模塊化制備非肉源烤肉香精的研究

彭秋菊

(北京味食源食品科技有限責任公司，北京 102100)

近年來，對肉味香精的研究很多，主要集中在香味成分、酶解、Maillard反應和調香等方面[1-11]。在研究Maillard反應時主要以氨基酸和還原糖模型反應為主，而實際生產中Maillard反應所用到的原料眾多，包括油脂、骨湯提取物、HVP液、HVP粉、酵母抽提物、醬油、醬油粉、香辛料等，目前未見對其進行系統考察的研究報道。

根據原料的性質和用量可將Maillard反應的原料分成3類：大宗原料類(油脂、骨湯提取物、HVP液、HVP粉、酵母抽提物、醬油、醬油粉等)；氨基酸和還原糖類；香辛料類。在優化熱反應香精配方的過程中，可根據對風味的需求分別為上述3類原料進行模塊化考察，且有些模塊可以并行考察，有些則需要在其他模塊的基礎上再考察，如氨基酸和還原糖就需要在大宗原料的基礎上再考察。因為大宗原料中有些原料(如HVP、醬油、酵母抽提物等)含有氨基酸成分，會對后續添加的氨基酸有影響。

本文則以上述肉味香精的3類非肉源原料(大宗原料、氨基酸和還原糖、香辛料)為3個模塊，采用模塊化正交實驗設計，優化了非肉源的烤肉味香精制備條件，可為更加高效、合理地制備非肉源肉味香精提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗原料及設備

1.1.1 原料

酵母抽提物 安琪酵母股份有限公司；大豆油 秦皇島金海食品工業有限公司；HVP液、HVP粉 新順成(秦皇島)食品工業有限公司；醬油 蓬萊欣和食品有限公司；醬油粉 北京圣倫食品有限公司；L-半胱氨酸鹽酸鹽、DL-蛋氨酸、L-谷氨酸、L-亮氨酸 峨眉山市龍騰生物科技有限公司；L-丙氨酸、甘氨酸 河北華恒生物科技有限公司；L-精氨酸、L-脯氨酸、L-天門冬氨酸、L-賴氨酸鹽酸鹽 石家莊海天氨基酸有限公司；VB1華中藥業股份有限公司；木糖 山東福田藥業有限公司；葡萄糖 內蒙古阜豐生物科技有限公司；黑胡椒粉、蒜粉、孜然粉、百里香粉 北京昕土地調味品有限責任公司。

1.1.2 實驗設備

DSX-280B型手提式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫療器械廠；TE612-L電子天平 德國賽多利斯公司；98-1-B型 500 mL 電子調溫電熱套 天津泰斯特儀器有限公司；D-8401W型多功能電動攪拌器 天津市華興科學儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 評價方法

選取評價人員5名，對樣品的香氣進行評分[12]，然后取平均值，評分標準見表1。

表1 香氣評價分值表Table 1 Aroma evaluation scoreTable

1.2.2 實驗方法

1.2.2.1 大宗原料及溫度考察

選取大豆油、酵母抽提物、HVP液、HVP粉、醬油、醬油粉6種原料和溫度作為考察對象，采用L18(6×36)進行正交試驗，以酵母抽提物為主要原料，因此安排此原料考察6個水平，其他原料及溫度考察3個水平。

在250 mL錐形瓶中加入一定量的大豆油、酵母抽提物、HVP液、HVP粉等大宗原料，加水至100 g，攪拌均勻后用棉塞塞好，置于手提式壓力蒸汽滅菌器中，在選定的溫度條件下反應60 min；反應結束后，將所得產物冷卻至75 ℃，倒入250 mL三口燒瓶中，再加入蔗糖脂肪酸酯0.5 g以及用1.6 g丙二醇分散好的膠體(瓜爾膠0.4 g、黃原膠0.2 g和羧甲基纖維素鈉0.2 g)，于75 ℃下保溫攪拌10 min，然后冷卻至室溫再進行香氣評定，選出大宗原料的最佳配比和最佳反應溫度。

1.2.2.2 氨基酸、還原糖的考察

選取維生素B1、L-脯氨酸、L-半胱氨酸鹽酸鹽、DL-蛋氨酸、甘氨酸、L-丙氨酸、L-谷氨酸、L-亮氨酸、L-精氨酸、L-天門冬氨酸、L-賴氨酸鹽酸鹽、木糖、葡萄糖共13種原料，采用L27(313)進行正交試驗。因為大宗原料中HVP及醬油都含有氨基酸成分，會對后續添加的氨基酸有影響，所以氨基酸、還原糖的配比考察需要在選定的較優大宗原料配比基礎上進行。

