不同还原糖对美拉德反应的影响.docx
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不同还原糖对美拉德反应的影响
1前言
自从1912年法国化学家Maillard发现非酶褐变之后，Maillard反应就开始渗透入食品领域，并被人们用于食品加工、贮藏等过程。
目前，食品工业中Maillard反应领域的一个重要应用则是生产香味料，尤其是咸味香精。
在国内外的研究成果中，关于Maillard反应是产生肉类风味化合物的最重要途径的报道很多，Maillard反应也一直成为大量研究有关肉类风味的主题[1]。
传统Maillard反应模式是单纯使用氨基酸和还原糖作为主要基质，在一定反应条件下来获得具有不同肉类风味的体系。
由于还原糖和氨基酸的选择较为单一，所以生产的肉类香精的风味逼真程度还不是很理想，且生产成本较高。
为了模拟逼真的肉香气，降低成本，相关研究已逐渐取用廉价的水解植物蛋白（HVP）、水解动物蛋白（HAP）和酵母膏来代替氨基酸，且获得很好的效果。
而还原糖的代料，一直以来国内外却鲜见研究，相关文献报道也很少。
因此本文研究，主要选用玉米芯水解液代替葡萄糖和木糖来制备牛肉香精。
还原糖是Maillard反应中重要的前提物，选用不同的还原糖会产生不同的肉类风味。
葡萄糖、木糖、核糖是文献资料Maillard反应模式体系中使用频率最高的三种糖,不同还原糖,反应速率是不同的,Lewis和Lea（1950年）实验证明,在37℃,15%水分的体系中,还原糖的反应活性顺序是:
木糖>阿拉伯糖>葡萄糖>乳糖和麦芽糖>果糖[2]。
目前，对于Maillard反应中还原糖的研究倾向于对其主要生成产物的提取与分离，探讨还原糖在Maillard反应中的作用。
已有相关文献报道：
葡萄糖的模式体系更多地形成羟甲基糠醛,而木糖和核糖易形成糠醛为主的中间产物[3]。
因此，从其他角度去研究还原糖也是一个崭新的课题。
目前在香精中生产中存在的问题是，复合使用还原糖的情况很少见，都是以葡萄糖为主加少量的木糖，导致风味单一。
这是因为葡萄糖价格5元/kg,木糖价格18元/kg,而核糖和阿拉伯糖每公斤达数百元。
本研究探讨葡萄糖和木糖对其风味的影响。
并采用玉米芯水解液（即复合多糖）代替葡萄糖和木糖来进一步探讨其对牛肉风味的影响。
玉米芯水解液中含有大量的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、戊聚糖等复合多糖，且价格低廉，每公斤成本仅3.5元，因此将玉米芯水解液代替葡萄糖和木糖应用到牛肉香精中，具有很好的应用前景。
根据牛肉香精的配方，设计实验用葡萄糖替代木糖，及用木糖替代葡萄糖分别研究其对牛肉香精风味形成的影响。
然后，以玉米芯作为研究对象,利用经改进的炸药膨爆技术—（氨浸）炸药膨爆技术[4]进行预处理,对处理后物料进行酶解,用其酶解液替代葡萄糖和木糖来研究对肉味香精风味形成的影响，最后得出最优的水解液添加量。
2实验材料与方法
2.1实验材料、试剂和仪器设备
2.1.1实验材料
玉米芯采自南阳地区,收集后风干备用。
TrichodermaViride纤维素酶（食品级酶活约10000u/g,FPA约为400IU/g）。
复合蛋白酶（食品级1000000μ/g）、风味蛋白酶（食品级130000μ/g）：
诺维信公司。
2.1.2试剂
碱性酒石酸铜甲液、乙液（自配）；
乙酸锌溶液（自配）；
10.6%亚铁氰化钾溶液（自配）；
0.1%葡萄糖标准溶液（自配）；
1molL-1的NaOH、HCl溶液（自配）；
邻苯二甲酸氢钾、混合磷酸盐、四硼酸钠缓冲试剂；
