飲料用酵母抽提物風味特性分析及應用效果初探

劉楚海， 李文釗*， 程建凱， 孫 妮， 邢常輝， 阮美娟， 李沛

（1. 天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；2. 安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443003）

酵母抽提物是以食品用酵母為主要原料，在發酵的作用下，經過加工得到的產品，富含氨基酸、短肽、多肽等酵母細胞中的可溶性成分。 目前，作為食品配料， 酵母抽提物已經被廣泛應用于許多食品中。 如在肉類加工中，它可以提高產品品質，賦予產品更加醇厚的感覺，增加肉味、鮮味，掩蓋一些不良的氣味[1]。 用在方便食品中，酵母抽提物可以賦予產品天然的美味，提升產品品質和檔次。 用于素食品中，可以賦予產品類似于肉的風味，補充產品營養，并且還能掩蓋如豆腥味等異味[2]。 有研究者通過研究發現，在低鹽香腸中添加了20 g/L 的酵母抽提物，增加了由氨基酸和碳水化合物分解代謝產生的揮發性化合物， 從而抑制低鈉咸味劑的感官缺陷，提升產品品質[3]。 酵母抽提物憑借其來源天然、營養豐富的優點在食品生產中得到了越來越廣泛的應用。

有研究表明，含糖飲料的消費與肥胖癥的產生是呈正相關的，并且還會導致心臟病、糖尿病、中風等疾病[4]。 因此，無糖或低糖飲料開始引起消費者的廣泛關注。 選擇適當的甜味劑來代替傳統飲料配方中的蔗糖則成為了飲料無糖、低糖化趨勢。 可是，不管選用哪種代糖品，在實際使用中都或多或少存在不良風味的問題。 例如甜菊糖苷雖與蔗糖味感相似，但其具有強烈的苦澀后味，導致甜味不純正[5]。赤蘚糖醇雖然在酸性及高溫條件下均有著較好的穩定性，而且口感清涼，是一種廣泛使用的甜味劑，但是它的甜度較低，僅相當于蔗糖的60%，在口感上與蔗糖也有一些差距[6]。 羅漢果甜苷盡管有著較高的甜度，但其后味發澀、發苦[7]。 所以，如何減輕甚至摒棄代糖品的不良口感成為了食品工作者們必須面對并思考解決的問題。 而酵母抽提物作為一種富含營養物質的食品配料，生產工藝成熟。 目前，酵母抽提物已廣泛應用于調味品、方便食品等產品中，用來增加其鮮味和肉香味。 已有研究者報道將酵母抽提物應用于果汁等飲料中，發現酵母抽提物可以降低水果原有的酸澀味，突出甜味，使飲料的口感變得更好[8]。 因此，本研究中探討酵母抽提物對甜味劑不良風味的修飾作用，期望能夠達到改善低糖或無糖產品風味的目的。

本文中將重點分析兩種適合飲料用酵母抽提物（FA37、FA39）的主要呈味成分，考查其主要揮發性香氣成分， 探究其對4 種常用甜味劑口感的影響，為低糖、無糖飲料研發提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司；赤蘚糖醇、安賽蜜、羅漢果甜苷：河南禾興生物技術有限公司；甜菊糖苷：山東保齡寶生物股份有限公司；2-甲基-3-庚酮：美國Sigma 公司。

1.2 儀器與設備

YH-A 10002 型電子天平： 瑞安市英衡電器有限公司；GC-MS-QP2010 型氣相色譜質譜聯用儀：日本島津公司；CAR/DVB/PDMS 萃取頭（50/30 μm）：美國Supelco 公司；PinAAcle 900T 型原子吸收分光光度計： 美國PE 公司；PEN-3 型電子鼻： 德國Airsence 公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 微量金屬離子測定使用原子吸收分光光度計進行測定。 具體方法為： 根據GB 5009.91—2017 中方法測定鉀、 鈉質量分數； 根據GB 5009.241—2017 中方法測定鎂質量分數； 根據GB 5009.13—2017 中方法測定銅質量分數； 根據GB 5009.92—2016 中方法測定鈣質量分數； 根據GB 5009.14—2017 中方法測定鋅質量分數。

