紅曲黃酒糟酶解液美拉德反應(yīng)增香條件優(yōu)選

梁璋成，何志剛*，竇芳嬌，林曉婕，林曉姿，李維新

（1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所，福建 福州 350003；2.福建省農(nóng)產(chǎn)品（食品）加工重點(diǎn)實驗室，福建 福州 350003）

紅曲黃酒生產(chǎn)過程的主要副產(chǎn)物是紅曲黃酒糟，其是發(fā)酵酒醪經(jīng)壓榨、分離酒液后留下的固形物，含有豐富的營養(yǎng)成分，其干基中含有約40%的蛋白質(zhì)、20%的粗淀粉、10%的纖維素及少量的糖分、糊精、灰分等物質(zhì)，但熱能比較低，不溶性物質(zhì)較多，難以直接利用[1-2]。在黃酒生產(chǎn)過程中能產(chǎn)生約20%的酒糟，普通酒廠一般只作為普通的飼料低價出售或作為垃圾直接丟棄，不僅污染生態(tài)環(huán)境，也造成大量的資源浪費(fèi)。在國內(nèi)外，對黃酒糟的研究主要有以酒糟來生產(chǎn)飼料[3]、培養(yǎng)食用菌[4]和進(jìn)行厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣[5]等，近年來，以黃酒糟為原料開發(fā)可食用新產(chǎn)品成為國內(nèi)外酒糟研究的主要趨勢之一，如利用黃酒糟生產(chǎn)“香糟鹵”[6]、“香糟魚”[7]、食醋[8]、木糖醇[9]、面條[10]、復(fù)合氨基酸[11]等。

美拉德反應(yīng)是氨基化合物和羰基化合物間的反應(yīng)，經(jīng)過復(fù)雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)類黑精或稱擬黑素，通過此反應(yīng)使食品帶來不同的風(fēng)味特征，產(chǎn)生特別的香味和色澤[12-13]。美拉德反應(yīng)在食品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在給食品增香的同時，還可以使食品具有抗氧化性、抗菌性等作用[14-17]。不同底物及組分、pH值、反應(yīng)溫度及時間等環(huán)境條件是影響美拉德反應(yīng)產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)鍵因子[18-20]。紅曲黃酒糟酶解液中富含葡萄糖和氨基酸成分，具備了美拉德反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，本試驗通過美拉德反應(yīng)實現(xiàn)酶解液的增香，以期研制出調(diào)味液新產(chǎn)品，為紅曲黃酒糟酶解液的增香及調(diào)味液新產(chǎn)品的研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃酒糟：寧德黃家酒業(yè)有限公司提供，60℃烘干粉碎后備用，蛋白質(zhì)含量38.2%，含水量10.3%。

纖維素酶（200000 U/mL）：北京高瑞森科技有限公司；高溫α淀粉酶（40 000 U/g）、中性蛋白酶（200 000 U/g）：江蘇銳陽生物科技有限公司。

檸檬酸、氫氧化鈉（食品級）：吳江市永和精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-1750紫外可見分光光度計：日本島津儀器有限公司；BIOTECH-5BG生物發(fā)酵罐：上海寶心設(shè)備有限公司；GL-20G-Ⅱ10離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；FE28pH計：梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紅曲黃酒糟酶解液的制備

稱取400 g黃酒糟，以1∶10（g∶mL）的料液比加入蒸餾水于發(fā)酵罐中，先加入纖維素酶、淀粉酶復(fù)合酶解，再加入蛋白酶酶解，酶解過程pH值自動控制。反應(yīng)條件：加入4mL纖維素酶，在pH5.0、溫度50℃，酶解30min；調(diào)整溫度至60℃、pH6.0，加入4g淀粉酶，酶解3h；調(diào)整溫度至50℃、pH至7.0，加入4 g中性蛋白酶，酶解3 h。4 200 r/min離心15 min，取上清液備用。

1.3.2 酶解液的美拉德反應(yīng)單因素試驗

酶解液上清液采用旋蒸濃縮，使用食品級檸檬酸及氫氧化鈉調(diào)整pH值。底物含量試驗：設(shè)定底物含量分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%，調(diào)整pH為7.0，在100℃條件下反應(yīng)30 min。采用單因素輪換法，依次考察起始pH值（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0），溫度（80℃、90℃、100℃、110℃、120℃），反應(yīng)時間（20 min、30 min、40 min、50 min、60 min）對美拉德反應(yīng)的影響。分別取樣檢測反應(yīng)液氨基酸態(tài)氮消耗率及褐變度，并進(jìn)行感官評價。

