3个品牌毛豆腐风味成分对比研究

2024-04-10 13:55王凤杰吕伟黄一承段翠翠马福敏李晓磊李丹
中国调味品 2024年3期
关键词:有机酸

王凤杰 吕伟 黄一承 段翠翠 马福敏 李晓磊 李丹

DOI:10.3969/j.issn.1000-9973.2024.03.025

引文格式:王鳳杰,吕伟,黄一承,等.3个品牌毛豆腐风味成分对比研究[J].中国调味品,2024,49(3):150-156.

WANG F J, LYU W, HUANG Y C, et al.Comparative study on flavor components of three brands of Mao-tofu[J].China Condiment,2024,49(3):150-156.

摘要:毛豆腐的风味决定了消费者的喜好程度。以3个品牌的毛豆腐为研究对象,对比分析了它们的非挥发性成分和挥发性成分。结果表明,采用高效液相色谱法共检测出7种有机酸,其中琥珀酸含量最高,其次是乳酸,含量范围分别为1.77~7.47 mg/mL,2.46~3.20 mg/mL;共检测出21种游离氨基酸,其中含量最高的氨基酸分别为谷氨酰胺、苏氨酸和精氨酸,在品牌A、B、C中含量分别为2 566.55,1 282.69,1 465.81 mg/g;采用气相色谱-质谱法共检测出61种挥发性风味物质,品牌A、B、C中分别检测出41,38,33种;电子鼻分析显示,毛豆腐在气味上的差异主要体现在硫化物、芳香成分和氮氧化合物方面,能整体显著区分挥发性成分。OAV≥1的挥发性风味物质共15种。正交偏最小二乘判别分析表明,9种VIP>1的挥发性成分为主要差异性成分。结论:3个品牌毛豆腐风味物质之间存在显著性差异。

关键词:毛豆腐;有机酸;游离氨基酸;非挥发性风味;挥发性风味

中图分类号:TS214.2      文献标志码:A      文章编号:1000-9973(2024)03-0150-07

Comparative Study on Flavor Components of Three Brands of Mao-Tofu

WANG Feng-jie, LYU Wei, HUANG Yi-cheng, DUAN Cui-cui,

MA Fu-min, LI Xiao-lei*, LI Dan*

(Key Laboratory of Agricultural Product Processing in Regular Institutions of Higher

Education in Jilin Province, Changchun University, Changchun 130022, China)

Abstract: The flavor of Mao-tofu determines consumers' degree of preference. With three brands of Mao-tofu as the research objects, their non-volatile and volatile components are compared. The results show that a total of seven organic acids are detected by high performance liquid chromatography, among which, succinic acid content is the highest, followed by lactic acid, with the content range of 1.77~7.47 mg/mL and 2.46~3.20 mg/mL respectively. A total of 21 free amino acids are detected, among which, the amino acids with the highest content are glutamine, threonine and arginine respectively, and the content is 2 566.55, 1 282.69, 1 465.81 mg/g in brand A, B, C respectively. A total of 61 volatile flavor substances are detected by gas chromatography-mass spectrometry, and 41, 38, 33 volatile flavor substances are detected by brands A, B, C respectively. Electronic nose analysis shows that the difference in the flavor of Mao-tofu is mainly reflected in sulfides, aromatic components and nitrogen oxides, which could significantly distinguish volatile components as a whole. There are a total of 15 volatile flavor substances with OAV≥1. Orthogonal partial least squares discriminant analysis shows that nine volatile components with VIP>1 are the main differential components. Conclusion: There are significant differences among the flavor substances in the three brands of Mao-tofu.

Key words: Mao-tofu; organic acids; free amino acids; non-volatile flavor; volatile flavor

收稿日期:2023-07-08

基金项目:吉林省教育厅科学研究项目(JJKH20220609KJ);长春大学“长大学者攀登计划”项目(ZKP202006,ZKP202016)

作者简介:王凤杰(1998—),女,硕士,研究方向:功能性食品的研究与开发。

*通信作者:李晓磊(1978—),女,教授,博士,研究方向:发酵食品和食品风味;

