美拉德反应制备鸡肉风味基料的工艺条件优化

安攀宇 李燮昕 李艳梅 李 维 张 淼 林 丹

(1四川旅游学院食品学院，四川 成都 610100；2成都大学肉类加工四川省重点实验室，四川 成都 610106)

传统的熬煮鸡汤主要通过长时间水浴加热，促使原料肉中的蛋白质水解为氨基酸，并经热反应使鸡肉内的大量风味物质迁移至水中，故滋味鲜美[1]。但此做法原料利用率较低，需要消耗大量能量，产品为液态贮藏成本较高。因此，长期以来餐饮业多使用鸡肉风味调味料替代鸡汤[2]。多数市售鸡肉风味调味料成品的鸡肉风味模拟性较差，可能是企业为了降低生产成本，使用了植物蛋白[3]，其所含氨基酸等美拉德反应原料与鸡肉相似度不高。

研究发现，鸡肉中的氨基酸种类和数量丰度较高[4－5]，适合作为热反应底物。鸡胸肉在鸡胴体中占比大，但由于其脂肪含量低，肌纤维含量高，使得常规烹饪后的鸡胸肉风味欠佳、口感较差，降低了人们对鸡胸肉的消费欲望。利用鸡胸肉通过美拉德反应制备鸡肉风味基料，一方面可以将鸡肉中本身具有的风味物质进行表达，保证热反应体系中氨基酸种类的同源性，也避免了鸡肉风味调味料对“鸡肉原味”不能完整呈现的问题[6]；另一方面还可以加大对低附加值鸡肉产品的利用[7－9]。

本研究将鸡胸肉进行生物酶解，再通过美拉德反应，以褐变度及感官评分为主要优化指标，通过4 因素3 水平的Box-Behnken 响应面优化反应条件，并使用气相色谱－离子迁移谱联用技术(gas chroma-tography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS)对所制产品与市售同类产品的风味品质进行比对分析，以期利用鸡胸肉研制一种鸡肉风味基料，为低值鸡肉制品的深度开发提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冻鸡胸肉购自成都市新都区家乐福超市，将其去除结缔组织、脂肪，备用。木瓜蛋白酶、风味蛋白酶(酶活分别为60 000 和30 000 U·g－1)，南宁东恒华道生物科技有限责任公司；木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、维生素B1(食品级，纯度≥99%)，山东福田药业有限公司；鸡油(食品级)，潍坊市利臣油脂；罐头土鸡汤、特鲜浓缩鸡汁，均为市售商品。

1.2 仪器与设备

DS－1 高速组织粉碎机，上海标本模型厂制造；DGL－35B 全自动立式高压蒸汽灭菌器，上海力辰仪器科技有限公司；H2050R 台式高速冷冻离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司；UV－2204C 全自动紫外可见分光光度计，上海析谱公司；ST2100 型pH 计，奥豪斯仪器(常州)有限公司；FlavourSpec® 风味分析仪，德国G.A.S 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 风味基料的制备 根据安攀宇等[10]的方法对鸡胸肉进行复合酶解，制备美拉德反应底物，再按照本研究试验设计方案建立热反应体系，具体操作流程如下:

鸡胸肉→清洗→切块→打浆(固液比＝1 ∶4.20，m∶m)→酶解[总酶量2.16%(木瓜蛋白酶∶风味蛋白酶＝1 ∶3.24，m ∶m，52℃酶解4 h，水解度为32.71%)]→灭酶(100℃，10 min)→冷却→离心(7 200 r·min－1，10 min，4℃)→取上清液→加入2%维生素B1、4%鸡油→加入还原糖→搅拌均匀、调整pH 值→加热→成品。

1.3.2 褐变度的测定 根据童彦等[11]的方法进行改进，对美拉德反应成品进行吸光度测量。取1 mL 样品置于玻璃试管中，加入9 mL 去离子水，振荡摇匀，倒入比色皿内，置于420 nm 处测量褐变度。