在250 mL錐形瓶中加入最佳配比的大宗原料，按照L27(313)正交試驗安排，加入一定量的氨基酸和還原糖，加水至100 g，攪拌均勻后用棉塞塞好，置于手提式壓力蒸汽滅菌器中，在選定的最佳溫度下反應60 min；反應完畢后，將所得產物冷卻至75 ℃，倒入250 mL三口燒瓶中，加入蔗糖脂肪酸酯0.5 g和用1.6 g丙二醇分散好的膠體(瓜爾膠0.4 g、黃原膠0.2 g和羧甲基纖維素鈉0.2 g)，于75 ℃下保溫攪拌10 min，然后冷卻至室溫再進行香氣評定，選出最佳配比的氨基酸和還原糖。

1.2.2.3 香辛料的考察

選取黑胡椒粉、百里香粉、蒜粉、孜然粉4種原料，采用L9(34)進行正交試驗。

在150 mL錐形瓶中加入不同配比的復合香辛料和100 g水，攪拌均勻，用棉塞塞好瓶口，置于手提式壓力蒸汽滅菌器中，120 ℃下煮制1.0 h，冷卻至室溫后進行感官評價，挑選出最佳配比。

1.2.3 組合實驗

在250 mL錐形瓶中加入最佳配比的大宗原料、氨基酸、還原糖，適當調整最佳混合香辛料的用量，攪拌均勻，用棉塞塞好瓶口，置于手提式壓力蒸汽滅菌器中，在選定最佳溫度下反應60 min；反應完畢后，將所得產物冷卻至75 ℃，倒入250 mL三口燒瓶中，加入蔗糖脂肪酸酯0.5 g和用1.6 g丙二醇分散好的膠體(瓜爾膠0.4 g、黃原膠0.2 g和羧甲基纖維素鈉0.2 g)，于75 ℃下保溫攪拌10 min，然后冷卻至室溫再進行香氣評定。

2 結果與討論

2.1 大宗原料及溫度考察

經過大量的預備實驗，擬選取酵母抽提物、醬油、HVP和油脂作為大宗原料的考察對象。酵母抽提物富含多種氨基酸、核苷酸和維生素，是一種天然的調味品，其風味濃郁飽滿，口感醇厚悠長，還具有調味劑和風味增強劑的功能，對熱反應產物的肉香及焦甜香氣有影響[13,14]。醬油的生產原料主要是大豆，經檢測醬油中的氨基酸有 18 種，包括了人體的 8 種必需氨基酸，對產物的醬香及色澤有重要作用。HVP液或粉在熱反應中產生焦甜香氣和醬香氣，且能降低生產成本。色拉油中脂質及其衍生物在烹煮過程中由于脂質的降解能夠形成包括脂族烴、醛類、酮類、醇類、羧酸和酯的多種香氣物質[15]。大宗原料及溫度的正交試驗因素水平表及試驗結果與分析見表2和表3。

表2 大宗原料及溫度的正交試驗因素水平表Table 2 Orthogonal experimental factors and levels of bulk raw materials and temperature

表3 大宗原料及溫度L18(6×36)正交試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of L18(6×36) orthogonal test for bulk raw materials and temperature

由表3可知，色拉油的極差最大Rj=28.8，其次是Rj(醬油，9.3)>Rj(HVP粉，8.4)>Rj(酵母抽提物，7.7)>Rj(HVP液，2.8)>Rj(醬油粉，2)。色拉油用量是烤肉香氣形成的最主要影響因素，其次是醬油、HVP粉和酵母抽提物，HVP液和醬油粉影響最小。正交試驗7號得分最高(93分)，組合配方為酵母抽提物30 g，醬油6.0 g，醬油粉6.0 g，色拉油10.0 g，最佳反應溫度120 ℃，不用添加HVP粉和HVP液。