李丹(1972—),男,教授,博士,研究方向:食品生物技术。

大豆中含有多种多样的营养物质和生物活性物质[1],但是经过简单加工方式制作的大豆食品中会存在血球凝集素、胰蛋白酶抑制剂、植酸等抗营养因子,导致很多营养物质难以被吸收,并且伴有豆腥味。发酵大豆制品的品質与原材料的产地、生产加工环境、微生物的种类和含量等因素相关,这些差异使不同产品形成各具特色的风味[2-3]。大豆经过发酵后不仅抗营养因子含量下降,能够增强人体对营养物质的消化和吸收,风味有所改善,而且多种生物活性物质也有所增加,因此发酵豆类食品在亚洲国家十分受欢迎 [4]。

毛豆腐起源于中国,以安徽黄山徽州毛豆腐最有名。毛豆腐表面有白色绒毛,具有柔软的质地,味道鲜美,风味独特[5]。毛豆腐是腐乳发酵前期的产物,因为生产模式开放,所以参与毛豆腐发酵的微生物种类繁多,但最主要的菌种为毛霉菌[6-7]。在豆腐上接种毛霉菌,经过一段时间的培养,豆腐表面形成致密的菌丝,在发酵过程中产生了蛋白酶,蛋白酶将蛋白质分解成氨基酸和多肽,活性肽中的抗氧化肽在清除自由基、减少因自由基引发的慢性疾病、抑制脂质过氧化、抵抗机体衰老等方面具有重要作用。其中含有的抑制血管紧张素转换酶抑制肽可以有效地抑制血压的升高。毛豆腐也有较好的免疫活性,可体外激活淋巴细胞和巨噬细胞,通过激活细胞免疫应答方式增强正常小鼠的免疫功能,同时对于免疫抑制的小鼠可以通过调节细胞免疫应答方式改善其免疫功能。除此之外,毛豆腐还具有调节胰岛素、降低炎症、抗癌等生物活性作用[8-9]。发酵成熟的毛豆腐营养价值较高,富含有机酸、游离脂肪酸、氨基酸、维生素和矿物质[10]。已有研究表明,毛豆腐经过发酵后醋酸含量最高,其次是丁酸和丙酸,游离氨基酸以谷氨酸和天冬氨酸为主,这两种氨基酸是毛豆腐风味的主要来源。有机酸和游离氨基酸的种类和含量对毛豆腐的滋味影响较大。毛豆腐主要挥发性化合物为醇类,醇类以1-辛烯-3-醇、苯乙醇和庚醇最常见。各种挥发性成分含量的不同赋予了毛豆腐别样的香气[11]。

因为毛豆腐具有地域特色,并且贮存时间较短,所以针对毛豆腐的研究较少,本文通过探究3种不同厂家毛豆腐中有机酸、游离氨基酸的种类和含量与挥发性风味之间的差异,为毛豆腐生产加工中技术的改良提供了一定的参考。

1  材料与方法

1.1  材料与仪器

3个品牌毛豆腐购自安徽省黄山市和河北省廊坊市,分别标记为品牌A、品牌B、品牌C。

有机酸标准品乳酸、乙酸和琥珀酸等(均为色谱纯):美国 Sigma 公司;2-辛醇(98%):德国Dr.试剂公司;正构烷烃(C7~C40):上海安谱公司。

21种氨基酸对照品L-天冬氨酸、L-谷氨酸、L-天冬酰胺等(纯度均≥98%):北京索莱宝科技有限公司;15 mL顶空萃取瓶、DVB/CAR/PDMS萃取纤维头(50/30 μm)  美国Supelco公司;QP 2010 UItra 气相色谱-质谱联用仪  日本Shimadzu公司;Centrifuge 5430离心机  德国Eppendorf公司;Summit P680高效液相色谱仪  德国Dionex公司;DB-5MS UI毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)  美国Agilent公司;Acclaim OA 色谱柱(4.0 mm×250 mm, 5 μm)  美国Thermo Fisher Scientific公司;便携式PEN3电子鼻  德国Airsense公司。

1.2  试验方法

1.2.1  HS-SPME-GC-MS 分析挥发性风味物质

通过气相色谱-质谱联用仪并结合嗅闻仪对毛豆腐中挥发性风味物质进行分析。

HS-SPME条件:称取样品1 g,加入1 mL饱和NaCl溶液,再加入10 μL 200 mg/mL 2-辛醇,于60 ℃、200 r/min条件下预平衡10 min,用已活化好的DVB/CAR/PDMS萃取纤维头顶空吸附30 min,将萃取头插入GC进样口解吸5 min。

