蛋黄粉中关键香气活性物质分析及其在储藏过程中的香气变化

杨 平,何天鹏,宋焕禄

(北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京工商大学分子感官科学实验室,北京 100048)

鸡蛋是一种大众非常喜爱的高营养食品,它富含人体所需的多种营养物质以及生物活性物质[1]。鸡蛋中的蛋白质多为优质蛋白,在人体中易消化,其氨基酸组成符合人体所需。鸡蛋中还富含一种人体大脑和神经组织发育不可或缺的脂肪——卵磷脂,适量食用有利于胆固醇的代谢和防止心血管及相关疾病的发生[2]。除此之外,鸡蛋因其具有良好的持水性,溶解性,乳化性,起泡性,凝胶性以及独具的风味,在食品工业生产中也备受青睐。

近年来,蛋制品的深加工有了很大的发展,其中蛋黄由于富含由卵磷脂和蛋白质结合而成的脂蛋白,因此具有很强的乳化能力,亲油亲水能力,现在已经被广泛的应用于冰激凌、沙拉酱、蛋黄酱、色拉调味料以及饼干、蛋糕等各种烘焙制品中,它是食品工业生产中非常重要的原材料,是重要的组成部分[3]。

但是生鲜鸡蛋在食品工业生产中的使用极不便利,而蛋黄粉因其干燥不易变质,提高工作效率等优势,作为食品营养添加剂、品质改良剂,已被广泛应用在各种含蛋制品的加工生产中。

鸡蛋粉加工是对经过巴氏杀菌的液体鸡蛋进行喷雾干燥,可以根据储藏时间和储藏条件的不同,制备不同脂肪含量的蛋黄粉成品。市售新鲜鸡蛋中大约含有4.5 g的脂肪,其中4.14 g为脂肪酸(饱和脂肪酸1.55 g,单不饱和脂肪酸1.91 g,多不饱和脂肪酸0.68 g),而多不饱和脂肪酸会导致鸡蛋风味的氧化酸败,脂肪氧化是食品质量恶化的主要原因,会导致酸败及不良风味的形成,甚至可能产生有毒物质,因此控制蛋黄粉中的脂肪氧化就显得格外重要[4]。

大量研究表明,酸价、过氧化值和硫代巴比妥酸升高,是高脂肪产品在储存期间味道改变的主要原因[5]。在气味方面,大都针对鲜鸡蛋进行风味研究,如Christoph Cerny[6]针对加热后蛋黄的香气成分进行了探究,而针对蛋黄粉以及其在存储过程中的风味变化,会产生怎样的风味化合物,目前还未见报道。本文采用GCOMS 技术,针对不同储藏期的蛋黄粉进行挥发性成分测定,并对其进行定性定量,找出关键香气成分,应用主成分分析(PCA)探究关键香气成分与货架期之间的关系,从而为延长蛋黄粉的货架期提供有效信息。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蛋黄粉 陕西天斗蛋业有限公司;2甲基3庚酮、C7C30系列烷烃、2甲基丁醛、异戊醛、正己醛、1辛烯3酮、2壬酮、3,5辛二烯2酮、乙酸丙酯、2戊基呋喃、2,5二甲基吡嗪、2乙基5甲基吡嗪等标准品 均为色谱纯,美国Sigma公司。

电子分析天平 Satorius公司;40 mL固相微萃取顶空瓶、固相微萃取架、萃取手柄及65 μm CAR/DVB/PDMS萃取头 Supelco公司;HHS1数显恒温水浴锅 金怡公司;7890A7000B气相色谱质谱联用仪 美国Agilent公司;Sniffer9000 嗅闻仪 瑞士Brechbuhler公司;毛细管柱DBWax及DB5(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美国J&W公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理 购于陕西天斗蛋业有限公司同一批次,距生产日期一个月内的,市售蛋黄粉,其水分含量≤4 g/100 g,pH为6～7,蛋白质含量>30 g/100 g,游离脂肪酸(FFA)含量≤4 g/100 g,脂肪含量≥60 g/100 g。将100 g蛋黄粉平均分成5份,分别装入铝箔自封袋中,取出其中一份放入20 ℃冷冻,记为0个月,其他四份放入30 ℃恒温箱保存,之后当时间为2、4、6、8个月时,分别将相应蛋黄粉依次放入20 ℃冷冻,待8个月期满,所有样品全部放入20 ℃冷冻,等待检测。