1.3.2 游離氨基酸分析采用GB/T 5009.124—2016 中的方法測定酵母抽提物中游離氨基酸，外標法對樣品中的氨基酸組分進行定量。 計算酵母抽提物中各游離氨基酸的TFAA（總游離氨基酸）占比，并依下式計算其TAV[9]，分析其具體呈味效果。

式中：TAV為游離氨基酸滋味活度值；w為呈味物質即游離氨基酸的質量分數，mg/g；T為該呈味物質即該游離氨基的閾值，其數值參考文獻[10]的研究結果，mg/g。

當TAV≥1 時， 表示該呈味物質對整個樣品的呈味是有貢獻的；當TAV＜1 時，表示該呈味物質對整個樣品的呈味是沒有貢獻的。

1.3.3 肽相對分子質量檢測采用Q/YB.J19.004—2017 中的方法檢測酵母抽提物中肽相對分子質量分布。

1.3.4 HS-SPME/GC-MS 對揮發性物質測定參考劉建彬等的方法[11]，稱取2 g 酵母抽提物樣品，用2 mL 去離子水進行溶解并添加1 μL 的2-甲基-3-庚酮作為內標物。 將上述樣品混合于30 mL 頂空瓶中，加蓋后放于50 ℃水浴鍋中20 min。 在270 ℃將萃取頭老化30 min， 以去除萃取頭上原有的雜質。將老化后的萃取針插入頂空瓶中，解析5 min。 具體參數為： 色譜柱BR-SWaxFS （30 m×0.32 mm×0.50 μm），柱初溫30 ℃, 保持2 min；以2 ℃/min 升至40 ℃, 保持2 min；再以3 ℃/min 升至180 ℃, 保持2 min；最后以20 ℃/min 升至250 ℃, 保持2 min。進樣口溫度200 ℃； 氦氣作為載氣， 不分流, 流量1.1 mL/min；傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃；電子能量70 eV；質量掃描m/z35~400；分流比1∶50。

1.3.5 電子鼻檢測參考張擁軍等的方法[12]，將酵母抽提物用去離子水配制成0.1 g/L 的溶液。將溶液置于30 mL 的頂空瓶中。 使用PEN-3 型電子鼻對樣品進行檢測。 具體參數為：樣品檢測時間180 s，數據獲得間隔1 s，清洗時間5 s，氣體流量400 mL/min。該電子鼻包含10 個傳感器，具體性能描述見表1。

表1 傳感器性能描述Table 1 Description of sensor performance

1.3.6 飲料用酵母抽提物對甜味劑口感影響效果評價選用目前飲料生產中常用的赤蘚糖醇、羅漢果甜苷、安賽蜜和甜菊糖苷4 種甜味劑，采用感官評價方法進行飲料用酵母抽提物對甜味劑口感影響的評價。 感官評價小組由8 人組成，均為經過了嚴格訓練、 具有豐富感官評價經驗的食品專業人員，無抽煙喝酒等不良習慣，進行感官評價前避免接觸刺激性味道及使用帶香味的化妝品，手上也不能有殘留洗滌劑的味道。

感官評價評分表如表2 所示， 分別從甜味強度、甜味速度和不良風味3 方面進行評價。 最后，評價員要將不同的樣品按照總體喜好進行排序，數字越大，喜歡程度越高，并在表中最后的喜好排序中進行注明。 最終評價采用得分的平均值。

表2 感官評價評分表Table 2 Score criteria of sensory evaluation

1.3.7 數據處理HS-SPME/GC-MS 數據使用GC-MSslotion 進行處理， 通過NIST11 數據庫檢索相似度大于80%的物質, 確認化合物成分。 電子鼻數據使用Winmuster 處理， 進行主成分分析（PCA）和載荷分析。 其余數據及制圖使用SPSS 24 和OriginPro 2018 完成。

2 結果與分析

2.1 微量金屬離子的分析

根據味覺產生的理論，呈咸味的物質是通過味覺細胞壁中的專用離子通道進入而呈味的。 自然界中鹽之所以有咸味，就是因為含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子[13]。 兩種飲料用酵母抽提物（FA37、FA39）的微量金屬離子檢測結果如表3 所示。 從表3 數據可以看出，兩種酵母抽提物均含有較為豐富的微量元素，其中質量分數較高的為K+、Na+、Zn2+。 通過對比文獻[14]中適用于魚糜制品的酵母抽提物，可以發現K+、Na+的質量分數是明顯降低的，因此，飲料用酵母抽提物的咸味相比于普通的酵母抽提物有著明顯的降低。 Zn2+的質量分數是明顯增加的，有研究表明，Zn2+對于保持人體味覺平衡有十分重要的意義，可增強味蕾功能，對食欲起到促進的作用[15]。

