反應(yīng)時間對L-阿拉伯糖 /半胱氨酸體系揮發(fā)性產(chǎn)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(xué)食品學(xué)院,江蘇無錫 214122)

反應(yīng)時間對L-阿拉伯糖 /半胱氨酸體系揮發(fā)性產(chǎn)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(xué)食品學(xué)院,江蘇無錫 214122)

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

反應(yīng)時間;阿拉伯糖/半胱氨酸;模型體系;揮發(fā)性產(chǎn)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(jié)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(tài)的L-阿拉伯糖。與其它常用于反應(yīng)型香精生產(chǎn)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(yè)申請了大量的專利[1-6],報道阿拉伯糖在制備反應(yīng)型香料中的廣泛應(yīng)用,引起了人們足夠的重視,Danisco公司也開發(fā)了含阿拉伯糖的產(chǎn)品作為反應(yīng)前體物進行銷售,但是阿拉伯糖在Maillard反應(yīng)中所起的作用及對產(chǎn)品風(fēng)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(fā)性產(chǎn)物及產(chǎn)物風(fēng)味的影響。作者在研究了戊糖對M aillard反應(yīng)揮發(fā)性產(chǎn)物貢獻度的基礎(chǔ)上,著重探討L-阿拉伯糖/半胱氨酸體系揮發(fā)性產(chǎn)物形成的規(guī)律及動力學(xué)特性。

作者研究了Maillard反應(yīng)時間對阿拉伯糖/半胱氨酸模型體系揮發(fā)性產(chǎn)物形成的影響,以期對利用L-阿拉伯糖為糖源進行反應(yīng)型香精的生產(chǎn)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(chǎn)品;L-半胱氨酸:BR級,國藥集團上海試劑有限公司產(chǎn)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(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

Vortex XW-80A型漩渦混和器:上海醫(yī)科大學(xué)儀器廠產(chǎn)品;AL 204型分析天平:瑞士M ETTLER TOLEDO公司產(chǎn)品;DEL TA 320p H計:瑞士METTLER TOLEDO公司產(chǎn)品;油浴:HE-4型,德國JULABO公司產(chǎn)品;氣相色譜儀(Finnigan Trace 2000),質(zhì)譜儀(Finnigan Trace M S):美國 Finnigan公司產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品。

2 實驗方法

2.1 反應(yīng)時間對模型體系揮發(fā)性產(chǎn)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(yīng)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(yīng)20、40、60、120、180 min。反應(yīng)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(yīng)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(nèi)溶液溫度穩(wěn)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(fā)性風(fēng)味物質(zhì)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(zhì)譜聯(lián)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(zhì)譜條件 電離方式 EI,電子能量70 eV,燈絲發(fā)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(shù)據(jù)處理 實驗數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成,未知化合物經(jīng)計算機及手動檢索,將所得化合物的質(zhì)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(jié)果給予采用。

3 結(jié)果與討論

從圖1可以看到在p H 5、120℃反應(yīng)條件下,0～180 min反應(yīng)時間內(nèi)隨著反應(yīng)時間的延長揮發(fā)性產(chǎn)物的總量不斷增加,但增速不同,表現(xiàn)為3個階段。0～60 min揮發(fā)性產(chǎn)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(yīng)時間Maillard反應(yīng)揮發(fā)性產(chǎn)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(fā)現(xiàn),隨著反應(yīng)時間的延長Maillard反應(yīng)揮發(fā)性產(chǎn)物的種類和數(shù)量都發(fā)生了明顯變化,反應(yīng)時間越長揮發(fā)性產(chǎn)物種類越多產(chǎn) 物量越大。

圖2 不同反應(yīng)時間下模型體系Maillard揮發(fā)性產(chǎn)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(yīng)時間內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物及其峰面積和相對峰面積百分比。對比不同反應(yīng)時間產(chǎn)物可以發(fā)現(xiàn),某些產(chǎn)物在較短的反應(yīng)時間(20 min)內(nèi)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(zhì)大部分都需較長的反應(yīng)時間(≥60 min)才能產(chǎn)生,反應(yīng)20 m in揮發(fā)性產(chǎn)物中噻吩類化合物僅占0.42%,而180 min產(chǎn)物中占15.23%。噻吩類化合物的形成需要較長的反應(yīng)時間。另一些化合物則完全相反,當(dāng)反應(yīng)溫度達到120℃時,它們形成后隨著反應(yīng)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(yīng)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(nèi)隨反應(yīng)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(yīng)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(yīng)時間條件下模型體系中的揮發(fā)性產(chǎn)物Tab.1 Data of volatiles with different time

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

從表2可以看出,排名前十的這些化合物占各自反應(yīng)時間內(nèi)總揮發(fā)性產(chǎn)物的近50%或50%以上,它們決定著產(chǎn)物的整體風(fēng)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(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物中均排在前十名;醇、酮、醛、烴類化合物主要出現(xiàn)在較短反應(yīng)時間產(chǎn)物中,噻吩類化合物主要出現(xiàn)在長時間反應(yīng)產(chǎn)物中;另發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時間不同導(dǎo)致的揮發(fā)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(nèi)出現(xiàn),這說明在其他反應(yīng)條件給定情況下,反應(yīng)時間對揮發(fā)性風(fēng)味輪廓只有部分影響。

表2 各反應(yīng)時間段內(nèi)排前十名的揮發(fā)性產(chǎn)物對比Tab.2 The comparative study of top 10 volatiles with different time

續(xù)表2

4 結(jié) 語

綜上所述,反應(yīng)時間主要影響揮發(fā)性產(chǎn)物的總量,尤其對硫醚類化合物的形成影響較大,而對揮發(fā)性產(chǎn)物種類的影響不大。大多數(shù)硫醚類化合物在20 min反應(yīng)產(chǎn)物中沒有檢出;2-甲基-3-呋喃硫醇、糠硫醇的質(zhì)量分數(shù)隨反應(yīng)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(yīng)時間的延長而減少;醇、酮、醛及烴類化合物在較短反應(yīng)時間內(nèi)產(chǎn)量較高,隨著反應(yīng)時間的延長,含量逐步減少;噻吩類化合物的出現(xiàn)主要是在末期,說明噻吩的形成需高溫長時間的反應(yīng)才能形成。

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

（References）：

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[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(yīng)熱學(xué)性質(zhì)分析[J].食品與生物技術(shù)學(xué)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(shù)的吸收和創(chuàng)新計劃項目(08-081)。

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