大豆酸奶风味物质研究进展_黄祖贤.pdf
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1、第 14 卷 第 11 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.11 2023 年 6 月 Journal of Food Safety and Quality Jun.,2023 基金项目:广东省重点领域研发计划项目(2022B0202050001、2022B0202040002)、广东省种业振兴专项(2022-WPY-00-008)Fund:Supported by the Key-area Research and Development Program of Guangdong Province(2022B0202050001,2022B0202040002),
2、and the Guangdong Province Rural Revitalization Strategy Special Fund Seed Industry Revitalization Project(2022-WPY-00-008)*通信作者:方祥,教授,主要研究方向为食品生物技术。E-mail:*Corresponding author:FANG Xiang,Professor,College of Food Science,South China Agricultural University,No.483,Wushan Road,Tianhe District,Guangz
3、hou 510642,China.E-mail: 大豆酸奶风味物质研究进展 黄祖贤,李松泽,李营威,杨晓萍,王 丽,廖振林,王 洁,钟青萍,方 祥*(华南农业大学食品学院,广州 510642)摘摘 要要:近年来,随着行业和消费者对健康和环保的认识不断提高,植物基酸奶产品市场得到快速发展。大豆是最主要的植物基蛋白来源之一,营养丰富且具有多种生理活性物质,以大豆蛋白等植物基蛋白发酵的植物酸奶具有绿色健康等优点,但产品容易出现豆腥味或者苦涩味等不良风味问题,风味不佳是目前大豆酸奶产品发展的主要技术瓶颈。本文介绍了大豆酸奶主要风味来源、风味物质分类及风味改良方法,其中大豆酸奶的不良风味主要来源于大豆原
4、料自身风味物质及发酵过程中乳酸菌产生的挥发性风味物质,本文提出了改善大豆酸奶产品风味的关键在于优化发酵原料、改善原料加工工艺及筛选适合大豆蛋白发酵的风味菌株,为今后的大豆酸奶研究和产业发展提供思路。关键词关键词:大豆酸奶;乳酸菌;发酵;风味;挥发性物质 Research progress on flavor substances of soybean yogurt HUANG Zu-Xian,LI Song-Ze,LI Ying-Wei,YANG Xiao-Ping,WANG Li,LIAO Zhen-Lin,WANG Jie,ZHONG Qing-Ping,FANG Xiang*(Colle
5、ge of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)ABSTRACT:In recent years,the market for plant-based yogurt products is growing rapidly as the industry and consumers become more aware of health and environmental concerns.Soybean is one of the most important sources of pl
6、ant-based proteins,which is rich in nutrients and has many physiologically active substances.Plant-based yogurt fermented with soybean proteins has advantages such as being green and healthy,but the product is prone to unpleasant flavor problems such as beany flavor or bitterness,and the unfavorable
