110 ℃下木糖半胱氨酸美拉德反應模型風味物質及雜環胺的形成

杜卿卿,彭增起,任曉鏷,黃楊斌,張雅瑋

(南京農業大學食品科技學院,江蘇南京 210095)

美拉德反應過程可以產生大量的風味物質。Kwon等[1]將250 g牛肉加入5 L水中,450 ℃下加熱1 h,再文火加熱1 h制備牛肉湯,然后將木糖和谷胱甘肽在中性條件下150 ℃加熱120 min后加入牛肉湯中,與同樣條件下的葡萄糖和果糖相比,其牛肉湯的硫刺鼻味較淡,香氣更濃。蛋白酶解產物的美拉德反應也會對烤肉香氣產生一定的影響。Kang等[2]將碎牛肉在85 ℃下水煮10 min,冷卻后加入蛋白酶和風味酶,制備出牛肉酶解產物。木糖與酶解產物在pH6.5、125 ℃加熱2 h獲得的美拉德反應產物具有濃郁的烤牛肉風味。Liu等[3]研究表明,pH為6.5時,木糖和雞肉酶解產物在120～140 ℃獲得的美拉德反應產物比80～100 ℃具有的烤雞肉風味更濃。然而,高溫加熱產生風味物質的同時,也會產生大量的雜環胺等危害人類身體健康的物質。Shin等[4]發現,苯丙氨酸、肌酐和葡萄糖在180 ℃下反應30 min產生2-氨基-3-甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(IQx)、2-氨基-3,4-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(MeIQx)和2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶(PhIP);呂慧超等[5]發現葡萄糖-肌酸酐-甘氨酸模型體系,130 ℃加熱1.5 h產生2-氨基-3,4-二甲基咪唑并[4,5-f]喹啉(MeIQ)。Linghu等[6]指出,180 ℃反應1 h,色氨酸和賴氨酸可以顯著抑制葡萄糖-肌酐-苯丙氨酸模型中PhIP的形成,而對其風味特性未做研究。但是,繼續降低美拉德反應模型的溫度,能否既產生理想烤肉香氣又能抑制雜環胺形成,此方面的研究鮮見報道。

因此,本研究以牛肉湯提取物為原料,通過添加不同質量濃度的木糖和半胱氨酸獲得美拉德反應模型,以反應液的OD值和感官評分為評價指標,探究不同質量濃度下木糖和半胱氨酸在pH7、110 ℃加熱70 min對美拉德反應模型的影響,并測定最優組中揮發性風味物質和雜環胺的種類和含量,以期獲得較低溫度下既具有理想的烤牛肉風味,又含有較少雜環胺的美拉德反應模型。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛背部最長肌 南京蘇果超市;D-木糖、L-半胱氨酸 食品級,無錫寧維生物科技有限公司;甘氨酸-甘氨酸-酪氨酸-精氨酸(Gly-Gly-Tyr-Arg)標準品、12種雜環胺標準品:PhIP、2-氨基-3-甲基咪唑并[4,5-f]喹啉(IQ)、MeIQ、2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(8-MeIQx)、2-氨基-3,7,8-三甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(7,8-DiMeIQx)、2-氨基-3,4,8-三甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(4,8-DiMeIQx)、2-氨基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚(AaC)、2-氨基-3-甲基9H-吡啶并[2,3-b]吲哚(MeAaC)、1-甲基-9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(Harman)、9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(Norharman)、3-氨基-1,4-二甲基-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚(Trp-P-1)和3-氨基-1-甲基-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚(Trp-P-2) Sigma公司

T25高速勻漿機 德國IKA公司;Allegra 64R型高速冷凍離心機 美國Beckman Coulter公司;日立L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立有限公司;M2e型多功能酶標儀 美國MD公司;Bruker 320-MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Bruker Daltonics公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛肉湯提取物的制備 牛肉湯提取物的制備方法參照Liu[3]的方法,并做修改。選取牛背部最長肌,用絞肉機絞成肉糜。取100 g,加入等體積的去離子水勻漿,調節pH至6.5,50 ℃下加熱60 min,然后在95 ℃下分別水浴加熱30、50、70 min。冷卻后,4 ℃離心10 min,轉速為10000 r/min。取上清液,獲得牛肉湯提取物,并測定其還原糖、氨基酸和多肽含量,每個試驗重復3次。

