯-2-酮、4.09%的乙酸、2.12%的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、1.08%戊二酸酐(質量分數)；羊肉味風味料可接受性的模糊矩陣評價結果表明：有42%的人很喜歡、27%的人喜歡、21%的人不太喜歡、10%的人不喜歡；模糊矩陣的綜合評價結果表明人們對玉米蛋白粉制備的羊肉味風味料喜歡比例為69%。