7、 flavor is the main technical bottleneck in the development of soybean yogurt products.This paper summarized the sources of the main flavor of soybean yogurt,the classification of flavor compounds,and the methods of flavor improvement.The off-flavor of soybean yogurt mainly comes from the unpleasant
8、 odor of raw materials and the volatile flavor substances produced by lactic acid bacteria during the fermentation process.The keys to improving the flavor of soybean yogurt are to optimize the fermentation raw materials,improve the processing of raw materials,and screen the flavor strains suitable
9、for soybean proteins fermentation,which provides a reference for future research and industrial development of soybean yogurt.KEY WORDS:soybean yogurt;lactic acid bacteria;fermentation;flavor;volatile compounds DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.11.008104 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 0 引 言 植物蛋白饮料近年来受
10、到消费者广泛青睐。植物蛋白食品被市场广泛接受可以减轻畜牧业对环境的压力,在应对世界人口快速增长和气候变化的背景下,可以满足更多的蛋白需求,并具有环境可持续性12。植物酸奶是以植物蛋白为主要原料,接种乳酸菌或乳酸菌与酵母等其他菌株混合制成的发酵剂,经发酵而成的发酵植物蛋白饮品,由于其不含胆固醇和乳糖成为酸牛乳的理想替代品,除了受到普通消费者的喜爱,也为乳糖不耐症、牛奶过敏、素食主义和追求健康的消费者群体提供更好的选择34。大豆蛋白质含量较高,是使用广泛的植物蛋白原料之一5。大豆的蛋白质含量达 30%40%,脂肪含量达18%20%,含有大量的多不饱和脂肪酸和必需氨基酸,并且含有丰富的膳食纤维、微量
11、元素及活性物质,是优质植物蛋白来源,且其来源广、总产量大,是植物基蛋白原料的首选67。但豆乳营养物质组成结构与牛乳差异性较大,如在脂肪酸的组成上,牛奶以饱和脂肪酸为主,而豆乳以亚油酸等不饱和脂肪酸为主,不饱和脂肪酸容易形成醛类化合物等二次氧化产物,导致大豆酸奶容易出现豆腥味等不良风味缺陷8。同时,大豆蛋白酸奶市场前景虽然广阔,但仍有发酵体系不稳定、产品风味口感较差等问题,给大豆酸奶的应用和推广带来一定的难度。本文综述了发酵豆乳中主要风味来源、风味物质分类及风味改良方法,为大豆酸奶的风味研究和产品开发提供参考。1 大豆酸奶风味物质及其来源 1.1 影响大豆酸奶风味的因素 发酵植物酸奶风味物质来源
12、主要有:植物蛋白原料和辅料本身的风味物质成分;发酵过程中乳酸菌菌株新陈代谢产生的挥发性风味物质。大豆蛋白原料种类、辅料、发酵菌种和添加剂等均影响着发酵豆乳的风味9。大豆酸奶风味体系构成复杂,其对感官感受影响最大的风味物质一方面来自于发酵原料豆乳,另一方面来自于菌种发酵过程中产生的代谢产物。1.2 发酵原料豆乳挥发性成分 1.2.1 豆乳中挥发性风味成分及其形成途径 大豆成分对豆乳的风味影响较大,大豆的脂肪酸和蛋白质等成分含量影响着豆乳中挥发性化合物含量10。成熟的完整大豆籽粒本身不含有或仅含有痕量风味成分,在加工成豆乳的过程中,由于酶促氧化反应及非酶促氧化反应,会有不同程度的豆腥味产生1112
13、。目前脂肪氧化酶(lipoxygenase,LOX)诱导的酶促反应被认为是最主要的豆腥味来源之一1314。在 LOX 和脂肪酸氢过氧化物裂解酶等作用下,大豆中亚油酸和亚麻酸等多不饱和脂肪酸降解形成的短链化合物是豆乳中复杂风味的主要来源之一15。大豆LOX是一种含非血红素铁的加氧酶,主要存在3种同工酶 LOX1、LOX2 及 LOX3,约占大豆总蛋白的1%2%,能够专一催化具有顺,顺-1,4-戊二烯结构的多不饱和脂肪酸的氧化反应11,16。LOX 在进行催化作用时需要两个条件,一是释放酶与底物反应,二是需要水的参与17。LOX 在植物中天然底物主要是亚油酸和亚麻酸,LOX1 能够催化不饱和脂肪酸
