北京工商大學王蓓教授、曹雁平教授等：香辛料對牛肉味熱反應香味料貯存期間香氣質量的影響
2023-09-28作者：來源：責任編輯：食品界
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熱反應香味料是將氨基酸、糖等原料與輔料混合經(jīng)過美拉德反應等熱處理制成的一類具有獨特香味的混合物，用于彌補或改善方便食品、調味品、加工食品的風味。然而在加工、貯存過程中，熱反應香味料中的大多數(shù)揮發(fā)性物質不穩(wěn)定，且易與其他組分反應，導致熱反應香味料香型失真而使其應用受限。適量添加香辛料不僅可以提高食品抗氧化性，還會改善整體風味屬性。
北京工商大學食品與健康學院張澤宇、王蓓*和曹雁平*深入分析貯存期間香辛料對熱反應香味料香氣質量的影響。首先，采用固相微萃取（SPME）和溶劑輔助風味蒸發(fā)（SAFE）結合GC-MS鑒定貯存期間（50 ℃，168 d）揮發(fā)性化合物組成；其次，利用GC-O鑒定熱反應香味料貯存期間香氣化合物，并對熱反應香味料的香氣屬性進行評估；最后，分析熱反應香味料在50 ℃貯存168 d內香氣物質與香氣屬性的相關性。本研究希望通過分析香辛料對熱反應香味料中關鍵香氣物質以及香氣屬性的影響，為開發(fā)高貯存質量的熱反應香味料提供技術借鑒。 
采用SPME和SAFE法提取貯存期間CTRBF（添加0.07%香辛料粉的熱反應香味料的實驗處理組）和TRBF（牛肉味熱反應香味料的空白對照）中揮發(fā)性成分。由圖1可知，貯存期間，SPME-GC-MS法共計提取檢測到217 種揮發(fā)性化合物，SAFE-GC-MS法提取檢測到163 種。SPME法提取檢測以含硫類化合物為首，其次是酸類、吡嗪類物質。而SAFE法提取檢測的酸類物質數(shù)量最多，其次為醇類和酮類化合物。雖然SAFE法提取檢測的數(shù)量少于SPME法，但是SAFE法提取檢測的揮發(fā)性化合物總含量相對較高，幾乎是SPME法提取檢測揮發(fā)性化合物的10～100 倍。兩種提取方法互補分析，可以獲得較全面的分析結果，鑒定出熱反應香味料中更多種類的揮發(fā)性化合物。 將貯存期間CTRBF和TRBF中揮發(fā)性成分的半定量結果繪制成熱圖，由圖2可知，與TRBF樣品相比，CTRBF樣品中揮發(fā)性化合物種類及數(shù)量的差異主要集中在醛類、酮類、萜烯類、酚類、含氮和含硫化合物。 醛類化合物主要由脂肪降解、氨基酸熱降解和美拉德反應產生。經(jīng)由異亮氨酸熱降解生成的2-甲基丁醛具有堅果香氣，均穩(wěn)定存在于CTRBF和TRBF樣品中。苯甲醛、5-甲基呋喃醛的含量隨貯存時間延長而逐漸增多，說明貯存期間熱反應香味料中脂質氧化分解、美拉德反應的持續(xù)發(fā)生促使揮發(fā)性化合物種類和數(shù)量發(fā)生變化。此外，大多數(shù)醛類化合物的化學性質較活潑，不易穩(wěn)定存在。例如，2-甲基丙醛、2-癸烯醛和4-異丙基苯甲醛有且僅在貯存前7 d的CTRBF樣品中被檢測到，在貯存7 d后的CTRBF樣品以及貯存期間TRBF樣品中均未檢測到。具有甜花香氣的苯乙醛僅在貯存28 d后的TRBF樣品中被檢測到，而含有香辛料的CTRBF樣品中未檢測到。在貯存第28天的TRBF樣品中檢測到5-甲基呋喃醛，并隨著貯存時間的延長而增加；而添加了香辛料的CTRBF則在貯存第56天才被檢測到，其含量遠小于TRBF樣品。CTRBF樣品中這些醛類化合物的數(shù)量和含量相對低于TRBF，這可能是由于香辛料的抗氧化性導致貯存期間醛類物質存在差異的主要原因。 酮類化合物的來源較廣泛。氨基酸脫羧脫氨反應，以及醇的氧化反應均可以產生酮類化合物。