1.2.2 蛋黄粉香气物质的萃取 精确称取2.0 g蛋黄粉样品于干净无异味的气相顶空瓶中,加入1 μL 2甲基3庚酮(0.816 μg/μL,溶于正己烷),迅速将瓶盖盖好放入60 ℃的恒温水浴中平衡加热20 min,将吸附涂层从手柄中推出,并在相同的温度下进行香气萃取,吸附40 min,随后在气相色谱嗅闻质谱联用仪中,在250 ℃高温下进行解析5 min。

1.2.3 蛋黄粉香气物质的分离和检测 样品在进样口气化后,分别经过极性DBWAX气相色谱毛细管柱和弱极性DB5气相色谱毛细管柱进行分离,通过分流装置分别进入质谱检测器和嗅闻探测仪,同时实验员记录在嗅闻口所感知的气味特征和强度。

气相色谱条件:起始温度40 ℃,保持3 min,然后以5 ℃/min的升温速度升温到200 ℃,再以10 ℃/min的升温速度升温到230 ℃保持3 min。载气为氦气,恒定流速为1.2 mL/min,进样口温度250 ℃。

嗅闻探测器条件:接口温度设定为150 ℃,同时通入湿润氮气以防止实验员鼻腔干燥。

质谱条件:电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量70 eV,传输线温度280 ℃,离子源温度为230 ℃,四极杆温度为150 ℃,溶剂延迟设定为4 min,质量扫描范围m/z为50～350。

1.2.4 蛋黄粉香气物质的定性和定量 所有化合物的鉴定由NIST 08谱库,标准化合物保留指数(RI),嗅闻数据对比以及标准化合物对比进行鉴定。RI值[7]是根据目标化合物的出峰时间以及相同条件下系列烷烃出峰时间计算而得,计算公式为:RI=100N+100n(tRatRN)/(tR(N+n)tRN),式中N、n分别表示目标化合物出峰前后正构烷烃所含碳原子数目,tRa、tRN、tR(N+n)、tRN分别表示未知化合物,含碳原子数较低正构烷烃,含碳原子数较高正构烷烃的保留时间。定量方法采用半定量方式,计算公式为Ax/Ai=Cx/Ci,式中Ax、Ai分别表示目标化合物的出峰面积和内标的出峰面积,Cx、Ci分别表示目标化合物的浓度和内标的浓度。

1.3 数据分析

主成分分析由The Unscrambler(v 9.7 CAMO,OSLO,Norway)完成,图表制作由Microsoft Office Excel 2007软件完成。

2 结果与分析

2.1 蛋黄粉的关键香气化合物

由表1可知,对蛋黄粉用SPMEGCOMS法进行香气分析,最终得到31种挥发性成分,其中醇类9种,醛类7种,酮类9种,酯类1种,杂环类5种。在这31种香气成分中,能够通过嗅闻仪检测到的气味成分为2甲基丁醛、异戊醛、正己醛、1辛烯3酮、2壬酮、3,5辛二烯2酮、乙酸丙酯、2戊基呋喃、2,5二甲基吡嗪、5甲基2乙基吡嗪,它们分别呈现出可可粉味、麦芽味、青草味、蘑菇味、热牛奶味、脂肪味、奶酪味、青豆味、烤坚果味,果香味,经过标准品的验证以及感官人员用鼻子作为检测器嗅闻检验,这几种物质确实呈现以上特征,并且样品中相应化合物的保留指数与标准品及文献[8]报道接近,而这10种气味化合物由于它们在蛋黄粉中都起着关键性作用,因此它们也被鉴定为蛋黄粉的关键活性气味物质,是蛋黄粉的主要香气来源。

表1 不同储藏期的蛋黄粉中各香气物质相对浓度Table 1 The concentration of aroma compounds in egg yolk powder during storage

2.2 蛋黄粉中各香气成分随储藏时间的变化

蛋黄粉富含卵磷脂等60%的脂肪成分,因此油脂氧化是蛋黄粉在储藏过程中最重要的氧化反应,其快慢程度也在很大程度上决定着蛋黄粉的货架期[910]。从图1中可以看出,醇类和醛类物质的含量基本呈现出先逐渐升高,分别在6个月、4个月的时候达到峰值,随后逐渐降低。酮类物质总浓度随储藏时间增加逐渐升高,最后两个月稍有下降,杂环类先升高后物质浓度基本持平,并且随着储藏时间的增加并未减少或散失。由此可见,随着储存时间的延长,蛋黄粉内部一直存在着某些反应而生成更多的挥发性物质,在4个月时达到最高峰,最高峰的表现主要为已有的气味化合物浓度增高,以及增加新生成的挥发性化合物。之后,随着反应的不断进行,一些香气物质由于挥发性高而减少或散失,或与脂肪氧化相关的化合物的浓度继续增加,造成蛋黄粉的整体感官体验略有下降。

