菠萝冰淇淋苦味物质形成的初步研究.pdf

FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 2009 年 第 34 卷 第 1 期FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 参考文献： 1李家福.野果开发与综合利用M.北京:科学技术文献出 版社,1989 2李昌文,岳青.低糖苹果脯的加工工艺研究J.食品研究与 开发,2006,27(7):130-132 3赵宇瑛,张汉锋.花青素的研究现状及发展趋势J.安徽农 业科学,2005,33(5):904-905,907 4姚旭,孙强,张庆刚,等.毛酸浆果果脯的研制J.现代食品 科技,2006,22(1):55-57 5赵晋,王娇,健全.低聚异麦芽糖生理功能及应用的研究 进展.食品科技,2007,28(2):166-168 6杨海军.低聚异麦芬糖的生理功能及其在食品工业中的 应用J.中国食品剂,2001,(4):42-44 7蜜饯食品理化检验方法,GB/T 11860-1989 菠萝冰淇淋苦味物质形成的 初步研究 张倩倩 1， 褚庆环1， 张佳成1， 范荣波1， 李厚超2 (1.青岛农业大学，青岛 266109；2.济南佳宝奶业集团，济南 250316) 摘要：通过对菠萝冰淇淋配方成分，以及对菠萝和乳中成分的分析得出：菠萝冰淇淋苦味物质主 要由菠萝蛋白酶对酪蛋白的分解，形成了一种苦味肽，并进一步探讨了防止苦味产生的方法。 关键词：菠萝；冰淇淋；苦味 中图分类号：TS 277文献标志码：A文章编号：1005-9989(2009)01-0045-04 Study on bitter compounds in pineapple ice-cream ZHANG Qian-qian1, CHU Qing-huan1, ZHANG Jia-cheng1, FAN Rong-bo1, LI Hou-chao2 (1.Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109; 2.Jinan Jiabao Milk Company Limited, Jinan 250316) Abstract:This paper analyzed the bitter compounds in pineapple ice-cream through the study of components in pineapple ice-cream, pineapple and milk, and it was a bitter peptide which from casein hydrolyzed by bromelain, then discussed the debittering methods. Key words:pineapple; ice-cream; bitter 收稿日期：2008-05-28 作者简介：张倩倩(1984)，女，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向为食品科学。 菠萝也叫凤梨，它和香蕉、荔枝、芒果并列 为世界四大名果。菠萝果肉中含有丰富的糖以及 各种维生素1。菠萝营养丰富，Vc 含量是苹果的 5 倍，富含菠萝蛋白酶。菠萝不仅甜美芳香，还具 有健肾助消化和止咳、利尿作用，是气管炎、慢 性肾炎患者的理想果品。 冰淇淋采用奶与奶制品，或加入蛋与蛋制品、 蔗糖、甜味剂、香料、稳定剂以及食用色素等混 ! 食品开发 45 FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 2009 年 第 34 卷 第 1 期FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 合后，经巴氏杀菌、均质、老化、凝冻而制成。 