1.3.3 单因素试验 本试验基础工艺为:还原糖添加量3%，pH 值7，热反应时间90 min，热反应温度100℃。在此基础上，分别研究适合热反应体系的还原糖种类(葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、果糖、乳糖和半乳糖)、还原糖添加量(1%、2%、3%、4%和5%)、pH 值(5、6、7、8 和9)、热反应时间(30、60、90、120 和150 min)以及热反应温度(80℃、90℃、100℃、110℃和120℃)5 个单因素对鸡肉风味基料的风味及褐变程度的影响。

1.3.4 响应面试验设计 在单因素试验的基础上，以木糖添加量、体系初始pH 值、热反应温度和热反应时间4 个因素进行响应面试验，响应的因素与水平如表1 所示。

表1 响应面试验因素与水平Table 1 Response surface test factors and levels

1.4 风味基料的感官评定

参照高瑞鹤等[12]的方法，抽选15 名经过感官评价学习、体质和精神素质健康、无不良嗜好、不偏食的大学生组成参评人员，对其进行肉味香精风味基料的色、香、味等相关知识培训，以及样品感官的预评价练习等培训。要求评价小组成员评价前12 h 不喝酒、不吸烟，不吃辛辣刺激食品，评定过程中禁止评价小组成员相互讨论，下一样品评定之前，间隔5 min 并以温水漱口。

将待评价的样品统一稀释10 倍后，分别盛入50 mL透明玻璃瓶中，以随机顺序出现的方式，让评定人员从色泽、气味、滋味3 个方面对试验样品进行感官评价，每个样品重复2～3 次。评价标准见表2。

1.5 模糊数学感官评价模型建立

1.5.1 建立评价因素集 感官评价中样品各感官指标因素的集合，称为评价因素集[13]。本研究中，鸡肉风味基料的评价因素集包括色泽(U1)、气味(U2)和滋味(U3)(表2)，表示为U＝{U1，U2，U3}。

1.5.2 建立评价等级集 对感官指标的评价结果进行等级划分的集合，称为评价等级集，由评价小组讨论得出，将评价结果划分为优秀(C1)、良好(C2)、中等(C3)和较差(C4)4 个等级，表示为C ＝{C1，C2，C3，C4}。参照王琼等[14]和汤卫东等[15]的方法，采用10分制，8～10 分表示等级为优秀，6～8 分等级为良好，4～6 分等级为中等，0～4 分等级为较差，取各等级分数的中间值为该等级评价得分(表2)，即有C ＝{9，7，5，2}。

表2 鸡肉风味基料感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard of chicken flavor matrix

1.5.3 建立评价权重集 各项因素指标在总体的感官评价中所占比重的集合，即为评分权重集。评价人员通过对比分析给出相应的比重系数，以此组成模糊向量(X)。本研究采用用户调查法[16]，随机邀请20名评价人员对鸡肉风味基料的感官评价指标(色泽、气味和滋味)进行权重分析，并取各评价人员的权重分析平均值得到权重集，为X＝{0.266 5，0.399 0，0.334 5}。

1.5.4 模糊矩阵的确立和模糊转换 按照不同等级对前期所得评价结果进行划分，并统计各等级的票数，然后将各等级票数分别除以总票数即得到模糊关系矩阵R，进而得到第i个样品的评价结果Yi＝X×Ri[17]，该样品的综合评价矩阵T也可得出，即Ti＝Yi×C。

1.6 气相色谱—离子迁移谱联用 ( gas chromatography-ion mobility spectrometry，GCIMS)分析

1.6.1 样品处理 每种样品分别取2 g，置于20 mL顶空进样瓶中，密封，编号，每个样品做3 组平行。

1 号样品为按照1.3.1 方法制备的鸡肉风味基料。

2 号样品为自制鸡汤，制作方法:将边长1 cm 的鸡胸肉焯水后，按一定料液比(鸡肉∶水＝1 ∶10，m ∶m)加水并加入2%食盐(按肉重计)，放入高压锅中炖煮90 min(上汽后计时)即为成品。