添加香辛料的CTRBF中未檢測到5-甲基-2-己酮、3-壬酮、2(5H)-呋喃酮、3-甲基-2-丁酮、2,3-丁二酮、丁烯酮、3-甲基-3-丁烯-2-酮等多數(shù)酮類物質。上述酮類化合物中的2,3-丁二酮、丁烯酮來源于牛脂氧化，與黃油、油脂香氣密切相關。香辛料對熱反應香味料中酮類化合物的影響可能是因為香辛料具有抗氧化性，抑制了CTRBF中脂質氧化，減少醛、酮等二次反應產物的形成。但是由于酮類化合物具有較高的閾值，一般是雜環(huán)化合物的重要中間體，對整體香氣貢獻較小。 大多數(shù)萜烯類化合物來自香辛料，通常具有強烈的花香、木質香氣，為熱反應香味料提供了獨特的香氣屬性。2-蒎烯、莰烯、月桂烯、萜品烯、3-蒈烯、苯乙烯來源于肉豆蔻和肉桂，有且僅在CTRBF樣品中檢測到。具有木質香氣的1-石竹烯、α-蒎烯大量存在于CTRBF樣品中，為CTRBF樣品提供了特有的香氣屬性。 除了萜類化合物外，酚類也是香辛料中的主要揮發(fā)性化合物。研究發(fā)現(xiàn)，CTRBF中含有較高水平的甲基丁香酚、丁香酚、異丁香酚、4-乙基-2-甲氧基苯酚。這些酚類化合物通常具有草本和木質氣味，通過風味協(xié)同作用提高肉香香氣。 含氮化合物是美拉德反應的主要產物，通常具有烤香香氣。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)含氮化合物，例如2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、5-甲基-2-乙酰基呋喃、2-丙酰呋喃在TRBF樣品中的增長速率一直大于CTRBF。此外，2-乙烯基-6-甲基-吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯等部分含氮化合物在初期前28 d內CTRBF樣品中的含量高于TRBF，但是隨著貯存時間的延長，它們的增長速率不如TRBF，這些化合物的差異變化可能會導致貯存后期TRBF的烤香香氣屬性增加。 含硫化合物是熱反應香味料中含量豐富的揮發(fā)性化合物，以硫醚類以及含硫雜環(huán)化合物為主。甲基烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚、丙烯基丙基二硫醚、二烯丙基二硫醚在TRBF樣品中沒有檢測到，但是在CTRBF樣品中穩(wěn)定存在。甲基糠基二硫醚在CTRBF和TRBF中均穩(wěn)定存在，但是受到香辛料的影響，CTRBF中甲基糠基二硫醚的含量始終小于TRBF。此外，CTRBF中逐漸減小的糠硫醇含量在貯存期間仍小于TRBF樣品。貯存期間，CTRBF和TRBF中的二甲基二硫醚、三甲基三硫醚、5-甲基-2-乙酰基呋喃、DL-泛酰內酯、可卡醛、硫代乙酸糠酯均逐漸增加，在CTRBF中被檢測到的時間總是晚于TRBF樣品。這可能是由于香辛料的抗氧化活性，抑制了自由基反應，減緩CTRBF中部分揮發(fā)性化合物的生成速率。 由此可見，添加香辛料會引起熱反應香味料中揮發(fā)性化合物種類和濃度的差異變化。為了更好地了解貯存期間香氣屬性變化的潛在因素，有必要對貯存期間的氣味劑進行深入分析。2 香辛料對關鍵香氣化合物的影響
為了更好地對貯存期間香氣物質的貢獻程度進行分析，以1∶27分流比進行GC-O-MS分析，獲得熱反應香味料中FD≥27的關鍵揮發(fā)性化合物，如表1所示。研究發(fā)現(xiàn)，貯存期間熱反應香味料中關鍵揮發(fā)性香氣化合物大多是含硫化合物、含氮雜環(huán)化合物，它們通常具有較低的氣味閾值，對整體香氣屬性貢獻顯著。含硫化合物具有硫、肉香的香氣屬性，而含氮雜環(huán)化合物通常與烤香緊密相關。 如圖3所示，經(jīng)由SPME處理的CTRBF樣品點聚集，而TRBF樣品散落分布，說明貯存期間CTRBF樣品間差異性較小，而TRBF樣品中香氣成分的變化導致貯存期TRBF樣品間具有差異。