程建凱,李文釗*,劉楚海,孫妮,邢常輝,阮美娟,李沛

1(天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,天津,300457) 2(湖北安琪酵母股份有限公司,湖北 宜昌,443000)

酵母抽提物是以食品用酵母為原料,經(jīng)過β-葡聚糖酶的酶解作用得到的產(chǎn)品,含有豐富的氨基酸、多肽、核苷酸和B族維生素[1],這些呈味物質(zhì)使酵母抽提物具有強大的調(diào)味功能,可以賦予食品以鮮味、甜味和肉香味[2];除此之外,酵母抽提物含有谷胱甘肽及RNA降解的副產(chǎn)物鳥苷、肌苷等抗氧化物質(zhì),具有一定的保健功能[3]。目前,酵母抽提物主要應(yīng)用于調(diào)味品[4-5]和醬腌菜,用于改善風(fēng)味和口感。黎彩平[6]將酵母抽提物應(yīng)用于廣式臘腸,豐富和提升了廣式臘腸的感官品質(zhì);王培杰[7]將酵母抽提物用于火鍋底料,酵母抽提物的氨基酸和肽類增強了多種基礎(chǔ)味道,突出火鍋底料的鮮味和肉質(zhì)感。本實驗用到的3種酵母抽提物(FA37、FA39和FG10)為飲料用酵母抽提物,在奶茶、復(fù)合咖啡和功能性飲料中具有良好的應(yīng)用效果。

發(fā)酵可提高多酚的生物利用度,發(fā)酵蘋果汁具有降低血壓、改善血脂異常等功能[8]。近年來對發(fā)酵蘋果汁風(fēng)味的研究較為廣泛,李維妮等[9]采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析了利用乳酸菌和多菌組合發(fā)酵蘋果汁的香氣成分,經(jīng)過發(fā)酵后,蘋果汁的香氣成分增加,賦予果汁更強烈的果香、花香和青香;WU等[10]發(fā)現(xiàn)6種乳酸菌均可通過發(fā)酵改善蘋果汁風(fēng)味。

本文綜合氣相色譜-質(zhì)譜分析、電子鼻分析和感官評價的方法,探究酵母抽提物對于發(fā)酵蘋果汁的風(fēng)味品質(zhì)的影響,期望在改善發(fā)酵蘋果汁風(fēng)味的同時,拓展酵母抽提物的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

酵母抽提物FA37、FA39、FG10,安琪酵母股份有限公司;發(fā)酵蘋果汁,蘋果品種為紅富士,發(fā)酵菌種為嗜酸乳桿菌,山西達明一派食品有限公司;NaOH、酚酞、濃鹽酸(比重1.18)、甲基紅、CuSO4、次甲基藍、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、Na2CO3、一水合葡萄糖,均為分析純,天津市化學(xué)試劑一廠;沒食子酸、福林酚顯色劑,均為分析純,北京索萊寶科技有限公司;鄰苯二甲酸氫鉀、2-甲基-3-庚酮、2-辛醇,均為色譜純,上海阿拉丁生化科技有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

YH-A10002電子天平,瑞安市英衡電器有限公司;YP電子精密天平,奧豪斯(上海)公司;Atago PAL-1 NFC糖度計,日本愛宕公司;FB10便攜式pH計,奧豪斯儀器(常州)有限公司;TDZ5-WS臺式低速離心機,湘儀離心機儀器有限公司;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S,上海喬楓實業(yè)有限公司;CAR/DVB/PDMS萃取頭(50/30 μm),美國Supelco公司;GCMS-QP2010Ultral氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,日本島津公司;PEN3型電子鼻,北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的配制

取適量發(fā)酵蘋果汁,添加等量的去離子水,用磁力攪拌器500 r/min攪拌5 min,使其混合均勻。分別取少量FA37、FA39、FG10 加入去離子水,配制成質(zhì)量分數(shù)為1%的母液,然后分別取少量酵母抽提物母液,用制得的發(fā)酵蘋果汁將其稀釋為0.01%、0.02%、0.03%待用。為了簡便區(qū)分上述樣品,分別將樣品編號37-1、37-2、37-3、39-1、39-2、39-3、10-1、10-2和10-3。

1.2.2 酵母抽提物和發(fā)酵蘋果汁理化指標(biāo)的測定

酵母抽提物的基本組分由安琪酵母股份有限公司提供。發(fā)酵蘋果汁可溶性固形物含量使用糖度計測定;pH使用便攜式pH計測得;總糖含量和總酸含量的測定分別參考SB/T 10203—1994中的直接滴定法和酸度計法(仲裁法);總酚含量的測定采用福林酚法[11]。

