热加工风味料（中）
文摘
科学
2024-11-25 07:01
上海
为了创香，对每种组成人们对食品印象的挥发性成分熟悉，将显得尤为重要。 这一部分将辨别各种熟食中的成分以及它们在其风味中的作用。 我们不可能讨论从各种热熟食中鉴别出的所有香味成分。 尽管所讨论的组分非常重要，但是仅有那些组分的混合物发生反应是无法得到一个完整的香精的。 风味的调制技术又要发挥作用。形成牛肉风味的很多主要成分已经由Lawrie（1982）发表了：另外一些在肉类中发现的有意思的挥发性化合物列在表1-8中（May和Ashuret，1991）。 这些化学品中有许多是风味化学家所控制使用的（也就是说，他们有注册审批的权力，在美国是FDA/FEMA GRAS，欧洲理事会的列表）。 但是这些物质中的一些是无法用来生产香精的，而风味化学家已经寻找到方法来代替起相似作用的化学物质，或者这些成分在反应型香精中可以产生。 熟鸡肉的香味与牛肉的香味是有很大不同的。 正如我们提到的，肉中脂肪部分被烹饪后会成为影响最终风味组成的决定性因素。 对于鸡肉也是同样的，鸡肉脂肪的分解产物对风味会产生重要的影响。 熟鸡肉风味特征的形成很大程度上与(Z)-4-癸烯醛、反-2-顺-5-十一碳二烯醛和反-2-顺-4-反-5-十三碳三烯醛有关（Shahidi等，1986）。 这些化学物质在香精配方中都会用到。 尽管不饱和醛具有重要作用，但是其他成分形成了其风味的价值。 很多这些化学物质可以被使用已经有一段时间了，但将它们应用在反应型香精上仍然可以得到令人满意的效果。 猪肉香味与牛肉或者鸡肉的香味有很大的不同。 主要的特点是其含硫的香韵。 硫胺素的分解已经被证明会形成猪肉香味的很大一部分（Giancino，1968，1970）。 3-巯基丙醇、3-乙酰基-3-巯基丙醇、4-甲基-5-乙烯基噻唑等化合物形成了猪肉风味的特点。 这方面的早期工作涉及相关产品类型的分析，强调火腿、香肠和熏肉的风味。 近来的工作致力于分析炸培根的挥发物质。 这些研究已经鉴别出超过135种化合物。 大体上烃类、醇类和羰基化合物占已发现的化合物中最大的部分，尽管这些化合物很多都没有培根或肉类的风味或者香味。 已经发现的化合物，比如2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮（对调香师来说可作为甲基环戊烯醇酮）和乙酰丙酰（2，3-戊二酮）提供了培根香韵中较多的焦甜香和黄油味特征。 （Lustre & Issenberg，1970）。 酚类，比如通常在木材烟雾中发现的苯酚、愈创木酚和4-甲基愈创木酚，已经在熏培根的挥发物中发现。 我们现在已经在炸培根中发现了22种吡嗪，包括2,6-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪和5,6,7,8-四氢喹喔啉； 12种呋喃，包括2-正戊基呋喃； 以及3种噻唑，2种恶唑和6种吡咯包括2-乙酰基吡咯。 这些化合物在其他肉类的挥发物中也已经被鉴别出，而且它们是典型的猪肉产物。 烤制的坚果和种子通过前体物质的反应和高温处理产生它们的风味特征。在用蒸汽蒸馏法获得的芝麻油提取物中已经鉴别出超过221种挥发物。 烤种子香味的总体特点，通常被描述为烤香和坚果香，一般对烘烤的条件依赖性很强。 风味研究表明糠硫醇、愈创木酚、2-苯基乙硫醇和4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮等化合物是其最重要的风味成分（Ho等，1983； Nakamura等，1989； Shu等，1985）。 