玉米蛋白粉制备羊肉味风味料的工艺研究及风味成分分析

李聪，相恒绪， 敬思群，2*，张孟凡，热迪力·阿布拉，纵伟

1(新疆大学 生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐,830046) 2(韶关学院英东食品科学与工程学院，广东 韶关，512005) 3(新疆阿尔曼清真食品工业集团有限公司，新疆 乌鲁木齐,830000) 4(郑州轻工业学院 食品与生物工程学院,河南 郑州,450002)

肉味风味料不仅具有丰满的肉味口感和丰富的营养，而且不易致人发胖，因此越来越受到人们的青睐。目前，肉味风味料的制备工艺主要有3种[1]：(1)利用各种天然的或合成的单体香料通过调配制成，即传统的调配型香精[2]；(2)以天然动植物蛋白资源或肉蛋白为主要原料通过酶解技术和Maillard反应制备而成[3]；(3)主要以动物脂肪为主要原料，通过脂肪调控氧化技术对脂肪进行适度氧化，同时添加适度酶解的植物或动物水解蛋白，利用Maillard模式反应体系制备而成。第3种方法因其制备的肉味香精特征风味明显，肉香浓郁，能有效改善香精的热稳定性[4]，应用最为广泛。

国内生产的肉味香精大多为以肉类或其加工的副产物为主要来源[5-6]。但由于动物蛋白生产成本高、生产周期长、蛋白资源转化率较低，而且存在药物残留、重金属等有毒有害物质的安全隐患，因此利用植物蛋白酶解液作为天然风味增强肽和肉味香精的原料适应肉制品市场发展的要求，同时符合国家鼓励农副产品深加工和综合利用的产业政策。MOON等[7]发现添加适量的大豆分离蛋白对于模拟牛肉风味作用较为明显， GUO等[8]以苔藓植物中的蛋白酶解液制备风味料，吴肖等[9]利用花生粕蛋白酶解物制备了肉味香精产品；毛善勇等[10]用小麦蛋白水解物为主要原料反应，制备了烤牛肉香味的产物。然而，对于利用玉米蛋白粉制备羊肉味风味料的文献未见报道。

玉米蛋白粉是玉米湿法生产淀粉或味精厂利用玉米生产味精的下脚料，据官方统计，新疆玉米种植面积约 800万亩，产地分布南北疆各地，年产量可达360～400万t。新疆天达生物工程有限公司以玉米为原料，现年产味精3.6万t，同时产生蛋白粉4 200 t[11]。玉米蛋白粉中蛋白质含量高达62%(质量分数)，其中玉米醇溶蛋白含量最高，约占68%(质量分数)以上，是玉米中的主要贮藏蛋白[12]。但由于玉米蛋白粉所含蛋白质溶解性差，玉米蛋白粉大多作为饲料使用[13]，附加值低。另一方面羊脂肪的熔点为42～48 ℃，不容易被人体消化吸收[14]，因而其应用受到限制。因此，以玉米蛋白粉为原料，用羊脂控制氧化-热反应制备具有明显特征风味的羊肉味风味料为玉米蛋白粉和羊脂的高值利用提供了一条有效途径。

本研究利用酶解法制备玉米蛋白粉酶解液，以玉米蛋白酶解液、氧化羊脂和木糖为主要原料进行美拉德反应，制备羊肉味风味料。以感官评价为考察指标，确定美拉德反应制备羊肉味风味料最优工艺条件，通过HS-SPME-GC-MS分析测定羊肉味风味料的风味成分，并采用模糊矩阵综合评价的方法，对羊肉味风味料的可接受性进行考察，为以玉米蛋白粉为原料制备羊肉味风味料的产业化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

羊脂，市售；玉米蛋白粉，由新疆天达生物工程有限公司提供；D-木糖、L-半胱氨酸，上海化学试剂公司；α-淀粉酶，杰能科酶制剂有限公司；甲硫氨酸、VB1，天津市化学试剂三厂；硫代硫酸钠、KI等均为分析纯。

1.2 仪器设备

顶空固相微萃取装置(手动进样手柄、50/30 um DVB/CAR/PDMS)，美国Supelco公司；ITQ900气相色谱-质谱联用仪，美国Thermo Scientific公司； FD-1-50冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；UV-2000紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；DW-1增力无极恒速搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；WM-4型无油气体压缩机，天津市医疗器械工厂。

