菌酶协同法与酶解法制备酵母源肉味香精

赵恺祺1,2,张晓星1,2,牛思思2,曾艳3,乔长晟1,2*

(1.天津科技大学生物工程学院,天津 300457;2.天津北洋百川生物技术有限公司,天津 300457;3.国家合成生物技术创新中心,天津 300300)

摘 要:该研究以酵母蛋白为主要原料,对比菌酶协同法和酶解法制备得到的酵母蛋白水解液理化指标和美拉德反应后制备得到的香精风味物质及感官评价。结果表明:菌酶协同法相较于酶解法制备的水解液在水解度、蛋白质回收率、总氮含量、肽基态氮含量、氨基酸态氮含量均有明显提高,分别提高48.0%、48.0%、100.5%、122.5%、82.3%;十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)结果显示,菌酶协同法得到的水解液蛋白质分子量集中在4.6 kDa 以下,低于单独酶解法的分子量;氨基酸分析结果表明,两种制备方法制备的水解液游离氨基酸组成差异较大,尤其是必需氨基酸占比,菌酶协同法较酶解法高45%;固相微萃取-气相色谱-质谱联用(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)分析结果显示,两种香精检测出的风味物质具有较大差异,尤其是在酸类物质含量及醇类物质的种类上差异较大;感官分析结果表明,菌酶协同法制备的肉味香精的异味和焦糊味显著减少,水果酯香,肉香风味上显著增强(p<0.05)。

关键词:酵母蛋白;巨大芽孢杆菌;风味蛋白酶;美拉德反应;肉味香精

随着人们生活水平的提高,消费者对高品质食品的需求越来越多,各种方便食物、肉味制品、调料等的开发备受关注,利用现代食品技术研制的热反应肉味调味料具有广阔的市场前景。植物肉香精指以植物、微生物来源原料为主,不添加其他动物来源物质,在美拉德反应的基础上研制而成的香精。植物肉香精最大的优点是不添加其他动物源物质,并带有肉类的特殊风味,能适应人们健康膳食的要求[1]

制备植物肉香精使用的主要原料有植物蛋白(如大豆蛋白、豌豆蛋白等)、微生物蛋白(如真菌蛋白、藻类蛋白和酵母蛋白等)。酵母中含有丰富的蛋白质、核酸、维生素和矿物质等营养成分,开发酵母蛋白来源的肉味香精是酵母蛋白的一种高附加值的资源利用[2]。目前,使用酵母蛋白生产肉味香精主要采用的是酶法降解蛋白,且在美拉德反应中,常加入动物性油脂和动物蛋白酶解物来增加肉味及其饱和度[3]。这种生产方式不适用于素食主义者和对健康膳食要求较高的群体,需要开发更安全、更天然的肉味香精来满足此类人群的需求,而目前酵母蛋白来源生产肉香浓厚的植物肉香精研究较少。

目前,水解蛋白技术主要包括酸法水解、酶解法水解和发酵法水解[4]。酸法水解的水解速度较快、成本低,但专一性较差,水解程度难以控制,且易造成环境污染,产品颜色深,杂质多等。酶解法水解反应速率快,水解程度易控制,工艺简单无污染且利于工业生产,但水解不彻底,产物有时带有苦味,以其为原料制备的香精香气较弱。发酵法水解蛋白质水解度高、氨基酸含量高且水解液香味浓厚,留香持久,生产成本低,是目前研究较为广泛的一种蛋白水解方式。

本研究结合酶解法与发酵法的各自优势设计菌酶协同法水解蛋白,对比酶解法与菌酶协同法制备的水解液的主要理化指标,并且对比两种水解液进行美拉德反应后得到的香精的风味物质及感官评价,旨在为我国植物肉香精新产品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

食品酵母粉、酵母抽提物(分析纯):大连珍奥生物工程股份有限公司;巨大芽孢杆菌(Bacillus megatherium):天津北洋百川生物技术有限公司;风味蛋白酶(4 000 U/mL)(分析纯):北京澜翊康生物科技有限公司;胰蛋白胨(分析纯):北京奥博星生物科技有限责任公司;果葡糖浆(食品纯):济南坤鸿生物科技有限公司;氯化钠(分析纯):天津市津东天正精细化学试剂厂;半胱氨酸盐酸盐、木糖、硫胺素、精氨酸(均为分析纯):上海源叶生物科技有限公司;葡萄糖、氯化钙(均为分析纯):天津大茂化学试剂厂;食盐:中盐天津市长芦盐业有限公司;菜籽油:益海嘉里(安徽)粮油工业有限公司。