1.2.1.1 牛肉湯提取物中還原糖含量的測定 牛肉湯提取物中還原糖含量的測定按照GB5009.7-2016《食品中還原糖的測定》直接滴定法[7]進行。

1.2.1.2 牛肉湯提取物中氨基酸含量的測定 牛肉湯提取物中氨基酸的測定參照GB 5009.124-2016 中《食品中氨基酸的測定》[8]。

1.2.1.3 牛肉湯提取物中多肽含量的測定 牛肉湯提取物中多肽含量的測定參照魯偉等[9]的方法并稍作修改,2.5 mL樣品溶液與等體積的10%(W/V)的三氯乙酸水溶液混合,靜置10 min;4000 r/min離心15 min;將上清液轉移到50 mL容量瓶中,用5%的三氯乙酸定容;取0.9與0.6 mL雙縮脲試劑混合,靜置10 min;2000 r/min離心10 min,取上清液測定540 nm處的OD值。用5%的三氯乙酸依次配制0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6和1.8 mg/mL的Gly-Gly-Tyr-Arg四肽標準溶液,在上述條件下反應并測定吸光度,得到標準曲線為y=0.0712x+0.0523(R2=0.9999)。

1.2.2 美拉德反應模型析因試驗 取5.0 mL牛肉湯提取物,按照表1,加入木糖和半胱氨酸,混合均勻,將pH調至7.0,110 ℃下加熱70 min,立即冰浴冷卻15 min以終止美拉德反應。室溫條件下放置30 min后,進行褐變程度的測定和感官評價,每個試驗重復3次。

表1 美拉德反應模型析因試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of factorialexperiments of the Maillard reaction models

1.2.2.1 美拉德反應模型褐變程度的測定 根據Yu[10]的方法,用去離子水將美拉德反應液稀釋40倍,在420 nm波長下測定其吸光度。

1.2.2.2 美拉德反應模型的感官評定 選取10名(5男5女)感官評定人員,采取雙盲實驗法對美拉德反應液進行十分制打分,評定過程中每位成員單獨進行且互相零交流,每個樣品之間的評定間隔1 min,感官評定細則如表2所示。

表2 美拉德反應模型感官評定表Table 2 Sensory evaluation of the Maillard reaction models

1.2.3 美拉德反應模型中揮發性風味物質的測定 按照曾茂茂等[11]的方法并稍作修改。取5 mL樣品置于20 mL頂空瓶中,加入10 μL 50 μg/mL的2-辛醇內標溶液,立即密封,將老化后的50 μm CAR/PDMS/DVB萃取頭插入樣品瓶頂空部分,于45 ℃吸附30 min,吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口,于250 ℃解吸3 min,同時啟動儀器采集數據。

色譜條件:揮發性風味物質在DB-WAX毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)中進行分離;萃取頭在進樣口進行解吸附,進樣口溫度250 ℃;以氦氣作為載氣,采用恒流模式,流速為0.8 mL/min;升溫程序:初始溫度40 ℃,保持3 min,然后以5 deg/min速度加熱至90 ℃,再以10 deg/min的速度升至230 ℃,保持7 min。

質譜條件:電離模式EI+;發射電流100 μA;電子能量70 eV;檢測器電壓1000 V;接口溫度250 ℃;離子源溫度200 ℃;掃面模式為全掃描,質量掃面范圍33～495 m/z。

1.2.4 美拉德反應模型中雜環胺的測定 參考Zeng[12]的方法,并作適當修改。取3 mL液體樣品加入30 mL 1 mol/L的NaOH溶液中,勻漿1 min;加入13 g硅藻土混合均勻;加入50 mL乙酸乙酯,超聲處理30 min;4 ℃下以12000×g的轉速離心10 min,取上清液,重復操作一次;將兩次的上清液混合,取10 mL上樣至預先用6 mL甲醇、6 mL水和6 mL鹽酸活化的Oasis MCX(3 cm3/60 mg)柱中;用6 mL 0.1 mol/L的鹽酸和6 mL甲醇淋洗;最后用6 mL甲醇和氨水的混合液(19∶1,v/v)進行洗脫;將洗脫液通過0.22 μm微孔濾膜,待UPLC-MS分析。將雜環胺標準溶液稀釋成0.2、0.5、1、2、5、10、20 ng/mL的混標液,按下述條件進行上機分析,得到標準曲線。

色譜條件:Acquity UPLC BEH C18色譜柱(1.7 μm,2.1 mm×100 mm);柱溫35 ℃,采用二元流動相梯度洗脫,流動相A為10 mmol/L的醋酸銨(pH6.8),流動相B為色譜純乙腈;流速設定為0.3 mL/min,進樣量為1 μL。流動相洗脫梯度為:0～0.1 min,10% B;0.1～18 min,10～30% B;18～20 min,30～100% B;20～20.1 min,100～10%B。