各個因素對烤肉香氣的影響及感官評價得分分析結果見圖1。

圖1 大宗原料各水平感官評價結果Fig.1 Results of sensory evaluation of bulk materials' levels

由圖1可知，隨著酵母提取物添加量的增加，反應產物的感官評價得分先增高后降低，其中25 g最佳；HVP液和HVP粉在不添加時，反應產物感官評價得分最高，6.0 g時最低；醬油在6.0 g時感官評價得分最高，醬油粉的最佳添加量則為3.0 g；色拉油添加量增加，反應產物感官評價的得分也相應增加，10 g色拉油時感官評價得分最高。

除大宗原料外，反應溫度也是正交試驗設計的重要因素，其優化結果見圖2。

圖2 反應溫度感官評價圖Fig.2 Results of sensory of evaluation reaction temperature levels

由圖2可知，最佳反應溫度120 ℃。確認最佳大宗原料最佳組合為酵母抽提物25 g，醬油6.0 g，醬油粉3.0 g，色拉油10 g，反應溫度120 ℃。經驗證，最佳組合的樣品香氣評分為95分，優于得分最高的正交試驗7號。

2.2 氨基酸、還原糖的考察

氨基酸是美拉德反應重要的前體物質，不同的氨基酸具有不同的反應與釋放氨的能力，且不同的氨基酸具有不同的 Strecker 醛，而氨與 Strecker 醛都是 Maillard 反應形成風味與色澤的重要中間體[16,17]。維生素B1又稱硫胺素，是維生素中發現最早的一種，通過熱降解可產生呋喃類、呋喃硫醇類、噻吩類、噻唑等許多含硫和含氮揮發性化合物，這些化合物許多具有肉香氣[18,19]。

氨基酸、還原糖的正交試驗因素水平表及試驗結果與分析見表4和表5。

表4 氨基酸、還原糖正交試驗因素水平表Table 4 The factors and levels of orthogonal test for amino acids and reducing sugars g

表5 氨基酸、還原糖L27(313)正交試驗結果分析Table 5 Analysis of L27 (313) orthogonal test results of amino acids and reducing sugars

由表4可知，在該正交試驗所選取的因素水平范圍內，各因素極差的大小順序依次為： Rj(L-半胱氨酸鹽酸鹽，25.4)>Rj(木糖)>Rj(L-谷氨酸)>Rj(L-賴氨酸鹽酸鹽)>Rj(L-脯氨酸)>Rj(L-丙氨酸)>Rj(L-亮氨酸)>Rj(葡萄糖)>Rj(L-天冬氨酸)>Rj(維生素B1)>Rj(DL-蛋氨酸)>Rj(L-精氨酸)。L-半胱氨酸鹽酸鹽的用量是烤肉香氣形成最主要的影響因素，其次是木糖、L-谷氨酸和L-賴氨酸鹽酸鹽，其他因素影響較小。木糖的影響大于葡萄糖，這與鄒利[20]的研究一致。在熱反應的開始階段是氨基和羰基的反應，此時糖的反應活性決定于其羰基的反應活性，五碳糖(如木糖)的反應活性高于六碳糖(葡萄糖)。

由表5可知，感官評價得分最高的是1號組(94分)，所有因素的添加用量均為水平1。而對氨基酸、還原糖在正交試驗中各因素結合感官評價分析結果見圖3。

圖3 氨基酸、還原糖各水平感官評分結果Fig.3 Results of sensory evaluation of amino acid and reducing sugar levels

由圖3可知，感官評價得分最高的用量分別為：0.80 g維生素B1、1.80 g L-半胱氨酸鹽酸鹽、0.20 g DL-蛋氨酸、1.00 g甘氨酸、0.30 g L-谷氨酸、0.80 g L-精氨酸、0.30 g L-賴氨酸鹽酸鹽、2.00 g葡萄糖，不用添加L-脯氨酸、L-丙氨酸、L-天門冬氨酸、L-亮氨酸、木糖，這也是氨基酸和還原糖的最佳組合配比。經驗證，最佳組合條件下得到的樣品香氣評分為95分，優于得分最高的正交試驗1號。

2.3 香辛料的考察

香辛料具有刺激性香味，能賦予食物特殊的風味，增進食欲。現在，香辛料的產品形式很多，有粉體、乙醇提取物、乙醚提取物、超臨界CO2萃取物等，提取物由于使用的介質的局限，香氣和口感與原粉相比或多或少都存在部分欠缺，而粉體香辛料的主要問題是存在微生物污染的風險。在膏狀熱反應肉味香精的制備過程中，高溫反應能達到滅菌的作用，所以一般選用研磨好的香辛料粉，香氣口感兼具，操作方便且成本經濟。香辛料的正交試驗因素水平表及試驗結果與分析見表6和表7。