由SAFE提取鑒定的CTRBF和TRBF樣品點交叉分布，說明貯存期間樣品既有相似性亦有差異性。 如圖3A可知，經(jīng)由SPME法提取的大多數(shù)的香氣成分散落在第1象限，僅桉葉油醇（1）、二烯丙基二硫醚（37）和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮（44）位于第3象限，與CTRBF以及部分TRBF樣品所處象限接近，表明3 個化合物是表征樣品間的關鍵化合物。3 種化合物均具有較低的氣味閾值，可以為樣品提供草本、洋蔥香氣。三者相比，具有洋蔥-大蒜香氣的二烯丙基二硫醚（37）的載荷值最高，說明對整體香氣屬性的貢獻顯著。圖3B也證明了上述3 種化合物的貢獻。 此外，由圖3B可知，具有花香的對甲氧基苯甲醛（10）、烤堅果香氣的2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪（28）和木質香氣的1-石竹烯（46）與坐落第3象限的CTRBF樣品更緊湊，說明它們對CTRBF樣品的香氣質量具有重要影響。而苯甲醛（8）、4-甲基戊酸（15）、乙酰基吡嗪（29）、2-戊基呋喃（31）、二甲基二硫醚（34）、二甲基三硫醚（35）、糠硫醇（36）、糠基甲基硫醚（38）、三硫丙酮（40）、二糠基二硫醚（42）和辛酸乙酯（48）與TRBF樣品的坐落方向更加緊密，說明它們在貯存期間對TRBF樣品整體香氣屬性貢獻更加突出。雖然這些化合物在兩種樣品中均可嗅聞到，但是它們在TRBF樣品中含量相對高于CTRBF，與TRBF整體香氣關系更加緊密。 因此，SPME法和SAFE法結合分析揮發(fā)性香氣化合物更有利于區(qū)分熱反應香味料樣品間的差異。在貯存期間，氣味閾值較低的香氣化合物的變化影響樣品整體香氣屬性，使得貯存期間樣品具有差異。 分析CTRBF和TRBF的肉香、焦糊味、醬香、酸和香辛料5 種香氣屬性的香氣強度，直接觀察貯存期間香辛料對熱反應香味料香氣屬性的影響。由圖4可知，CTRBF和TRBF兩類樣品的醬香香氣強度無明顯變化趨勢，而肉香香氣強度隨著貯存時間的延長整體呈降低趨勢，焦糊味呈增加趨勢。與TRBF樣品相比，在貯存期間，添加香辛料CTRBF樣品的肉香、焦糊味和香辛料香氣強度的差異變化較小。因此，添加香辛料至熱反應香味料中能賦予樣品獨特的香辛料香氣屬性，在整體香氣特征中起著不可或缺的作用。
由圖5A可知，CTRBF樣品聚集，而TRBF樣品分散。說明貯存期間，CTRBF的整體香氣屬性的變化差異性小于TRBF。研究發(fā)現(xiàn)，貯存1～28 d的TRBF樣品坐落第1象限，與CTRBF樣品相距較遠。說明貯存初期SPME法處理的兩類樣品的香氣屬性存在差異。1～112 d貯存期間的CTRBF樣品與香辛料香氣屬性相鄰，共同聚集在第2象限，這說明貯存初期CTRBF具有較濃郁的香辛料香氣屬性。此外，桉葉油醇（1）、二烯丙基二硫醚（37）和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮（44）3 種揮發(fā)性香氣化合物散落分布在CTRBF樣品點周圍，表明這3 種揮發(fā)性香氣化合物對CTRBF的香辛料香氣屬性貢獻顯著。這一結果與圖3結果一致。為了更加直觀了解CTRBF和TRBF樣品中香氣化合物對整體香氣質量的貢獻程度，以及貯存期間香氣化合物的變化與熱反應香味料香氣屬性的相關性，以OAV≥1的關鍵揮發(fā)性香氣化合物（表1）、感官評價屬性評分值分別作為X、Y變量，利用偏最小二乘法回歸分析（PLSR）進行深入分析。由圖5可知，SPME、SAFE法提取的香氣化合物與感官屬性的相關性分析圖可分別解釋98.3%和99.9%的總貢獻率。