甜味剂与百香果中关键醛类香气物质相互作用的研究方法

1.本发明涉及一种研究果汁或饮料产品中香气物质与非营养性甜味剂成分相互作用的方法，特别是一种基于仪器分析(gc-o-ms、紫外光谱)及热力学分析百香果汁中关键醛类香气物质与甜味剂相互作用及机制的方法，属于食品风味化学分析领域。


背景技术：

2.百香果，也称为鸡蛋果，属于西番莲属，是西番莲科中最大的一种，主要原产于热带美洲。百香果通常作为新鲜水果或果汁食用，因其感官特性而广受欢迎——它具有异国情调、花香和果香。百香果又因其果汁香味馥郁，甜酸可口、色泽悦目，有“果汁之王”的美称。百香果营养价值高，具有抗炎、抗氧化、抗焦虑等多种功能特性。对于百香果汁的消费，香气与味道的影响相辅相成，因为果汁的风味依赖于甜味、酸味等其他味觉与香气之间的微妙平衡。其中负责香气的挥发性部分物质在整体可接受性中起着重要作用。与此同时，一旦果汁具有强烈的酸味，应添加水、糖或高强度甜味剂以提供可口的果汁。几十年来，糖一直是人类饮食中的主要甜味剂，占每日能量摄入量的很大一部分。但过多摄入此类高热量食品会导致各种复杂情况，如龋齿、糖尿病、肥胖症等负面问题。从需求端来看，对内在健康和外在美的追求，消费者减糖(蔗糖)诉求不断提升，在产品消费上逐渐偏好选择低糖/无糖产品，减糖渐成趋势。这使得非营养性甜味剂作为食品添加剂正发挥着至关重要的作用。
3.索马甜是甜味蛋白甜味剂的一种，又称为奇异果甜蛋白，它与蔗糖的味道相似，它也可以用作良好的风味增强剂。这两种特性(甜味剂和风味增强剂)也使这种用于食品的添加剂更加重要。同时作为蛋白质，会与产品中的香气物质发生相互作用，会因环境变化而吸收或释放风味化合物，从而对整体风味有影响。因此有必要了解其与果汁产品中风味化合物的相互作用机制，因为它不仅可以调节风味，还可以改善果汁的感官特性。本发明旨在通过结合仪器分析与热力学来剖析百香果汁中关键醛类香气物质与甜味剂的相互作用机制，提供了一种对果汁、饮料配方中的甜味剂与香气物质之间机理研究的方法，为实际生产中低糖果汁或饮料香精调配、风味质量调控提供了理论依据。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供研究甜味剂与百香果汁中关键醛类香气物质相互作用的方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种研究甜味剂与百香果中关键醛类香气物质相互作用的方法，包括以下步骤：
6.步骤1)：分析百香果汁中的关键的醛类香气物质，使用spme结合sbse提取百香果汁中的挥发性物质，使用gc-ms分析，再通过gc-o(aeda)与oav结合鉴定出关键香气物质并在其中挑选出关键醛类物质a作为研究相互作用的对象；
7.步骤2)：利用紫外-可见光分光光度计检测空白组甜味剂b溶液、甜味剂b与关键醛类物质a的混合溶液在不同温度下各自的紫外-可见吸收图谱(观察甜味剂的吸收)；通过计
算关键醛类物质a-甜味剂b二元体系下的热力学参数来判断二者之间的相互作用力类型。
8.本发明首次使用sbse方法提取百香果汁中的香气物质，并与spme提取结果相结合。每种方法具有其局限性，多种方法检测结果的结合才能更加完整的评估百香果汁的关键香气化合物。
9.优选地，所述步骤1)中关键香气物质的鉴定方法为：将oav≥1的香气物质作为对整体香气有贡献的成分且oav值越大，该成分对整体香气的贡献就越大，即关键香气物质。gc-ms分析出来的所有挥发性化合物并非都是具有香气感知的，所以需要采用gc-o筛选，但同时并非所有香气物质都是起主要作用。故采用aeda检测计算出风味稀释(fd)值，fd值反映了每种化合物对风味的贡献程度，fd值越高表明对整体风味的贡献更大。但是aeda没有考虑到基质效应，引入oav法进行进一步验证，它等于食物中挥发性成分的浓度与其在食物中检测阈值的比值，能够分析某个香气物质对整体香气的贡献。
10.优选地，所述步骤2)中首先对甜味剂b的浓度进行固定，测定该浓度下的紫外最大吸收波长所对应的吸光值a0；将多个浓度点(一般选取四个浓度点，浓度点可根据实验具体情况在吸收值合理范围内选择)的关键醛类物质a与固定浓度的甜味剂b混合，测定混合溶液在不同温度下的甜味剂b的最大吸收波长所对应的吸光值a；采用lineweave-burk双倒数曲线求得分子之间的结合常数并求得不同反应温度下的结合常数：该式中，c表示小分子化合物的摩尔浓度，k为结合常数，a、b分别为常数。
11.优选地，所述步骤2)中关键醛类物质a和甜味剂b相互作用的热力学参数通过van't hoff等式求得：该式中，k为温度为t时的结合常数，r为气体常数，δh、δs分别为焓变和熵变；以ink对1/t作图，由直线的斜率和截距求得的焓变δh和嫡变δs；再由下列公式计算结合反应的自由能变δg：
12.δg＝δh-t
·
δs。