質譜條件:離子源:電噴霧離子源;掃描方式:正離子掃描;毛細管柱電壓3.5 kV;離子源溫度120 ℃;脫溶劑溫度350 ℃;錐孔氣(氮氣)流速60 L/h;脫溶氣體(氮氣)流速650 L/h。

1.3 數據處理

使用SAS 8.1數據統計軟件對試驗結果進行數據統計與分析,數據顯著性差異使用鄧肯多重比較法(Duncan’s Multiple-rang test)進行分析;數據作圖使用Origin Pro 9作圖軟件。

2 結果與分析

2.1 牛肉湯提取物中還原糖、氨基酸、多肽含量的變化

2.1.1 牛肉湯提取物中還原糖和多肽含量的變化 由圖1可知,95 ℃水浴加熱,隨著加熱時間的延長,牛肉湯提取物中還原糖的含量呈先上升后下降的趨勢。加熱30 min時還原糖的含量最高,為0.358 g/100 mL,加熱至50 min時還原糖的含量降低至0.308 g/100 mL,加熱至70 min時含量為0.208 g/100 mL,比0 min時下降了26.5%(P>0.05)。這可能是因為初始加熱過程中,牛肉湯中的蛋白質和多肽加熱分解產生還原糖,使之含量上升[3];隨著還原糖含量的增加和加熱時間的延長,美拉德反應占主導,還原糖的含量隨之下降,50～70 min時,反應趨于平緩,還原糖含量變化不顯著(P>0.05)。

圖1 不同加熱時間下牛肉湯提取物中還原糖和多肽濃度Fig.1 Reducing sugar and peptide contentsin beef broth extracts at different heating times注:不同小寫字母表示相同指標不同處理組之間差異顯著(P<0.05)。

95 ℃下加熱30 min時,牛肉湯提取物中的多肽含量最高,為0.342 mg/mL,分別比0、50和70 min時高出66.0%、30.0%和40.2%(P<0.05),加熱50和70 min后多肽含量顯著高于對照組(P<0.05)。這與Zhang[13]所得結論一致,可能是由于牛肉湯中蛋白質在加熱過程中產生中間產物多肽,使牛肉湯提取物中的多肽含量先增加;同時多肽發生降解和美拉德反應,一方面降解成最終產物氨基酸,另一方面與牛肉湯中的還原糖反應,多肽的消耗速率大于生成速率,使之含量又明顯降低。牛肉湯提取物中既含有還原糖,又含有多肽等美拉德反應前體物質,能夠賦予其理想的風味。

2.1.2 牛肉湯提取物中氨基酸含量的變化 如表3所示,隨著加熱時間的增加,17種氨基酸總量呈先上升后下降的趨勢,加熱30 min時氨基酸總量增加587.312 μg/mL(P<0.05)。隨著加熱時間的繼續延長,總量又顯著降低(P<0.05),加熱50和70 min時氨基酸總量分別比30 min時降低2.66%和4.34%。與對照組相比,除天冬氨酸外,加熱30、50、70 min三個試驗組中的氨基酸含量均顯著增加(P<0.05)。這可能是因為加熱過程中,牛肉湯中的蛋白質和多肽在蛋白水解酶、氨肽酶等酶的作用下水解產生氨基酸,同時氨基酸也參與了美拉德反應,消耗量多于生成量時導致了最終含量的下降[14]。

表3 不同加熱時間下牛肉湯提取物中氨基酸含量(μg/mL)Table 3 Amino acid content in peptide extracts at different heating times(μg/mL)

0 min時丙氨酸、谷氨酸、賴氨酸、甘氨酸、絲氨酸和亮氨酸含量之和占氨基酸總量的55.89%,這是因為在50 ℃條件下加熱60 min的過程中,組織蛋白酶處于最適反應溫度,水解釋放出部分游離氨基酸[15]。不同的加熱時間下,半胱氨酸和甲硫氨酸的含量均較少,加熱30、50、70 min后這兩種氨基酸的總量分別只增加了23.354、18.895、21.213 μg/mL,這與譚斌[16]的研究結果相似,說明加熱過程中,蛋白質和多肽水解產生較少的含硫氨基酸,而產生較多的丙氨酸、甘氨酸和谷氨酸等呈甜味和鮮味的氨基酸[17],它們是使牛肉湯呈現特殊風味的重要氨基酸。值得注意的是,Jones等[18]的研究表明在美拉德反應模型體系中脯氨酸和色氨酸共同作用可以加速對IQ類(MeIQx和7,8-DiMeIQx)雜環胺的抑制,也就是說,模型中不同氨基酸之間相互作用也會抑制雜環胺的形成。