以上所用化学试剂，均为分析纯。
2.1.3仪器设备
所用仪器设备主要有:
膨爆釜,容积0.2m3,设计压力70kg/cm2；
KYKY-EM3900型扫描电子显微镜,分辨率315nm；
SHZ-88型台式水浴恒温振荡器,室温～99℃可控,精确度±0.5℃；
DF110型分析天平,精确至010001g；
UNICAM型分光光度计；
高效液相色谱仪M164469；
电子天平JA-1003JA-1004；
低速大容量离心机TDL-40B；
电热鼓风干燥箱101-2A；
电热恒温水浴锅DK-98-1；
酸度计pHs-3c；
循环水式真空泵SW-D3；
高压均质机CGJB；
电炉、铁架台、钥匙若干；
容量瓶、烧杯、移液管、滴定管、三角瓶等玻璃仪器。
2.2实验方法
2.2.1氨浸膨爆预处理玉米芯的酶解
氨浸膨爆预处理技术是一种有效的天然木质纤维素预处理手段,经其处理后,玉米芯变得膨化疏松,纤维素组分暴露更加充分,纤维束产生不同程度破坏甚至断裂,从而有利于后续的酶水解。
①预处理：
将一定量破碎至粒径1～2cm的玉米芯用浓度约10%氨水浸泡20h,然后经清水清洗后装入膨爆釜中,进行预处理,处理后所得物料再次经清水清洗,防止残存氨水对后续酶解产生影响。
水洗风干后过1.651mm筛,用烘箱于75℃下烘至质量恒定,密封贮藏。
②酶解：
称取100.00g（精确到小数点后2位）玉米芯试样,置于1000mL锥形瓶中,按要求加入一定量、一定pH值柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液,使反应液PH=4.8;底物浓度75g·L–1;加酶量60IU·g-1,设定温度45℃,转速120r/min,在恒温水浴振荡器中反应48h。
水解液经过滤定容,测其还原糖含量,糖化率=（所得糖质量/试样质量）×100%。
③玉米芯水解液DE值测定：
直接滴定法[5]
首先配制必要的试剂，并准备实验所需的仪器。
碱性酒石酸铜溶液的标定（直接滴定法）。
将玉米芯水解液离心过滤，取上清液m克，加水稀释定容到250ml，待测定。
滴定：
将稀释定容后的样液取适量倒入25ml的滴定管中。
再用移液管吸取碱性酒石酸铜甲、乙液各5ml于100ml三角瓶内，加10ml蒸馏水，并放3粒玻璃珠。
先预滴定，再分别滴定三次求平均值。
结果计算：
DE（%）=F/（m×V/250×1000）×100%
式中：
F——10ml碱性酒石酸铜溶液相当的葡萄糖量，mg；
m——水解液样品的重量，g；
250——样品稀释定容的体积，ml；
V——样液的滴定量
表1滴定结果
实验号DE（%）
120.10
220.20
320.15
平均值20.15
由表1可得，玉米芯水解液中总还原糖量为20.15%
并由高效液相色谱法,测得玉米芯水解液中葡萄糖含量为9.6%，木糖含量为4.4%。
2.2.2复合还原糖的应用实验
①炖黄牛肉：
准确称取以下材料于高压锅内100℃，炖煮3小时，冷却，备用[6]。
原料单位g
鲜牛肉：
1900
盐：
40
白糖：
40
黄酒：
20
生抽：
10
八角：
2
花椒:
1
小茴香:
1
陈皮：
1
桂皮：
1
肉蔻：
0.5
甘草粉：
1
丁香：
0.5
青葱：
30
生姜：
10
水：
3000
总计：
5058
②牛肉酶解：
把上面的炖牛肉用搅拌机打碎，准确称重进行酶解。
调节PH=6.5，然后添加复合蛋白酶和风味蛋白酶的复配物（1∶1），加酶量0.5%；水浴温度55℃，酶解时间3h。
[7]
③Maillard反应：
准确称取以下材料于三叉烧瓶内，调节PH=5.0，电热套加热到110℃，在搅拌条件下恒温反应2h，制取热反应牛肉香精前体物[8]。