13.更优选地，所述关键醛类物质a与甜味剂b二者之间的相互作用力类型的判断方法为：当δs＞0，且δh＞0时，二者之间为疏水作用力；当δs＜0，且δh＜0时，二者之间为氧键和范德华力；当δs＞0，且δh＜0时，二者之间存在静电相互作用。对相关参数进行分析，确定两者相互作用过程的主要驱动力。
14.本发明研究了甜味剂与百香果汁中关键醛类香气物质的相互作用及机制，利用spme结合sbse提取百香果汁中的挥发性物质，通过aeda结合oav鉴定出百香果汁中关键醛类香气物质，通过筛选得到相互作用的研究对象。同时利用紫外光谱和计算热力学参数来判断甜味剂与关键醛类香气物质之间结合方式和相互作用力类型。研究相互作用对产品配方的修改，风味调控，感官保持提供了理论研究。该方法结合了仪器分析与热力学计算，弥补了对香气物质与甜味剂相互作用研究方法空缺的问题，且结果直观可靠，研究方法简单可行，适用性广泛。
附图说明
15.图1为0.1g/l索马甜的紫外吸收图；
16.图2为不同浓度糠醛(a到e浓度逐渐增大)与索马甜混合溶液在25℃下的紫外吸收光谱图；
17.图3为糠醛与索马甜结合常数的线性回归图(25℃、30℃、37℃)；
18.图4为糠醛与索马甜相互作用的van’t hoff方程。
具体实施方式
19.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
20.实施例
21.一种基于仪器分析和热力学计算研究甜味剂与百香果汁中关键醛类香气物质相互作用的方法，具体步骤如下：
22.1、spme：准确称取6g果汁样品放入20ml顶空瓶，加入20μl 2-辛醇(400mg/kg)作为内标，然后将顶空瓶在40℃下水浴加热30min。将spme针插入顶空瓶的顶部空间，纤维(75μm car/pdms)伸出暴露在样品顶空，置于距离样品液面1cm处并萃取挥发物40分钟。纤维在250℃的气相色谱入口处热解吸5分钟，用于气相色谱-质谱(gc-ms)分析。sbse：使用10mm/0.5mm acar/pdms规格的pdms涂层搅拌棒。将6g果汁样品、20μl 2-辛醇(400mg/kg)作为内标和搅拌棒放入20ml密封小瓶中。搅拌棒用于在40℃下以600rpm的速度搅拌40min。提取后，将pdms搅拌棒从样品瓶中取出，(从溶液中取出搅拌棒，用蒸馏水冲洗，用无绒纸干燥，并立即转移到热解吸管中。)用滤纸干燥并插入玻璃热解吸管中，使用gc-ms系统进行解吸和分析。再使用gc-o仪器分析：以百香果基质作为溶剂并且以1:4，1:16，1：32，1:64，1:256，1:1024，1：2048的质量比进行浓缩液稀释。闻香人员通过靠近嗅闻口的上方进行不间断嗅闻，记录嗅闻到的香气物质的出峰时间以及香气描述，直到在某一稀释梯度下闻不到任何香气物质为止，记录每个香气物质能够被嗅闻到的最高稀释浓度，记作fd值。对fd因子≥16的气味活性化合物进行定量分析。通过建立标准曲线对所有检测到的芳香活性化合物进行量化。横坐标为化合物浓度与内标的比值，纵坐标为化合物对内标的峰面积。每种气味对整体香气的贡献是通过气味活性值来评估的，它被测量为每种化合物的浓度与其在水中的检测阈值的比率，计算出每个香气物质对应的oav，保留oav≥1的香气物质即为关键香气物质。
23.2、挑选所有oav≥1的香气物质中的关键醛类，再在醛类中选取糠醛作为与甜味剂(索马甜)相互作用的研究对象。确定混合溶液体系中索马甜浓度为0.1g/l作为研究相互作用的浓度，且体系中糠醛的摩尔浓度依次为3.62
×
10-4
，6.04
×
10-4
，9.66
×
10-4
，1.21
×
10-3
mol/l。将糠醛与索马甜的混合溶液分别在25℃、30℃和37℃条件下平衡10min。使用紫外-可见光分光光度计测定溶液的紫外－可见吸收图谱。以相应空白试剂为参比，将0.1g/l的索马甜溶液进行全扫描，扫描波长范围为190-400nm，以确认索马甜的最大吸收波长(图1)，之后对混合溶液体系的吸光值进行测定。再采用lineweave-burk双倒数曲线求得分子之间的结合常数。可通过不同浓度糠醛下，索马甜最大吸收波长下的吸收值的变化来判断出糠醛与索马甜之间存在相互作用及结构的变化(图2)。
24.3、求得不同反应温度下的结合常数(图3)，然后通过van't hoff等式(式中，k为温度为t时的结合常数，r为气体常数8.314)求得糠醛和索马甜
相互作用的热力学参数(表2)。以ink对1/t作图，由直线的斜率和截距求得的焓变δh和嫡变δs(图4)。再根据这两个数据计算各温度下结合反应的自由能变δg＝δh-t
·
δs。从表2可以看出糠醛与索马甜体系δg《0，说明两者之间的反应过程是自发的。δh和δs的值分别为29.985kj
·
mol-1
》0和170.29j
·
mol-1
·
k-1
》0，根据判断规律，说明两者相互作用过程的主要驱动力为疏水作用力。
25.表2糠醛体系的结合常数k以及相关的热力学参数
[0026][0027]
本发明的一种基于仪器分析和热力学计算研究甜味剂与百香果汁中关键醛类香气物质相互作用的方法，操作简单快捷，结果直观可靠。