图1 各类香气化合物随储藏时间变化柱状图Fig.1 The changes of different kinds of aroma compounds during storage

被检测到的醇类物质多为脂肪酸氧化产生,醇类物质总浓度在所检测到的气味化合物中占比最大,高达45%,但醇类物质香气阈值较高,因此并未在嗅闻口检测到[11]。醇类物质随储藏时间先升高后降低,在6个月时达到峰值,说明在储藏过程中脂肪氧化反应一直进行着,并且在前六个月最大程度发生,后两个月浓度的减少可能是由于脂肪氧化速率减慢或由于部分醇类物质的高挥发性散失导致。所检测到的醇类物质中,含量最高的为1辛烯3醇,这种物质被鉴定为是由酶促或非酶降解亚油酸得到的,呈现出典型的蘑菇味,故也被称为“蘑菇醇”,该物质浓度随储藏时间的增加可以指示脂肪氧化的发生[1213]。

醛类物质仅占所有气味物质的24%,但由于其阈值低的特性,在蛋黄粉中属于重要的香气成分。该类物质产生于油酸、亚油酸、花生四烯酸等不饱和脂肪酸的氧化或美拉德反应的Strecker降解。正己醛为脂肪醛的典型代表,被认为是可以监测脂肪氧化的指示剂或标记物[14]。相关报道称,当正己醛的浓度较低时呈现出令人愉悦青草香,而当处在较高浓度时则会出现油脂味,这也有可能是随着该物质浓度增高,逐渐出现不愉快香气的原因[15]。葛兰波等[16]在对用植物油制作的糕点进行检测时发现,当正己醛含量为5 μg/g时即产生异味,超过10 μg/g时则不能食用。Ridgway等[17]也指出,醛类物质浓度的升高与异嗅味有密切关系,正己醛大多作为指示脂肪氧化程度的关键物质。而根据表1可知,正己醛的浓度并没有大幅度增加而是基本持平,这说明经过八个月的储藏,正己醛还没有达到或开始影响蛋黄粉的感官品质。2甲基丁醛、异戊醛是美拉德反应重要的降解产物,通过Strecker降解亮氨酸、异亮氨酸产生[1819],具有可可香和麦芽香气,它们浓度的增加丰富了蛋黄粉的香气轮廓。顺4庚烯醛呈现土霉味,从储藏第四个月开始出现,该物质曾被在鲜蛋黄中检测到,被认为是对鸡蛋有重要贡献作用的风味物质[19]。在本研究中,2甲基丁醛、异戊醛、正己醛三种化合物在嗅闻过程中都可以被嗅闻仪检测到,并且强度较强,因此是构成蛋黄粉香气轮廓的重要物质,是蛋黄粉中的重要气味活性物质。

酮类物质是脂肪氧化以及美拉德反应产物的又一类代表物质,如2丁酮、2辛酮、2壬酮、苯乙酮等物质被认为是美拉德反应尤其是Amadori重排过程中产生的重要产物[19],由表1可以看出,2丁酮和2壬酮是在储藏时间为6个月和8个月时被检测到,说明是在储藏过程中后生成的气味成分。2辛酮和苯乙酮在几乎所有样品中被检测到并呈现出先升高后下降的趋势,推测这两种物质是在生产过程中生成,在储藏过程中随着生成速率下降而导致浓度逐渐降低。1辛烯3酮为亚油酸的重要降解产物,Ridgway[20]认为油脂氧化是食物腐败的主要反应来源,而醛、酮、内酯、呋喃、醇、有机酸等,都与油脂氧化相关,属于该反应的降解产物,是食物发生风味变化的原因。该物质没有质谱峰,推测含量低于检出限,因此无法计算浓度,但嗅闻人员可以在嗅闻检测口感知到较强的蘑菇味,通过标准品验证最终确定该物质在蛋黄粉中存在,并起到关键作用。

