反應時間對L-阿拉伯糖 /半胱氨酸體系揮發性產物形成的影響

羅昌榮, 侯亞龍, 徐利, 陳正行

(1.上海昌榮香料科技有限公司,上海 201800;2.花臣香精(昆山)有限公司,江蘇昆山 215345;3.山東瑞博斯煙草有限公司,山東沂水 276400;4.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

反應時間對L-阿拉伯糖 /半胱氨酸體系揮發性產物形成的影響

羅昌榮1, 侯亞龍2, 徐利3, 陳正行4

(1.上海昌榮香料科技有限公司,上海 201800;2.花臣香精(昆山)有限公司,江蘇昆山 215345;3.山東瑞博斯煙草有限公司,山東沂水 276400;4.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

對反應時間對L-阿拉伯糖/半胱氨酸模型體系揮發性產物形成規律的影響進行了詳細研究。結果表明:隨反應時間的延長,不同風味物質含量變化并不一致,在反應時間60～120 min間多數肉類風味物質含量達到最大,而醇、醛、酮和酚等化合物的含量隨反應時間延長有減少的趨勢。

反應時間;阿拉伯糖/半胱氨酸;模型體系;揮發性產物

阿拉伯糖是一種戊糖,常見的為L-阿拉伯糖和D-阿拉伯糖,自然界中D-阿拉伯糖很少見,僅在某些細菌多糖中存在,而L-阿拉伯糖廣泛存在于植物中,通常與其它單糖結合,以雜多糖的形式存在于阿拉伯膠、半纖維素、果膠酸、細菌多糖及某些糖苷中,在許多松柏科(如紅杉樹)的芯材中含有游離狀態的L-阿拉伯糖。與其它常用于反應型香精生產的單糖(如核糖、木糖、葡萄糖、果糖)相比,阿拉伯糖是一種稀有糖,盡管許多國際知名的香精香料企業申請了大量的專利[1-6],報道阿拉伯糖在制備反應型香料中的廣泛應用,引起了人們足夠的重視,Danisco公司也開發了含阿拉伯糖的產品作為反應前體物進行銷售,但是阿拉伯糖在Maillard反應中所起的作用及對產品風味的貢獻度少有文獻報道,更沒有建立模型體系詳細研究其對揮發性產物及產物風味的影響。作者在研究了戊糖對M aillard反應揮發性產物貢獻度的基礎上,著重探討L-阿拉伯糖/半胱氨酸體系揮發性產物形成的規律及動力學特性。

作者研究了Maillard反應時間對阿拉伯糖/半胱氨酸模型體系揮發性產物形成的影響,以期對利用L-阿拉伯糖為糖源進行反應型香精的生產提供一定的參考。

1 實驗材料

L-阿拉伯糖:純度為 >99%,美國 SANLAND公司產品;L-半胱氨酸:BR級,國藥集團上海試劑有限公司產品;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、鹽酸:AR級,國藥集團化學試劑有限公司產品。

Vortex XW-80A型漩渦混和器:上海醫科大學儀器廠產品;AL 204型分析天平:瑞士M ETTLER TOLEDO公司產品;DEL TA 320p H計:瑞士METTLER TOLEDO公司產品;油浴:HE-4型,德國JULABO公司產品;氣相色譜儀(Finnigan Trace 2000),質譜儀(Finnigan Trace M S):美國 Finnigan公司產品;頂空固相微萃取手動進樣手柄及75μm CAR/PDM S纖維萃取頭:SUPELCO公司產品。20 m L螺口玻璃瓶、開口鋁蓋、聚四氟乙烯/硅橡膠墊、封蓋器:美國Agilent公司產品。

2 實驗方法

2.1 反應時間對模型體系揮發性產物的影響

將等摩爾的L-阿拉伯糖、L-半胱氨酸溶于0.2 mol/L的p H 5磷酸鹽緩沖溶液,定容得到反應物濃度為0.2 mol/L的溶液,裝入具螺旋口的玻璃瓶中,蓋上襯有聚四氟乙烯/硅橡膠襯墊的開口鋁蓋,用封蓋器封好,放入120℃油浴中分別反應20、40、60、120、180 min。反應完畢立即取出迅速放入冰水浴冷卻至室溫以下,放入4℃冰箱存放備檢測用。