3 号样品为市售某品牌罐头鸡汤，配料为鸡胸肉、水和食盐。

4 号样品为市售某品牌浓缩鸡汁，主要原料为鸡胸肉，按产品说明加适量水后融化为鸡汁液。

1.6.2 自动进样单元条件 4 种样品均为液体，进样体积500 μL，孵育时间15 min，孵育温度60℃，进样针温度65℃，孵化转速500 r·min－1。

1.6.3 GC-IMS 分析条件 使用MXT－5 金属毛细管气相色谱柱(15 m×0.53 mm×1 μm)，色谱柱温度60℃。载气为N2(纯度≥99.999%)，载气时间为20 min，载气流速:0～2 min，保持2 mL·min－1；2～20 min，由2 mL·min－1线性升高至100 mL·min－1。漂移气流速保持150 mL·min－1，IMS 温度45℃。

1.7 数据处理

利用FlavourSpec® 风味分析仪配备的分析插件进行样品的风味物质图谱分析，使用GC×IMS Library Search 软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库对1～4号样品的风味物质进行定性分析。

本研究其余试验所得数据由Excel 2019、SPSS 22.0、Design Expert 8.0 和Origin 9.1 进行统计分析和绘图处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

由表3 可知，在相同热反应条件下，加入阿拉伯糖增强了美拉德反应产物的褐变程度，导致成品颜色变深，但感官评分比木糖组低，这与前人的研究结果相一致[18－19]。研究表明，在美拉德反应中，木糖的参与能促使产品产生类似于焦糖的香甜味[20]，这有助于成品获得良好的感官性能，因此木糖是本研究中美拉德反应体系最适宜的还原糖。

由表3 还可知，鸡肉风味基料的褐变程度随着木糖添加量增加、pH 值增大、热反应时间延长以及热反应温度的升高而不断增加，但感官评分均呈先增后降的趋势。前人研究发现，随着还原糖浓度增加[21－22]、pH 值增大[23－24]、热反应温度升高[25]以及热反应时间延长[26]，均促使美拉德反应向正向进行。然而风味物质大量积累的同时也会产生类黑精，使褐变度持续增大。鸡肉风味基料的颜色过深，对感官评分也造成了一定的影响，有相关研究也得到类似结论[27]。

表3 不同反应条件对鸡肉风味基料褐变度及感官评分的影响Table 3 Effects of different reaction conditions on Browning degree and sensory score of chicken flavor matrix

本研究发现，鸡肉风味基料褐变度较大的试验组，感官评分总体较低，说明并不是美拉德反应越充分，产生的呈味物质越多，产品整体的感官风味越好。食品的风味是各种呈味物质(特别是呈香风味物质)的整体反映[28－29]。综上，本研究对美拉德基础反应条件的选择以模糊感官评价为主，即在鸡胸肉酶解液中添加3%的木糖，调整体系初始pH 值为7，在100℃反应90 min，作为鸡肉风味基料的基础工艺条件。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 模糊评价结果 根据表4 以色泽为例，第一组试验中0 人评价优秀，1 人评价为良好，11 人评价为中等，3 人评价较差，分别计算出各等级评价人数占总人数的比例，得到U1 ＝{0.000，0.067，0.733，0.200}，同理可 得U2 ＝{0.000，0.733，0.267，0.000}，U3 ＝{0.000，0.200，0.800，0.000}，将其换算成数字矩阵，即有:

同理可得R2，R3，R4，…，R29，结合权重集(X＝{0.266 5，0.399 0，0.334 5})，根据1.5.4 的处理方法计算各样品的模糊感官评价结果:

同理可得Y2，Y3，Y4，…，Y29。

模糊数学综合总分T＝Y×C({9、7、5、2})，则:

同理可得T2＝5.138、T3＝4.807、T4＝5.765、T5＝3.363、T6＝4.038、T7＝4.965、T8＝3.514、T9＝7.720、T10＝6.360、T11＝3.770、T12＝3.080、T13＝5.595、T14＝5.666、T15＝6.928、T16＝8.058、T17＝6.316、T18＝5.893、T19＝3.309、T20＝5.509、T21＝3.008、T22＝7.276、T23＝5.936、T24＝7.703、T25＝6.426、T26＝5.631、T27＝6.443、T28＝5.108、T29＝6.261。

