酵母抽提物對發酵蘋果汁風味品質的影響

程建凱,李文釗*,劉楚海,孫妮,邢常輝,阮美娟,李沛

1(天津科技大學 食品科學與工程學院,天津,300457) 2(湖北安琪酵母股份有限公司,湖北 宜昌,443000)

酵母抽提物是以食品用酵母為原料,經過β-葡聚糖酶的酶解作用得到的產品,含有豐富的氨基酸、多肽、核苷酸和B族維生素[1],這些呈味物質使酵母抽提物具有強大的調味功能,可以賦予食品以鮮味、甜味和肉香味[2];除此之外,酵母抽提物含有谷胱甘肽及RNA降解的副產物鳥苷、肌苷等抗氧化物質,具有一定的保健功能[3]。目前,酵母抽提物主要應用于調味品[4-5]和醬腌菜,用于改善風味和口感。黎彩平[6]將酵母抽提物應用于廣式臘腸,豐富和提升了廣式臘腸的感官品質;王培杰[7]將酵母抽提物用于火鍋底料,酵母抽提物的氨基酸和肽類增強了多種基礎味道,突出火鍋底料的鮮味和肉質感。本實驗用到的3種酵母抽提物(FA37、FA39和FG10)為飲料用酵母抽提物,在奶茶、復合咖啡和功能性飲料中具有良好的應用效果。

發酵可提高多酚的生物利用度,發酵蘋果汁具有降低血壓、改善血脂異常等功能[8]。近年來對發酵蘋果汁風味的研究較為廣泛,李維妮等[9]采用氣相色譜-質譜法分析了利用乳酸菌和多菌組合發酵蘋果汁的香氣成分,經過發酵后,蘋果汁的香氣成分增加,賦予果汁更強烈的果香、花香和青香;WU等[10]發現6種乳酸菌均可通過發酵改善蘋果汁風味。

本文綜合氣相色譜-質譜分析、電子鼻分析和感官評價的方法,探究酵母抽提物對于發酵蘋果汁的風味品質的影響,期望在改善發酵蘋果汁風味的同時,拓展酵母抽提物的應用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

酵母抽提物FA37、FA39、FG10,安琪酵母股份有限公司;發酵蘋果汁,蘋果品種為紅富士,發酵菌種為嗜酸乳桿菌,山西達明一派食品有限公司;NaOH、酚酞、濃鹽酸(比重1.18)、甲基紅、CuSO4、次甲基藍、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、Na2CO3、一水合葡萄糖,均為分析純,天津市化學試劑一廠;沒食子酸、福林酚顯色劑,均為分析純,北京索萊寶科技有限公司;鄰苯二甲酸氫鉀、2-甲基-3-庚酮、2-辛醇,均為色譜純,上海阿拉丁生化科技有限公司。

1.1.2 儀器與設備

YH-A10002電子天平,瑞安市英衡電器有限公司;YP電子精密天平,奧豪斯(上海)公司;Atago PAL-1 NFC糖度計,日本愛宕公司;FB10便攜式pH計,奧豪斯儀器(常州)有限公司;TDZ5-WS臺式低速離心機,湘儀離心機儀器有限公司;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S,上海喬楓實業有限公司;CAR/DVB/PDMS萃取頭(50/30 μm),美國Supelco公司;GCMS-QP2010Ultral氣相色譜-質譜聯用儀,日本島津公司;PEN3型電子鼻,北京盈盛恒泰科技有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的配制

取適量發酵蘋果汁,添加等量的去離子水,用磁力攪拌器500 r/min攪拌5 min,使其混合均勻。分別取少量FA37、FA39、FG10 加入去離子水,配制成質量分數為1%的母液,然后分別取少量酵母抽提物母液,用制得的發酵蘋果汁將其稀釋為0.01%、0.02%、0.03%待用。為了簡便區分上述樣品,分別將樣品編號37-1、37-2、37-3、39-1、39-2、39-3、10-1、10-2和10-3。

1.2.2 酵母抽提物和發酵蘋果汁理化指標的測定

酵母抽提物的基本組分由安琪酵母股份有限公司提供。發酵蘋果汁可溶性固形物含量使用糖度計測定;pH使用便攜式pH計測得;總糖含量和總酸含量的測定分別參考SB/T 10203—1994中的直接滴定法和酸度計法(仲裁法);總酚含量的測定采用福林酚法[11]。