1.2 仪器与设备

YXQ-LS-30SⅡ立式自动高压蒸汽灭菌器:上海东亚压力容器制造有限公司;SKY-2102 恒温摇床:上海苏坤实业有限公司;UV-2100 紫外分光光度计:日本岛津公司;HH-US-B 恒温水浴锅:上海赫田科学仪器有限公司;KjeItec 2300 型凯氏定氮仪:瑞典FOSS 分析仪器有限公司;FE20 pH 计:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;TDL-5-A 型高速离心机:上海安亭科学仪器厂;VE-180-168 转移电泳仪:上海天能科技有限公司;L8900 氨基酸自动分析仪:日本日立公司;ISQ 7000 气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用仪:美国赛默飞世尔科技公司。

1.3 试验方法

1.3.1 培养基的配制

LB 培养基:胰蛋白胨10 g/L、酵母抽提物5 g/L、氯化钠10 g/L,以6.0 mol/L HCl 及6.0 mol/L NaOH 溶液调节pH 值至7.2,121 ℃灭菌20 min。

发酵培养基:酵母粉40 g/L、果葡糖浆10 g/L、氯化钙2 g/L,pH 值自然,121 ℃灭菌20 min。

1.3.2 酶解法制备酵母蛋白水解液的工艺条件

发酵培养基用6.0 mol/L HCl 和6.0 mol/L NaOH溶液调节pH 值至5.48,按1 600 U/100 mL 添加风味蛋白酶,在90 ℃条件下酶解5 h。酶解后高温灭酶,温度90 ℃,时间15 min。酶解液5 000 r/min 离心20 min后,保留上清液,即得到酵母蛋白水解液,4 ℃保存待用。

1.3.3 菌酶协同法制备酵母蛋白水解液的工艺条件

在巨大芽孢杆菌斜面取一环菌,接种于LB 培养基中,37 ℃、180 r/min 摇床培养24 h 进行活化。活化后的菌株按照5% 的接种量接种于发酵培养基中,37 ℃、180 r/min 摇床培养12 h。发酵液进行灭菌处理,待冷却后按1.3.2 方法进行酶解,即得到酵母蛋白水解液,4 ℃保存待用。

1.3.4 水解液的总氮含量、氨基酸态氮含量的测定

总氮含量和氨基酸态氮含量参考文献[5]的方法测定。

1.3.5 水解液中肽基态氮含量的测定

肽基态氮含量的测定参考文献[6]的方法,并稍做修改,准确吸取1.3.2 和1.3.3 中的两种水解液1 mL,用15% 的三氯乙酸溶液定容至25 mL,混匀并静置5 min,用双层定性滤纸过滤,去除初滤液,取10 mL 滤液用凯氏定氮法测总氮(酸溶性氮),肽基态氮含量(W,g/100 mL)按下列公式计算。

式中:Ab 为水解液中酸溶性氮含量,g/100 mL;As为水解液中氨基酸态氮含量,g/100 mL。

1.3.6 水解液水解度和蛋白质回收率的测定

水解度(degree of hydrolysis,DH)、蛋白质回收率(protein recovery,PR)的测定参考文献[7]中的方法。水解度按下列公式计算。

式中:D 为水解度,%;N1 为水解后游离氨基酸态氮含量,g/100 mL;N2 为水解前游离氨基酸态氮含量,g/100 mL;N3 为水解液中总氮含量,g/100 mL。

蛋白质回收率按下列公式计算。

式中:P 为蛋白质回收率,%;A1 为水解后蛋白质含量,g/100 mL;A2 为水解前蛋白质含量,g/100 mL。

1.3.7 水解液的肽分布测定

将1.3.2、1.3.3 中得到的两种水解液10 000 r/min,4 ℃离心10 min,取上清液,用于电泳试验。电泳操作步骤参考潘进权等[8]的方法。结合凝胶图像,利用Image J 软件分析目的条带占总蛋白的百分比。