表3 微量金屬離子檢測結果Table 3 Determination of trace metal ions

2.2 游離氨基酸的分析

游離氨基酸的檢測結果見表4。 由表中的數據可以看到，在兩種飲料用酵母抽提物中共檢測出了16 種游離氨基酸，包括了8 種人體必需氨基酸中的7 種，FA37、FA39 中的TFAA 質量分數分別為33.9、48.9 mg/g。 其中由于在酸解過程中受到了破壞，色氨酸并沒有被檢測出來。 通過呈味效果的不同，游離氨基酸可以被分為三類，即鮮味、甜味和苦味氨基酸[16]，樣品中包括鮮味氨基酸2 種、甜味氨基酸5種和苦味氨基酸9 種。 在FA37 和FA39 中，鮮味氨基酸的TFAA 占比分別為3.83%和3.27%， 而在提鮮抽提物中的這一比例一般約20%[14]。 FA37 和FA39 大幅減少了其中鮮味氨基酸的質量分數。 作為甜味氨基酸，丙氨酸是兩種飲料用酵母抽提物中質量分數最多的氨基酸， 其TFAA 占比分別為22.42%和21.27%。 雖然總體來看，FA37 和FA39 中甜味氨基酸的TFAA 占比與非飲料用酵母抽提物相比有所下降， 不過丙氨酸作為甜味最強的氨基酸，有著特殊的甜味及香味，其甜度約為蔗糖的1.2 倍，可以用于清涼飲料[17]，因此更適宜用于飲料生產。精氨酸、脯氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸在低質量分數是呈甜味，而在質量分數較高時則呈苦味，組氨酸呈苦味。 因此，酵母抽取物的獨特口感是由于上述氨基酸豐富的呈味特性[18]。

表4 游離氨基酸的TFAA 占比和TAVTable 4 TFAA ratio and TAV of free amino acids

2.3 肽相對分子質量的分析

肽相對分子質量分析結果見表5。 侯杰等研究發現，酵母抽提物中不同相對分子質量的肽類物質有著不同的呈味效果[19]。 肽相對分子質量<1 000 的組分有著強烈的濃厚感；肽相對分子質量在1 000~5 000 的組分有輕微的濃厚感； 當相對分子質量>5 000 時，則是沒有滋味的。FA37 和FA39 中肽類物質相對分子質量的分布情況如表5 所示。 從表中可知， 在FA37 和FA39 中， 相對分子質量小于1 000的肽類物質相對含量分別為84.94%和87.91%，是這兩種酵母抽提物中主要的肽組分。 研究表明，相對分子質量<1 000 的肽類、氨基酸更能直接有效地刺激味蕾，形成風味[19]。由于酵母抽提物主要的呈味是來源于自身的短肽，在FA37 和FA39 中，相對分子質量在400 以下的肽類物質相對含量分別為42.70%和48.97%。 這對于增強產品風味，提升味道的厚重感是有幫助的。 另據報道[20],相對分子質量為500~1 500 的寡肽多具有較強抗氧化功能等生理活性， 故可以推測FA37 和FA39 也具有較好的生理活性。

表5 肽類物質相對分子質量分布Table 5 Molecular weight distribution of peptides

2.4 HS-SPME/GC-MS 測定結果的分析

FA37 與FA39 的HS-SPME/GS-MS 檢測得到的揮發性物質總離子流圖分別見圖1 和圖2， 得到的揮發性物質分別見表6 和表7。

圖1 FA37 揮發性物質總離子流圖Fig. 1 Total ion flow diagram of volatile components of FA37

圖2 FA39 揮發性物質總離子流圖Fig. 2 Total ion flow diagram of volatile components of FA39

表6 FA37 揮發性物質分析表Table 6 Volatile components analysis table of FA37

表7 FA39 揮發性物質分析表Table 7 Volatile components analysis table of FA39

由表6 可知，在FA37 中共檢測到21 種揮發性物質，其中醛類物質是相對含量最多的，共被檢測出11 種，酮類物質有4 種，其余包括酸類、酯類、吡嗪類等。 在FA39 中（見表7），共檢測到了17 種揮發性物質。與FA37 類似，其中有醛類物質10 種，酮類物質3 種，其余包括酸類、吲哚等其他物質。