1.3.3 酶解液美拉德反應(yīng)條件優(yōu)化二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以反應(yīng)起始pH值（X1）、反應(yīng)溫度（X2）、反應(yīng)時間（X3）為因子，以感官評分為指標(biāo)，設(shè)計二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗（見表1），確定美拉德反應(yīng)最優(yōu)工藝，制備美拉德反應(yīng)基液。

表1 美拉德反應(yīng)工藝條件優(yōu)化二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計因素與水平Table 1 Factors and levels of quadratic rotational combination design for Maillard reaction conditions optimization

1.3.4 測定方法

（1）感官評價

挑選12名具有感官評定經(jīng)驗的食品專業(yè)人員，采用評分法對紅曲黃酒糟酶解液美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的色澤、滋味、醬香味、協(xié)調(diào)性進(jìn)行綜合評定。設(shè)定4個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重系數(shù)，通過加權(quán)法將各個指標(biāo)平均分?jǐn)?shù)加權(quán)相加，得出最終感官評分值，結(jié)果取平均值。分值越大，說明反應(yīng)液的品質(zhì)越好。具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of Maillard reaction products

（2）美拉德反應(yīng)褐變度的測定

按照參考文獻(xiàn)[21-23]的方法，采用分光光度法測定褐變度。

（3）氨基酸態(tài)氮的檢測方法[24]

參考GB5009.235—2016《食品中氨基酸態(tài)氮的測定》進(jìn)行。

（4）氨基酸態(tài)氮消耗率的計算

式中：Wi為試驗后反應(yīng)液中氨基酸態(tài)氮的含量，g/L；W0為原反應(yīng)液中氨基酸態(tài)氮的含量，g/L。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶解液的美拉德反應(yīng)單因素試驗結(jié)果

2.1.1 底物含量對美拉德反應(yīng)的影響

表3 底物含量對美拉德反應(yīng)的影響Table 3 Effect of substrate concentration on Maillard reaction

由表3可見，底物含量越高氨基酸態(tài)氮消耗率也越高。當(dāng)?shù)孜锖繛?0%時，顏色為淡紅色，有淡淡的鮮味和醬香味，感官分值較低；隨著底物含量的增加，產(chǎn)品鮮味、醬香味、風(fēng)味協(xié)調(diào)性及感官分值均逐漸增加，當(dāng)?shù)孜锖繛?0%時，產(chǎn)品色澤紅褐清亮、有愉快鮮味和醬香味、風(fēng)味協(xié)調(diào)統(tǒng)一，感官分值最高，達(dá)88分；當(dāng)?shù)孜锖浚?0%之后，產(chǎn)品開始出現(xiàn)棕褐色、有苦味和焦糊味、風(fēng)味很不協(xié)調(diào)。結(jié)果表明，美拉德反應(yīng)適宜的底物含量為60%。

2.1.2 起始pH值對美拉德反應(yīng)的影響

表4 起始pH值對美拉德反應(yīng)的影響Table 4 Effect of initial pH value on Maillard reaction

由表4可見，pH值越高美拉德反應(yīng)就越劇烈，氨基酸態(tài)氮消耗率及ΔA245nm值也越高。當(dāng)起始pH值為5.0時，產(chǎn)品色澤暗淡，鮮味較淡、無醬香味；隨著起始pH值的增加，產(chǎn)品的鮮味、醬香味、協(xié)調(diào)性及感官評分均逐漸增加，當(dāng)起始pH值為6.0時，產(chǎn)品為色澤紅褐清亮、有鮮味和醬香味、且風(fēng)味協(xié)調(diào)統(tǒng)一，感官評分為90分；當(dāng)起始pH值＞7.0后，雖然堿性環(huán)境更有利于進(jìn)行美拉德反應(yīng)，但產(chǎn)品成黑棕色、無鮮味、有焦糊味、風(fēng)味不協(xié)調(diào)。因此，美拉德反應(yīng)適宜的起始pH值應(yīng)為6.0。

2.1.3 反應(yīng)溫度對美拉德反應(yīng)的影響

表5 反應(yīng)溫度對美拉德反應(yīng)的影響Table 5 Effect of reaction temperature on Maillard reaction