1.3.8 水解液中游离氨基酸含量的测定

参照NY/T 1975—2010《水溶肥料游离氨基酸含量的测定》的方法测定水解液中游离氨基酸含量。

1.3.9 美拉德反应型香精的制备

取1.3.2、1.3.3 制备的酵母蛋白水解液为反应原料,添加半胱氨酸盐酸盐0.5%、还原糖5%(葡萄糖∶木糖=2∶3,质量比)、硫胺素0.2%、精氨酸0.2%、食盐0.2%、菜籽油3%,用6.0 mol/L HCl 及6.0 mol/L NaOH溶液调节pH 值为6,在110 ℃下反应90 min。反应结束后,置于4 ℃条件下备用。

1.3.10 气相色谱-质谱联用对香精风味物质分析

顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction,HS-SPME):准确量取5 mL 待测样品,60 ℃水浴加热15 min,将萃取头插入样品瓶中,顶空萃取40 min。然后取出萃取头,再插入GC-MS 联用仪进样口解吸15 min。色谱条件:进样口温度250 ℃,色谱柱为TR-5MS(30 m×0.32 mm×0.25 µm 膜厚)石英毛细管柱,升温程序:初始温度40 ℃,保持3 min,然后4 ℃/min 升到150 ℃保持31.5 min,载气为高纯氮气,模式为不分流,流速为1 mL/min。质谱条件:连接口温度250 ℃,电子轰击离子源,电子能量70 eV,离子源温度300 ℃,质谱扫描范围(m/z)50~300 amu。

根据GC-MS 分析结果对挥发性化合物进行鉴定,用计算机检索NISTDEMO、REPLIB、MAINLB 和Wiley标准谱库,采用峰面积归一化法来确定香精风味物质的相对含量[9]

1.3.11 感官评价

参照贺志兴[10]的方法,并稍做修改,由10 人组成感官评定小组(20~30 岁,5 男5 女)对样品间香气差别进行定量描述。香气的评价指标包括刺激异味、肉香、坚果香、水果香、焦糖味、焦糊味。评分值从0 分(无察觉)到10 分(最强)。

1.4 数据分析

每组试验进行3 次重复,数据为3 组平行样品计算结果的平均值。采用Origin 2019 b 软件作图。

2 结果与分析

2.1 水解液总氮、肽基态氮和氨基酸态氮含量对比

两种水解液中可溶性总氮、肽基态氮和氨基酸态氮的含量对比结果见图1。

图1 两种水解液中总氮、肽基态氮和氨基酸态氮的变化
Fig.1 Differences in total nitrogen,peptide nitrogen,and amino acid nitrogen between two hydrolysates

由图1 可知,菌酶协同法制备的水解液中总氮、肽基态氮和氨基酸态氮含量均明显高于酶解法制备的水解液,其中菌酶协同法和酶解法的水解液总氮含量分别为0.361 0 g/100 mL 和0.176 0 g/100 mL,肽基态氮含量分别为0.113 5 g/100 mL 和0.051 0 g/100 mL,氨基酸态氮含量分别为0.213 5 g/100 mL 和0.117 1 g/100 mL。菌酶协同法制备的水解液总氮、肽基态氮和氨基酸态氮含量相较于酶解法,分别提高了105.1%、122.5%和82.3%,本试验采用的巨大芽孢杆菌是经筛选获得的一株高效降解酵母蛋白的菌株,发酵后可以提高酵母蛋白液中总氮的含量,为后续酶解提供更多的底物。

2.2 水解液的水解度、蛋白质回收率的对比分析

菌酶协同法与酶解法制得的两种水解液的水解度、蛋白质回收率的对比结果见图2。

图2 两种水解液的水解度、蛋白质回收率的对比
Fig.2 Comparison on the degree of hydrolysis and protein recovery between two hydrolysates

由图2 可知,菌酶协同法和酶解法所得的水解度分别为78% 和30%,蛋白质回收率分别为93% 和45%,结果表明,菌酶协同法相较于酶解法制备的水解液能获得更高的水解度和蛋白质回收率,提高了原料利用率。酵母蛋白在巨大芽孢杆菌与风味蛋白酶协同作用下提高了水解度,使得蛋白质被分解成不同分子量的多小分子肽与氨基酸,形成风味良好的美拉德反应前体物,克服了单一酶解水解不充分的问题。