GC条件:进样口温度250 ℃,分流比1∶3;载气He,流速11.6 mL/min;升温程序:毛细管柱初温40 ℃,保持2 min;以65 ℃/min升至180 ℃,保持3 min;再以8 ℃/min升至260 ℃,保持3 min。

MS条件:GC-MS接口温度250 ℃,离子源温度230 ℃;离子化方式:电子电离源;电子能量70 eV;质量扫描范围(m/z):35~600 amu。

定性方法:通过对比软件标准谱库NIST 11,保留相似度大于80%的化合物。

定量方法:以 2-辛醇为内标半定量化合物。

所测风味化合物的OAV按下式计算:

OAV=C1T。

式中:C1为挥发性化合物浓度,μg/g;T为对应挥发性化合物的感觉阈值。化合物的OAV越大表示其对总体风味的贡献越大,一般认为 OAV≥1的挥发性化合物是对整体风味起关键作用的化合物。

1.2.2  电子鼻测定

精确称取1 g样品于15 mL顶空瓶中,压盖密封,常温静置5 min后进行检测。

电子鼻参数设置:检测时间560 s,清洗时间50 s,预进样时间5 s,进样流量200 mL/min,载气流速200 mL/min,每个样品平行测定3次。

1.2.3  HPLC测定有机酸含量

样品前处理:取1 g样品用蒸馏水定容至10 mL,温度50 ℃,频率20 kHz,超声30 min,然后置于4 000 r/min的离心机中离心5 min后取上清液过0.45 μm尼龙膜,待测。

HPLC条件:Acclaim OA色谱柱(4.0 mm×250 mm,5 μm),流动相:0.1 mol/L Na2SO4(pH 2.65);检测波长:UV 210 nm;流速:0.5 mL/min;进样量:10 μL。

所测样品有机酸含量按下式計算:

X=A×CA0。

式中:X为有机酸样品的质量浓度,mg/L;A为测得有机酸样品的峰面积;A0为测得有机酸标准品的峰面积;C为有机酸标准品的质量浓度,mg/L。

1.2.4  游离氨基酸含量的测定

氨基酸标准溶液的制备:准确称取21种氨基酸标准品各0.5 mg于10 mL离心管中,用0.1 mol/L的HCl溶液配制质量浓度为500 mg/L的氨基酸标准溶液。于4 ℃保存,待衍生化。

待测溶液的制备:准确称取3种不同生产厂家的毛豆腐各1 g于离心管中,加入10 mL超纯水,于50 ℃超声(400 W,20 kHz)30 min,以5 000 r/min离心5 min,取上清液过0.45 μm膜,得待测液。

衍生化操作:准确吸取样液/标液1 mL于10 mL离心管中,分别加入14%三乙胺-乙腈溶液和1.2% PITC-乙腈溶液各0.5 mL,涡旋10 s,室温下静置30 min,加入2 mL正己烷,涡旋60 s,室温下静置10 min,以10 000 r/min离心5 min,弃去上清液。再次加入2 mL正己烷重复后续操作,取下层清液经0.45 μm有机滤膜过滤后上HPLC进行分析。

色谱条件:C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相A:0.1 mol/L醋酸钠溶液(用乙酸调节pH至6.5);流动性B:乙腈-水(4∶1);流速0.8 mL/min;检测波长254 nm;柱温36 ℃;进样量10 μL;洗脱程序:0~2 min,100% A;2~15 min,100%~90% A;15~25 min,90%~70% A;25~33 min,70%~55% A;33~43 min,0% A;43~53 min,100% A。

1.3  数据处理

每组样品均做3次平行,通过Microsoft Office Excel 2016软件对所得数据进行整理计算,采用IBM SPSS Statistics 20.0分析软件对数据进行Duncan检验(P<0.05表示差异显著),通过TBtools制作热图,通过SIMCA 14.1进行正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA),采用Origin 2018软件对电子鼻数据进行图像化处理。

