酿造酱油呈色机制及色泽评价研究进展

1、1162009V ol 135No 11(Tot a l 253酿造酱油呈色机制及色泽评价研究进展3陈敏,韩小丽,蒋予箭,励建荣(浙江工商大学食品与生物工程学院,浙江省食品安全重点实验室,浙江杭州,310035摘要酱油是中国的传统食品,近年来人们对酱油的着色功能要求越来越高。不仅上色要快,还要求色泽红亮,故酱油色泽研究具有现实意义。文中对酿造酱油色泽的形成机理、酿造原料及条件控制对酱油色泽的影响、酱油色泽评价方法做一综述,以期为清晰了解酿造酱油的色泽形成过程及机理提供参考。关键词酿造酱油,色泽形成机制,酿造原料,色泽评价第一作者:在职博士研究生,副教授。32007年浙江省科技计划项目“提高酿造

2、酱油红色指数及风味的关键工程技术”(2007C22001收稿日期:2008-09-17酱油别名豆油、酱汁、清酱、豉油等,是以大豆或豆粕等植物蛋白质为主要原料,辅以面粉、小麦粉或麸皮等淀粉质原料,经微生物发酵形成的一种富含多种氨基酸和营养物质,并具有特殊色泽、香气、滋味和体态的调味产品。它源自中国,早在公元549年,齐民要术中就有酱的酿制记载1。公元1590年,本草纲目描述了酱油的制作方法。公元755年后,酱油生产技术随鉴真大师传至日本,后又相继传入朝鲜、越南、泰国、马来西亚、菲律宾等国。酱油酿造过程中,由于多种微生物的协同作用,将原料中的大分子物质分解成低分子化合物。不仅提高了产品的生物有效性

3、,同时这些低分子物质相互组合,多级转化形成了酱油中种类繁多的呈味、生香和呈色物质2。酱油是烹调过程中不可缺少的调味品之一。它的主要功能是调味、着色。酱油着色性能是由酱油酿制过程中形成的安全无毒的棕红色素赋予的。烹调时,特别是烹制红烧、红扒、酱、卤等菜肴时,加入酱油能起到着色、定色、提色的作用,成菜红润明亮,色泽诱人,增进食欲。我国酱油发酵的历史虽然悠久,但对酱油酿造的成色成味机理研究还处于初始阶段,本文对目前报道的酿造酱油的色泽形成机制、酿造原料及发酵条件控制影响因素及色泽评价方法进行综述,以期为清晰了解酿造酱油的色泽形成过程及机理提供参考。1酱油色泽的形成机理酱油呈色物质的形成主要源于酱油制

4、备过程的非酶褐变、酶褐变及调配中焦糖色的添加。现就酱油制备过程的非酶褐变和酶褐变机制做一阐述。111非酶褐变酿造酱油的非酶褐变主要指酱醪中的蛋白质原料、淀粉质原料及其分解产物氨基酸、单糖类等物质在一定条件下发生化学反应,最终形成各种呈色物质的过程。在酱油的的制备过程中主要有美拉德反应和焦糖化反应2类。11111美拉德反应美拉德反应又称非酶棕色化反应,过程极其复杂。它不仅产生许多初始产物,而且初始产物之间还能相互作用生成二级产物3。反应实质是羰2氨反应。对于酱油发酵而言,初始的蛋白质和淀粉质原料分别被微生物酶解,产物中有多种氨基酸和还原糖。还原糖与氨基酸中的自由氨基缩合生成席夫碱,席夫碱经过Am

5、adori 重排形成Amadori 产物,接着Ama 2dori 产物根据p H 值的不同发生降解。对酱油发酵过程进行跟踪测定,初始酱醪的p H7左右,后随着乳酸的发酵酱醪p H <7。Amadori 产物在这样的条件下主要发生1,22烯醇化而形成糠醛(当糖是戊糖时或羟甲基糠醛(当糖为己糖时。糠醛、羟甲基糠醛及它们形成过程中的中间反应产物(如32脱氧葡萄糖醛酮等都是高活性中间体。它们能分别再与酱醪中的氨基酸作用,并经过如环合、 脱氢、ret ro 2Aldol 反应、重排、异构化等反应,产物进一步缩合最终形成目前结构还不是很清楚的含氮聚合物或共聚物类黑素(melanoidin 4,呈棕红