其中还原糖按量添加。
原料单位g
牛油：
8
牛肉酶解物：
50
三聚磷酸钠：
0.1
六偏磷酸钠：
0.1
HVP（粉体）：
8
白糖：
3.1
酵母精Y30：
2.3
VB1：
0.2
Cys：
0.2
Glu：
0.4
味精：
7
I+G：
0.5
盐：
4
总计：
87.9
④测定方法：
Maillard反应程度测定：
（1）在42Onm波长处测定其吸光度。
（2）氨态氮损失率—甲醛滴定法[9]。
风味强度测定：
由10名香精行业专业人员对样品进行感官评价。
通过甲醛滴定法对酶解产物中的游离氨基酸进行测定，具体方法如下：
吸取5mL液体样品稀释至100mL，吸取20mL上述样品稀释液于烧杯中并加水60mL，在磁力搅拌作用下，用NaOH标准溶液滴定至pH值为8.2，加入10mL甲醛溶液，再用NaOH标准溶液滴定至pH值为9.2，记录此时消耗氢氧化钠标准溶液的体积。
X=[（V1-V0）C×0.014×100]/[5×（V/100）]
式中：
X—样品中游离氨基酸的质量浓度（g·100ml-1）
V—测定时吸取样品稀释液的体积（mL）
C—NaOH标准溶液的浓度（mol·l-1）
V1—PH计指示由8.2变为9.2时消耗氢氧化钠标准溶液的体积（ml）
2.2.3牛肉香精的感官评价
感官评价类型主要包括分析型感官评价和偏爱型感官评价。
偏爱型感官评价是一种嗜好型感官评价,是测量人群对样品的感官反应,对香精的风味不加严格明确的要求,只是由参加品尝的人的随机感觉决定的一种感官评价方法。
而分析型感官评价则是把感官评价的内容按感觉分类,逐项分类评分。
这种评价方法与肉类香精的风味和强度关系密切,主要包括香精风格、香气强度、香气仿真度、肉味强度、肉味真实度、鲜度、咸度等指标。
这种方法对评价员、评价基准和感官评价室条件都有严格的要求:
①评价员应经过适当的选择和培训,对肉类香精有较深刻的认识。
他们应该对肉类香精的各项感官指标有区别、分析和判断的能力,嗅觉和味觉敏锐,对香精的各种特性具有准确的表达能力。
②评价基准要标准化,对肉类香精的评价要预先统一规定评价使用的术语、评分尺度、评价项目指标和等级的定义。
③评价条件要规范化,感官评价室的照明、温度、气流或隔行等对评价员造成影响的因素都要有一定的规定。
评价样品的制备、保存、传递等都要有操作规程。
综合比较，本实验选用分析型感官评价。
3结果与讨论
3.1葡萄糖用量对牛肉风味的影响
还原糖和氨基酸的Maillard反应是形成肉类风味最重要的化学反应，葡萄糖是热反应肉类香精最常用的还原糖之一，其用量对Maillard反应的程度和肉类风味有很大的影响。
结果如图１，图２所示。
图1葡萄糖用量与吸光度的关系
图2葡萄糖用量与氨态氮损失率的关系
由图l和图2可以看到，随着反应体系中葡萄糖用量的增加，吸光度和氨态氮的损失率明显增加；当葡萄糖用量达到6.0％后，吸光度和氨态氮损失率的增幅趋向平缓。
这在一定程度上表明了葡萄糖用量与Maillard反应程度的关系，当葡萄糖用量较少时，葡萄糖全部参与了Maillard反应，使反应液的颜色加深，吸光度增大，氨基酸损失率也明显增加；而在葡萄糖用量达到一定的量后，反应液中游离氨基酸已大量减少，使反应趋向平缓。
将样品由评价员进行分析型感官评价，如表2所示。
结果表明：
在不添加葡萄糖时，反应液的牛肉味和肉味都非常弱，而硫臭味很强；随着葡萄糖用量的增加,牛肉味和肉味都逐步增强,而硫臭味明显减弱；但当葡萄糖用量增大到10％时，杂味明显，反而对总体风味造成不良的影响。
牛肉味和肉味随葡萄糖用量的增加而增强，说明了肉类风味的形成必须有还原糖的参与。