2.3 水解液的肽分布分析

两种水解液样品的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)图谱结果见图3。

图3 两种水解液的SDS-PAGE 图谱
Fig.3 SDS-PAGE spectra of two hydrolysates

由图3 可知,菌酶协同法和酶解法两种处理方法均可以将酵母蛋白水解成小分子肽。对电泳图谱进行积分光密度扫描,得出经过菌酶协同法处理后,水解液中分子量小于4.6 kDa 的条带相对百分含量为88.5%,而酶解法处理后水解液中分子量主要处于5~10 kDa,相对百分含量为67.6%。小分子肽是美拉德反应的重要前体[11],而经过菌酶协同法处理的水解液蛋白分子量低于酶解法处理得到的水解液蛋白分子量,且结合肽基态氮含量测定结果,菌酶协同水解液的肽基态氮含量也明显高于酶解水解液,可以看出菌酶协同法是一种处理酵母蛋白获得低分子肽的更优方式。

2.4 水解液的游离氨基酸分析

菌酶协同法和酶解法得到的水解液游离氨基酸组成如表1 所示。

表1 游离氨基酸组成及含量
Table 1 Composition and content of free amino acids

注:-表示未检测出。

名称天门冬氨酸苏氨酸丝氨酸谷氨酸甘氨酸丙氨酸胱氨酸缬氨酸蛋氨酸异亮氨酸亮氨酸酪氨酸苯基丙氨酸赖氨酸组氨酸精氨酸脯氨酸游离氨基酸总量游离氨基酸含量/(g/100 mL)菌酶协同法0.011 5 0.025 3 0.013 8 0.040 8 0.007 0 0.039 3-0.069 9 0.023 2 0.031 1 0.067 0 0.060 9 0.082 7 0.120 9 0.007 6 0.022 3 0.000 9 0.624 3酶解法0.016 7 0.007 6 0.003 5 0.080 0 0.005 8 0.060 6-0.013 1 0.005 2 0.002 6 0.004 1 0.006 8 0.019 1 0.002 0 0.005 2 0.008 3 0.005 9 0.246 6氨基酸呈味特征鲜味甜味甜味鲜味甜味甜味无味苦味苦味苦味苦味苦味苦味甜味苦味苦味甜味

由表1 可知,菌酶协同法水解液游离氨基酸总量为0.624 3 g/100 mL,酶解法水解液游离氨基酸总量为0.246 6 g/100 mL,菌酶协同法游离氨基酸总量明显大于酶解法游离氨基酸总量,该结果同氨基酸态氮测定结果一致。两种水解液各游离氨基酸含量有较大差异,其中赖氨酸的变化最大,菌酶协同法较酶解法提高了0.118 9 g/100 mL。

对游离氨基酸占比进行分类汇总,结果如表2 所示。

表2 各类游离氨基酸占比汇总
Table 2 Proportions of different categories of free amino acids

氨基酸种类甜味氨基酸苦味氨基酸鲜味氨基酸必需氨基酸芳香氨基酸含硫氨基酸占比/%菌酶协同法33.19 58.42 8.38 67.20 23.00 3.72酶解法34.63 26.12 39.21 21.78 10.50 2.11

由表2 可知,在必需氨基酸、苦味氨基酸、芳香氨基酸和含硫氨基酸的占比方面,菌酶协同法水解液大于酶解法水解液。在鲜味氨基酸和甜味氨基酸占比上,酶解法水解液大于菌酶协同法水解液。闫爽等[12]对发酵法和酶解法水解牛肉获得的水解液进行对比,发现发酵法制备的水解液鲜味氨基酸含量优于酶解法水解液,但在本研究中却出现相反的结论,这可能是与酵母蛋白特殊的氨基酸组成和芽孢杆菌特异性降解酵母蛋白有关。

在美拉德反应中,游离氨基酸是美拉德反应的重要前体,尤其是一些特殊的氨基酸,如谷氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、精氨酸、半胱氨酸和甘氨酸等氨基酸对美拉德反应产物的特殊肉香具有较大贡献。本研究中,在上述一系列对肉味有较大贡献的氨基酸中,菌酶协同法水解液中此类氨基酸含量为0.132 6 g/100 mL,酶解组水解液中此类氨基酸含量为0.159 9 g/100 mL,均比文献[13]中的酶解液相对含量高。

2.5 美拉德反应产物的风味分析

两种水解液美拉德反应产物风味分析结果见表3和表4。

表3 两种水解液美拉德反应产物风味分析
Table 3 Flavor compounds of two hydrolysates from Maillard reaction