6、色。到目前为止,关于类黑素的发色团还未被识别,因此类黑素的化学结构也仍不清楚,现已认同的观点是类黑素的结构不止一种。可能由于起始原料、反应条件的不同影响类黑素组成。Heyns 5、Tressl 等提出类黑素聚合物主要是由重复单元的吡咯或呋喃组成,通过缩聚反应最终产生美拉德反应。2009年第35卷第1期(总第253期117Hof mann 6发现,低分子质量的生色团通过赖氨酸的2N H 2或精氨酸和蛋白质交联而形成高分子质量的有颜色物质。Hof mann 认为类黑素根据分子质量可以被分为2部分:一类是低分子质量的有色物质,分子质量低于1000;另一类是分子质量达到100000的大分子。虽然类黑素

7、的结构还不明确,但是诸多研究人员通过1H NMR 、CP 2MAS NMR 等方法,已经研究出类黑素的部分片断。化学研究揭示,天然的和人工合成的类黑素在不同的p H 下,具有类似的基本结构(C HON 、光学特性及电泳淌度。根据Hayase 7,类黑素结构中部分是CH 3-COR 结构,以及来自葡萄糖的C 末端结构,主要有以下几种可能:11CH 3-CO -R ,21CH 3-C (H or O H =C (H or O H -CO -R ,31R -CO -CO -R ,41R -CO -CH (CH 3-CO -R ,51R -CO -CH 2-CO -R ,61R -CO -CH 2-C

8、H 2-CO -R ,71CH 3-CH (O H -CO -R 等。11112焦糖化反应糖类在无水及含氨基化合物条件下加热或高浓度时以稀酸处理,可发生焦糖化作用。焦糖化作用是以连续的加热失水、聚合作用为主线的反应。同时,糖环的大小改变和糖苷键断裂会产生一些热分解产物,使食品产生色泽和风味8。在固态低盐发酵中。酱醅中的葡萄糖长时间处于较高温度下(4050,会有部分葡萄糖分子脱水生成焦糖色素。此外发酵结束的酱油需经过热灭菌处理,也会形成焦糖色素。目前认为焦糖色素是一种无定形的结构不明的大分子胶体物质,易溶于水,呈棕红色,是酱油色泽的重要组成成分之一。112酶褐变酶褐变是酱油色泽的另一主要形成途径

9、。酱油的酶褐变被认为与其他一些水果蔬菜如花椰菜、梨等相似,主要由多酚氧化酶(PPO 引起的。酱油褐变的主要底物是酪氨酸(一种单羟基酚,决定酶褐变率的最重要的因素有PPO 及PPO 底物酚类化合物的浓度、O 2浓度,此外还有p H 、温度等。低盐固态酱油酿造过程中,酱醅中的蛋白质经酶解生成氨基酸,其中的酪氨酸在有氧的条件下(最适p H 值为67,在酚羟基酶和多酚氧化酶的催化作用下,经过氧化、环合、重排及聚合等一系列反应,最后生成棕色的黑色素9,增加酱醅色的深厚浓度。2酿造原料及条件控制对色泽的影响211原料发酵酱油的原料主要是大豆和面粉、小麦或麸皮,大豆被蛋白酶分解成蛋白质、多肽和氨基酸。面粉、

10、小麦等被淀粉酶分解为大分子糊精及少量的麦芽糖和葡萄搪。美拉德反应引起褐变的速度与氨基酸和还原糖的种类、结构有密切关系。麸皮中的多缩戊糖,主要是木糖和阿拉伯糖,在蒸料、制曲、发酵及加热灭菌过程中都较面粉中的六碳糖反应性强,易褐变。麸皮含有丰富的营养,多种维生素及无机物,质地疏松,表面积大,是曲霉菌等微生物良好的培养基。但是麸皮的色调发黑,使用过多会使色泽发黑。奥原章10等检查了酱醪中葡萄糖、乳糖、木糖和阿拉伯糖在发酵中的变化情况及对色素产生的影响,结果表明木糖引起色变最显著,其次是阿拉伯糖。且单糖比二糖褐变速度快。酱油中存在着多种氨基酸,李益民11调查了氨基酸对色素形成的影响,结果显示不仅在美拉