硫臭味较强可能是由于本反应体系中，葡萄糖量过少时，半胱氨酸的降解和硫胺素的热降解产生过量的硫化氢引起的[10]。
表2葡萄糖用量对牛肉风味的影响
葡萄糖用量（%）02.04.06.08.010.0
牛肉味牛肉味牛肉味,牛肉味牛肉味牛肉味
总体风味和肉味和肉味肉味和和肉味和肉味和肉味
评价很弱,硫较弱,硫臭味都较强,都较强,都较强
臭味很硫臭味都一般硫臭味但有杂但杂味
强稍强很弱味增强
以上结果分析表明：
在本反应体系中，葡萄糖添加量为6.0％左右能产生较好的牛肉风味。
3.2木糖用量对牛肉风味的影响
在Maillard反应中木糖比葡萄糖具有更高的反应活性[11]，它对反应的程度和风味同样有很大的影响。
从图3和图4可以看出，与葡萄糖类似，随着木糖用量的增加，褐变程度和氨态氮损失率都增大，然后趋向平缓。
而与葡萄糖比较，较少的木糖已有很大的褐变和氨基酸损失。
图3木糖用量与吸光度的关系
图4木糖用量对氨态氮损失率的关系
表3木糖用量对牛肉风味的影响
木糖用量（%）01234
牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和
总体风味肉味都很肉味都较肉味都一肉味都较肉味都较
评价弱,硫臭弱,硫臭般,硫臭强,硫臭强,但有
味很强味较强味稍强味很弱杂味
对添加木糖的样品进行感官评价表明（如表3所示），随着木糖用量的增加，牛肉味和肉味会增强，而硫臭味会明显减弱。
但木糖超过一定的量同样会引起杂味。
以上的结果表明，在本反应体系中，木糖用量为3.0％左右能产生较好的牛肉风味。
3.3葡萄糖和木糖共用对牛肉风味的影响
通过单因素实验，当葡萄糖：
木糖=5：
3复配时效果较好。
如图5，图6所示，葡萄糖和木糖复配对反应的程度和风味有更大的影响。
随着复配糖用量的增加，褐变程度和氨态氮损失率都增大。
反应后的风味感官评价结果如表4所示。
图5葡萄糖和木糖共用与吸光度的关系
图6葡萄糖和木糖共用对氨态氮的损失关系
表4葡萄糖和木糖共用对牛肉风味的影响
用量（%）02.554.556.558.55
牛肉味牛肉味牛肉味牛肉味牛肉味
总体风味和肉味和肉味和肉味和肉味和肉味
评价很弱,硫较强,很强,硫很强,但都较强,
臭味很硫臭味臭味消有杂味但杂味
强较弱失明显
由表4可以看出，当葡萄糖和木糖复配用量达到4.55%时，形成的牛肉风味较好，随着用量的增大，杂味也明显增强。
3.4复合多糖对牛肉风味的影响
以玉米芯水解液代替单纯葡萄糖和木糖，参与美拉德反应。
研究其添加量对牛肉风味形成的影响。
已知玉米芯水解液中葡萄糖含量为9.6%,木糖含量为4.4%,总还原糖含量为20.15%，即每100g水解液中含有20.15g还原糖，其中葡萄糖9.6g，木糖4.4g，及6.15g的其他还原糖（包括阿拉伯糖，来苏糖，核糖等）。
因为水解液中含有大量的水分，添加到反应体系中会改变水分活度，使反应体系的水分活度增大，延缓美拉德反应[12]，因此每一组水解液的添加，都要确定其最佳反应时间。
准确称取四组反应原料于三叉烧瓶中，分别标记为1，2，3，4。
玉米芯水解液加入量如表5所示。
然后调节PH=5.0，电热套加热，110℃，恒温反应。
表5玉米芯水解液添加量
实验号1234
水解液加入量（g）15202530
每一组反应进程中，1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h分别取一次样，每次取样2ml，进行检测及香气感官评价。
评价结果如表6：
表6添加玉米芯水解液过程风味评价
时间1.52.02.53.03.54.0
牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和有很强