炒花生的研究比较详尽，已经有超过279种挥发成分得到鉴别。 鉴别出的化合物主要类别是吡嗪、硫化物、呋喃、恶唑、脂肪烃、吡咯和吡啶。 一种最复杂的热生成香精是由烘焙咖啡豆产生的。这些香味物质的产生是由咖啡豆的发酵过程和最后的烘焙条件引起的。由发酵和烘焙过程产生的挥发性风味物质中已经鉴别出超过1000种化合物（Maarse & Visscher，1989； Flament，1989）。研究表明这些化合物中的60~80种形成了烘焙咖啡的风味特征。在挥发物中发现了大量的吡嗪、醛类、呋喃、酸类和硫醇化合物。在烘焙过程中会形成超过80种吡嗪，具有浓烈的绿色蔬菜类气味的2-甲氧基-3-异丙基吡嗪和2-甲氧基-3-异丁基吡嗪都存在于绿色未焙炒的咖啡豆中，并且最后促成形成烘焙咖啡香味效果（Vitzthum等，1976）。这些吡嗪和其他由氨基酸与还原糖经美拉德反应得到的吡嗪形成了烘焙咖啡香味中挥发成分总量的14%（Silwar，1982）。甲硫基丙醛对烘焙咖啡香味是必须的。甲硫基丙醛有一种类似烹饪过的土豆香味，但是它可以经过分解形成更不稳定的甲硫醇（Gasser & Grosch，1988）。由新近烘焙或者研磨的咖啡产生的这种低浓度化合物会产生令人愉悦的香味。来源于含硫化合物的“臭鼬香韵”很容易让人想起新烘焙的咖啡。有三种呋喃也被认为对烘焙咖啡香味特征的形成有重要作用。它们分别是3-羟基-4,5-二甲基-2(5H)呋喃酮、3-羟基-4-甲基-5-乙基-2(5H)呋喃酮和4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮（Blank等，1992）。这些化合物具有焦糖类香味，并且存在于多种经热处理的食物中（Baltes，1979）。可可香味的产生是由于发酵过程释放出了氨基酸和糖类以及随后的烘焙过程。我们在可可挥发物中发现的化合物与在咖啡香气中发现的大体上相同。发酵和烘焙条件（时间和温度）对香味特征有着重要的影响。吡嗪类还是其香味的特征物质。在120℃至135℃烘焙15分钟会产生最大量的吡嗪类化合物（Ziegleder，1982）。与咖啡一样，可可和巧克力的香味十分复杂，是由多种化合物共同形成它的整体香味以及风味的品质。可可豆的一个非常有意思的方面是没有报道证实在可可豆中发现胱氨酸或者半胱氨酸，并且其他唯一的含硫氨基酸——甲硫氨酸，它的含量相对于发酵后可可豆中其他氨基酸处于一个较低的水平。如果存在更多的含硫氨基酸，那么可可就会具有非常不同的香味类型。一种名叫St. John’s Bread的可可替代物已经能过从烘焙的角豆树（槐豆）豆荚进行商业生产。它是生产槐树豆胶的副产物。去除种子的豆荚经过筛选、干燥（烘焙）和粉碎或者研磨制成一种可可类原料。其香味类型与较低品质可可粉相似。我们已经注意到水解植物蛋白已经在商业上用作肉味香料的替代品，并且成为反应型香精的基础。水解过程如图1-6所示。水解时氨基酸被释放，随后的加热过程产生了挥发性化合物，这些挥发物在其他熟的或者烘焙的产物中也能发现。一些比较重要的挥发物总结于表1-9（Manley等，1981）。所有这些香精都有一个共同的风味类型，这是由于碳水化合物的热分解和重组形成的（糖类的热分解）。这里我们再次发现呋喃酮化合物，例如4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮和2-羟基-3-甲基-2-环戊烯-1-酮，是其香味的主要成分（Healey & Carnevale，1984；Sugisawa，1967；Underwood等，1961）。