11、德反应初期氨基酸与还原糖反应,Amadori 产物在外界存在氨基酸的条件下,可进一步促进褐变。用模拟氨基酸液(由酱油和氨基酸液组成与Amadori 产物于30保存14d 后测定,由于氨基酸的影响,氧化褐变增长了1153倍。212pH 值米曲霉所分泌的3类蛋白酶中,以中性和碱性蛋白酶为主,初期为了碱性蛋白酶充分发挥作用,有利于谷氨酸生成和提高蛋白质利用率,酱醪p H 值要在较长时间内维持7左右。1个月后,随着乳酸发酵,p H 逐渐下降到513515,发酵2个月后,p H 下降到5以下。而对褐变作用而言,p H >3时,非酶褐变反应速度随p H 的升高而加快12。对美拉德反应,p H39范围

12、内,反应速度随着p H 上升而增加。213发酵温度和时间发酵时间与温度密切相关。酱油生产企业为了缩短发酵时间常采取的方法是提高发酵温度。但温度升高,会影响酱油色泽和风味。据林祖申13调查我国传统酱油发酵工艺,一般春季投料,秋季榨油、日晒夜露工艺,制得的酱油风味浓郁,色泽红亮。日本稀醪发酵温度管理第1个月15,不超20,以后上升至30,最高不超过35,发酵周期需46个月,所得酱油色泽呈红褐色,我国只有少数企业采用该法进行酱油的制备14。低盐固态酱油的发酵温度控制较高,大多在4045,周期仅21d ,生产成本虽低廉,但产品色泽发黑,风味不佳。为改善这一现象,低盐固态发酵可采用先低后高的发酵温度管理

13、有利于酱油色泽15 。1182009V ol 135No 11(Tot a l 253214水分酱油发酵是酶解的生化反应过程,水是酶分子的“交通工具”,是酶解的首要条件。以低盐固态酱油发酵为例,当酱醅含水量大时,由于美拉德反应的速度随水分的增加而降低,故酱油色泽较淡;降低酱醅水分后,酱醅温度易升高,对酱油色泽提高很有效,但水分太少也会使酱油色泽由红褐色转向黑褐色,而且对酶的作用十分不利,原料全氮利用率降低。故为了兼顾,一般成曲拌水量应控制酱醅水分50%55%。3酿造酱油色泽的评价方法311色率对于酱油的色泽的规定,综合ZBX66012-87或Z BX66013-87,对酱油颜色的规定是红褐色或

14、棕褐色,但在实际中是很难精确评判的,因此酱油企业一般都通过酱油的色率这一指标来评价色泽的好坏。色率是表示颜色深浅的指标,其深浅用色率强度(EBC 单位来表示。EBC 意义在于,当610nm 处吸光度为01076时,设定为20000EBC 单位。光吸收值(A 越大,色泽越深16。对于生抽酱油,色率并非越高越好。为了达到清澈红亮的效果,一般最好控制在10000以下。在研究中作者比较的色率在5000左右和色率在15000的同级别的生抽酱油,发现色率在15000的酱油色泽明显比色率在5000的酱油深,且没有光亮。老抽酱油的色率相对要高,主要靠焦糖色调配。312红色指数与黄色指数红指与黄指实际是一种比值

15、,即互补色之间的比值,据此可测定酱油中哪种颜色为主要成分。红色指数是行业内评价酱油色泽的一个指标。红色指数是酱油样品在波长510nm 和610nm 测定吸光度后据公式计算得到的。当酱油的红色指数在210以下时,酱油的红色不明显,而在310以上红色则比较显著。黄色指数测定方法与红色指数类似,在460nm 和610nm 波长测定吸光度后计算得到。目前对酱油的色泽探讨较多的是色率和红色指数,黄色指数研究较少,秦祖赠17发表的有关焦糖色素的文章中提出了测定黄色指数的原理。郑海燕18指出当酱油中的红色物质一定时,红色指数与色率成反比,即红色指数越高,色率越低。当然并非红色指数越高越好,红色指数过高,则成