2.2 頂空固相微萃取(HS-SPM E)

反應液8 m L加入15 m L頂空瓶,用氯化鈉飽和,放入磁力攪拌子,封蓋后置于恒溫磁力攪拌器上40℃恒溫,待瓶內溶液溫度穩定后將已老化好的固相微萃取針插入頂空瓶上部,推出纖維萃取頭,吸附揮發性風味物質40 min。完畢后取回萃取頭,迅速將其插入氣相色譜儀進樣口,250℃解吸4 min。

2.3 氣相色譜-質譜聯用法

2.3.1 色譜條件 J&W的 DB-5(60 m×0.32 mm×0.25μm)毛細管柱,進樣口溫度 250℃,載氣為氦氣,體積流量1.2 m L/min,分流比10∶1,升溫程序:40 ℃保持2 m in,然后以3 ℃/m in升至200℃,接著以5℃/min升至250℃,保持5 min。

2.3.2 質譜條件 電離方式 EI,電子能量70 eV,燈絲發射電流20μA,離子源溫度200℃,接口溫度250℃。全掃描,m/z33～495。

2.3.3 數據處理 實驗數據處理由Xcalibur軟件系統完成,未知化合物經計算機及手動檢索,將所得化合物的質譜圖與N IST譜庫(107K種化合物)和W iley譜庫(320 000種化合物)進行比對,正反匹配度均大于800(最大值為1 000)的結果給予采用。

3 結果與討論

從圖1可以看到在p H 5、120℃反應條件下,0～180 min反應時間內隨著反應時間的延長揮發性產物的總量不斷增加,但增速不同,表現為3個階段。0～60 min揮發性產物量的增加最快,60～120 m in增速減慢,120～180 min增速再度加快,但速度不如第一階段。

圖1 不同反應時間Maillard反應揮發性產物總峰面積Fig.1 The total peak area of Maillard reaction volatiles with different time

通過圖2的比較可以發現,隨著反應時間的延長Maillard反應揮發性產物的種類和數量都發生了明顯變化,反應時間越長揮發性產物種類越多產 物量越大。

圖2 不同反應時間下模型體系Maillard揮發性產物GC-MS圖Fig.2 The GC-MS program of Maillard volatiles with different time

表1列出了不同反應時間內產生的揮發性產物及其峰面積和相對峰面積百分比。對比不同反應時間產物可以發現,某些產物在較短的反應時間(20 min)內不能生成,如 1-甲硫基-2-丁酮、反-1,2-二(2-呋喃基)-乙烯、二糠基二硫醚、2-甲基-[(2-甲基-3-呋喃基)二硫]呋喃、2,3-二氫-5-甲基-4[(2-甲基-3-呋喃基)二硫]呋喃等;尤其是噻吩類物質大部分都需較長的反應時間(≥60 min)才能產生,反應20 m in揮發性產物中噻吩類化合物僅占0.42%,而180 min產物中占15.23%。噻吩類化合物的形成需要較長的反應時間。另一些化合物則完全相反,當反應溫度達到120℃時,它們形成后隨著反應時間的延長相對百分含量逐漸減少,如糠醛、2-乙基己醇、1-辛醇、薄荷醇、1-十二烷醇、薄荷酮、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酯、3-羥基-2,2,4-三甲基戊基異丁酸酯、2,4-二叔丁基酚、4-甲基-2,6-二叔丁基酚、3,5-二叔丁基-4-羥基苯甲醛、2-丁基硫醚、苯并噻唑等,其中糠醛的減少是由于與 H2S反應形成糠硫醚、二糠基二硫醚、噻吩等化合物。還有一些化合物它們的相對百分含量在一定時間范圍內隨反應時間延長而增加,隨后開始減少,最典型的例子是2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇和檸檬烯,2-甲基-3-呋喃硫醇反應到120 min時達到最高含量,而后兩者在60 min達到最高含量。