由圖1和表3的結果可以看出,加熱30 min的試驗組中還原糖、氨基酸和多肽的濃度均最高(還原糖含量0.195 g/100 g、總氨基酸含量1018.350 μg/mL、多肽含量0.342 mg/mL),所以本研究選取加熱30 min的牛肉湯提取物作為美拉德反應的原液,不僅可以為美拉德反應提供了重要的前體物質,直接影響還原糖-氨基酸(多肽)的美拉德反應過程,從而影響其產生的風味物質[19-20],還可以影響雜環胺的形成。

2.2 底物濃度對美拉德反應模型褐變程度、色澤和風味的影響

2.2.1 底物濃度對美拉德反應模型褐變程度和色澤的影響 美拉德反應模型的褐變程度可以由吸光度值和色澤評分來表示。由表4可以看出,當木糖和半胱氨酸添加量均為0.2 g時,美拉德反應產物的色澤在6個試驗組中的最受喜歡(P<0.01),呈現黃褐色、有光澤,與其相對應的OD值大小適中。0.6 g木糖的所有處理組的色澤評分均比0.2 g木糖的3個處理組低,呈現深褐色、稍有光澤,OD值也都比0.2 g木糖處理組高。當半胱氨酸添加量0.2 g,木糖0.6 g時體系的褐變程度最大,色澤最不受喜歡,呈現黑褐色、無光澤;與其相比,半胱氨酸增加至0.6和1.0 g時,OD值分別降低了18.41%和13.76%(P<0.01),色澤表現為深褐色、稍有光澤。值得注意的是,木糖的方差貢獻(F=3240.614)是半胱氨酸的(F=145.710)22.24倍,即木糖對OD值的影響較半胱氨酸大。

表4 底物濃度對美拉德反應模型OD值、色澤和風味的影響Table 4 Effect of substrate concentrations on OD value,color and flavor of Maillard reaction models

由表5可以看出,木糖與半胱氨酸互作對美拉德反應模型的褐變程度和色澤有顯著影響(P<0.05),木糖、半胱氨酸影響極顯著(P<0.01)。隨著木糖添加量由0.2 g增加至0.6 g,美拉德反應模型的OD值增加97.79%,色澤評分降低24.36%。0.2 g半胱氨酸處理組的OD值分別比0.6和1.0 g半胱氨酸處理組高26.45%和16.50%(P<0.01);色澤與0.6 g處理組無極顯著差異,但都高于1.0 g處理組(P<0.01),分別高出11.76%和6.46%。MacDougall[21]指出不同濃度的木糖(1%、3%、5%)對木糖-甘氨酸/賴氨酸模型體系色澤作用效果不同;He等[22]研究表明分別在80、100、120和140 ℃下反應2 h,未添加半胱氨酸的油菜籽肽-木糖模型其OD值高于添加1%半胱氨酸的處理組,色澤更深;這兩者與本實驗研究結果一致。

表5 木糖、半胱氨酸及其交互作用的方差分析表Table 5 ANOVA for different contents of xylose,cysteine and their interaction

2.2.2 底物濃度對美拉德反應模型風味的影響 如表4所示,木糖和半胱氨酸添加量均0.2 g的美拉德反應模型烤香味濃郁純正、焦糊味適中、幾乎沒有硫刺鼻味,在6個試驗組中最受喜歡(P<0.01)。木糖添加量為0.2 g時,模型的烤香味隨著半胱氨酸添加量的增加而越來越淡,焦糊味和硫刺鼻味則越來越濃。木糖添加量0.6 g,半胱氨酸0.2 g時,模型體系的烤香味和硫刺鼻味較淡,焦糊味較濃。隨著半胱氨酸添加量的增加,烤香味、焦糊味和硫刺鼻味隨之變淡。半胱氨酸分別為0.6和1.0 g時,木糖添加量由0.2 g增加至0.6 g,烤香味和焦糊味增加,硫刺鼻味降低。