FA37 中的揮發性風味物質主要為3-甲基丁醛和苯甲醛，它們的相對含量占到了近一半。 風味描述分別為麥芽香、 可可香和苦杏仁味。 此外，FA37具有鮮花清香的右旋萜二烯和巧克力香味的可卡醛，這是FA39 所不具有的。 FA39 中主要的揮發性風味物質為3-甲基丁醛、乙酸和苯甲醛，風味描述為麥芽香、可可香、酸味以及苦杏仁的味道。 壬酸乙酯是FA39 所特有的， 風味描述為帶果香及玫瑰樣香氣的酒香。 可以發現，在兩種酵母抽提物中，3-甲基丁醛和苯甲醛是其中相對含量較多的。 研究發現，它們都是苯甲酸的降解產物，具有增強食品風味的作用[23]。

2.5 電子鼻分析

應用電子鼻對FA37 與FA39 進行檢測所得電子鼻傳感器響應值如圖3 所示。 可以看出，電子鼻的傳感器對兩種酵母抽提物的氣味成分均有明顯響應。從總體上看，FA39 的揮發性物質比FA37 多。其中， 傳感器W2S、W1W 和W1S 對兩種酵母抽提物有著良好的區分效果。 它們分別對應的是醇類、醛酮類、硫化物和甲基類化合物。

圖3 電子鼻傳感器響應值雷達圖Fig. 3 Radar chart of electronic nose sensor response value

2.5.1 主成分分析主成分分析是一種常見的數據分析方法，通過將高維的、含有多個變量的數據進行降維，提取其主要特征成分，壓縮數據空間，從而更直觀地反映數據之間的異同。 由圖4 可知，PC1與PC2 的貢獻率分別為89.96%和9.67%，累計貢獻率為99.63%（大于95%），說明該方法可以較好地代表不同酵母抽提物揮發性物質整體信息。 從圖4 中各樣品區域的具體分布情況可知， 從整體上看，各樣品間分布集中，表示重復性好；不同樣品間沒有重疊，說明各樣品間的揮發性物質存在較大差異。

圖4 電子鼻傳感器響應值PCA 分析圖Fig. 4 PCA analysis diagram of electronic nose sensor response value

2.5.2 載荷分析通過載荷分析可知不同傳感器在主成分分析中的貢獻程度。 對應傳感器的點如果接近原點并且位置相近，則說明其電信號變化較弱[24]。分析結果見圖5。 從圖5 的分析可以看到， 傳感器W1S 和W1W 在兩個主成分軸上均有較大的差距，因此可以認為它們是氣味特征的關鍵傳感器。 而傳感器W2W、W6S、W5C、W3C 和W1C 則集中于原點附近，說明它們的識別能力是可以忽略不計的。 這與上文的分析結果也是相吻合的。

圖5 電子鼻傳感器響應值載荷分析圖Fig. 5 Loading analysis diagram of electronic nose sensor response value

2.6 感官評價分析

2.6.1 甜味劑質量濃度的確定選用目前常用在飲料生產中的甜味劑：赤蘚糖醇、羅漢果甜苷、安賽蜜和甜菊糖苷。 通過查看甜味劑標簽及查閱資料，換算出理論上與8 g/dL 蔗糖溶液甜度相等的質量濃度，并參考其閾值，各取2 個不同的質量濃度，通過感官評價篩選出甜感最接近的甜味劑質量濃度。

通過感官評價小組的評價，篩選出與8 g/dL 蔗糖溶液甜感最接近的甜味劑。 最終確定的甜味劑質量濃度為：赤蘚糖醇10 g/dL、羅漢果甜苷0.15 g/dL、安賽蜜0.05 g/dL、甜菊糖苷0.04 g/dL。