表6 香辛料因素-水平表Table 6 The factors-levelsTable of spices g

表7 香辛料L9(34)正交試驗結果分析Table 7 Analysis of L9(34) orthogonal test results of spices

2.3.1 各因素對香氣的影響

黑胡椒、百里香粉、蒜粉、孜然粉4種原料均選取了3個水平的用量進行正交試驗，黑胡椒為0.50，0.80，1.00 g、百里香為0.020，0.050，0.080 g、蒜粉為1.00，1.20，1.50 g、孜然為0.020，0.050，0.080 g。由表6可知，在該正交試驗所選取的因素水平范圍內，各因素的極差大小順序為：Rj(黑胡椒粉)>Rj(蒜粉)>Rj(孜然粉)>Rj(百里香粉)，這說明黑胡椒粉和蒜粉用量對香氣影響最大，百里香粉和孜然粉次之。

2.3.2 較優的香辛料配比

由表7可知，正交試驗中2號組合的香氣評分最高(91分)，黑胡椒、百里香、蒜、孜然的用量分別為0.50，0.050，1.20 ，0.050 g。經過對正交試驗組各因素結合感官評價結果進行分析，結果見圖3。最佳香辛料配比為：黑胡椒0.50 g、百里香0.050 g、蒜1.50 g、孜然0.050 g。經驗證，最佳組合條件下得到的樣品香氣評分為94分，優于得分最高的正交試驗2號。

圖4 香辛料各水平感官評價結果Fig.4 Results of sensory evaluation of spices' levels

2.4 組合實驗分析

以上研究得到的都是各個模塊單一的最佳原料配比，而各類原料組合起來是否是最佳配方還需進一步分析。故將2.2和2.3得到的結論組合起來進行實驗并對香辛料總的用量進行適當調整，方案見表8。

表8 組合實驗方案Table 8 Combined experimental scheme

由表8可知，方案1中香辛料用量整體較大，黑胡椒粉、百里香粉、蒜粉、孜然粉分別為0.60，0.060，1.80，0.060 g，產品香氣評價結果描述為辛香味比較重，肉香被掩蓋。方案2，3，4的香辛料用量逐步減少，產品中的辛香味也逐步減弱，肉香突出。方案2中香辛料的用量為黑胡椒0.50 g、百里香0.050 g、蒜1.50 g、孜然0.050 g，這也是2.3.2中推測出的最佳配方，而與大宗原料、氨基酸、還原糖組合后，產品香氣評價為辛香味比較重，肉味不突出。方案3香氣評價最好，香辛料用量分別為黑胡椒粉0.40 g、百里香粉0.040 g、蒜粉1.20 g、孜然粉0.040 g，產品肉香純正、烤香飽滿、具有愉悅的烤肉風味。這也說明各類原料之間在進行熱反應時，系統內各類物質之間有明顯的相互作用。方案4的評香結果為有肉味，但烤香不明顯。故最終選擇方案3為最佳組合實驗方案。

3 結論

通過把Maillard反應原料分成3類：大宗原料、氨基酸和還原糖以及香辛料，進行模塊化研究，分別采用3個模塊正交試驗進行考察，選取出各原料的最佳用量，再進行組合試驗，以此得到肉香純正、烤香飽滿、具有愉悅烤肉風味的香精。本實驗確認的最佳方案為：酵母抽提物25 g，醬油6.0 g，醬油粉3.0 g，色拉油10 g，反應溫度120 ℃，維生素B10.80 g，L-半胱氨酸鹽酸鹽1.8 g，DL-蛋氨酸0.20 g，甘氨酸1.0 g，L-谷氨酸0.30 g，L-精氨酸0.80 g，L-賴氨酸鹽酸鹽0.30 g，葡萄糖2.0 g，黑胡椒粉0.40 g，百里香粉0.040 g，蒜粉1.2 g，孜然粉0.040 g。

本研究首次建立了根據原料種類進行模塊化正交優化，選取最佳組合以制備非肉源肉味香精的方法。與單因素實驗比較，研究對Maillard反應中眾多原料進行了全面系統的考察，且大大提高了實驗效率，降低了實驗成本。另外，本文在對香辛料考察時是用水作為基質，也可采用燉肉的方式來考察香辛料的配比，具體效果有待進行進一步研究。