1.2.3 揮發(fā)性物質(zhì)分析

參考柴鵬飛等[12]的方法稍作修改。取2 mL樣品置于30 mL頂空萃取瓶,加入4 mL超純水和2 g NaCl,加入1 μL質(zhì)量濃度為0.822 mg/mL的2-辛醇作為內(nèi)標(biāo),用于定量檢測其中的風(fēng)味物質(zhì)的含量,加入轉(zhuǎn)子,密封,置于磁力攪拌器上,40 ℃水浴平衡20 min后插入經(jīng)過老化的固相微萃取頭,40 ℃水浴萃取風(fēng)味物質(zhì)30 min,磁力攪拌速度為450 r/min,使得萃取頭充分吸附樣品的氣味。隨后迅速將萃取頭插入進樣口解吸15 min,使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測、分析揮發(fā)性物質(zhì)。

氣相色譜條件：Rtx-5MS毛細管柱(0.25 mm×30.0 m,0.25 μm)。柱溫程序：初始溫度45 ℃,保持13 min,以4 ℃/min升溫至150 ℃保持2 min,然后以8 ℃/min升溫至250 ℃維持6 min。進樣口溫度250 ℃,氦載氣流速1.0 mL/min。分流進樣,分流比為10∶1。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源(EI),離子源溫度200 ℃,接口溫度220 ℃(EI);捕獲方式為全掃描,掃描范圍m/z35～500;EI電離能量70 eV。

1.2.4 電子鼻分析

取添加不同種類、濃度的酵母抽提物的果汁10 mL置于頂空萃取瓶,靜置15 min待用。依據(jù)電子鼻操作進行,待樣品準(zhǔn)備時間結(jié)束,同時插入電子鼻的進氣針和補氣針,吸取頂端空氣,測定揮發(fā)性物質(zhì)。電子鼻參數(shù)設(shè)置為：樣品間隔時間1 s,空氣清洗時間100 s,傳感器歸零時間10 s,樣品準(zhǔn)備時間5 s,測定時間180 s,進樣流量400 mL/min。傳感信號在90 s后基本穩(wěn)定,選定采集信號時間為110 s。每個樣品測定3次重復(fù),測定時保持室溫20 ℃,且測定環(huán)境無異味。PEN 3型電子鼻由10根金屬傳感器組成,每根傳感器各對某種或某類化合物靈敏。PEN3型電子鼻各傳感器性能描述如表1。

表1 PEN3型電子鼻各傳感器性能描述Table 1 Performance description of each sensor of PEN3 electronic nose

1.2.5 感官評價

由7名有感官評價經(jīng)驗的評價員對蘋果汁進行感官評價,分別從酸度、甜度、香氣、口感和整體喜好度進行感官評分。將不同體系用隨機3位數(shù)編號,且每位評價的面前的編號皆無關(guān)聯(lián)性。發(fā)酵蘋果汁的感官評分細則如表2所示,不添加酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁默認為5分,作為對照組。

表2 發(fā)酵蘋果汁感官評分細則Table 2 Sensory scoring rules of fermented apple juice

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

將氣相色譜-質(zhì)譜儀檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)與NIST譜庫進行比對,相似度>80%確定為樣品中的揮發(fā)性物質(zhì),將各組分的峰積分,計算其含量。采用Winmuster軟件對電子鼻實時數(shù)據(jù)進行主成分分析、負載電荷分析和線性判別分析。所得數(shù)據(jù)采用Excel 2020進行計算,采用Origin 2018繪制圖像。每組進行3次平行試驗,并進行誤差分析。采用SPSS 18.0軟件進行實驗數(shù)據(jù)的差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酵母抽提物和發(fā)酵蘋果汁理化指標(biāo)

2.1.1 酵母抽提物的理化指標(biāo)

3種酵母抽提物的理化指標(biāo)如表3所示。氨基酸、多肽和核苷酸是酵母抽提物中的主要成分,氮含量最高。

NaCl可以影響天然復(fù)合甜味劑的甜味速度,在研究風(fēng)味時不可忽視[13]。FG10酵母抽提物中NaCl含量達2.22%,高于其他2種酵母抽提物,由此推測,FG10添加到發(fā)酵蘋果汁中,較其他2種酵母抽提物可能起到更明顯增加甜味的作用。

表3 酵母抽提物理化指標(biāo)Table 3 Physical chemical indexes of yeast extracts

2.1.2 發(fā)酵蘋果汁理化指標(biāo)

