蛋黃粉中關鍵香氣活性物質分析及其在儲藏過程中的香氣變化

楊 平,何天鵬,宋煥祿

(北京食品營養與人類健康高精尖創新中心,北京工商大學分子感官科學實驗室,北京 100048)

雞蛋是一種大眾非常喜愛的高營養食品,它富含人體所需的多種營養物質以及生物活性物質[1]。雞蛋中的蛋白質多為優質蛋白,在人體中易消化,其氨基酸組成符合人體所需。雞蛋中還富含一種人體大腦和神經組織發育不可或缺的脂肪——卵磷脂,適量食用有利于膽固醇的代謝和防止心血管及相關疾病的發生[2]。除此之外,雞蛋因其具有良好的持水性,溶解性,乳化性,起泡性,凝膠性以及獨具的風味,在食品工業生產中也備受青睞。

近年來,蛋制品的深加工有了很大的發展,其中蛋黃由于富含由卵磷脂和蛋白質結合而成的脂蛋白,因此具有很強的乳化能力,親油親水能力,現在已經被廣泛的應用于冰激凌、沙拉醬、蛋黃醬、色拉調味料以及餅干、蛋糕等各種烘焙制品中,它是食品工業生產中非常重要的原材料,是重要的組成部分[3]。

但是生鮮雞蛋在食品工業生產中的使用極不便利,而蛋黃粉因其干燥不易變質,提高工作效率等優勢,作為食品營養添加劑、品質改良劑,已被廣泛應用在各種含蛋制品的加工生產中。

雞蛋粉加工是對經過巴氏殺菌的液體雞蛋進行噴霧干燥,可以根據儲藏時間和儲藏條件的不同,制備不同脂肪含量的蛋黃粉成品。市售新鮮雞蛋中大約含有4.5 g的脂肪,其中4.14 g為脂肪酸(飽和脂肪酸1.55 g,單不飽和脂肪酸1.91 g,多不飽和脂肪酸0.68 g),而多不飽和脂肪酸會導致雞蛋風味的氧化酸敗,脂肪氧化是食品質量惡化的主要原因,會導致酸敗及不良風味的形成,甚至可能產生有毒物質,因此控制蛋黃粉中的脂肪氧化就顯得格外重要[4]。

大量研究表明,酸價、過氧化值和硫代巴比妥酸升高,是高脂肪產品在儲存期間味道改變的主要原因[5]。在氣味方面,大都針對鮮雞蛋進行風味研究,如Christoph Cerny[6]針對加熱后蛋黃的香氣成分進行了探究,而針對蛋黃粉以及其在存儲過程中的風味變化,會產生怎樣的風味化合物,目前還未見報道。本文采用GCOMS 技術,針對不同儲藏期的蛋黃粉進行揮發性成分測定,并對其進行定性定量,找出關鍵香氣成分,應用主成分分析(PCA)探究關鍵香氣成分與貨架期之間的關系,從而為延長蛋黃粉的貨架期提供有效信息。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蛋黃粉 陜西天斗蛋業有限公司;2甲基3庚酮、C7C30系列烷烴、2甲基丁醛、異戊醛、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甲基吡嗪等標準品 均為色譜純,美國Sigma公司。

電子分析天平 Satorius公司;40 mL固相微萃取頂空瓶、固相微萃取架、萃取手柄及65 μm CAR/DVB/PDMS萃取頭 Supelco公司;HHS1數顯恒溫水浴鍋 金怡公司;7890A7000B氣相色譜質譜聯用儀 美國Agilent公司;Sniffer9000 嗅聞儀 瑞士Brechbuhler公司;毛細管柱DBWax及DB5(30 m×0.25 mm×0.25 μm) 美國J&W公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 購于陜西天斗蛋業有限公司同一批次,距生產日期一個月內的,市售蛋黃粉,其水分含量≤4 g/100 g,pH為6～7,蛋白質含量>30 g/100 g,游離脂肪酸(FFA)含量≤4 g/100 g,脂肪含量≥60 g/100 g。將100 g蛋黃粉平均分成5份,分別裝入鋁箔自封袋中,取出其中一份放入20 ℃冷凍,記為0個月,其他四份放入30 ℃恒溫箱保存,之后當時間為2、4、6、8個月時,分別將相應蛋黃粉依次放入20 ℃冷凍,待8個月期滿,所有樣品全部放入20 ℃冷凍,等待檢測。