如果不提到烤面包产生的香味，那么关于热产生香精的讨论将是不完整的。在烤面包的香气中已经鉴别出将近300种挥发性化合物。数量最多的化合物构成香基，接下来是醛和酮。[CFR Title 21，102.22（a）]，其次是醛类和酮类（Mannie，1997）。据报道最具有饼干气味的化合物是2-乙酰基-1-吡咯（Schieberle & Grosch，1989）。风味学家用于合成香料的原材料范围十分广泛。他或她的创造性发展的重点集中于一些重要的“模块”，这些“模块”具有熟产品在制作时产生的一些重要香味类型。这些原材料可以被称为食品，例如肉类提取物或者可可粉，或者它们可以用作反应混合物或者芳香化学品的掺合物（美国食品药物主管机构检验安全可靠的香料原料）。风味学家的选择标准是消费者所期望的香味类型，香精的用途（香精研发非常重要的一部分）和由消费者提出的成本参数。我们关于使用的原材料的一些简单讨论可以让我们深入了解一些风味学家的研发工作。可能已经能够想象到，肉类提取物是许多反应型香精的主要成分。有关肉味香精开发的前体氨基酸包括在肉类提取物中，因此它是与其他氨基酸、还原糖、水解产物、自溶产物和脂肪发生反应良好的基础原料。鉴于肉类提取物的费用和很多情况下反应型香精是用来模仿肉类提取物的情况，在制备反应型香精时使用过多的肉类提取物将是不经济的。由于水解产物包含多种自由形式的氨基酸，在产生肉类或烘烤的香味时会需要这些氨基酸，所以水解产物是香精研发一种重要的底物。水解植物蛋白为香精制造商研发调配提供了廉价的氨基酸来源。然而一些食品企业已经要求香精不能含有水解植物蛋白，因为在加工过程中会形成一些污染物（这个问题将在安全部分讨论）。不含水解植物蛋白的风味物质在美国才被认可作为“纯净标签”的风味物质。美国的标签管理规定：几种已知的风味成分物质混合在一起，被置于天然香精，香精或人工香精或一个词组如混有其他风味的天然香精（在美国也被称为WONF香精）的标签名下，这是允许的。在这些商标术语下某些成分不用被公布。尽管美国食品及药物管理局认为水解植物蛋白是一种天然香料，但是若香料或食品中含有这类物质则必须在标签上标注出来。水解蛋白质的种类也必须披露出来。因此如果香精含有水解玉米蛋白和大豆水解蛋白就必须在其标签上标注植物水解蛋白来源于水解玉米和大豆蛋白。“纯净标签”的香精不能含有任何水解植物蛋白或者其他一些成分，例如谷氨酸钠，它必须标注在香精标签上或者最终的食品标签上。在反应型香精中酵母原料，比如自溶酵母提取物，也发挥着重要作用。典型地，为了风味品质培养的焙烤酵母（一级酵母）或去苦所用的酿酒酵母（二级酵母）都可以用作香精的生产。酵母本身具有一种愉快的坚果香，令人开胃的或苦味的特点，这可以被调香师用于调香。如果酵母细胞被破碎使得原生内源性（自身溶解）或外部加入的酶催化蛋白质降解成多肽和自由氨基酸，并且酵母中水溶性化合物被除去，最后得到的产物就被称为自溶酵母提取物（AYE）或者酵母提取物。在创香中酵母提取物是非常有用的反应物。AYE和其他利用外源酶（市售酶类）得到的酵母材料已经被证实具有良好的风味增强性能，这是因为它们本身就中含有多种氨基酸和某些核苷酸。这使得这些酵母产品成为极好的肉味香精前体，并且它们可以添加到一种香精中以达到风味增强效果。我们已经指出很多氨基酸可以用作开发浓厚香气的前体物质。所用的氨基酸主要是含硫氨基酸，比如半胱氨酸，它的二聚体——胱氨酸，和甲硫氨酸。谷胱甘肽（L-谷氨酸-L-半胱氨酸-甘氨酸）是肉味香精的重要前体，但是对一般使用来说它的费用昂贵。很多的专利文献都有关于含硫氨基酸作为肉味香精前体的例子。