根據(jù)袁亞宏等[14]的研究,發(fā)酵蘋果汁的理化指標(biāo)和感官特性存在一定的聯(lián)系,比如甜味與可溶性固形物含量、總糖含量等呈正相關(guān),本研究用到的發(fā)酵蘋果汁的可溶性固形物含量和總糖含量分別達到(8.40±0.06)%和(7.60±0.02)g/100 g(以葡萄糖汁),具有較強的甜味;酸味與pH呈負相關(guān),與總酸呈正相關(guān),這2個指標(biāo)與市面上飲料大致相同,pH為3.68±0.01，總酸為(0.210±0.002) g/100 g(以蘋果酸計);而澀味與總酚含量相關(guān),總酚含量為(0.132±0.001)mg/mL,這是因為在加工過程中酚類物質(zhì)有損失,使?jié)洞蟠鬁p少。由經(jīng)驗可知,合適的糖酸比會帶來令人愉悅的口感,(36.19±0.34)比較接近合適糖酸比。

2.2 揮發(fā)性物質(zhì)分析

不同酵母抽提物種類和添加量下,發(fā)酵蘋果汁的揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量如表4所示。

表4 添加不同酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量Table 4 The types and contents of volatile substances in fermented apple juice with different yeast extracts added

在以上10個樣品中,氣相色譜-質(zhì)譜儀檢測出揮發(fā)性物質(zhì)24種,匹配度都>80%,其中酯類7種,醇類6種,醛類6種,酮類4種,烴類1種,酚類1種。上述樣品中分別檢測出14、19、20、20、18、19、18、17、17、17種揮發(fā)性物質(zhì)。

本實驗用到的發(fā)酵蘋果汁中的揮發(fā)性物質(zhì)主要是酯類和醇類,這可能是蘋果的品種與加工方式不同而導(dǎo)致的。發(fā)酵蘋果汁主要的香氣成分,如2-甲基丁醇和丁酸乙酯等香氣活性成分具有果香、成熟香和甜香[15]。萜烯是天然存在的有機化合物,具有強烈的香氣,發(fā)酵蘋果汁含有的萜烯類化合物是α-法呢烯,也是蘋果特有的香氣來源之一。此外,己酸乙酯和1-辛醇等具有低氣味活性值的化合物對于發(fā)酵蘋果汁的風(fēng)味也起著重要作用[16]。

由表4可知,添加酵母抽提物后,各揮發(fā)性物質(zhì)含量有所減少,這可能是酵母抽提物的加入導(dǎo)致發(fā)酵蘋果汁稀釋,使得揮發(fā)性物質(zhì)的濃度降低,與此同時,酵母抽提物的添加增加了揮發(fā)性物質(zhì)的種類。新增的揮發(fā)性物質(zhì)均有糠醛、正己醇、庚醇、癸醛,增強了發(fā)酵蘋果汁的青香。FA37使體系增加了庚醛、苯甲醛,分別具有水果香和苦杏仁味,使發(fā)酵蘋果汁的果香更加濃郁,味道更豐富。而FA39和FG10增加了2-辛酮和2-壬酮,前者具有牛奶、乳酪、蘑菇的氣味,后者具有果香、甜香、青香及類似椰子、奶油的氣味。新增的酮類化合物,有助于增加花香和果香的甜味[17]。

2.3 電子鼻分析

2.3.1 主成分分析

如圖1所示,主成分分析會保留原有的主要信息,將較多的變量減為較少的變量,直觀反映原始數(shù)據(jù)信息[18]。對于10個樣品體系進行主成分分析,可以看出主成分1貢獻率為91.30%,主成分2貢獻率為4.72%,2個主成分的累計貢獻率達到96.02%,可以有效反映絕大部分原始數(shù)據(jù)。其中,未添加酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁離原點最遠,對主成分1的貢獻率最大;添加0.02% FG10酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁對主成分2的貢獻率最大。FA39和FG10的第1主成分貢獻率相較于FA37更低,且出現(xiàn)交叉分布。每個體系有良好的區(qū)分,在圖中的不同區(qū)域有明顯的聚類[19],表明酵母抽提物的種類和添加量均會明顯改變發(fā)酵蘋果汁的風(fēng)味。

圖1 添加酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁主成分分析圖Fig.1 PCA diagram of fermented apple juice with yeast extract

2.3.2 負載電荷分析

如圖2所示,在負載電荷分析中,若某一傳感器響應(yīng)值的橫、縱坐標(biāo)對應(yīng)值接近于零,則該傳感器的識別作用可以忽略;若某一傳感器的響應(yīng)值越偏離于零,則說明該傳感器的識別能力越強[19]。

圖2 添加酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁負載電荷分析圖Fig.2 Load analysis of fermented apple juice with yeast extract

由圖2可知,除W2W之外的9個傳感器均對第1主成分有明顯貢獻,W1W對第1主成分貢獻率最大,且對萜烯類化合物敏感,醇類、醛類、酮類均為萜烯類化合物中的無環(huán)單萜化合物,是體系中主要的揮發(fā)性物質(zhì);α-法呢烯是具有發(fā)酵蘋果汁特征香氣的萜烯類化合物,對W1W傳感器具有一定的貢獻。W1C對第2主成分貢獻率最大,對芳香成分敏感,體系中的主要芳香成分為2,4-二叔丁基苯酚。