1.2.2 蛋黃粉香氣物質的萃取 精確稱取2.0 g蛋黃粉樣品于干凈無異味的氣相頂空瓶中,加入1 μL 2甲基3庚酮(0.816 μg/μL,溶于正己烷),迅速將瓶蓋蓋好放入60 ℃的恒溫水浴中平衡加熱20 min,將吸附涂層從手柄中推出,并在相同的溫度下進行香氣萃取,吸附40 min,隨后在氣相色譜嗅聞質譜聯用儀中,在250 ℃高溫下進行解析5 min。

1.2.3 蛋黃粉香氣物質的分離和檢測 樣品在進樣口氣化后,分別經過極性DBWAX氣相色譜毛細管柱和弱極性DB5氣相色譜毛細管柱進行分離,通過分流裝置分別進入質譜檢測器和嗅聞探測儀,同時實驗員記錄在嗅聞口所感知的氣味特征和強度。

氣相色譜條件:起始溫度40 ℃,保持3 min,然后以5 ℃/min的升溫速度升溫到200 ℃,再以10 ℃/min的升溫速度升溫到230 ℃保持3 min。載氣為氦氣,恒定流速為1.2 mL/min,進樣口溫度250 ℃。

嗅聞探測器條件:接口溫度設定為150 ℃,同時通入濕潤氮氣以防止實驗員鼻腔干燥。

質譜條件:電子轟擊(electron impact,EI)離子源,電子能量70 eV,傳輸線溫度280 ℃,離子源溫度為230 ℃,四極桿溫度為150 ℃,溶劑延遲設定為4 min,質量掃描范圍m/z為50～350。

1.2.4 蛋黃粉香氣物質的定性和定量 所有化合物的鑒定由NIST 08譜庫,標準化合物保留指數(RI),嗅聞數據對比以及標準化合物對比進行鑒定。RI值[7]是根據目標化合物的出峰時間以及相同條件下系列烷烴出峰時間計算而得,計算公式為:RI=100N+100n(tRatRN)/(tR(N+n)tRN),式中N、n分別表示目標化合物出峰前后正構烷烴所含碳原子數目,tRa、tRN、tR(N+n)、tRN分別表示未知化合物,含碳原子數較低正構烷烴,含碳原子數較高正構烷烴的保留時間。定量方法采用半定量方式,計算公式為Ax/Ai=Cx/Ci,式中Ax、Ai分別表示目標化合物的出峰面積和內標的出峰面積,Cx、Ci分別表示目標化合物的濃度和內標的濃度。

1.3 數據分析

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

2 結果與分析

2.1 蛋黃粉的關鍵香氣化合物

由表1可知,對蛋黃粉用SPMEGCOMS法進行香氣分析,最終得到31種揮發性成分,其中醇類9種,醛類7種,酮類9種,酯類1種,雜環類5種。在這31種香氣成分中,能夠通過嗅聞儀檢測到的氣味成分為2甲基丁醛、異戊醛、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,它們分別呈現出可可粉味、麥芽味、青草味、蘑菇味、熱牛奶味、脂肪味、奶酪味、青豆味、烤堅果味,果香味,經過標準品的驗證以及感官人員用鼻子作為檢測器嗅聞檢驗,這幾種物質確實呈現以上特征,并且樣品中相應化合物的保留指數與標準品及文獻[8]報道接近,而這10種氣味化合物由于它們在蛋黃粉中都起著關鍵性作用,因此它們也被鑒定為蛋黃粉的關鍵活性氣味物質,是蛋黃粉的主要香氣來源。

表1 不同儲藏期的蛋黃粉中各香氣物質相對濃度Table 1 The concentration of aroma compounds in egg yolk powder during storage

2.2 蛋黃粉中各香氣成分隨儲藏時間的變化

蛋黃粉富含卵磷脂等60%的脂肪成分,因此油脂氧化是蛋黃粉在儲藏過程中最重要的氧化反應,其快慢程度也在很大程度上決定著蛋黃粉的貨架期[910]。從圖1中可以看出,醇類和醛類物質的含量基本呈現出先逐漸升高,分別在6個月、4個月的時候達到峰值,隨后逐漸降低。酮類物質總濃度隨儲藏時間增加逐漸升高,最后兩個月稍有下降,雜環類先升高后物質濃度基本持平,并且隨著儲藏時間的增加并未減少或散失。由此可見,隨著儲存時間的延長,蛋黃粉內部一直存在著某些反應而生成更多的揮發性物質,在4個月時達到最高峰,最高峰的表現主要為已有的氣味化合物濃度增高,以及增加新生成的揮發性化合物。之后,隨著反應的不斷進行,一些香氣物質由于揮發性高而減少或散失,或與脂肪氧化相關的化合物的濃度繼續增加,造成蛋黃粉的整體感官體驗略有下降。