14、生成13-氢过氧化物,LOX2和LOX3催化生成 9-或 13-氢过氧化物1819,其中 LOX2 在豆乳挥发性风味物质的形成中起主要作用20。大豆中含有丰富的亚油酸和亚麻酸,在大豆粉碎过程中细胞破裂释放出脂质及其他小分子物质。在水和氧气等参与下,LOX 催化大豆中多不饱和脂肪酸氧化形成脂肪酸氢过氧化物11,15。氢过氧化物不稳定,容易进一步裂解产生醛、醇和酮等二级氧化产物,这些挥发性化合物共同构成豆乳风味体系2122。除了酶促反应外,非酶促氧化反应也是豆乳挥发性风味物质形成途径之一,如大豆不饱和脂肪酸在单线态氧作用下生成 2-戊基呋喃等23。此外豆乳的挥发性化合物形成后能与大豆组分发生相互作
15、用,如醛类、酮类等物质能与大豆蛋白结合,给豆乳风味带来一定的影响2425。豆乳主要挥发性风味物质可分为豆腥味物质与非豆腥味物质,如表 1 所示。豆乳中豆腥味物质主要有己醛、己醇、2-戊基呋喃、反-2-己烯醛、1-辛烯-3-醇、1-辛烯-3-酮、反,反-2,4-壬二烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛,呈现青草味、蔬菜味、豆腥味、叶子味、蘑菇味、油脂氧化味等不愉快风味;关键非豆腥味物质主要有反-2-壬烯醛、壬醛和反-2-辛烯醛,呈现水果香、花香味和青瓜味等令人喜爱的风味13,26,3031。1.2.2 豆乳中豆腥味挥发性成分及其来源 豆乳中挥发性风味成分主要包括醛类化合物、醇类化合物、酮类化合物、呋喃
16、化合物及其他化合物等。大部分研究认为己醛是最重要的异味化合物,呈现青草味和豆腥味2122。研究认为,豆乳风味的可接受度不仅基于总挥发性化合物含量,更多的是受到特定挥发性化合物(如己醛等)相对浓度的影响32。(1)豆乳中主要挥发性醛类物质 挥发性醛类是豆乳主要挥发性化合物,己醛是豆乳中挥发性醛类化合物的主要物质,呈现青草味,感官阈值为 4.5 g/kg,主要通过 LOX 降解不饱和脂肪酸生成的 13-氢过氧化物进一步裂解形成27,33。YUAN 等34认为豆乳中己醛的含量与大豆亚油酸和 LOX 含量呈正相关性。反-2-己烯醛呈现叶子味,主要通过 LOX 降解亚麻酸形成氢过氧化物,再经氢过氧化物裂
17、解酶降解形成18。反,反-2,4-壬二烯醛呈现豆子味,主要由 LOX 氧化亚麻酸形成 9-氢过氧化物分解产生,反,反-2,4-癸二烯醛呈现油脂氧化味,主要由 LOX 氧化亚油酸形成 13-氢过氧化物分解产生15。第 11 期 黄祖贤,等:大豆酸奶风味物质研究进展 105 表 1 豆乳中豆腥味与非豆腥味挥发性成分 Table 1 Beany and non-beany volatile components in soymilk 项目 风味物质 风味描述 感官阈值/(g/kg)参考文献 豆腥味挥发性成分 己醛 豆腥味、青草味 4.5 2627 己醇 青草味 500 18 2-戊基呋喃 豆腥味、青
18、草味 5.96 15,18 反-2-己烯醛 叶子味、青草味 1740 18,22 1-辛烯-3-醇 蘑菇味 1.56 22,28 1-辛烯-3-酮 蘑菇味、蔬菜味 0.003 18,29 反,反-2,4-壬二烯醛 豆子味 0.090.1 18,26 反,反-2,4-癸二烯醛 油脂氧化味 0.027 18,30 非豆腥味挥发性成分 反-2-壬烯醛 水果香、甜香味 0.19 2930 壬醛 柑橘味、花香味 3.5 13,22 反-2-辛烯醛 黄瓜味 3 22,30 (2)豆乳中主要挥发性醇类、酮类和呋喃类物质 豆乳中己醇含量较高,是主要的风味化合物之一31。己醇呈现青草味,感官阈值在 500 g/
19、kg 左右,主要来源于LOX 氧化亚油酸生成的 13-氢过氧化物15,27。1-辛烯-3-醇在豆乳的醇类化合物中占比较大,呈现蘑菇味,感官阈值在1.56 g/kg 之间22,28,有研究认为豆乳中的 1-辛烯-3-醇主要由氢过氧化反应形成35。豆乳中大部分可挥发酮类物质对豆腥味影响不大,但其中 1-辛烯-3-酮呈现蘑菇味,可使豆乳出现不愉快的气味18,22。2-戊基呋喃是一种具有令人不快的豆腥味和青草味的化合物,感官阈值为 5.96.0 g/kg,可以由单线态氧作用于亚油酸产生15,18,光线与空气的参与也会影响 2-戊基呋喃的生成36。1.2.3 豆乳中非豆腥味挥发性成分 豆乳中其他挥发性成