2.3.3 線性判別分析

如圖3所示,線性判別分析也是一種降維的數(shù)據(jù)處理方法[20]。主成分1和主成分2的貢獻率分別是94.62%和2.72%,二者總貢獻率達到97.34%,這表明線性判別分析可以很好地區(qū)分不同的體系,不同的體系整體風(fēng)味存在差異[21]。相較于主成分1,大多數(shù)體系在主成分2的差異顯著。隨著FA37酵母抽提物濃度增加,3種體系在主成分2表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,同樣的趨勢也表現(xiàn)在FA39的主成分2中。除對照組,添加0.01%FG10酵母抽提物的在主成分1上的貢獻率較大,說明該體系中風(fēng)味物質(zhì)較為豐富。

圖3 添加酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁線性判別分析圖Fig.3 Linear discriminant analysis of fermented apple juice with yeast extract

綜合電子鼻的分析,進一步驗證了添加了酵母抽提物后各體系的香氣特征差異,可與氣相色譜-質(zhì)譜的數(shù)據(jù)處理結(jié)果相對應(yīng)。

2.4 感官評價

由圖4可知,FA37酵母抽提物的添加量為0.01%和0.02%時,可以提升發(fā)酵蘋果汁的整體風(fēng)味。添加量為0.03%時,會掩蓋發(fā)酵蘋果汁的本身風(fēng)味導(dǎo)致整體評分降低。少量添加FA37具有減酸作用,當(dāng)添加到一定量時,FA37對于發(fā)酵蘋果汁的減甜作用更加突出,反而使酸感增強,這可能是添加量為0.03%的蘋果汁酸味評分較高的原因。添加量為0.01%和0.03%時可以不同程度地提升發(fā)酵蘋果汁的香味并改善其口感。FA37酵母抽提物添加量為0.01%時,感官評分最高。

圖4 添加FA37酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁的感官評價雷達圖Fig.4 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FA37 yeast extract

由圖5可知,添加0.02%和0.03%FA39酵母抽提物主要對于發(fā)酵蘋果汁起到增加酸感的效果,當(dāng)FA39的添加量為0.03%時增酸效果最強。各濃度FA39均能減弱甜味,FA39對于其他感官評價指標(biāo)的效果不夠明顯,評價員對其整體喜好度存在先上升后下降的趨勢。FA39酵母抽提物添加量為0.02%時,感官評分最高。

圖5 添加FA39酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁的感官評價雷達圖Fig.5 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FA39 yeast extract

根據(jù)本課題組以往對酵母抽提物風(fēng)味研究的經(jīng)驗,FG10酵母抽提物中揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量在3種酵母抽提物中最為豐富,吡嗪類化合物是其主要揮發(fā)性物質(zhì),具有焙烤香味、堅果香味及咖啡香等特征香味,但是對于發(fā)酵蘋果汁整體香味沒有較大的提升。由圖6可知,不同濃度的FG10均有增強甜味的作用,甜味強度與濃度呈正相關(guān),這與2.1.2中的推測大致相符。隨著FG10酵母抽提物的添加,酸感減弱和甜感增強同時出現(xiàn),其糖酸比仍處于合適的范圍,對整體喜好度稍有改善作用。FG10酵母抽提物添加量為0.01%時,感官評分最高。

圖6 添加FG10酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁的感官評價雷達圖Fig.6 Radar map of sensory evaluation of fermented apple juice supplemented with FG10 yeast extract

3 結(jié)論與討論

本研究采用氣相色譜-質(zhì)譜分析結(jié)合電子鼻技術(shù)和感官評價,分析了添加不同種類和添加量酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁,對比其與未添加酵母抽提物的發(fā)酵蘋果汁差異。在揮發(fā)性物質(zhì)分析中,添加酵母抽提物后,糠醛、正己醇、庚醇和癸醛等揮發(fā)性物質(zhì)含量增加,使發(fā)酵蘋果汁青香更加濃郁。在電子鼻分析中,各組樣品有明顯的區(qū)分,且傳感器對萜烯類化合物和芳香成分敏感。在感官評價中,適量添加酵母抽提物FA37、FA39和FG10 的發(fā)酵蘋果汁得到大家認可和喜愛。綜合以上研究,酵母抽提物FA37、FA39和FG10可應(yīng)用于改善發(fā)酵蘋果汁風(fēng)味,本研究為發(fā)酵蘋果汁風(fēng)味的研究提供了一定的數(shù)據(jù)參考。