2.6.2 感官評價結果分析根據感官評價結果，將各指標的得分進行累加繪制成柱狀圖。 從圖6～8 中可以看到，3 種酵母抽提物 （增鮮用酵母抽提物FG10 作為對照） 在不同程度上均能增強一種或幾種甜味劑的甜味強度。 FA37 對羅漢果甜苷和甜菊糖苷的甜味強度是有增強作用的，不過對赤蘚糖醇來說則會降低其甜味強度。 FA37 對羅漢果甜苷的效果最為明顯，不僅增強了甜味速度，還減輕了其中的不良風味。 FA39 對羅漢果甜苷和安賽蜜的甜味強度和甜味速度是有增強效果的，不過卻增加了安賽蜜的不良風味。增鮮用酵母抽提物（FG10）對羅漢果甜苷有著比較好的效果，其甜味強度與甜味速度都得到了增加，不過它給整個體系幾乎都帶來了不好的風味，這種現象以赤蘚糖醇最為顯著。 甜菊糖苷與FA39 混合時的效果均是明顯好于FA37 和FG10。 對比圖8 可以看到，主要原因在于其中的不良風味顯著增加了。 以上分析可以看出，羅漢果甜苷與酵母抽提物尤其是和FA37 配合應用的效果最好，不僅甜味強度、甜味速度均得到了明顯的提升，而且自身不良風味也得到了減輕。 這一點從最后的喜好排序統計中也能看得出來。 很顯然，羅漢果甜苷在所有甜味劑中的評分是最好的，其次是安賽蜜和赤蘚糖醇。從圖9 中可以看到，當FA37 的添加量在0.10 g/dL 時， 其感官評價是最好的。 相比于FA39，FA37 含有更少的呈咸味的金屬陽離子，同時含有更多的小分子肽， 尤其是相對分子質量為400~1 000 的小分子肽。此外，FA37 還有著更多的揮發性成分，這對于其感官品質的提升也是有幫助的。

圖6 甜味強度分數統計Fig. 6 Sweetness intensity score statistics

圖7 甜味速度分數統計Fig. 7 Sweetness speed score statistics

圖8 不良風味分數統計Fig. 8 Off-flavor score statistics

圖9 FA37 與羅漢果甜苷混合后的喜好評分Fig. 9 Preference score of FA37 mixed with mogroside

3 結 語

通過對FA37 與FA39 兩種飲料用酵母抽提物的主要成分進行檢測， 并通過感官評價研究其對4種飲料生產中常用甜味劑的口感產生的影響。 發現飲料用酵母抽提物含有多種金屬微量元素，相比于非飲料用酵母抽提物，最大的區別在于K+、Na+的質量分數是明顯降低的， 因此其咸味口感明顯降低。對比游離氨基酸的質量分數，可以發現其在飲料用酵母抽提物中的總質量分數是明顯少于非飲料用的；在氨基酸的種類方面，兩者的差距主要在于谷氨酸和天冬氨酸，這兩種氨基酸是呈鮮味的。 此外，飲料用酵母抽提物的甜味氨基酸的TFAA 占比是明顯要多的，尤其是其中富含的丙氨酸能夠增強飲料的品質。 通過HS-SPME/GC-MS 對飲料用酵母抽提物的揮發性物質進行了檢測。發現其中3-甲基丁醛和苯甲醛的相對含量是最多的。 它們都是生產過程中氨基酸的降解產物， 在食品中有增強風味的作用。使用了PCA 及載荷分析對電子鼻數據進行了分析，結果顯示電子鼻對不同酵母抽提物的區分效果是理想的，尤其是W1S 和W1W 是將其區別開的關鍵傳感器。 在與甜味劑進行復配的感官評價中，FA37 和FA39 對羅漢果甜苷的作用效果是最好的，減輕了不良風味，改善了口感。 不過值得注意的是，當酵母抽提物的添加量＞0.05 g/dL 時， 體系中均會出現令人不愉快的類似于培養基的不愉快味道。 因此，可以考慮將其與幾種甜味劑復配或者添加如β-環狀糊精等食品添加劑來進一步改善品質。

作為飲料用酵母抽提物，FA37 和FA39 的效果是理想的。 區別于一般的酵母抽提物提鮮增香、肉香濃郁的特點， 它不僅可以減弱甜味劑不良風味，還可以憑借自身獨特的風味，提升產品品質，這對于飲料新品開發及酵母抽提物的利用具有參考價值。