木糖對硫刺鼻味具有極顯著影響(P<0.01),半胱氨酸對這3個感官指標均具有極顯著性影響(P<0.01)。木糖和半胱氨酸互作對烤香味和硫刺鼻味具有極顯著影響(P<0.01)。因此,影響烤香味、焦糊味和硫刺鼻味得分的主效應排序為:半胱氨酸>木糖。木糖處理組中,0.2 g添加量的烤香味、焦糊味和硫刺鼻味分別比0.6 g低5.38%、12.88%和20.98%。對于半胱氨酸,0.2 g處理組比0.6 g的烤香味、焦糊味和硫刺鼻味分別高33.14%、30.73%和51.05%(P<0.01),比1.0 g處理組分別高51.01%、58.71%和108.59%(P<0.01)。

半胱氨酸與羰基化合物結合參與高溫分解和strecker降解反應,產生多種雜環含硫化合物(如噻吩、噻唑),從而影響產物硫刺鼻味的形成,比如2-甲基-3-呋喃硫醇是熱加工牛肉中重要的具有烤肉香味的化合物[22]。另外,還產生了多種含氮、氧化合物,最典型的是具有明顯烤肉香氣的吡嗪類物質,賦予產物烤香味;而含氮化合物具有較低的閾值,使產物具有焦糊味[24-25]。而且,牛肉湯提取物中成分復雜,含有多種還原糖和氨基酸等,同樣引起模型體系的風味變化,如半胱氨酸和賴氨酸對鮮味具有正效應,絲氨酸、亮氨酸和精氨酸則抑制鮮味的形成。這些原因共同作用,從而導致模型產物風味的變化。這些結論與He等[22]的研究結果相同,油菜籽肽-木糖體系中,由于焦糖化反應,產生較多的含氧雜環化合物(如呋喃),閾值較高,產生較淡的焦糖風味;而油菜籽肽-木糖-半胱氨酸體系產生的呋喃衍生物具有肉香味。

由底物濃度對美拉德反應模型褐變程度、色澤和風味的影響結果可以得出,木糖添加量為0.2 g、半胱氨酸添加量為0.2 g(即質量濃度分別為0.04 g/mL)時,獲得的美拉德反應產物色澤及風味均最受喜歡,所以獲得的最優組的美拉德反應模型為:0.2 g木糖和0.2 g半胱氨酸添加至5 mL牛肉湯提取物中,中性條件下110 ℃反應70 min。

2.3 美拉德反應模型中揮發性風味物質測定結果

表6所示為反應體系中色澤和風味評分最高,即最優組(木糖添加量為0.2 g,半胱氨酸添加量為0.2 g)的模型產物中揮發性風味物種類和含量,檢測到烷烴、酮類、醛類、醇類、酯類、呋喃、噻吩、吡嗪、噻唑、酸類、酚類共11類、52種揮發性風味物質,相對含量由大到小依次為:噻唑、酮類、吡嗪、呋喃、醛類、噻吩、醇類、酚類、酯類、酸類、烷烴類。噻唑、酮類、吡嗪和呋喃為主要的風味物質,占總揮發性風味物質含量的70%以上,吡嗪是烤香味的主要來源,呋喃能夠產生甜味和焦糖香味[24]。在52種揮發性風味物質中,含量較高的有:4-甲基-5-羥乙基噻唑、二氫-2-甲基-3(2H)噻吩酮、3,3′-二硫代雙(2-甲基)-呋喃、2-甲基吡嗪和3-甲基丁醛等,相對質量濃度分別為636.105、439.880、299.445、287.225、255.845 μg/L。

表6 美拉德反應模型中揮發性風味物質Table 6 Volatile flavor substances of the Maillard reaction models

本實驗獲得的模型產物中烷基吡嗪,如2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙基-3,5-二甲基吡嗪,相對質量濃度分別為24.895、55.235、14.870、14.245、2.830 μg/L,馮濤[26]和García-Lomillo等[27]發現這幾種吡嗪類風味化合物均具有烤香味;呋喃類物質中2-甲基-3-巰基呋喃和3,3′-二硫代雙(2-甲基)呋喃的相對質量濃度分別為6.715、299.445 μg/L,Specht等[22]和Bolton等[28]指出這兩種物質可以賦予牛肉特殊的香氣;噻唑類物質,如2-乙酰基噻唑的相對質量濃度為52.420 μg/L,可以產生烤牛肉香氣[29];產物中羰基化合物如3-甲基丁醛的相對質量濃度為255.845 μg/L,壬醛和癸醛總相對質量濃度為40.395 μg/L,譚斌[16]指出羰基化合物3-甲基丁醛可能對烤牛肉香氣非常重要,Van等[30]發現醛類物質有利于熱加工牛肉風味的形成。