圖1 各類香氣化合物隨儲藏時間變化柱狀圖Fig.1 The changes of different kinds of aroma compounds during storage

被檢測到的醇類物質多為脂肪酸氧化產生,醇類物質總濃度在所檢測到的氣味化合物中占比最大,高達45%,但醇類物質香氣閾值較高,因此并未在嗅聞口檢測到[11]。醇類物質隨儲藏時間先升高后降低,在6個月時達到峰值,說明在儲藏過程中脂肪氧化反應一直進行著,并且在前六個月最大程度發生,后兩個月濃度的減少可能是由于脂肪氧化速率減慢或由于部分醇類物質的高揮發性散失導致。所檢測到的醇類物質中,含量最高的為1辛烯3醇,這種物質被鑒定為是由酶促或非酶降解亞油酸得到的,呈現出典型的蘑菇味,故也被稱為“蘑菇醇”,該物質濃度隨儲藏時間的增加可以指示脂肪氧化的發生[1213]。

醛類物質僅占所有氣味物質的24%,但由于其閾值低的特性,在蛋黃粉中屬于重要的香氣成分。該類物質產生于油酸、亞油酸、花生四烯酸等不飽和脂肪酸的氧化或美拉德反應的Strecker降解。正己醛為脂肪醛的典型代表,被認為是可以監測脂肪氧化的指示劑或標記物[14]。相關報道稱,當正己醛的濃度較低時呈現出令人愉悅青草香,而當處在較高濃度時則會出現油脂味,這也有可能是隨著該物質濃度增高,逐漸出現不愉快香氣的原因[15]。葛蘭波等[16]在對用植物油制作的糕點進行檢測時發現,當正己醛含量為5 μg/g時即產生異味,超過10 μg/g時則不能食用。Ridgway等[17]也指出,醛類物質濃度的升高與異嗅味有密切關系,正己醛大多作為指示脂肪氧化程度的關鍵物質。而根據表1可知,正己醛的濃度并沒有大幅度增加而是基本持平,這說明經過八個月的儲藏,正己醛還沒有達到或開始影響蛋黃粉的感官品質。2甲基丁醛、異戊醛是美拉德反應重要的降解產物,通過Strecker降解亮氨酸、異亮氨酸產生[1819],具有可可香和麥芽香氣,它們濃度的增加豐富了蛋黃粉的香氣輪廓。順4庚烯醛呈現土霉味,從儲藏第四個月開始出現,該物質曾被在鮮蛋黃中檢測到,被認為是對雞蛋有重要貢獻作用的風味物質[19]。在本研究中,2甲基丁醛、異戊醛、正己醛三種化合物在嗅聞過程中都可以被嗅聞儀檢測到,并且強度較強,因此是構成蛋黃粉香氣輪廓的重要物質,是蛋黃粉中的重要氣味活性物質。

酮類物質是脂肪氧化以及美拉德反應產物的又一類代表物質,如2丁酮、2辛酮、2壬酮、苯乙酮等物質被認為是美拉德反應尤其是Amadori重排過程中產生的重要產物[19],由表1可以看出,2丁酮和2壬酮是在儲藏時間為6個月和8個月時被檢測到,說明是在儲藏過程中后生成的氣味成分。2辛酮和苯乙酮在幾乎所有樣品中被檢測到并呈現出先升高后下降的趨勢,推測這兩種物質是在生產過程中生成,在儲藏過程中隨著生成速率下降而導致濃度逐漸降低。1辛烯3酮為亞油酸的重要降解產物,Ridgway[20]認為油脂氧化是食物腐敗的主要反應來源,而醛、酮、內酯、呋喃、醇、有機酸等,都與油脂氧化相關,屬于該反應的降解產物,是食物發生風味變化的原因。該物質沒有質譜峰,推測含量低于檢出限,因此無法計算濃度,但嗅聞人員可以在嗅聞檢測口感知到較強的蘑菇味,通過標準品驗證最終確定該物質在蛋黃粉中存在,并起到關鍵作用。