表明該模型可以有效解釋分析CTRBF和TRBF中香氣成分與感官屬性的相關性。 此外，SPME法處理的1～112 d貯存期間CTRBF樣品與貯存56～112 d的TRBF相距較近，與酸的香氣屬性逐漸貼近，表明CTRBF樣品在貯存前期（1～112 d）酸香氣強度相似于貯存56～112 d的TRBF樣品。同樣，140、168 d的CTRBF樣品與貯存第140天的TRBF樣品在酸、醬香和焦糊香氣屬性相似。這可能是由于2-乙基-6-甲基吡嗪（26）和天然愈創(chuàng)木酚（47）持續(xù)存在于樣品中，因香氣協(xié)同作用促使香氣屬性凸顯。值得一提的是，貯存后期逐漸生成的二甲基二硫醚（34）、二甲基三硫醚（35）、糠基甲基硫醚（38）與醬香、焦糊香氣以及部分CTRBF、TRBF接近。這些化合物的濃度變化可能與醬香、焦糊香氣屬性強度變化趨勢相關，其濃度的增加可能有助于提高貯存后期CTRBF和TRBF樣品的酸、醬香和焦糊香氣屬性。 由圖5B可知，CTRBF與TRBF樣品錯落有序地分布在橫向坐標軸上，說明SAFE法提取的揮發(fā)性化合物差異性較小，不易區(qū)分CTRBF樣品與TRBF樣品的差異。但是從圖5B可清楚看到，香辛料香氣、肉香位于第1象限，與其他3 個香氣屬性相距較遠。大多數(shù)揮發(fā)性香氣化合物，例如桉葉油醇（1）、二甲基二硫醚（34）、二甲基三硫醚（35）等圍繞5 個香氣屬性散落分布。說明它們在貯存期間有助于提高香氣屬性，這一現(xiàn)象與圖5A一致。 綜上所述，香辛料添加至熱反應香味料中可以影響貯存期間香氣屬性的差異性變化。相比SAFE法，SPME法提取的桉葉油醇、二烯丙基二硫醚和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮更有利于分析熱反應香味料樣品間香氣屬性的區(qū)別，而貯存后期逐漸生成的二甲基二硫醚、二甲基三硫醚和糠基甲基硫醚可能是酸、醬香和焦糊香氣屬性增加的原因。 香辛料對揮發(fā)性化合物以及熱反應香味料的整體香氣屬性有影響。GC-MS分析結果顯示，SPME法和SAFE法提取的揮發(fā)性香氣化合物的變化規(guī)律可以全面分析貯存期間CTRBF和TRBF兩類熱反應香味料中揮發(fā)性香氣化合物的差異。感官分析結果顯示，不論是否添加香辛料，貯存期間熱反應香味料樣品均出現(xiàn)肉香香氣強度降低、焦糊味和醬香強度逐漸增加的現(xiàn)象，但是添加香辛料可以增強熱反應香味料的香辛料香氣屬性，并減緩樣品貯存期間整體香氣屬性的變化。關鍵香氣成分和香氣屬性的相關性分析表明，SPME法提取的桉葉油醇、二烯丙基二硫醚和4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮對貯存期間熱反應香味料的香辛料香氣屬性具有強相關性，是區(qū)分熱反應香味料是否添加香辛料的關鍵化合物。隨著貯存時間延長至168 d，糠基甲基硫醚、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚逐漸增加，促使CTRBF和TRBF焦糊香氣和醬香香氣強度增強。綜上所述，香辛料添加至熱反應香味料中，不僅改變揮發(fā)性物質的數(shù)量，還可以緩解肉香香氣強度降低，焦糊味、醬香強度的增加。因此，添加香辛料可為開發(fā)高品質的熱反應香味料、提高熱反應香味料的貯存質量提供保障。
本文《香辛料對牛肉味熱反應香味料貯存期間香氣質量的影響》來源于《食品科學》2023年44卷第12期189-198頁，作者：張澤宇，王蓓，曹雁平。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220918-166。