1.2.3 揮發性物質分析

參考柴鵬飛等[12]的方法稍作修改。取2 mL樣品置于30 mL頂空萃取瓶,加入4 mL超純水和2 g NaCl,加入1 μL質量濃度為0.822 mg/mL的2-辛醇作為內標,用于定量檢測其中的風味物質的含量,加入轉子,密封,置于磁力攪拌器上,40 ℃水浴平衡20 min后插入經過老化的固相微萃取頭,40 ℃水浴萃取風味物質30 min,磁力攪拌速度為450 r/min,使得萃取頭充分吸附樣品的氣味。隨后迅速將萃取頭插入進樣口解吸15 min,使用氣相色譜-質譜聯用儀檢測、分析揮發性物質。

氣相色譜條件：Rtx-5MS毛細管柱(0.25 mm×30.0 m,0.25 μm)。柱溫程序：初始溫度45 ℃,保持13 min,以4 ℃/min升溫至150 ℃保持2 min,然后以8 ℃/min升溫至250 ℃維持6 min。進樣口溫度250 ℃,氦載氣流速1.0 mL/min。分流進樣,分流比為10∶1。

質譜條件：電子轟擊離子源(EI),離子源溫度200 ℃,接口溫度220 ℃(EI);捕獲方式為全掃描,掃描范圍m/z35～500;EI電離能量70 eV。

1.2.4 電子鼻分析

取添加不同種類、濃度的酵母抽提物的果汁10 mL置于頂空萃取瓶,靜置15 min待用。依據電子鼻操作進行,待樣品準備時間結束,同時插入電子鼻的進氣針和補氣針,吸取頂端空氣,測定揮發性物質。電子鼻參數設置為：樣品間隔時間1 s,空氣清洗時間100 s,傳感器歸零時間10 s,樣品準備時間5 s,測定時間180 s,進樣流量400 mL/min。傳感信號在90 s后基本穩定,選定采集信號時間為110 s。每個樣品測定3次重復,測定時保持室溫20 ℃,且測定環境無異味。PEN 3型電子鼻由10根金屬傳感器組成,每根傳感器各對某種或某類化合物靈敏。PEN3型電子鼻各傳感器性能描述如表1。

表1 PEN3型電子鼻各傳感器性能描述Table 1 Performance description of each sensor of PEN3 electronic nose

1.2.5 感官評價

由7名有感官評價經驗的評價員對蘋果汁進行感官評價,分別從酸度、甜度、香氣、口感和整體喜好度進行感官評分。將不同體系用隨機3位數編號,且每位評價的面前的編號皆無關聯性。發酵蘋果汁的感官評分細則如表2所示,不添加酵母抽提物的發酵蘋果汁默認為5分,作為對照組。

表2 發酵蘋果汁感官評分細則Table 2 Sensory scoring rules of fermented apple juice

1.2.6 數據分析

將氣相色譜-質譜儀檢測到的揮發性物質與NIST譜庫進行比對,相似度>80%確定為樣品中的揮發性物質,將各組分的峰積分,計算其含量。采用Winmuster軟件對電子鼻實時數據進行主成分分析、負載電荷分析和線性判別分析。所得數據采用Excel 2020進行計算,采用Origin 2018繪制圖像。每組進行3次平行試驗,并進行誤差分析。采用SPSS 18.0軟件進行實驗數據的差異性分析。

2 結果與分析

2.1 酵母抽提物和發酵蘋果汁理化指標

2.1.1 酵母抽提物的理化指標

3種酵母抽提物的理化指標如表3所示。氨基酸、多肽和核苷酸是酵母抽提物中的主要成分,氮含量最高。

NaCl可以影響天然復合甜味劑的甜味速度,在研究風味時不可忽視[13]。FG10酵母抽提物中NaCl含量達2.22%,高于其他2種酵母抽提物,由此推測,FG10添加到發酵蘋果汁中,較其他2種酵母抽提物可能起到更明顯增加甜味的作用。