4-羟基-5-甲基-3-(2H)呋喃酮与半胱氨酸的反应生成它的硫代类似物，其具有一个非常显著的肉类风味特征（van den Ouweland & Peer，1975）。各种其他氨基酸与还原糖经前面提到的美拉德反应生成香味化合物而被用于反应型香精方面。肉类提取物、水解植物蛋白和酵母提取物是作为香料前体的自由氨基酸和多肽极好的来源。通常很多还原糖被用作反应物。例如核糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、乳糖和蔗糖等糖类被用于许多过程香精中。在美拉德反应中需要糖类参与Strecker分解反应，这点在较早时已经被注意到。很多碳水化合物是某些糖类的廉价来源，因此它们在香精方面非常有用。这些原料包括糊精、阿拉伯胶、果胶和藻酸盐。有将近2000种芳香化学物质可以使用，这些化合物中有很多对风味学家合成最终香精有用处。我们已经讨论过肉味反应型香精的产生和在热处理过程中芳香化合物的形成。这些相同的成分已经被人工合成，并且批准作为香精成分也是安全的。在一种香精化合物中可能使用多达30~50种芳香化合物。表1-10列出了风味学家在创香中会使用到的主要芳香化合物。当然也有例外，化学合成的芳香化合物不允许在热处理之前使用到反应型香精中，因为这些类型香精的制备的行业准则不允许这样。这些成分大部分很容易挥发，可能会在热处理过程中损失掉。因此，在反应后，它们可能被添加到反应型香精中，以产生一种强特征性的头香。某些其他食品原料允许在热处理操作之前加到反应混合物中，这一系列材料可以在IQFI标准中找到，其中维生素B1是一个重要成分。因为它的化学性质它可以产生浓厚的肉香味，这在前面我们讨论过。反应型香精可以由多种技术生产，它受到不同pH水平、水分活度、缓冲液、温度和调配次数的影响。例如，美拉德反应在pH>5时生成吡嗪，在pH>7时却生成棕色化合物，在较低pH条件下生成糠醛和一些含硫化合物。商业上的制备方法非常多样化，这就允许生产商可以描绘出该产品的风味轮廓，可以控制所制备香精的反应终点。当然在香精生产中考虑更多的还是经济因素。液体反应在不锈钢容器或者用玻璃内衬的容器中进行。由于反应混合物的腐蚀性（酸、碱和高盐浓度），HVP的生产要求在以玻璃内衬的容器中进行。可以采用电加热，但更常使用的是高压蒸汽加热。反应混合物由一个混合器所搅拌，该混合器带有或不带有刮擦面的刀片。一种常压釜会采用回流浓缩装置和一些空气净化装置，以使芳香物质返回到反应混合物中，或者从反应混合物中将香气成分分离。在反应过程中所产生的香味是非常强的。超过回流温度时可以使用压力釜来更好的控制反应条件。一般情况下，反应温度最好低于150℃，典型的温度是在100-120℃范围内。太高的温度将会产生反应控制问题、加工费用问题和高的初始资本消耗。正如我们后面将要讨论到的，高于150℃的温度会造成安全隐患。在许多方面这个过程类似于一种汤类产品的生产，只有能产生浓烈香味的重要成分才会被使用。大多数反应型香精都是以液体形式生产的，然后用下述方法中的一种直接进行干燥，或者先加入其它香精材料然后再脱水或包装。滚筒或鼓风干燥器可以使物料在一个连续的过程中反应和脱水干燥。对反应过程的控制是通过鼓风的温度、鼓风的时间和反应混合物中成分的性质（如水分活度）调节的。就像烹饪一样，未加工过的材料在最终风味特征中扮演重要角色。这种加工方式的主要缺点是转鼓表面温度过热将导致混合物中易挥发的成分的明显流失。糊化反应是另一种处理高固形物含量混合物反应的方法。滚筒干燥器和压力锅的方法适用于流动性很好的反应混合物。高固形物含量糊化反应要求使用特别的设备，这些设备可以在高温下运转，并且可以转移高粘度材料。