在蛋黃粉中僅檢測到一種酯類物質——乙酸丙酯,并具有濃烈的奶酪味特征,此物質在相關文獻中沒有找到可以參考的保留指數,通過標準品的驗證以及感官人員的嗅聞,最終確定該物質對于蛋黃粉的重要香氣貢獻作用。盡管該物質覺察閾值較低,但是由于其含量較低,因此雖然具有強烈香氣特征但并沒有被質譜檢測器檢測到。

雜環類物質是蛋黃粉中的又一類重要香氣物質,大多呈現出烤香、堅果香、爆米花香等香氣特征并能夠在嗅聞口聞到香氣,它們的存在豐富了蛋黃粉的香氣輪廓,這些物質在一些烘焙制品以及花生、堅果中也被檢測到[21]。蛋黃粉在制作過程中經過脫水、高溫等過程,因此推測此類化合物的生成是由于在生產過程中發生的美拉德反應。由圖1可知,該類物質總含量在儲藏過程中基本不變,但從表1中看到,這種不變是動態的,即有些物質減少,有些物質增加。如2乙基5甲基吡嗪(果香)濃度逐漸降低,而甲基吡嗪、2,5二甲基吡嗪、2戊基呋喃濃度逐漸增加,這些化合物是美拉德反應的重要產物,閾值較低,對蛋黃粉香氣起著重要貢獻作用,因此更加確定即使在常溫儲藏過程中,美拉德反應沒有停止,而是產生更多的風味物質,從而彌補香氣的散失,這也可能是蛋黃粉只要在規定貨架期內仍然香氣濃郁的原因[22]。

2.3 主成分分析

運用The Unscrambler(v9.7 CAMO,OSLO,Norway)軟件對儲藏時間以及蛋黃粉中31種風味物質做主成分分析,得到圖2。由圖2可以看出,0～2個月剛出廠的蛋黃粉風味物質較為單一,其中氣味活性較強的正己醛、2乙基5甲基吡嗪與0個月樣品落在同一區域,具有相關性,說明這兩種關鍵物質在蛋黃粉生產過程中最大程度產生,在蛋黃粉儲藏初期對整體香氣起到主要貢獻作用。而隨著儲藏期的不斷延長,蛋黃粉的風味輪廓逐漸豐富,其中氣味活性較強的異戊醛、3,5辛二烯2酮、乙酸丙酯三種風味物質濃度逐漸增加,這三種物質分別呈現出麥芽香、果香、奶酪香,在四個月到六個月時最為豐富,與這兩個月相關性比較大,他們是由脂肪氧化或美拉德反應產生,濃度的增加一定程度上也可以豐富蛋黃粉的風味輪廓。4個月和6個月落點區域非常接近,這可以說明這兩個月蛋黃粉的性質相對穩定,物質的生成和減少現象較不明顯。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種物質與8個月相近,說明它們具有相關性,對儲存8個月的蛋黃粉樣品的風味貢獻度較大。2個月所在區域沒有關鍵氣味化合物存在,并與其他幾個月份呈現出負相關,推測此時蛋黃粉剛生產出來還不穩定,氣味化合物的揮發或散失速率高于生成速率,從而影響蛋黃粉的整體香氣,因此建議剛生產出的蛋黃粉不宜立即售賣。從圖中可以看出剛出廠的產品(0個月和2個月)香氣輪廓并不完善,而在儲藏過程中,隨著香氣物質的不斷變化,不同化合物之間的相互作用、相互協調,使蛋黃粉的香氣逐漸呈現最優狀態。4～6個月蛋黃粉品質相對穩定,此段時間化合物濃度變化不大。

圖2 蛋黃粉中風味物質隨儲藏時間變化主成分分析(PCA)圖Fig.2 PCA analysis of the relationship between aroma compounds and the storage time

3 結論

對不同貨架期的蛋黃粉進行香氣分析,最終確定了10種關鍵香氣物質,這10種化合物對蛋黃粉整體香氣起到決定性作用。對蛋黃粉在儲藏過程中風味變化分析得知,在儲藏初期(0～2個月),對蛋黃粉具有貢獻作用的香氣物質較為單一,2個月時較不穩定,而在儲藏過程中尤其是4個月左右時,蛋黃粉具有更為豐富的香氣輪廓,4～6個月時蛋黃粉風味較為穩定。根據檢測出的氣味化合物種類得知,脂肪氧化與美拉德反應是蛋黃粉整體風味發生變化的重要原因,脂肪氧化易帶來不利影響,美拉德反應產物大多起到協調風味的作用,因此抑制脂肪氧化,促進美拉德反應是提高蛋黃粉貨架期穩定性可以采取的措施。

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