类别烃类序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16名称二醇-二甲基硅炔六甲基环三硅氧烷1-硝基-庚烷3-三氟乙酰氧基十五烷八甲基环四硅氧烷2-溴-十八烷2,6,7-三甲基-癸烷D-柠檬烯2,3,5,8-四甲基-癸烷戊基环丙烷癸烷2,6,10-三甲基-十四烷十甲基环五硅氧烷十二甲基环己氧烷2-三氟乙酰十二烷正辛烷相对含量/%菌酶协同法1.75 0.34 0.14 0.20 0.22 0.14 0.26 0.50 0.21 0.85 0.28 0.20 0.68 0.35酶解法2.62 0.48 0.30 0.11 0.13 0.11 0.14 0.12

续表3 两种水解液美拉德反应产物风味分析
Continue table 3 Flavor compounds of two hydrolysates from Maillard reaction

类别烃类醛类醇类酯类酮类序号17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62名称5-氰基-1-戊烯1-甲基-6,7-二氧杂环[3.2.1]辛烷1-硝基吡咯烷2-癸烯1-氯-十二烷1,1-二(十二烷氧基)-十六烷2-十五烷基-1,3-二恶烷辛醛苯乙醛(反)-2-辛烯醛壬醛3-甲基-2-噻吩甲醛(Z)-2-癸烯醛己醛2-庚醛苯甲醛5-甲基-2-呋喃甲醛(E,E)-2,4-七烯醛(Z)-2-壬烯醛3,4-二甲基-苯甲醛(E,Z)-2,4-癸二烯醛2-甲基-3-呋喃硫醇2-糠硫醇1-辛烯-3-醇顺式-3-环戊烯-1,2-二醇2-烯丙基-1,7,7-三甲基-双环[2.2.1]庚烷-2-醇5-甲基-1-己醇(2Z)-2-辛烯-1-醇1-辛醇1-十一醇1-十六醇2-(十二烷氧基)-乙醇2-(十四烷氧基)-乙醇丁酸乙酯己酸乙酯2-甲基-丁酸甲酯2-呋喃甲二醇二丙酸酯3-丁烯基异硫氰酸酯氨基甲酸甲酯[4-(1-吡咯烷基)-2-丁基]-1,1-二甲基乙酯7-甲基-Z-十四烯-1-醇乙酸酯异别胆酸乙酯3-氨基-2-恶唑烷酮6-甲基-5-庚烯-2-酮2-庚酮甲基庚烯酮(3E,5E)-3,5-辛二烯-2-酮相对含量/%菌酶协同法0.98 1.19 0.22 0.99 0.43 0.82 1.46 1.49 0.28 1.92 4.40 0.12 0.15 0.25酶解法9.31 0.12 0.14 0.67 0.11 0.14 0.19 0.73 0.43 0.24 0.57 0.12 0.53 0.19 1.39 0.18 0.13 0.13 0.10 0.19 2.30 1.70 0.74 0.10 0.14 0.46 0.14 0.98 1.22 0.54 0.88 0.24 1.01 0.32 0.12 2.25 0.11 0.12 0.23 0.34 0.39 0.21

续表3 两种水解液美拉德反应产物风味分析
Continue table 3 Flavor compounds of two hydrolysates from Maillard reaction

类别酸类杂环化合物其他化合物序号63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98名称2-甲基丙酸2-甲基丁酸2-己基环丙烷乙酸庚酸DL-丙氨酰甘氨酸醋酸正十六酸甲基吡嗪糠醛甲基-α-d-核糖吡喃糖苷2,5-二甲基-吡嗪2-戊基呋喃三甲基吡嗪3-乙基-2,5-二甲基-吡嗪4-甲基-5-[2-甲基-2-丙烯基]-咪唑2,5-二氢-1-亚硝基-1H 吡咯2-甲基噻吩甲氧基苯基-肟2,5-二甲基噻吩(2-氮丙啶基乙基)胺醋酸铵苯5-甲基己烯腈苯基-β-D-葡萄糖5-(甲硫基)-五腈苯丙腈6-(甲硫基)己腈3-丁烯腈3-甲基-2-丁烯腈过氧化氢己基DL-阿拉伯糖5-(甲硫基)-戊烯腈6-(甲硫基)己烷腈月桂酰胺二甘醇单十二烷基醚3,4'-异亚丙基二苯酚相对含量/%菌酶协同法2.77 24.16 0.18 0.20 0.13 11.17 0.26 1.29 0.11 0.66 0.58 0.12 0.17 0.64 0.48 0.11 0.53 0.36 1.76 0.18酶解法0.77 0.24 1.13 0.10 41.27 0.34 0.23 0.19 0.74 0.24 0.40 1.41 0.26 11.01 0.29 0.11 0.31 0.20 0.36 0.45 0.16