除了具有鲜艳的色泽、浓郁的香味、细腻的组织、 可口的滋味外，并且有很高的营养价值，是广大 消费者喜爱的清凉解暑的佳品。 菠萝冰淇淋就是利用新鲜菠萝果浆以及鲜奶 等原料制作成的一种冰淇淋，具有菠萝和鲜奶两 者的营养成分，以及营养价值和健康作用，然而 在实验过程中产品出现明显的苦味，对消费者食 用有一定的影响。为了提高产品的质量，抑制苦 味物质的产生，本实验对菠萝冰淇淋苦味物质形 成的原因以及防止方法进行研究。 1材料与方法 1.1材料与试剂 新鲜菠萝、鲜奶、白砂糖(糖 100%)、鸡蛋：市 售；奶油(人造)：上海光明乳业，脂肪 80%；冰淇 淋添加剂：CMC-Na卡拉胶单甘酯=111；水：煮 沸并经降温冷却的水。 试剂：0.1 mol/L pH7.8 PBS 溶液，固体硫酸 铵，醋酸，无水乙醇。 1.2仪器与设备 冰淇淋机：济南九阳电器有限公司；海信冰 箱冰雪丽人 BCD188；电子调温万用电炉：澳柯玛 公司；打浆机：睦力尼克斯有限公司；GYB60-6s 均质机厂：上海东华高压均质机厂；DL-5 型低速 大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；玻璃棒； 烧杯；案板；刀子。 1.3实验方法 1.3.1菠萝冰淇淋加工工艺 菠萝果浆 原料混合杀菌均质冷却老化凝冻 灌装硬化硬质冰淇淋成品 检验软质冰淇淋 1.3.2选择性实验菠萝冰淇淋的配方为：菠萝 果浆 20%，全脂奶粉 14.5%，奶油 7.78%，糖 14%，冰淇淋添加剂 0.3%，蛋清 2.0%。根据此配 方加工成的冰淇淋具有明显的苦味，可以肯定苦 味是由配方中的某成分所引起，即导致苦味形成 的物质存在于配料中，因此首先从根本上选择出 导致苦味物质的配方成分，分别去掉一种配方成 分进行实验，以选择出导致形成苦味的成分。此 实验只进行到老化步骤即可。 1.3.3加热实验菠萝中含有一种重要的酶 类菠萝蛋白酶，是一种水解蛋白酶，且具有 分解纤维蛋白和血凝块的作用，其最适温度在 55 60 3。菠萝是导致苦味形成的一种重要成分， 而菠萝蛋白酶是菠萝中主要的酶类，故使菠萝蛋 白酶(菠萝果浆)在不同的温度下进行加热实验，分 析是否是菠萝蛋白酶的作用。 1.3.4形成苦味物质的成分确定实验菠萝冰淇 淋主要是由菠萝和牛乳组成，菠萝中菠萝蛋白酶 起着主要的作用，故提取菠萝蛋白酶。菠萝蛋白 酶是一种蛋白分解酶，而牛乳中的蛋白质主要是 酪蛋白和乳清蛋白，故提取牛乳中的酪蛋白与乳 清蛋白，使其分别与菠萝蛋白酶进行反应，确定 形成苦味的确切物质。 1.3.4.1菠萝蛋白酶提取菠萝 50 g 切碎加入 50 mL 0.1 mol/L pH7.8 PBS 溶液，搅拌之后用 4 层纱 布过滤于烧杯中，在 4000 r/min 下离心 15 min。 离心后取上清液，记录体积，倒入烧杯中缓慢加 入固体硫酸铵粉末，并不断地搅拌，直至完全溶 解为止。于 4 下放置 12 h，在 4000 r/min 下离 心 15 min，取沉淀即可4。 1.3.4.2酪蛋白与乳清蛋白的提取鲜牛乳于 3500 r/min 离心 20 min，去除脂肪。脱脂乳在 40 下，用醋酸调节 pH 至 4.6，沉淀过滤，水洗沉 淀 23 次，即得酪蛋白5。 当调至 pH4.6 酪蛋白沉淀后乳清中的所含有 的蛋白即为乳清蛋白，在溶液中添加无水乙醇， 使乙醇含量达到 35%，继续添加无水乙醇直至乙 醇含量逐渐达到 55%，搅拌均匀，静置 3060 min 后，30005000 r/min 离心，倒出上清液，所得沉 淀即为乳清蛋白。 1.3.4.3菠萝蛋白酶与酪蛋白、乳清蛋白的反应 将菠萝蛋白酶(溶液)或者菠萝果浆与酪蛋白(溶 液)、乳清蛋白(溶液)按照 21 的比例混合，检查是 否有苦味。 