1.3 实验方法

1.3.1 制备羊肉味风味料的工艺流程

以玉米蛋白酶解液、氧化羊脂和木糖为主要原料，添加氯化钠、VB1、半胱氨酸盐酸盐、蛋氨酸进行美拉德反应制备新型羊肉味风味料。操作要点：

参照相恒绪[15]、唐军虎等[16]的方法制备玉米蛋白酶解液。乙醇浸提法制备玉米醇溶蛋白的最优工艺条件为：提取温度60 ℃，料液比1∶8，浸提时间5 h，乙醇(体积分数)为80%，提取率为82.21%；由于玉米醇溶蛋白不溶于水，因此加入0.1%的亚硫酸钠或谷胱甘肽(还原剂)、将溶液的pH值调至11～12和高温处理(90 ℃)来提高玉米醇溶蛋白的溶解度；玉米醇溶蛋白酶解液制备最优工艺条件为：酶解温度55 ℃,加酶量1.5%、底物浓度10%、pH 11.5，酶解时间5 h，水解度达到28.34%；羊脂控制氧化的最优工艺条件为：控制氧化时间4.0 h，控制氧化温度为135 ℃，通气量为0.30 m3/(kg·h)；羊肉味风味料最优配方为：5%的氧化羊脂，1.3%的L-半胱氨酸盐酸盐，0.5%的VB1，0.2%的蛋氨酸，2% NaCl，3%D-木糖和88%的玉米蛋白粉酶解液。美拉德反应的最优工艺条件为：反应温度为120 ℃，反应的初始pH值为6.5，反应时间为2 h。

1.3.2 羊脂控制氧化单因素试验

参照周静[17]的方法，并作适当修改。在装有电动搅拌器、水银温度计、回流冷凝管和通气管的250 mL四口烧瓶中加入100 g羊脂，加热使其熔化后开始匀速搅拌。

温度对羊脂氧化的影响：固定通气量为0.25 m3/(kg·h)，控制氧化时间为3 h，考察不同反应温度(100、115、125、135、145、155、165 ℃)对羊脂氧化的影响。以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、过氧化值(PV)和酸值(S)为考察指标，并进行感官评定。

时间对羊脂氧化的影响：固定通气量为0.25 m3/(kg·h)，温度为125 ℃条件下，考察不同反应时间(0 、1 、2 、3 、4 、5 、6 h)对羊脂氧化的影响。以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、过氧化值(PV)和酸值(S)为考察指标，并进行感官评定。

空气流速对羊脂氧化的影响：固定反应温度为125 ℃，控制氧化时间为3 h，考察不同通气量(0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 m3/(kg·h))对羊脂氧化的影响。以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、过氧化值(PV)和酸值(S)为考察指标，并进行感官评定。

1.3.3 羊脂控制氧化正交优化试验

根据单因素试验结果，以温度 、时间 、空气流速为3个因素，以羊脂氧化的茴香胺值(AV)、过氧化值(PV)和酸值(S)为指标，采用 L9(34)正交试验优化，因素水平设计见表 1 。

表1 羊脂控制氧化正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal experiment of mutton fat controlled oxidation

1.3.4 羊肉味风味料可接受性的模糊综合评判法

模糊综合评判法是模糊数学提供的一种解决多因素、多指标评估问题的数学模型。它将研究对象质量视为一集合，通常建立指标体系和评语体系为两个子集合。将2组隶属函数结合起来可对研究对象做综合性评价[18]。近年来，模糊综合评判法已被广泛应用于各个领域，如教育教学质量评价、地质灾害分析、经济、水源质量等，在食品感官分析中也有较为广泛的应用[19]。

试验参照卜冬冬[20]的方法，并作适当的修改。第一步，对影响风味料可接受性的单因素一一进行感官评价，确定人们对每种因素“很喜欢”、“喜欢”、“不太喜欢”、“不喜欢”的比例。第二步，确定每种单因素在接受性这一评判中的权重，权重之和为1。第三步，做模糊变换B=A·R，B表示了人们对风味料的接受性的综合评判结果。

1.3.5 风味分析

固相微萃取：根据ROMEO等[21]的方法，并作如下修改：加5 mL样品到20 mL顶空瓶中，将其放入水浴锅中50 ℃恒温加热10 min，然后将已老化好的SPME针头插入顶空瓶中萃取。20 min后将萃取头拔出，再插入到GC-MS迸样器中，解吸10 min，回收纤维头，拔出萃取头。

GC-MS条件：根据荣建华等[22]的方法并作适当的修改。HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，载气为He，恒定流速为1.0 mL/min，不分流模式；进样口温度250 ℃，柱初温40 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升温到220 ℃，再以2 ℃/min升温到250 ℃，保持5 min.；气相色谱-质谱接口温度250 ℃，质谱库NIST2011和Wiley谱库，质谱质量扫描范围33～450 amu。