2  结果分析

2.1  有机酸HPLC分析

适量的酸可以为毛豆腐提供适宜的口感,在毛豆腐发酵过程中,微生物利用原料中的糖分代谢形成酸类物质[12]。有机酸不仅可以使毛豆腐具有独特的风味,而且可以转化为酯类进一步增加毛豆腐的风味。在毛豆腐中共检测出7种酸类物质,样品中均含有草酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸和富马酸,见表1。其中乳酸、琥珀酸含量最高,乳酸可以赋予毛豆腐圆润和绵长的口感。琥珀酸具有酸味和鲜味的呈味作用,还可以延长食品的保质期[13]。在品牌B中琥珀酸含量最高,为7.47 mg/mL。在品牌A和品牌C中乳酸含量最高,分别为3.20,2.46 mg/mL。适量的酸可以改善毛豆腐的风味,但是过多的酸则不利于毛豆腐的贮存。像毛豆腐这样的发酵豆腐最大可接受酸度为1.30 g/100 g[14]。有机酸的存在抑制了污染细菌的生长,并增强了发酵产品的风味[15]。

2.2  游离氨基酸HPLC分析

毛豆腐的鲜味主要是因为在发酵过程中蛋白质易分解产生游离氨基酸,不同的氨基酸组成和含量赋予毛豆腐鲜美、醇厚、浓郁的滋味和丰富的味觉层次[16]。其中精氨酸属于苦味氨基酸,天冬氨酸和谷氨酸属于鲜味氨基酸。3个品牌毛豆腐样品中含有丰富的游离氨基酸,其中含量最高的为谷氨酰胺,在检测的21种氨基酸中,脯氨酸和组氨酸未检测到,见表2。谷氨酸和天冬氨酸是毛豆腐风味的主要来源,在L型氨基酸中,若R基属于酸性集团,以酸味为主,谷氨酸还能抑制苦味,钠盐呈现鲜味[17]。天冬酰胺在品牌B和品牌C中均有检测到,丙氨酸只在品牌B中检测到。苏氨酸在品牌B中含量最高,为1 282.69 mg/g,谷氨酰胺在品牌A中含量最高,为2 566.55 mg/g,这两种氨基酸都呈现出鲜味和甜味。精氨酸在品牌C中含量最高,为1 465.81 mg/g,略有苦味和甜味。其余氨基酸在每个品牌中都有检测到。3个品牌中品牌B的γ-氨基丁酸含量高于其他两个品牌。γ-氨基丁酸(GABA)是一种在自然界中广泛分布的非蛋白质氨基酸,它是通过谷氨酸脱羧酶(GAD)对谷氨酸进行不可逆的α脱羧反应产生的,可以降低患心血管疾病的风险,减轻焦虑和疼痛[18]。

2.3  挥发性成分SPME-GC-MS分析

对3个厂家的毛豆腐挥发性风味物质采用SPME-GC-MS進行检测,通过与质谱数据库进行比较,保留相似度超过80%的组分,共鉴定出61种风味物质,主要包括酯类、醇类、酮类、烯类、醛类,这些化合物共同构成了毛豆腐的独特风味。其中,品牌A毛豆腐鉴定出37种挥发性风味物质,品牌B毛豆腐鉴定出36种挥发性风味物质,品牌C毛豆腐鉴定出29种挥发性风味物质,这些风味物质构成了毛豆腐特有的风味。

由图1可知不同厂家毛豆腐挥发性物质的含量和种类的差别。由表3可知,每个厂家毛豆腐中检测出的挥发性化合物种类、含量和数目均存在差异,可能是发酵环境条件和发酵时间不同造成的。发酵过程中产生的主要挥发性成分是醇类、醛类、酯类。醇类物质共检测出16种,醛类和酯类物质类都检测出14种。醇类物质可能是发酵代谢过程中产生的脂肪酶将大豆中的脂类物质降解产生的[5]。

酯类物质可能是酸类和醇类物质发生酯化反应生成的,从而赋予毛豆腐特有的风味[19]。酯类物质中,乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯是品牌A和品牌B所共有的,含量分别为677.2,127.97 μg/L和3 231.01,16 342.78 μg/L,乙酸异戊酯具有蜂蜜和香蕉的气味[20],是毛豆腐主要的气味物质之一。2-甲基丁酸乙酯是品牌C所特有的风味物质,其含量为228.29 μg/L,具有苹果的香气。