１ 肉味都很肉味都较肉味都较肉味都较和肉味都的糊味
弱，硫臭弱，硫臭强，硫臭强，硫臭较强，但
味很强味较强味较强味很弱有杂味
牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和有很强
2 肉味都很肉味都较肉味都较肉味都较和肉味都的糊味
弱，硫臭弱，硫臭强，硫臭强，硫臭较强，但
味很强味较强味较弱 味很弱有杂味
牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和杂味明
3肉味都很肉味都较肉味都较肉味都很和肉味都显，且
弱，硫臭弱，硫臭强，硫臭强，硫臭很强，但有糊味
味较强味较弱味很弱味消失有杂味
牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和牛肉味和有糊味
4肉味都很肉味都较肉味都较肉味都很和肉味都
弱，硫臭强，硫臭强，硫臭强，但有较强，杂
味较弱味很弱消失杂味味明显
由表6可以看出：
添加玉米芯水解液15g、20g、25g时，反应3个小时得出较好的牛肉风味，添加30g时，反应2.5个小时较好。
将以上最优结果按原条件进行重现性实验。
并进行反应过程测定和风味评价，结果如图7、图8所示。
图7玉米芯水解液用量与吸光度的关系
图8玉米芯水解液对氨态氮损失率的关系
表7玉米芯水解液添加量对牛肉风味的影响
添加量（g）10152530
总体风味牛肉味和肉牛肉味和肉牛肉味和肉牛肉味和肉
评价味都较强，味都较强，味都很强，味都很强，
硫臭味较弱硫臭味很弱硫臭味消失但有异味
由图7和图8可以看到，随着反应体系中玉米芯水解液用量的增加，吸光度和氨态氮的损失率明显增加；水解液用量达到25g（即原料的23.0%）后，吸光度和氨态氮损失率的增幅趋向平缓。
这在一定程度上也反应了复合多糖与Maillard反应程度的关系，当加入水解液较少时，复合多糖就全部参与了Maillard反应，吸光度增大，氨基酸损失率也明显增加；而在水解液加入量达到一定程度后，反应液中游离氨基酸已大量减少，使反应趋向平缓。
将样品由评价员进行描述性感官评价，如表7所示。
随着水解液用量的增加,牛肉味和肉味都逐步增强,而硫臭味明显减弱;当水解液用量增大到23.0％时，硫臭味完全消失。
但当水解液用量增大到26.3%（即添加30g）时，却产生异味，对总体风味造成不良的影响。
3.5反应产物在牛肉香精中的应用
将以上最优结果：
葡萄糖和木糖复配用量4.55%，葡萄糖6.0%，木糖3.0%，玉米芯水解液23.0％，按原条件进行重现性实验。
反应结束后，将牛肉香精头香与反应前体物按质量比5∶95充分混匀，并加入少量糊精进行糊化。
待糊化结束后，迅速冷却降温至60℃，加入少量增稠剂（CMC），持续搅拌15min，冷却至室温后，经均质机处理15min，直至无明显颗粒，得到均一稳定的热反应牛肉香精。
分别记为牛肉香精A、B、C、D进行感官评价，选出最优配方。
3.5.1牛肉香精评价内容及标准
将四种牛肉香精按0.2%浓度、用80℃热水稀释品尝（添加0.5%食盐）。
牛肉香精的评价内容主要包括牛肉特征香气强度、香气仿真度、肉味、汤汁感、牛脂香和回味感[13]等（见表8）。
表8 牛肉香精评价标准
项目标准满分
牛肉特征香气强度香气直冲，留香持久20
香气仿真度和红烧牛肉香气一致10
肉味肉味饱满、圆润20
汤汁感浓郁的牛汁汤感20
脂肪香牛肉脂肪香突出10
回味感回味鲜香绵长、持久20
3.5.2数据统计
评价员对四种牛肉香精各项指标评分后统一求和,计算各香精样品的分项得分和综合得分,分数记录见表9。
表9四种牛肉香精的评价得分