2结果与分析 2.1选择性实验 配方中去除的物质混合老化后结果 鲜奶无苦味 奶油有苦味 糖有苦味 鸡蛋清有苦味 添加剂有苦味 表 1菠萝冰淇淋成分与苦味 食品开发 46 FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 2009 年 第 34 卷 第 1 期FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 冰淇淋配方含有多种物质，故苦味的形成存 在多种可能，其中任何一种成分与菠萝都有可能 生成苦味。根据结果所示(如表 1)，在菠萝冰淇淋 的配方中，去除奶后，没有苦味出现，而其他物 质去除之后仍有苦味存在(按照相同的工序)，因此 可以判断该苦味物质与牛奶有关。 2.2加热实验 将菠萝果浆分别在 30、40、50、60、70、80、 100 下加热 1 min，然后再与鲜奶按 12 比例混 合，结果如表 2。 菠萝蛋白酶可以分为果菠萝蛋白酶和叶菠萝 蛋白酶，两种酶有各自催化作用的最适温度，果 菠萝蛋白酶的最适催化温度为 58 6，温度大于 58 时，酶开始失活。实验得出，菠萝冰淇淋苦 味物质是由菠萝中的菠萝蛋白酶引起，在 60 前 仍然有明显的苦味存在，即酶没有失活；随着菠 萝果浆杀菌温度的提高，酶的活性逐渐降低，苦 味逐渐减弱。故菠萝果浆的杀菌温度可以选择 70 80 。 2.3形成苦味物质的成分确定实验 2.3.1菠萝蛋白酶与酪蛋白、乳清蛋白实验结果 根据表 3 得出，菠萝蛋白酶与酪蛋白反应产 生苦味，而与乳清蛋白反应没有苦味产生，这与 资料报道相一致7。即菠萝冰淇淋的苦味是由菠萝 蛋白酶与酪蛋白反应产生。 2.3.2菠萝蛋白酶与酪蛋白不同比例对苦味的影 响分别将菠萝果浆与酪蛋白溶液按照 21、11、 11.5、12、13、14 的比例混合均匀，放入 4 冰箱中，1 h 后进行感官评定。 由表 4 可知：菠萝冰淇淋的苦味是由菠萝中 的菠萝蛋白酶和乳中的酪蛋白引起的，并且随着 酪蛋白的量的增加，苦味越来越明显。 由此可知，菠萝冰淇淋苦味主要是由于菠萝 蛋白酶与酪蛋白生成的某种苦味物质而引起的， 这种苦味随着菠萝果浆杀菌温度的提高而减弱， 并且随着酪蛋白即鲜奶的量的增加而增强。另外， 在老化过程中，老化时间对苦味的影响不大。 食品中的苦味物质目前大致分为 5 类：生物 碱、黄烷酮糖苷类、萜类和甾体类、氨基酸和多 肽类、无机盐类。而菠萝蛋白酶可能将酪蛋白分 解成肽类，可以认为该肽类物质是苦味肽，从而 引起冰淇淋的苦味，这种苦味肽的结构和性质还 有待研究。 2.4苦味物质的初步判断 Ritonja8等通过研究排列出菠萝蛋白酶主要组 分的氨基酸顺序，表明菠萝蛋白酶是木瓜酶系中 的一种。菠萝蛋白酶是一种糖蛋白，分子结构中 有一个寡糖分子，由甘露糖(mannose，Man)、岩藻 糖(fucose，Fuc)、木糖(xylose，xyl)和 N乙酰葡糖 胺(N-aceltylglucosamine, Glc NAC)组成，共价连接 在肽链上。 Yasuda 等 9 将 菠 萝 蛋 白 酶 用 连 四 硫 酸 钠 (Na2S2O6保护分子中的 SH 基团，过碘酸钠氧化糖 分子，在反应 1、3、5 h 后，未被氧化的糖分子分 别剩余 20%、5%、2%，而对酪蛋白活性分别保持 了 83%、72%和 64%，说明酶分子结构中糖分子 不是催化所必需的基团。 菠萝蛋白酶分子中 SH 基团是催化水解活性基 团，它位于从 N 端开始的第 25 个氨基酸。陈清西 等10研究后认为：巯基、氨基、色氨酸(Trp)残基和 唯一的组氨酸(His)残基是酶催化活性必需基团， 而羧基和羟基与酶活性无关，酶中的 6 个色氨酸 残基仅有 1 个是酶活性所必需的。菠萝蛋白酶对 多种天然蛋白质和合成多肽具有催化水解作用， 天然底物有酪蛋白、明胶等。 酪蛋白还有大量的氨基酸成分，且不同类型 的酪氨酸氨基酸组成不同。