1.3.6 羊脂控制氧化指标测定方法

茴香胺值(AV)按照GB/T 24304—2009《动植物油脂 茴香胺值的测定》的方法测定[23]；过氧化值(PV)按照GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》的方法测定[24]；酸价(S)按照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》的方法测定[25]。

2 结果与分析

2.1 温度对羊脂氧化的影响

由图1的结果可以看出，在100～135 ℃内，PV和AV值随温度的升高而增加，但是AV值的变化趋势较缓，PV和AV值在135 ℃时有一个峰值；在135～165 ℃，PV和AV值随温度升高而降低，PV值显著降低，AV值的变化趋势较缓；PV值明显降低，这主要是由于温度升高，过氧化物在高温下易分解,不易积蓄。AV值随温度升高而缓慢降低，其原因可能是随着温度的升高，许多羰基化合物聚合为大分子或者裂解为极易挥发的小分子物质。在100～145 ℃，S值随温度的变化较缓慢，在145～165 ℃，S值随温度升高而迅速增加。综合感官评分及香气特征可初步设定具有较高PV、AV和较低S值的较合适温度为135～145 ℃。

图1 PV、AV和S值随温度的变化趋势Fig.1 The trend of PV,AV,S value changes in temperature

2.2 时间对羊脂氧化的影响

由图2的结果可以看出，在0～6 h内，PV、AV和S值随时间的增大而增加，PV和AV值在0～4 h的变化趋势相近，4～6 h 内PV值增加迅速，AV值增加趋缓。在0～4 h内，S值随时间变化趋缓，在4～6 h内，S值随时间变化较剧烈。这些变化趋势主要是因为随着氧化时间的延长,游离脂肪酸和过氧化物的含量增加。综合感官评分及香气特征可初步设定具有较高PV、AV和较低S值的较合适氧化时间为3～4 h。

图2 PV、AV和S值随时间的变化趋势Fig.2 The trend of PV,AV,S value changes in time

2.3 通气量对羊脂氧化的影响

从图3的结果可以看出PV和AV值随通气量的变化趋势相近，但在通气量为0.15～0.25 m3/(kg·h)时，PV值较AV值增加趋势陡峭，在0.25～0.45 m3/(kg·h)时，PV和AV值变化趋势相似。这主要是因为氧化程度不断提高，过氧化物不断分解，造成测定结果不稳定。也有可能是流速增加，较快的空气

图3 PV、AV和S值随通气量的变化趋势Fig.3 The trend of PV,AV,S value changes in volume of air

流速极易使小气泡形成大的气泡，使得空气没有及时参与反应而从液体中溢出。S值的变化趋势为：在0.15～0.35 m3/(kg·h)范围内，趋于平缓；在0.35～0.45 m3/(kg·h)时，急速增加。综合感官评分及香气特征可初步设定具有较高PV、AV和较低S值的较合适通气量在0.25～0.35 m3/(kg·h)。

2.4 羊脂可控氧化工艺正交试验优化结果

在单因素试验的基础上，选取温度，时间和通气量三因素，进行L9(34)正交优化试验(表2)，方差分析结果分别见表3、表4、表5。

由结果与直观分析表及方差分析表6～表9可知，较高过氧化值(PV)的最优工艺为A2B3C3；较高茴香胺值(AV)的最优工艺为：C2A2B2；较低酸值(S)的最优工艺为：B1A1C3；综合考虑要求氧化羊脂具有较高的PV、AV值和较低的S值,确定的最优组合为：A2B3C2，即羊脂氧化的最佳工艺条件是:控制氧化时间4.0 h，氧化温度135 ℃，通气量0.30 m3/(kg·h)。在最优工艺条件下，进行验证试验，验证试验结果为：PV值为349.342 meq/kg，AV值为192.658，S值为2.108 mgKOH/g。

注：Rx 、Ry 、Rz分别表示过氧化值、茴香胺值和酸值的极差。

注：*表示差异显著，下同

表4 对AV值的方差分析表Table 4 The variance analysis of AV value

表5 对S值的方差分析表Table 5 The variance analysis of S value

2.5 羊肉味风味料的风味成分分析

GC-MS分析羊肉味风味料(图4)，共鉴定出24种风味物质(质量分数低于0.1%的忽略不计)。

由表6可知，其中杂环类9种(88.93%)、酸类6种(4.98%)、酮类3种(0.58%)、醛类2种(0.61%)、酯类1种(0.14%)、酚类1种(2.12%)、胺类1种(0.36%)(质量分数)。含量排在前5位的分别为：81.8%的4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑、4.67%的4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮、4.09%的乙酸、2.12%的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、1.08%戊二酸酐(质量分数)。