表4 水解液的美拉德反应产物挥发性风味成分种类及其含量
Table 4 Volatile flavor components and their content in the Maillard reaction products of hydrolysates

组别烃类醛类醇类酯类酮类酸类杂环化合物其他化合物菌酶协同法种类14 6 3 3 2 4 8 8含量/%6.12 4.63 3.23 6.44 0.40 27.31 14.32 4.23酶解法种类15 13 12 7 3 4 5 12含量/%14.69 4.93 9.44 4.16 0.94 2.24 42.77 15.17

由表3 和表4 可知,菌酶协同法制备的蛋白水解液经过美拉德反应后检测出风味物质48 种,酶解法检测出风味物质72 种。菌酶协同法中含量较多的是酸类物质,其次是杂环类、酯类、烃类、醛类、其他化合物、醇类、酮类物质。酶解法中相对含量较多的是杂环化合物,其次是其他化合物、烃类、醇类、醛类、酯类、酸类、酮类物质。其中多种是对肉香有贡献的物质。

烃类成分主要来源于脂肪酸烷基自由基的均裂[14],本试验检测出来的主要是一些长链饱和脂肪烃,属于脂肪氧化的产物。菌酶协同法检测出14 种烃类物质,酶解法检测出15 种烃类物质,其中有4 种共有的烃类物质。

醛类化合物主要来自于脂肪氧化和氨基酸反应[15],两种方法制备的美拉德反应产物中共有的醛类物质有辛醛、苯乙醛、(反)-2-辛烯醛、壬醛和3-甲基-2-噻吩甲醛。Wang 等[16]在对热反应下制备的猪肉香精的挥发性风味成分进行分析发现,醛类化合物对猪肉香精香气贡献较大,这与本试验中检测出来的结果相似。菌酶协同法和酶解法分别检测出醇类物质为3 种和12 种,其中共同的醇类物质为2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇和1-辛烯-3-醇,其中1-辛烯-3-醇有蘑菇的特征风味,也是煮猪肉的关键风味成分[17]

酯类化合物通常呈水果味,是由醇和酸的酯化作用形成。菌酶协同法和酶解法分别检测出酯类物质为4 种和7 种,其中共同的酯类物质为己酸乙酯和2-甲基-丁酸甲酯,其中己酸乙酯具有果香[18]。酯类物质的挥发性较小,在总风味物质的占比中含量也相对较小,对整体风味具有调和润色作用。

菌酶协同法检测出2 种酮类物质,酶解法检测出3 种,没有共同的酮类物质。酮类物质可以赋予食品焦香气味[19]

菌酶协同法和酶解法均检测出酸类物质4 种,醋酸和庚酸是检测出的共同物质。其中菌酶协同组的香精中2-甲基丁酸在所有风味物质的占比中含量最高,是香料香精中常见的酸类物质,有辛辣味、酸味和奶酪味,在极度稀释时(10 mg/kg)有水果香味。

在杂环化合物中两种香精共有的化合物是糠醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪,其中酶解法的香精中糠醛在所有风味物质的占比中含量最高。糠醛的形成主要与戊糖脱水有关,糠醛含量较高的原因可能是酶解水解液中氨基类物质较少,使得多余的木糖发生了脱水反应,糠醛具有烧烤香。

另外,也检测到咪唑、呋喃、吡嗪等物质,研究报道呋喃、吡嗪、噻唑和噻吩类化合物是煮猪肉香气的关键性特征成分[20],得出半胱氨酸在美拉德反应制备的肉味香精风味中起到重要作用,在肉香味成分中起主导作用。

2.6 感官品评

菌酶协同法和酶解法制备的水解液美拉德反应产物风味品评结果见图4。

图4 菌酶协同法和酶解法制备的水解液美拉德反应产物风味品评结果
Fig.4 Sensory quality of Maillard reaction products of hydrolysates obtained by cooperative fermentation with bacteria and enzymes and enzymatic hydrolysis