2.2.2 响应面试验设计结果及分析 通过对响应面结果(表5)进行方差分析可知，试验中感官评分及褐变度模型P值分别为0.000 3 和0.000 6(均<0.01)，说明试验方法具有比较高的可靠性，该响应面回归模型可对试验结果进行较好的预测分析。失拟项均大于0.05，说明试验误差小，模型拟合程度高，能用该模型对风味基料的感官评分及褐变度进行分析及预判。各模型的判定系数R2分别为88%和87%，说明模型具有较高的准确性及通用性。两个指标信噪比均远大于4，表明该模型拟合度和可信度较高。综上所述，该模型可以较好地解释鸡肉风味基料的感官变化，能够对鸡肉风味基料的最佳配方进行预测，预测模型见表6。

表4 模糊数学感官评价等级集合Table 4 Fuzzy mathematics sensory evaluation grade set

2.2.3 因子交互作用及响应面分析 根据图2 可知，AC、AD、BC、BD、CD两两因素的交互作用对鸡肉风味基料感官影响的响应曲面图呈抛物线状，存在峰值。随着木糖添加量、pH 值、热反应时间以及热反应温度的增加，感官评分达到峰值后下降；其中pH 值和温度的交互作用对风味基料感官评分影响最大。

2.3 验证试验

褐变度是美拉德反应的发生程度的主要指标之一，当美拉德反应越充分时体系的颜色越深，但此时产品风味可能会恶化，因此在本试验中仅作为辅助指标，本试验以感官评分为主要评价标准，通过Design-Expert 8.0 软件优化预测得到制备鸡肉风味基料的最佳热反应条件为:木糖添加量2.87%、pH 值6.97、热反应时间85.97 min、热反应温度101.09℃，此条件下综合感官评分预测值为7.322。考虑到实际试验的可操作性，按照添加3%木糖，在pH 值7、温度101.1℃条件下反应86 min，进行3 次平行试验验证软件预测结果的准确性，得到的综合感官评定结果实测值与预测值相对误差均在5%以下，说明此试验方法的准确性较高。

表5 鸡肉风味基料响应面结果Table 5 Response surface analysis of chicken flavor matrix

2.4 鸡肉风味基料挥发性风味物质分析

2.4.1 不同鸡肉风味样品GC-IMS 指纹图谱比较及挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)分析 图3 为通过GC-IMS 分析建立的不同鸡肉风味样品的VOCs 指纹图谱。为方便观察对比，将整个指纹图谱拆分为左(即a 区)、右(即b 区)两部分。图3 中每一行代表一个样品，每一列代表一种VOCs。在同列中，可以通过色块的亮度对比VOCs 的含量，色块亮度越大，说明某种VOCs 在样品中的含量越高。结果表明，同一种样品组内的VOCs 种类和含量相似度高，不同样品的VOCs 具有较明显差异，A、B、C、D 4 个区域分别为不同样品的VOCs 特征峰区。通过软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库对物质进行定性分析，4 种样品均具有其独特的风味物质，2 号样品中二烯丙基硫醚、α－蒎烯、6－甲基－5－庚烯－2－酮等物质的含量较高，3 号样品中2－乙基呋喃、2－戊基呋喃、甲硫基丙醛、γ－丁内酯、2－己醇、1，2－丙二醇、己酸、戊酸、1－辛烯－3－酮等物质的含量较高，4 号样品中乙酸香叶酯、E－2－戊烯醛、β－罗勒烯、β－蒎烯、2－戊烯醛、2－丁烯醛、2－呋喃甲醇、二甲硫醚、2－甲基噻吩、柠檬烯、苯酚等物质的含量较高。

结合图3 和表7 可知，4 种样品总共分离出85 种VOCs，其中有76 种可以准确定性。4 种样品分离出的VOCs 中，醛类、酮类和醇类物质占VOCs 种类的70%分别有28 种、13 种和12 种，杂环类6 种，酯类和萜烯类均为5 种，酚类3 种，酸类和醚类均为2 种。该检测结果与唐春红等[30]的研究结果一致，即鸡肉中主要的风味物质为醛类、酮类和醇类。