2.4 美拉德反應模型中雜環胺含量

12種雜環胺標準品(PhIP、IQ、MeIQx、8-MeIQx、7,8-DiMeIQx、4,8-DiMeIQx、AaC、MeAaC、Harman、Norharman、Trp-P-1、Trp-P-2)的色譜圖和標準曲線方程分別如圖2、表7所示,線性范圍在0.2～110.3 ng/mL之間,相關系數在0.9933～0.9989之間,檢出限在0.013～0.205 ng/mL之間。

表7 UPLC-MS檢測12種雜環胺的分析特征Table 7 Analysis characteristics of 12 HCAs by UPLC-MS

圖2 12種雜環胺標準品色譜圖Fig.2 UPLC chromatograms of 12 HCAs standard product注:縱坐標代表百分比,具體指以峰面積最大Trp-P-1為100%,其他雜環胺所占的比例。

由圖3可以看出,木糖添加量為0.2 g,半胱氨酸添加量為0.2 g的美拉德反應模型產物中共檢測出10種雜環胺,分別是PhIP、IQ、8-MeIQx、4,8-DiMeIQx、AaC、MeAaC、Harman、Norharman、Trp-P-1、Trp-P-2,總質量濃度為2.660 ng/mL,主要雜環胺包括IQ、Norharman和PhIP,占總量的63.42%,其中IQ的含量顯著高于其余雜環胺(P<0.05),共產生1.027 ng/mL,而MeIQ和7,8-DiMeIQx兩種雜環胺未檢出。

圖3 美拉德反應模型中雜環胺的質量濃度Fig.3 Mass concentration of heterocyclicamines in Maillard reaction model注:不同小寫字母表示不同處理組之間差異顯著(P<0.05)。

Lee等[31]將2-甲基吡啶、肌酐和乙醛的水溶液在140 ℃下加熱1 h,采用高效液相色譜-質譜聯用法測定產生IQ 295 ng/g,而本研究模型產物中IQ的質量濃度為0.935 ng/mL,降低了99.7%。Lee等[32]對甘氨酸-肌酐-葡萄糖模型體系進行定性檢測,發現產物中含有MeIQ和7,8-DiMeIQx,而本試驗獲得的模型產物中這兩種雜環胺未檢出。Shin等[33]研究結果表明,苯丙氨酸-肌酐-葡萄糖體系在180 ℃下反應30 min,產生雜環胺總量為4761 ng/mL,遠遠超過本研究模型中的雜環胺濃度。呂慧超等[5]采用固相萃取-高效液相色譜法測定葡萄糖-肌酸酐-甘氨酸模型體系中的雜環胺含量,發現130 ℃下加熱1.5 h產生雜環胺總質量濃度19.8 ng/mL,是本研究模型中雜環胺濃度的7.44倍。Linghu等[6]采用同樣的方法測出葡萄糖-肌酐-苯丙氨酸在180 ℃下加熱1 h產生PhIP共2446 ng/g,高出此模型中PhIP濃度(0.238 ng/mL)10276倍。與這些結果相比,分別將0.2 g木糖和半胱氨酸加入到5 mL牛肉湯提取物中,在pH7、110 ℃下反應70 min,獲得的美拉德反應產物中的雜環胺質量濃度最低,表明本研究中的牛肉湯提取物-木糖-半胱氨酸體系可以抑制雜環胺含量的生成。

3 結論

以牛肉湯提取物為原液,通過析因試驗研究不同添加量的木糖和半胱氨酸的美拉德反應模型,得出pH7、反應溫度110 ℃、時間70 min的條件下,木糖和半胱氨酸質量濃度均為0.04 g/mL時的模型產物其OD值、色澤和風味評分均最優。檢測到此模型產物中含有噻唑、酮類、吡嗪和呋喃等共11類、52種揮發性風味物質,其中3,3′-二硫代雙(2-甲基)呋喃、2-乙酰基噻唑、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪等風味物質具有烤牛肉香氣;共含有2.660 ng/mL的雜環胺,主要包括IQ、Norharman和PhIP,形成含量大幅減少。本試驗獲得的美拉德反應模型產物,進一步實現了美拉德反應的定向控制,降低雜環胺含量的同時產生理想風味;為其在烤牛肉中的應用及改善烤牛肉風味、提高烤牛肉品質提供一定的理論依據。