16、为红色素了,反而有悖于酱油本身的颜色。黄色指数与红色指数呈正相关。313色差计测定在酱油的销售中,消费者关心的热点是酱油的着色效果。通过焦糖色的调配可以改变酱油的色率和红指等,但较优的色率和红指数据并不代表烹调中也能达到理想效果。色差计是一种常见的光电积分式测色仪器。它利用仪器内部的标准光源照明被测物体,在整个可见光波长范围内进行一次积分测量,得到透射或反射物体色的L ,a ,b 值。在表色系统CIELAB 中,L 3表示明度,称为明度指数,L 3=100表示白色,L 3=0表示黑色,中间有100个等级,代表不同的灰度。其值越大说明酱油色泽的亮度越好,黑色程度越轻。a 3为彩度,+a 3代表红

17、色,-a 3代表绿色;b 3为色相,+b 3代表黄色,-b 3代表蓝色;通过数据转换得:彩度C 3=(a 32+b 32015;色相角h =t an (b 3/a 3,a 3,b 3,c 3绝对值越大,色彩越饱和,越纯正19。加藤一郎20等人在实验中用色差计测定比较了鱼酱油和大豆酱油色泽指标的不同;其中大豆酱油的3个指标为:L 30154,a 3-0135,b 30180,鱼酱油:L 323194,a 338178,b 341113,说明鱼酱油明度较好,但色彩不如大豆酱油饱和。在SAM EER 21的文章中提出根据不同条件下测定的真菌的L 3,a 3,b 3,然后将他们定位在色彩圆饼图上,从而

18、很容易地就可以看出他们的色泽差异,此方法可以引用借鉴到酱油色泽评价中。Y oshio Makino 22等人在研究中根据色度(chromaticity 与色差计测定值L 3,a 3,b 3的线性关系建立方程,发现a 3与色度的线性关系较差,故建立方程如下:C =01855L 3-01001(b 32+01413(r =01998333。目前国内还未见报道将色差计应用于酱油色泽的评价中,但作者认为这将是深入研究酱油色泽的良好工具。314感官实验国家酱油卫生标准中对酱油色泽的感官检查也作了简单的描述:取2mL 样品于25mL 具塞比色管中,加水至刻度,振摇观察色泽、澄明度,应不浑浊,无沉淀物 23

19、;而日本已经有了感官检查的J AS 标准。刘瑞钦24在实验中,采用比色板直接比色法,其采用的描述语主要为:浓、淡红褐色或黄褐色、鲜艳、光泽度、光亮度等,并用评分法比较优劣。然而也可以用比较排序法,或其他的感官检查的方法。4展望目前文献报道酱油的主要呈色物质是类黑素和黑色素,通过酶褐变和非酶褐变反应形成。非酶褐变2009年第35卷第1期(总第253期119反应之美拉德反应机理基本成熟,但类黑素种类多,结构不明。酶褐变反应中,酪氨酸在有氧的条件下,被多酚氧化酶的催化,经过氧化、环合、重排及聚合等一系列反应,最后生成棕色的一类物质统称为黑色素,结构不清楚,有待进一步研究。酱油色泽表征现在主要是通过测

20、定色率、红色指数和黄色指数,有一定相关性,但不强。色差计将是今后酱油色泽评价的主要工具。色泽的感官评定依然是工厂中的主要评价色泽方法。各色泽评价指标之间相关性研究与色泽形成机理研究及控制还待进一步研究。参考文献1徐岩译1发酵食品微生物学(第二版M .北京:中国轻工业出版社,200112622992张海德1张水华1酱油中的生理活性物质J .食品科学,1999(1:793唐斌1美拉德反应在酱油香精中的应用J .香料香精化妆品,2002(6:39404郑文华,许旭1美拉德反应的研究进展J .化学进展,2005,17(1:1221295Tressl R.Thermally generated flav

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