在GC-IMS 结果分析中，同一种风味物质的特征峰强度越大(小)，说明该物质在样品中的含量越高(低)。本研究中由于不同样品含有的VOCs 总量并不一致，对样品中VOCs 的相对含量使用峰强度对比较合理。由图4 可知，4 个鸡肉样品的VOCs 含量各不相同，1 号样品(鸡肉风味基料)的风味物质含量最高，结合图3 可知其中主要为醛类(己醛最高)、酮类和醇类。其次为3 号样品(罐头鸡汤)，而2 号(自制鸡汤)和4 号样品(鸡汁液)中醛、酮类物质的含量较低。

2.4.2 不同鸡肉风味样品相似性分析 图5 是对4种样品的VOCs 峰强度进行层次聚类分析并绘制的热图，可以直观反映出风味物质在不同样品中的丰度情况，并根据颜色梯度和相似程度来分析不同样品之间的异同，热图中色块颜色越偏红表示丰度越高，越偏蓝表示丰度越低[31]。由图5 的聚类树状图可知，4 种样品组内相似度高，说明GC-IMS 方法可靠，稳定性较好。根据VOCs 丰度情况可以将4 种样品分为两大类，即1 号样品(鸡肉风味基料)和3 号样品(罐头鸡汤)为一类，另外2 种样品为一类。这也说明本研究制得的鸡肉风味基料与罐头鸡汤产品的风味类似。

3 讨论

烹调中美拉德体系的建立，需要根据反应底物的不同，提供不同的环境因素(如pH 值、反应温度和反应时间等)[32－33]。环境条件的变化会使美拉德反应的程度出现较大差异，美拉德反应程度过低时，风味物质无法产生，但美拉德反应充分时，也可能产生令人不愉悦的感官风味[34－35]。通过人为控制这些因素，可以对美拉德反应的完成程度进行定向调节，以达到特定风味的表达，这也是食品工业中利用美拉德反应制备香精香料的基本原理[36－37]。

表7 鸡肉风味样品挥发性有机物定性分析Table 7 Qualitative analysis of volatile organic compounds in chicken flavor samples

表7(续)

表7(续)

图4 不同鸡肉风味样品VOCs 含量差异图Fig.4 Diagram of VOCs content difference of different chicken flavor samples

本研究中制作的鸡肉风味基料相对于其他3 种样品有更好的风味表达，其原因可能是由于前期使用了蛋白酶解技术，使得体系中有更丰富的氨基酸能参与热反应，后期又调控了美拉德反应进程，故产生的VOCs 更为丰富。罐头鸡汤和自制鸡汤的风味呈现主要是鸡肉在炖煮过程中自发进行的美拉德反应和脂质氧化，由于整个反应过程耗时较长、不可控因素较多且未进行人为干预，产品的VOCs 丰度较本研究产品低[38－39]。而鸡汁液的VOCs 丰度最低，说明该类调味品模拟鸡肉风味效果较差，不能完整体现出鸡肉的感官风味，究其原因可能是因为该类产品使用的原料并不是鸡肉源。有研究表明，经过热反应生成的VOCs中，醛类和醇类由脂肪氧化降解产生，挥发性强，呈味阈值低，对鸡肉风味贡献最大，有令人愉快的脂香味、果香味[40－41]。酮类物质由脂肪氧化降解或美拉德反应产生[42]，具有新鲜的果香味和奶油香味，呈味阈值相对于醛类较高，但仍是鸡肉风味的重要组成。因此，产品中应尽可能积累以上这些对风味表达有积极作用的VOCs。

图5 不同鸡肉风味样品VOCs 峰强度聚类分析热图Fig.5 Heat map of VOCs peak intensity cluster analysis of different chicken flavor samples

4 结论

本研究通过单因素试验和4 因素3 水平响应面试验优化得到鸡肉风味基料的最佳工艺条件如下:木糖添加量3%、pH 值7、热反应时间86 min、热反应温度101.1℃。此条件下制得的鸡肉风味基料与市售罐头鸡汤、自制鸡汤、市售浓缩鸡汁等鸡肉风味产品进行GC-IMS 分析，得出鸡肉风味基料的VOCs 丰度最高，能较好反映鸡肉的感官性状；且鸡肉风味基料与市售罐头鸡汤具有较高的相似度。