评价人员牛肉香精A牛肉香精B牛肉香精C牛肉香精D
189（18,9,18,18,8,18）75（14,7,16,16,6,16）80（15,8,16,17,7,17）93（18,9,19,19,9,19）
288（18,9,18,18,7,18）74（13,7,16,16,6,16）79（14,8,16,17,7,17）93（19,9,18,19,9,19）
389（18,9,19,17,8,18）75（14,8,15,16,6,16）78（15,6,18,16,7,16）92（19,9,18,18,9,19）
487（18,9,18,17,7,18）75（14,7,15,17,7,15）80（16,8,16,15,7,18）93（19,9,19,18,9,19）
589（18,9,17,18,9,18）73（13,7,16,15,6,16）79（14,8,18,15,7,17）92（18,9,19,18,9,19）
690（19,9,18,18,8,18）77（16,8,15,16,6,16）81（14,8,18,15,7,19）92（19,9,18,18,9,19）
788（18,9,18,18,7,18）75（14,8,15,16,6,16）79（14,8,16,17,7,17）92（17,9,19,19,9,19）
888（18,9,18,17,8,18）76（15,8,15,16,6,16）82（16,8,18,15,7,18）94（19,9,19,19,9,19）
990（18,9,19,17,8,19）76（17,8,15,14,6,16）81（15,8,18,15,7,18）93（19,9,19,18,9,19）
1089（19,8,19,17,8,18）76（15,7,16,16,6,16）79（16,8,16,15,7,17）92（19,9,18,18,9,19）
平均值88.7（18.2,8.9,18.2,75.2（14.5,7.5,15.4,79.8（14.9,7.8,17.0,92.6（18.6,9.0,18.6,
17.5,7.8,18.1）15.8,6.1,15.9）15.7,7.0,17.4）18.4,9.0,19.0）
注:
括号内数字分别为牛肉特征香气强度、香气仿真度、肉味、汤汁感、脂肪香、回味感各分项指标得分。
对表9进行数理统计分析，结果见表10。
表10数理统计结果
牛肉香精样品ABCD
平均值88.775.279.892.6
最大值90778294
最小值87737891
极差R3442
由平均值和极差R可知在各项指标的感官评价中，牛肉香精D质量最优,A次之,C、D较差。
3.6讨论
通过感官评价比较发现：
单独用木糖时，牛肉香精的整体风味要大于单独使用葡萄糖时的牛肉香精的特征风味；葡萄糖和木糖共用时（即原配方），牛肉香精的整体风味要强于单独使用木糖时的风味；而当用玉米芯水解液代替葡萄糖和木糖时，能使香精的头香和体香有更好的匹配，整体风格突出，呈现牛肉的特征风味，其各方面风味强度要大于葡萄糖和木糖共用时的香气强度。
但水解液的用量要控制好，最好在23.0%左右，这样会产生比原来更优质的牛肉香精。
4结论
通过本实验可以此得出，用23.0%的玉米芯水解液替代葡萄糖和木糖时会产生更优质的牛肉香精风味。
因此，选用玉米芯水解液代替咸味香精生产中的还原糖可取。
且玉米芯水解液价格低廉，低于单纯的还原糖和木糖，而且玉米芯资源丰富，来源广泛。
因此，将玉米芯水解液应用到咸味香精生产中具有极大的经济意义和现实意义。
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