由图4 可知,整体上看,菌酶协同法水解液反应后的风味效果要好于酶解法水解液反应后的风味,主要体现在菌酶协同法水解液反应后几乎没有刺激性异味,焦糊味也明显低于酶解法。同时,在肉香及水果香味上也明显优于酶解法。其中刺激性异味主要体现是除肉味外的淡淡苦茶风味。风味检测显示的酶解法处理获得的风味物质更多,但在感官评价上结果却并不如菌酶协同法处理得到的香精,这可能与物质间风味的相互作用及其阈值大小有关。

3 结论

本研究考察了以酵母蛋白为主要原料,利用巨大芽孢杆菌和风味蛋白酶进行菌酶协同法处理酵母蛋白,制备水解液,同时以风味蛋白酶酶解工艺对酵母蛋白进行酶解制备水解液,再将两种不同方式处理的水解液进行美拉德反应来制备肉味香精。结果显示,相较于酶解法,菌酶协同法在不影响水解液风味的前提下,水解度、蛋白质回收率提高近48.0%,总氮和氨基酸态氮的含量也相对较高;菌酶协同法处理后水解液中蛋白质分子量小于4.6 kDa 的条带的相对百分含量为88.5%,而酶解法处理后的水解液中蛋白质分子量主要处于5~10 kDa,相对百分含量为67.6%;两种方法处理得到的水解液游离氨基酸组成差异显著;GC-MS检测结果显示,单独酶解法处理获得的风味物质更多,但结合感官评价的结果表明经过菌酶协同法处理制得的香精整体风味要优于酶解处理,主要表现在异味和焦糊味的减少,水果、酯香、肉香的增强。

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Preparation of Yeast-Derived Meat Flavor by Cooperative Fermentation with Bacteria and Enzymes and Enzymatic Hydrolysis

ZHAO Kaiqi1,2,ZHANG Xiaoxing1,2,NIU Sisi2,ZENG Yan3,QIAO Changsheng1,2*
(1.School of Biological Engineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China;2.Tianjin Peiyang Biotrans Co.,Ltd.,Tianjin 300457,China;3.National Technology Innovation Center of Synthetic Biology,Tianjin 300300,China)

Abstract:Yeast protein was used as the main raw material for the preparation of flavor substances by cooperative fermentation with bacteria and enzymes and enzymatic hydrolysis,respectively. The physicochemical indexes of the hydrolysates prepared with the two methods and the sensory quality of flavor substances obtained after Maillard reaction were determined. The results showed that the degree of hydrolysis,protein recovery,total nitrogen content,peptide nitrogen content,and amino acid nitrogen content of the hydrolysate obtained by cooperative fermentation with bacteria and enzymes were 48.0%,48.0%,100.5%,122.5%,and 82.3%,respectively,higher than those obtained by the enzymatic hydrolysis method. Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE)results showed that the protein molecular weight of hydrolysate obtained by cooperative fermentation was less than 4.6 kDa,which was lower than that obtained by enzymatic hydrolysis.The composition of free amino acids in the hydrolysates produced with the two methods was significantly different. Particularly,the proportion of essential amino acids in the hydrolysate obtained by cooperative fermentation was 45% higher than that obtained by enzymatic hydrolysis. Solid - phase microextraction - gas chromatography-mass spectrometry(SPME-GC-MS)results showed that the flavor substances in the two products were quite different,especially in alcohols and the content of acids. The results of sensory evaluation showed that the product prepared bycooperative fermentation had reduced odour and burnt smell and enhanced fruit and meat aromas(p<0.05).

Key words:yeast protein;Bacillus megaterium;flavor protease;Maillard reaction;meat-flavor

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.18.023

基金项目:天津市合成生物技术创新能力提升行动重大科技攻关任务(TSBICIP-KJGG-004-09)

作者简介:赵恺祺(1999—),女(汉),硕士研究生,研究方向:发酵工程。

*通信作者:乔长晟(1969—),男(汉),教授,研究方向:发酵工程。

引文格式:

赵恺祺,张晓星,牛思思,等.菌酶协同法与酶解法制备酵母源肉味香精[J].食品研究与开发,2024,45(18):181-188.

ZHAO Kaiqi,ZHANG Xiaoxing,NIU Sisi,et al.Preparation of Yeast-Derived Meat Flavor by Cooperative Fermentation with Bacteria and Enzymes and Enzymatic Hydrolysis[J].Food Research and Development,2024,45(18):181-188.

加工编辑:刘艳美

收稿日期:2023-11-09