s1-casein 由 199 个氨 菠萝果浆加热温度/结果 30明显的苦味 40明显的苦味 50有苦味 60有苦味 70淡淡的苦味 80基本上无苦味 100无苦味 表 2菠萝果浆经不同温度加热后与鲜奶混合的结果 反应物质实验结果 菠萝蛋白酶与酪蛋白有苦味 菠萝蛋白酶与乳清蛋白无苦味 表 3菠萝蛋白酶与酪蛋白、乳清蛋白实验结果 菠萝蛋白酶(果浆)与酪蛋白比例(v/v)结果 21基本没有苦味 11有苦味 11.5苦味较明显 12明显的苦味 13明显的苦味 14苦味较重 表 4 菠萝蛋白酶与酪蛋白在不同比例混合的结果 食品开发 47 FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 2009 年 第 34 卷 第 1 期FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食 品 科 技 基酸组成，每个分子上结合 8 个磷酸根离子, 结合 位点主要集中在肽链第 4349 位置处，在这个部 位经酶解得到的磷肽，可结合钙、铁、铜、锌等 金属离子形成可溶性盐，促进金属离子在体内的 吸收。 -casein 由 209 个氨基酸组成, 每个分子结合 5 个磷酸根离子, 结合位点主要集中肽链的第 14 21 位值处, 形成一个高度磷酸化的区域。 -casein 是由乳汁分泌后由内源性的蛋白酶对 -casein 的部分降解产生的，所以 -casein 在有 些性能上与 -casein 相似。 -casein 是一个糖蛋白, 在距离肽链的 C 端 1/3 处结合着一些碳水化合物，另外在肽链的 11 位 和 88 位上有两个半胱氨酸残基。-casein 有两个 遗传变异体 A、B，-casein B 有 169 个氨基酸残 基，分子中只有一个磷酸酯碱键，对钙离子不 敏感7。 苦味肽是蛋白质酶解液中的苦味物质，由某 些疏水基因和疏水性氨基酸构成。肽是由氨基酸 构成的，其成味特性很大程度上取决于氨基酸的 呈味特性。因此菠萝冰淇淋中的苦味物质是由菠 萝蛋白酶分解酪蛋白使其产生了含有亮氨酸、苯 丙氨酸、色氨酸等疏水性氨基酸的小肽。故使产 品产生了明显的苦味，而这种小肽的结构还需进 一步研究。 2.5防止菠萝冰淇淋苦味的相关措施 2.5.1用菠萝汁代替菠萝果浆用菠萝汁代替菠 萝果浆加工冰淇淋，其添加量为菠萝果浆的 2 倍， 不但不影响菠萝冰淇淋的品质和感官，而且没有 苦味的存在，可以解决苦味存在的问题，也可以 大大利用广大的菠萝资源。 另外适当调整菠萝果浆与鲜奶的比例，使其 在 21，保证没有或者很淡的苦味，并且产品有明 显的菠萝风味；适当提高白砂糖的用量，使其添 加量在 15%16%，同时减少奶油的用量，通过甜 度可以遮掩苦味，使产品符合消费者的需求。 2.5.2加热将菠萝果浆在使用前采用 7080 加热 1 min，使菠萝蛋白酶失活，大于 80 时虽 无苦味形成，但菠萝果浆酸味加重，对菠萝的营 养与口感带来影响。因此采用 7080 加热灭菌， 不仅可以消除苦味，对产品可以完整保全菠萝的 风味。 2.5.3掩盖向有苦味的蛋白水解液中加入一些 能掩盖蛋白质水解液苦味的物质，也可使苦味减 轻。如在蛋白质水解过程中，加入多聚磷酸可成 功地掩盖酪蛋白水解的苦味(Tokito，1996)。明胶也 能起到相似的效果，但是都不如甘氨酸效果好 (Tamura et al，1990)。交联淀粉能把苦味藏于淀粉 的分子结构内部，从而阻止它们接触味蕾而起到 掩盖苦味的目的。要达到这种效果，必须加热淀 粉与苦味肽的混合物。苦味肽和浓缩乳清蛋白、 脱脂奶及大豆混合，也有脱苦或掩苦作用，原因 是蛋白质之间、氨基酸和肽之间存在亲和作用 (Tamura et al，1990)11。因此在菠萝冰淇淋中可以 加入交联淀粉、食品级氨基酸等物质来掩盖苦味 物质。 3结论 本实验通过对菠萝冰淇淋成分的分析，确定 了苦味物质与鲜乳有关；加热实验确定了苦味物 质与菠萝蛋白酶有关；并通过最终的实验得到菠 萝冰淇淋的苦味是由菠萝蛋白酶和酪蛋白导致的， 并进一步推测这种苦味物质是一种苦味肽，其结 构、性质等方面还需要进一步的研究。 参考文献： 1徐迟默,杨连珍.菠萝科技研究进展J.华南热带农业大学 学报,2007,13(