表1 不同反應時間條件下模型體系中的揮發性產物Tab.1 Data of volatiles with different time

續表1

續表1

續表1

從表2可以看出,排名前十的這些化合物占各自反應時間內總揮發性產物的近50%或50%以上,它們決定著產物的整體風味特征。2-甲基-3-呋喃硫醇、雙(2-甲基-3-呋喃基)二硫醚、糠硫醇、2,4-二叔丁基酚在各個時間段的揮發性反應產物中均排在前十名;醇、酮、醛、烴類化合物主要出現在較短反應時間產物中,噻吩類化合物主要出現在長時間反應產物中;另發現反應時間不同導致的揮發性化合物的差異不是很大,除部分噻吩類化合物外其余化合物均在各時間段內出現,這說明在其他反應條件給定情況下,反應時間對揮發性風味輪廓只有部分影響。

表2 各反應時間段內排前十名的揮發性產物對比Tab.2 The comparative study of top 10 volatiles with different time

續表2

4 結 語

綜上所述,反應時間主要影響揮發性產物的總量,尤其對硫醚類化合物的形成影響較大,而對揮發性產物種類的影響不大。大多數硫醚類化合物在20 min反應產物中沒有檢出;2-甲基-3-呋喃硫醇、糠硫醇的質量分數隨反應時間延長而增加,糠硫醇在60 min、2-甲基-3-呋喃硫醇在120 min達到它們的最高值,隨后其含量隨反應時間的延長而減少;醇、酮、醛及烴類化合物在較短反應時間內產量較高,隨著反應時間的延長,含量逐步減少;噻吩類化合物的出現主要是在末期,說明噻吩的形成需高溫長時間的反應才能形成。

Maillard反應產物的差異,主要受不同反應物(糖/氨基酸)及不同的反應條件如反應溫度、反應時間和p H值等因素影響。作者在確定反應時間對L-阿拉伯糖/半胱氨酸體系中部分產物(硫醚類化合物)的影響后,針對其他反應條件的后繼研究將進一步展開。

（References）：

[1]Barry A.Grilled flavor composition and process to produce[P].US6316040,2001-11-13.

[2]Sven Heyland,Karl Rolli,David Roschl.Preparation of a seasoning[P].US4965085,1990-10-23.

[3]Aart Rosing Egge,Turksma Hessel.Process for the preparation of a savory flavor[P].US6074683,2000-06-13.

[4]Sven Heyland,Karl Rolli,David Roschli.Process for preparation of a flavoring agent[P].US4879130,1989-11-07.

[5]Eldon Lee,Chen Hsiung,Elaine RWedral.Process for preparing food flavor precursors[P].US5958474,1999-09-28.

[6]Sven Heyland.Process for drying a flavoring agent paste[P].US6316039,2001-11-13.

[7]侯亞龍.L-阿拉伯糖/L-半胱氨酸模型體系Maillard反應熱學性質分析[J].食品與生物技術學報,2010,29(1):71-76.

HOU Ya-long.Thermal properties of Maillard reaction on L-arabinose/L-cysteine model system[J].Journal of Food Science and Biotechnology,2010,29(1),71-76.(in Chinese)

Effect of Duration on the Formation of Volatiles in the L-Arabinose/Cysteine Model Systems

LUO Chang-rong1, HOU Ya-long2, XU Li3, CHEN Zheng-xing4
(1.Changrong Flavor&Fragrance(Shanghai)Co.Ltd.,Shanghai201800,China;2.Frutarom Flavor(Kun Shan)Co.Ltd.,Kunshan 215345,China;3.Shandong Rebirth Tobacco Co.Ltd.,Yishui 276400,China;4.School of Food Science,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The effect of reaction time on the formation rules of volatiles and L-arabinose/cysteine system kinetic properties were investigated in this manuscript.It was found that that:(1)the higher temperature favored to the formation of meaty flavors;(2)the acidic condition help to the formation of furyl-containing compounds;(3)the largest quantity of volatiles produced in pH5;(4)A s the contrary,basic condition was beneficial to browning.The volatile compounds changed differently as the increasing time and most of meaty flavor compounds maximized at the time of 60～120min.But the quantity of alcohols,aldehydes,ketones and phenols decreased with the increasing of time.

reaction time,arabinose/cysteine,model system,volatiles

TS 264.3

A

1673-1689(2011)04-0549-07

2010-07-12

上海市引進技術的吸收和創新計劃項目(08-081)。

羅昌榮(1970-),男,湖南衡陽人,工學博士,高級工程師,主要從事新型香精香料的開發和香精香料的緩釋控釋研究。E-mail:luochangrong@hotmail.com