醛类物质可能是由发酵过程中醇氧化、氨基酸脱氨脱羧等反应生成的[21-22]。3个品牌毛豆腐中共有的醛类是己醛、(E)-2-庚烯醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛。醛类物质一般具有青草香和油脂的香气[23]。2,4-癸二烯醛是品牌A中特有的,低浓度时具有油脂芳香味,高浓度时会有不愉快的气味[24],但在品牌A中因其含量低,对毛豆腐风味的影响不大。

2.4  挥发性化合物的OAV、OPLS-DA及电子鼻分析

OAV可以评价每种香气成分对毛豆腐香气的贡献程度[25]。OAV≥1表明对整体风味的贡献较大[26],结合气相色谱-嗅味计(gas chromatography olfactometry,GC-O)检测毛豆腐中OAV≥1的化合物共检测出15种挥发性风味物质,品牌A、B、C分别检测出8,9,5种。

由表4和图2可知,3个品牌毛豆腐中共同含有的挥发性风味物质有3种,分别是苯乙醇、庚醛和1-辛烯-3-醇,其中苯乙醇具有蜂蜜、玫瑰的香气,1-辛烯-3-醇具有蘑菇、草木的味道[27],是影响毛豆腐风味的关键物质之一。庚醛具有脂肪和柑橘的气味,因为OAV<1,因此庚醛的气味对毛豆腐风味的影响不大。乙酸苯乙酯和反-2-壬烯醛存在于除品牌C外的毛豆腐中,且OAV>1,所以这两种挥发性成分对毛豆腐风味的贡献较大[28]。品牌A中2-正戊基呋喃的OAV与其他两种品牌具有显著性差异(P<0.05),其值为2 739.87,具有黄油、青豆的气味,是品牌A中主要的风味物质。3个品牌毛豆腐中挥发性风味物质的种类和浓度不同,从而导致它们之间风味的差异[29]。

由图3可知,R2X=0.980,R2Y=0.988,Q2=0.979。R2X=0.980表明该模型能反映98%数据的变化,R2Y=0.988,接近1.0,表明该模型具有良好的可解释性,Q2=0.979 表明该模型的拟合度较好[30]。3个品牌的毛豆腐在得分图上组内差异性小、聚类良好,3种样品之间实现分离,说明风味之间存在一定差异性。通常认为VIP>1的物质是导致组间存在差异的因素,是常见的差异代谢物筛选标准。由图 4 可知,VIP>1的化合物有6种,最高的为庚醇,在腐乳中也有检出[30]。

为进一步分析主要的风味特征,对3个品牌的毛豆腐进行电子鼻气味分析,电子鼻雷达图见图5。W1W(硫化物)在所有品种中的响应值均最高,其次为W2W(芳香成分、有机硫化物)。品牌C与其他两个品牌的差异在于对W5S(氮氧化合物)也有一定的响应。电子鼻分析结果表明毛豆腐的主要风味成分为硫化物、芳香成分。

3  结论

本试验研究了3个不同品牌毛豆腐之间风味和滋味的差异。3个品牌毛豆腐中有机酸和游离氨基酸含量的不同是味道存在差异的原因之一。通过 HPLC 检测毛豆腐中有机酸含量发现,琥珀酸含量最高且不同品牌毛豆腐之间存在显著性差异,3个品牌毛豆腐中琥珀酸含量分别为2.52,7.47,1.77 mg/mL。对游离氨基酸的检测发现品牌A、B、C的主要呈味物质分别为谷氨酰胺、苏氨酸和精氨酸,含量分别为2 566.55,1 282.69,1 465.81 mg/g,通过 HS-SPME-GC-MS从3个品牌毛豆腐中检测出61种挥发性化合物,其中醇类物质种类最多,起到助香呈味的作用。醇类物质含量占比26.22%,醛类和酯类含量各占22.95%;结合嗅闻仪及OAV确定出15种关键风味化合物,并通过 OPLS-DA 和电子鼻进一步分析了3个品牌毛豆腐之间风味的差异,发现3个品牌毛豆腐因风味物质种类和含量的不同,风味也有较大差异。

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