Lodiger 混合机、Z-混合机或者其它型号的糊化反应器可以处理这种产品。在这些设备旁边通常有旋转架和高速转头。如果设计地合理，它们可以在很高温度下运作。这种加工方法最明显的优点是反应混合物中可以保留大量的脂肪，尽管该工序可能使得易挥发的组分丢失，但脂肪可以保留主要的风味物质。这种方法特别适用于烤制、炒制、油炸等工序。这种方法的主要缺点在于对设备原始投资和升温过程的消耗较大。由于反应物种存在一些腐蚀性物质（如高盐和氨基酸），在设备设计时要多加注意。例如，正常的轴承和固垫是无法承受生产反应型香精所用的反应物的腐蚀性。挤压机提供了另外一种通过连续方式产生香精的方法。挤压机被设计成允许原料分别加入，在一个连续的过程中混合并发生热反应。混合物的固形物含量高可以保证反应混合物的反应时间/温度具备极好的控制性。这一过程被认为可以帮助保护香精成分（Food Formul.，1997）。由于反应混合物到达挤压机加热栏末端时压力的显著不同，一些挥发性的头香将会损失。少数香精厂家利用挤压腔作为热稳定性香精的反应容器。挤压机中的热量、湿度和压力加速了这种“过程”或“反应”香精的形成。如前面所述，一些因素像加热时间、温度和pH等因素影响到最终香精的产量。风味物质的前体如还原糖和氨基酸可以在挤压机中通过美拉德反应生成制成香精。因为材料已经经历了大量的热加工，后续的热处理对其影响较小，因此它们具有很好的热稳定性。使用挤压工艺制作零食产品时，添加到混合物中的风味物质很容易消失或者特征风味发生改变。一般情况下，挤压温度的范围为150~235℃。在此温度范围内极少的传统香精能够保存。一些反应型香精已经被研发出来以增加挤压食品中的风味含量。其风味物质所占的百分比随着基本成分的不同而不同。挤压食品以大量的淀粉和蛋白质为基本原料，其中也含有少量的添加剂。在挤压过程中淀粉和蛋白质受到加热、加压、剪切作用的影响下，它们历经了多种分子水平的变化。例如，淀粉会发生氢键的断裂、凝胶反应和/或者糊精化。蛋白质会发生变性、交联反应和凝固现象（Mannie，1997）。在制定的挤压食品配方的一个普遍步骤中，难挥发性的物质在起始就应加入。例如，用来反应形成一种风味的前体成分可以与主要原料相混合。而这些成分可以在最终产品的风味类型中用于加强或者补充风味。一旦反应完成，为了商业销售对混合物进行脱水干燥是必须的。脱水干燥是重要的一步，它可以确保原料以有用的、稳定的形式存在。把形成的风味物质与合适的载体混合，这些载体可以是淀粉、被修饰的淀粉、胶或者是原料的混合物。虽然反应型香精再次暴露在高温下，但是喷雾干燥的时间通常是很短且温和的，还不足以产生其他风味成分。最终的香精是自由流动的，不太易吸湿。一些HVP或者盐分含量高的反应型香精难以干燥，就是因为这些原料的吸湿性。干燥的起始成本是相当大的，而且它需要占据工厂的很大的工作面积。然而，工作的高效性和对干燥工序的严格控制可以克服这些缺点。托盘干燥方法提供了一种不同的干燥反应型香精的方法。因为一些反应型香精的天然吸湿性，这种方法是非常有用的。把产品放置在托盘中，托盘放在真空室的加热架上。室内的压力下降，架子的温度上升以除去水分。结果“块状物”分散成一种特定的颗粒尺寸，然后包裹。特别地，这种产品吸湿性非常强，需要在空调房间中处理。HVP制造商发现这种处理对生产高品质风味特征的HVP非常有用。该工序可以除去一些不想要的风味，并生成更多有用的特征风味（Hoch，1997）。不像喷雾干燥法，这种方法作为一种分批操作确实存在缺点。它也要求原材料的进一步加工（研磨和定量），然后再包装。