表3 酵母抽提物理化指標Table 3 Physical chemical indexes of yeast extracts

2.1.2 發酵蘋果汁理化指標

根據袁亞宏等[14]的研究,發酵蘋果汁的理化指標和感官特性存在一定的聯系,比如甜味與可溶性固形物含量、總糖含量等呈正相關,本研究用到的發酵蘋果汁的可溶性固形物含量和總糖含量分別達到(8.40±0.06)%和(7.60±0.02)g/100 g(以葡萄糖汁),具有較強的甜味;酸味與pH呈負相關,與總酸呈正相關,這2個指標與市面上飲料大致相同,pH為3.68±0.01，總酸為(0.210±0.002) g/100 g(以蘋果酸計);而澀味與總酚含量相關,總酚含量為(0.132±0.001)mg/mL,這是因為在加工過程中酚類物質有損失,使澀味大大減少。由經驗可知,合適的糖酸比會帶來令人愉悅的口感,(36.19±0.34)比較接近合適糖酸比。

2.2 揮發性物質分析

不同酵母抽提物種類和添加量下,發酵蘋果汁的揮發性物質的種類和含量如表4所示。

表4 添加不同酵母抽提物的發酵蘋果汁揮發性物質種類和含量Table 4 The types and contents of volatile substances in fermented apple juice with different yeast extracts added

在以上10個樣品中,氣相色譜-質譜儀檢測出揮發性物質24種,匹配度都>80%,其中酯類7種,醇類6種,醛類6種,酮類4種,烴類1種,酚類1種。上述樣品中分別檢測出14、19、20、20、18、19、18、17、17、17種揮發性物質。

本實驗用到的發酵蘋果汁中的揮發性物質主要是酯類和醇類,這可能是蘋果的品種與加工方式不同而導致的。發酵蘋果汁主要的香氣成分,如2-甲基丁醇和丁酸乙酯等香氣活性成分具有果香、成熟香和甜香[15]。萜烯是天然存在的有機化合物,具有強烈的香氣,發酵蘋果汁含有的萜烯類化合物是α-法呢烯,也是蘋果特有的香氣來源之一。此外,己酸乙酯和1-辛醇等具有低氣味活性值的化合物對于發酵蘋果汁的風味也起著重要作用[16]。

由表4可知,添加酵母抽提物后,各揮發性物質含量有所減少,這可能是酵母抽提物的加入導致發酵蘋果汁稀釋,使得揮發性物質的濃度降低,與此同時,酵母抽提物的添加增加了揮發性物質的種類。新增的揮發性物質均有糠醛、正己醇、庚醇、癸醛,增強了發酵蘋果汁的青香。FA37使體系增加了庚醛、苯甲醛,分別具有水果香和苦杏仁味,使發酵蘋果汁的果香更加濃郁,味道更豐富。而FA39和FG10增加了2-辛酮和2-壬酮,前者具有牛奶、乳酪、蘑菇的氣味,后者具有果香、甜香、青香及類似椰子、奶油的氣味。新增的酮類化合物,有助于增加花香和果香的甜味[17]。

2.3 電子鼻分析

2.3.1 主成分分析

如圖1所示,主成分分析會保留原有的主要信息,將較多的變量減為較少的變量,直觀反映原始數據信息[18]。對于10個樣品體系進行主成分分析,可以看出主成分1貢獻率為91.30%,主成分2貢獻率為4.72%,2個主成分的累計貢獻率達到96.02%,可以有效反映絕大部分原始數據。其中,未添加酵母抽提物的發酵蘋果汁離原點最遠,對主成分1的貢獻率最大;添加0.02% FG10酵母抽提物的發酵蘋果汁對主成分2的貢獻率最大。FA39和FG10的第1主成分貢獻率相較于FA37更低,且出現交叉分布。每個體系有良好的區分,在圖中的不同區域有明顯的聚類[19],表明酵母抽提物的種類和添加量均會明顯改變發酵蘋果汁的風味。

圖1 添加酵母抽提物的發酵蘋果汁主成分分析圖Fig.1 PCA diagram of fermented apple juice with yeast extract

2.3.2 負載電荷分析

如圖2所示,在負載電荷分析中,若某一傳感器響應值的橫、縱坐標對應值接近于零,則該傳感器的識別作用可以忽略;若某一傳感器的響應值越偏離于零,則說明該傳感器的識別能力越強[19]。

圖2 添加酵母抽提物的發酵蘋果汁負載電荷分析圖Fig.2 Load analysis of fermented apple juice with yeast extract