20、分中,反-2-辛烯醛、壬醛和反-2-壬烯醛是主要的非豆腥味挥发性成分。反-2-壬烯醛具有水果香、甜香味,有研究表示反-2-壬烯醛可以通过非酶促方式形成,在亚油酸的自氧化和光敏氧化过程中产生26。壬醛呈现柑橘味和花香味,反-2-辛烯醛呈现黄瓜味,这些挥发性化合物是豆乳中关键性非豆腥味成分30。1.3 乳酸菌发酵对大豆酸奶风味的影响 豆乳含有丰富的蛋白质,具有较高的营养价值,但还存在豆腥味和涩味等风味问题。发酵可以有效改善豆乳风味,豆乳经乳酸菌发酵后能够产生发酵乳特征风味,改善豆乳产品的风味不佳等问题。一方面,乳酸菌发酵可以有效减少豆乳中豆腥味物质的生成,如己醛等。另一方面,乳酸菌在发酵豆乳过程中
21、还能产生如 2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、3-羟基-2-丙酮等奶香味物质37。这些风味化合物互相作用,赋予大豆酸奶独特的风味品质。乳酸菌种类是影响大豆酸奶产品品质的关键因素,现有的酸奶发酵剂多为牛乳类产品开发,直接应用到植物基蛋白原料发酵上较难获得理想效果28。大豆与牛乳在碳水化合物成分组成上区别较大,大豆中只含有一定的蔗糖、水苏糖和棉子糖等低聚糖,缺乏乳酸菌容易利用的乳糖,而酸奶发酵的菌株是根据牛奶的营养特性筛选出来,因此大多数牛乳酸奶发酵剂并不适用于豆乳的发酵。如嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌是经典酸奶发酵剂组合,在牛乳中两种菌株可以建立共生关系,在豆乳中嗜热链球菌可以生长,但大部分保加利亚
22、乳杆菌难以利用豆乳中的蔗糖等主要碳源,二者在豆乳中互相促进生长效果不佳3839。简单采用该两株菌株进行发酵,发酵大豆酸奶缺乏典型发酵乳风味,并容易产生令人不快的馊味40。因此,针对大豆蛋白原料筛选可发酵并产生良好风味的乳酸菌菌株,是解决大豆酸奶不良风味问题的重要途径。在研究中常见用于发酵豆乳的乳酸菌如表 2 所示,主要有乳杆菌属,其中包括嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌等;链球菌属,包括嗜热链球菌等;乳球菌属、双歧杆菌属以及明串珠菌属等。表 2 常见的大豆酸奶发酵菌株 Table 2 Common fermentation strains of soybean yogurt 菌
23、属 菌种名称 乳杆菌属嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、干酪乳杆菌(L.casei)41、植物乳杆菌(L.plantarum)42、副干酪乳杆菌(L.paracasei)43、发酵乳杆菌(L.fermentum)44、鼠李糖乳杆菌(L.rhamnosus)45等链球菌属嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)46等 乳球菌属乳酸乳球菌(L.lactis)40等 双歧杆菌属动物双歧杆菌(Bifidobacterium animalis)47、婴儿双歧杆菌(B.infantis)、长双歧杆菌(B.longum)48等 明串珠菌属肠膜明串珠菌
24、(Leuconostc mesenteroides)49等 106 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 1.4 大豆酸奶主要风味物质成分 大豆酸奶风味成分主要由挥发性成分和非挥发性成分组成。挥发性组分由嗅觉感知,是赋予大豆酸奶气味的主要化合物。非挥发性组分由味觉感知,是赋予大豆酸奶滋味的主要化合物,主要为大豆皂苷、大豆异黄酮等23。1.4.1 大豆酸奶中主要挥发性风味成分 通过传统乳品发酵剂,即保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的经典配伍发酵豆乳,即使豆腥味降低了也会形成令人不快的风味。有研究认为发酵乳和大豆酸奶大部分风味物质是相似的,如乙醛、双乙酰和乙偶姻,但大豆酸奶中双乙酰的浓度
25、较高,过量的双乙酰可能是大豆酸奶出现异味的原因之一38。双乙酰是乳制品中重要的风味化合物,阈值为0.059 g/kg29,在发酵乳制品中含量为1.55 mg/kg 时会产生一种黄油风味,但过量时可能会带来风味不佳的问题5051。俞本杰52研究认为发酵乳风味化合物双乙酰、乙醛、乙偶姻在发酵乳基质中有着最佳浓度范围,分别为 6.659.12 mg/kg、25.8735.45 mg/kg 和 37.3449.86 mg/kg,三者比例为4:16:32时协同效果较好,在比例失调时可能也是引起发酵豆乳不愉快风味的因素,合适的发酵菌株对发酵乳风味起着重要作用。此外,还有研究认为发酵豆乳异味来源于醛类、醇类
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