由表5可見，反應(yīng)溫度越高美拉德反應(yīng)就越劇烈，氨基酸態(tài)氮消耗率及ΔA245nm值也越高。當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃時，產(chǎn)品鮮味較淡、無醬香味；隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)品鮮味、醬香味、協(xié)調(diào)性及感官評分均呈上升趨勢，當(dāng)反應(yīng)溫度為90℃時，產(chǎn)品色澤紅褐清亮、有鮮味和醬香味且風(fēng)味協(xié)調(diào)統(tǒng)一，感官評分為92分；當(dāng)反應(yīng)溫度＞100℃之后，雖然較高的反應(yīng)溫度有利于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，但產(chǎn)品成黑棕色、無鮮味、有焦糊味、風(fēng)味不協(xié)調(diào)。結(jié)果表明，美拉德反應(yīng)適宜的反應(yīng)溫度為90℃。

2.1.4 反應(yīng)時間對美拉德反應(yīng)的影響

由表6可見，反應(yīng)時間越長美拉德反應(yīng)就越劇烈，氨基酸態(tài)氮消耗率及ΔA245nm值也越高。當(dāng)反應(yīng)時間為20 min時，產(chǎn)品鮮味、醬香味較淡，協(xié)調(diào)性一般；隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)品的鮮味、醬香味、協(xié)調(diào)性及感官評價均呈上升趨勢；當(dāng)反應(yīng)時間為40 min時，產(chǎn)品為色澤紅褐清亮、有鮮味和醬香味、且風(fēng)味協(xié)調(diào)統(tǒng)一，感官評分為91分；在反應(yīng)時間為50～60 min內(nèi)，產(chǎn)品略帶棕褐色、鮮味較淡、略有焦糊味、風(fēng)味不太協(xié)調(diào)。結(jié)果表明，美拉德反應(yīng)適宜的反應(yīng)時間為40 min。

表6 反應(yīng)時間對美拉德反應(yīng)的影響Table 6 Effect of reaction time on Maillard reaction

2.2 美拉德反應(yīng)工藝條件優(yōu)化二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗

對二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗結(jié)果（表7）進(jìn)行分析，剔除不顯著項后，感官評分（Y）與起始pH值（X1）、反應(yīng)溫度（X2）和反應(yīng)時間（X3）的數(shù)學(xué)回歸方程為Y=93.977+4.064X1+2.769X2-1.198X3-4.900X12-4.017X22-4.370X32。由表8可知，影響感官評分的主次因素順序為起始pH值＞反應(yīng)溫度＞反應(yīng)時間，感官評分?jǐn)?shù)學(xué)模型的回歸F2=59.734＞F0.01（9，13）=4.19，回歸模型極顯著（P＜0.01），失擬F1=1.934＜F0.05（5，8）=6.63，失擬不顯著（P＞0.05），說明該模型可以準(zhǔn)確反映實際生產(chǎn)中感官評分與工藝條件之間的影響關(guān)系。

表7 二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計及結(jié)果Table 7 Design and results of quadric orthogonal rotational combination tests

續(xù)表

表8 試驗結(jié)果方差分析Table 8 Variance analysis of test results

2.3 模型尋優(yōu)及驗證

調(diào)節(jié)底物含量達(dá)60%，以感官評分為考察目標(biāo)，經(jīng)DPS 3.01軟件計算，得出美拉德反應(yīng)的最優(yōu)工藝參數(shù)：起始pH值為6.5、反應(yīng)溫度為95℃、反應(yīng)時間為40 min。在此條件下進(jìn)行驗證試驗，產(chǎn)品的感官評分達(dá)95分。模型預(yù)測值達(dá)93.977分，實測值與模型預(yù)測值相對誤差為1.09%。處理的料液香氣鮮美、醬香濃郁、紅曲典型性強(qiáng)。

3 結(jié)論

紅曲黃酒糟酶解液最佳的美拉德反應(yīng)增香條件為底物可溶性固形物含量60%、起始pH值6.5、反應(yīng)溫度95℃、時間40 min。處理的料液香氣鮮美、醬香濃郁、紅曲典型性強(qiáng)，感官評價可達(dá)95分，與模型預(yù)測值的差異并不顯著（P＞0.05）。通過對黃酒糟酶解液美拉德反應(yīng)處理，不僅可實現(xiàn)酶解液的增香，還可進(jìn)一步開發(fā)為優(yōu)良的可食用產(chǎn)品或配料，極大地提高了黃酒糟的綜合利用價值。