由圖2可知,除W2W之外的9個傳感器均對第1主成分有明顯貢獻,W1W對第1主成分貢獻率最大,且對萜烯類化合物敏感,醇類、醛類、酮類均為萜烯類化合物中的無環單萜化合物,是體系中主要的揮發性物質;α-法呢烯是具有發酵蘋果汁特征香氣的萜烯類化合物,對W1W傳感器具有一定的貢獻。W1C對第2主成分貢獻率最大,對芳香成分敏感,體系中的主要芳香成分為2,4-二叔丁基苯酚。

2.3.3 線性判別分析

如圖3所示,線性判別分析也是一種降維的數據處理方法[20]。主成分1和主成分2的貢獻率分別是94.62%和2.72%,二者總貢獻率達到97.34%,這表明線性判別分析可以很好地區分不同的體系,不同的體系整體風味存在差異[21]。相較于主成分1,大多數體系在主成分2的差異顯著。隨著FA37酵母抽提物濃度增加,3種體系在主成分2表現出先上升后下降的趨勢,同樣的趨勢也表現在FA39的主成分2中。除對照組,添加0.01%FG10酵母抽提物的在主成分1上的貢獻率較大,說明該體系中風味物質較為豐富。

圖3 添加酵母抽提物的發酵蘋果汁線性判別分析圖Fig.3 Linear discriminant analysis of fermented apple juice with yeast extract

綜合電子鼻的分析,進一步驗證了添加了酵母抽提物后各體系的香氣特征差異,可與氣相色譜-質譜的數據處理結果相對應。

2.4 感官評價

由圖4可知,FA37酵母抽提物的添加量為0.01%和0.02%時,可以提升發酵蘋果汁的整體風味。添加量為0.03%時,會掩蓋發酵蘋果汁的本身風味導致整體評分降低。少量添加FA37具有減酸作用,當添加到一定量時,FA37對于發酵蘋果汁的減甜作用更加突出,反而使酸感增強,這可能是添加量為0.03%的蘋果汁酸味評分較高的原因。添加量為0.01%和0.03%時可以不同程度地提升發酵蘋果汁的香味并改善其口感。FA37酵母抽提物添加量為0.01%時,感官評分最高。

圖4 添加FA37酵母抽提物的發酵蘋果汁的感官評價雷達圖Fig.4 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FA37 yeast extract

由圖5可知,添加0.02%和0.03%FA39酵母抽提物主要對于發酵蘋果汁起到增加酸感的效果,當FA39的添加量為0.03%時增酸效果最強。各濃度FA39均能減弱甜味,FA39對于其他感官評價指標的效果不夠明顯,評價員對其整體喜好度存在先上升后下降的趨勢。FA39酵母抽提物添加量為0.02%時,感官評分最高。

圖5 添加FA39酵母抽提物的發酵蘋果汁的感官評價雷達圖Fig.5 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FA39 yeast extract

根據本課題組以往對酵母抽提物風味研究的經驗,FG10酵母抽提物中揮發性物質種類和含量在3種酵母抽提物中最為豐富,吡嗪類化合物是其主要揮發性物質,具有焙烤香味、堅果香味及咖啡香等特征香味,但是對于發酵蘋果汁整體香味沒有較大的提升。由圖6可知,不同濃度的FG10均有增強甜味的作用,甜味強度與濃度呈正相關,這與2.1.2中的推測大致相符。隨著FG10酵母抽提物的添加,酸感減弱和甜感增強同時出現,其糖酸比仍處于合適的范圍,對整體喜好度稍有改善作用。FG10酵母抽提物添加量為0.01%時,感官評分最高。

圖6 添加FG10酵母抽提物的發酵蘋果汁的感官評價雷達圖Fig.6 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FG10 yeast extract

3 結論與討論

本研究采用氣相色譜-質譜分析結合電子鼻技術和感官評價,分析了添加不同種類和添加量酵母抽提物的發酵蘋果汁,對比其與未添加酵母抽提物的發酵蘋果汁差異。在揮發性物質分析中,添加酵母抽提物后,糠醛、正己醇、庚醇和癸醛等揮發性物質含量增加,使發酵蘋果汁青香更加濃郁。在電子鼻分析中,各組樣品有明顯的區分,且傳感器對萜烯類化合物和芳香成分敏感。在感官評價中,適量添加酵母抽提物FA37、FA39和FG10 的發酵蘋果汁得到大家認可和喜愛。綜合以上研究,酵母抽提物FA37、FA39和FG10可應用于改善發酵蘋果汁風味,本研究為發酵蘋果汁風味的研究提供了一定的數據參考。