在蛋黄粉中仅检测到一种酯类物质——乙酸丙酯,并具有浓烈的奶酪味特征,此物质在相关文献中没有找到可以参考的保留指数,通过标准品的验证以及感官人员的嗅闻,最终确定该物质对于蛋黄粉的重要香气贡献作用。尽管该物质觉察阈值较低,但是由于其含量较低,因此虽然具有强烈香气特征但并没有被质谱检测器检测到。

杂环类物质是蛋黄粉中的又一类重要香气物质,大多呈现出烤香、坚果香、爆米花香等香气特征并能够在嗅闻口闻到香气,它们的存在丰富了蛋黄粉的香气轮廓,这些物质在一些烘焙制品以及花生、坚果中也被检测到[21]。蛋黄粉在制作过程中经过脱水、高温等过程,因此推测此类化合物的生成是由于在生产过程中发生的美拉德反应。由图1可知,该类物质总含量在储藏过程中基本不变,但从表1中看到,这种不变是动态的,即有些物质减少,有些物质增加。如2乙基5甲基吡嗪(果香)浓度逐渐降低,而甲基吡嗪、2,5二甲基吡嗪、2戊基呋喃浓度逐渐增加,这些化合物是美拉德反应的重要产物,阈值较低,对蛋黄粉香气起着重要贡献作用,因此更加确定即使在常温储藏过程中,美拉德反应没有停止,而是产生更多的风味物质,从而弥补香气的散失,这也可能是蛋黄粉只要在规定货架期内仍然香气浓郁的原因[22]。

2.3 主成分分析

运用The Unscrambler(v9.7 CAMO,OSLO,Norway)软件对储藏时间以及蛋黄粉中31种风味物质做主成分分析,得到图2。由图2可以看出,0～2个月刚出厂的蛋黄粉风味物质较为单一,其中气味活性较强的正己醛、2乙基5甲基吡嗪与0个月样品落在同一区域,具有相关性,说明这两种关键物质在蛋黄粉生产过程中最大程度产生,在蛋黄粉储藏初期对整体香气起到主要贡献作用。而随着储藏期的不断延长,蛋黄粉的风味轮廓逐渐丰富,其中气味活性较强的异戊醛、3,5辛二烯2酮、乙酸丙酯三种风味物质浓度逐渐增加,这三种物质分别呈现出麦芽香、果香、奶酪香,在四个月到六个月时最为丰富,与这两个月相关性比较大,他们是由脂肪氧化或美拉德反应产生,浓度的增加一定程度上也可以丰富蛋黄粉的风味轮廓。4个月和6个月落点区域非常接近,这可以说明这两个月蛋黄粉的性质相对稳定,物质的生成和减少现象较不明显。2甲基丁醛、2戊基呋喃、2壬酮、2,5二甲基吡嗪以及1辛烯3酮5种物质与8个月相近,说明它们具有相关性,对储存8个月的蛋黄粉样品的风味贡献度较大。2个月所在区域没有关键气味化合物存在,并与其他几个月份呈现出负相关,推测此时蛋黄粉刚生产出来还不稳定,气味化合物的挥发或散失速率高于生成速率,从而影响蛋黄粉的整体香气,因此建议刚生产出的蛋黄粉不宜立即售卖。从图中可以看出刚出厂的产品(0个月和2个月)香气轮廓并不完善,而在储藏过程中,随着香气物质的不断变化,不同化合物之间的相互作用、相互协调,使蛋黄粉的香气逐渐呈现最优状态。4～6个月蛋黄粉品质相对稳定,此段时间化合物浓度变化不大。

图2 蛋黄粉中风味物质随储藏时间变化主成分分析(PCA)图Fig.2 PCA analysis of the relationship between aroma compounds and the storage time

3 结论

对不同货架期的蛋黄粉进行香气分析,最终确定了10种关键香气物质,这10种化合物对蛋黄粉整体香气起到决定性作用。对蛋黄粉在储藏过程中风味变化分析得知,在储藏初期(0～2个月),对蛋黄粉具有贡献作用的香气物质较为单一,2个月时较不稳定,而在储藏过程中尤其是4个月左右时,蛋黄粉具有更为丰富的香气轮廓,4～6个月时蛋黄粉风味较为稳定。根据检测出的气味化合物种类得知,脂肪氧化与美拉德反应是蛋黄粉整体风味发生变化的重要原因,脂肪氧化易带来不利影响,美拉德反应产物大多起到协调风味的作用,因此抑制脂肪氧化,促进美拉德反应是提高蛋黄粉货架期稳定性可以采取的措施。

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