图4 羊肉味风味料GC-MS色谱图Fig.4 GC-MS chromatograms of mutton flavor

表6 羊肉味风味料GC-MS成分鉴定表Table 6 GC-MS chromatograms of mutton flavor

序号成分名称CAS编号保留时间/min英文名称分子式质量分数/%1乙酸酐108-24-713.269acetic anhydrideC4H6O30.122壬醛124-19-615.381nonanalC9H18O0.243乙酸64-19-716.407acetic acidC2H4O24.094呋喃甲醛98-01-116.624furfuralC5H4O20.725苯甲醛100-52-717.605benzaldehydeC7H6O0.376丁内酯96-48-019.138butyrolactoneC4H6O20.1473-呋喃甲醇4412-91-319.5233-furanmethanolC5H6O20.138甲氧基苯基肟38489-80-420.653methoxy-phenyl-oximeC8H9NO20.2393-甲基-2-噻吩甲醛5834-16-221.4293-methyl-2-thiophenecarboxaldehydeC6H6OS0.1110己酸142-62-121.828hexanoic acidC6H12O20.15115-甲酰基-4-甲基噻唑82294-70-021.9695-formyl-4-methylthiazoleC5H5NOS0.1212氯美噻唑533-45-922.693chlormethiazoleC6H8ClNS0.1913戊二酸酐5926-95-423.431glutaconic anhydrideC5H4O31.08142-十四酮2345-27-923.642-tetradecanoneC14H28O0.1215吡咯烷酮616-45-523.9052-pyrrolidinoneC4H7NO0.1116辛酸124-07-224.088octanoic acidC8H16O20.19173-丁基-2-羟基-2-环戊烯-1-酮29798-72-924.2413-butyl-2-hydroxy-2-cyclopenten-1-oneC9H14O20.2184,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮37830-90-324.5874,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-oneC5H6O34.6719壬酸112-05-025.135nonanoic acidC9H18O20.31202-甲氧基-4-乙烯基苯酚7786-61-025.3322-methoxy-4-vinylphenolC9H10O22.12212-氨基苯乙酮551-93-925.6032-aminoacetophenoneC8H9NO0.3622癸酸334-48-526.154decanoic acidC10H20O20.12234-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑137-00-826.4634-methyl-5-(2-hydroxyethyl)thiazoleC6H9NOS81.8243,4-二甲氧基苯乙酮1131-62-028.923,4-dimethoxyacetophenoneC10H12O30.26

2.6 羊肉味风味料可接受性的模糊矩阵评价结果

采用随机抽样的方法，组成30人的有各方面代表人物的评价小组，分别对风味料的色泽、香型、风味强弱和异味进行评价，按很喜欢、较喜欢、不太喜欢和不喜欢定等级，计算概率。

很喜欢、较喜欢、不太喜欢和不喜欢的概率分别为：

A色泽=[0.6 0.3 0.1 0] A香型=[0.4 0.2 0.3 0.1] A强弱=[0.4 0.3 0.2 0.1] A异味=[0.3 0.3 0.2 0.2]

把上述4个单因素的评价结果写成矩阵：

其次，确定因素的权重，风味料的色泽、香型、风味强弱和异味4个因素的权重分别为20%、30%、30%和20%。得到权重A =[0.2 0.3 0.3 0.2]最后，进行综合评判B=A·R

即对于制备的羊肉味风味料，有42%的人很喜欢、27%的人喜欢、21%的人不太喜欢、10%的人不喜欢；模糊矩阵的综合评价结果表明人们对其喜欢比例为69%。

3 结论

羊脂肪氧化条件：反应时间4.0 h，反应温度135 ℃，通气量0.30 m3/(kg·h)，在最优工艺条件下，氧化羊脂PV值为349.342 meq/kg， AV值为192.658，S值为2.108 mgKOH/g；美拉德反应最佳反应条件：温度为120 ℃，初始pH值为6.5，反应时间为2 h，得到的肉味风味基料肉味香气浓郁，持香时间长；羊肉味风味料挥发性成分分析共检测出24种风味物质，其中杂环类9种(88.93%)、酸类6种(4.98%)、酮类3种(0.58%)、醛类2种(0.61%)、酯类1种(0.14%)、酚类1种(2.12%)、胺类1种(0.36%)(质量分数)。含量排在前5位的分别为：81.8%的4-甲基-5-(2-羟乙基)噻唑、4.67%的4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮、4.09%的乙酸、2.12%的2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、1.08%戊二酸酐(质量分数)；羊肉味风味料可接受性的模糊矩阵评价结果表明：有42%的人很喜欢、27%的人喜欢、21%的人不太喜欢、10%的人不喜欢；模糊矩阵的综合评价结果表明人们对玉米蛋白粉制备的羊肉味风味料喜欢比例为69%。