鄭家倫，李晨，陸利霞，熊曉輝

(南京工業(yè)大學 食品與輕工學院，南京 201510)

美拉德反應制備咸味香精研究進展

鄭家倫，李晨，陸利霞，熊曉輝

(南京工業(yè)大學 食品與輕工學院，南京 201510)

美拉德反應因其在食品加工過程中占據(jù)重要的地位，一直被視為研究的重點。將咸味香精根據(jù)最后的成品分成了兩類：熱反應生成的肉味香精和分離純化制備的美拉德肽。對美拉德反應制備咸味香精的機理進行了綜述，其中同位素標記法在研究中起到了重要的作用。簡述了美拉德反應終末產(chǎn)物AGEs的形成過程及多酚、黃酮類等天然抗氧化劑對其的抑制。舉例說明了呈味和呈香物質(zhì)的鑒別方法，并對咸味香精未來的發(fā)展進行了展望。

美拉德反應；咸味香精；形成機理；安全性；品質(zhì)鑒定

咸味香精(savory flavoring)，是20世紀70年代興起的一種新型食品香精，自20世紀80年代開始，我國開始研究咸味食品香精，而20世紀90年代則是我國咸味食品香精快速發(fā)展的10年。經(jīng)過長達20年的時間，目前我國在生產(chǎn)咸味食品香精技術領域已經(jīng)步入世界前列[1]，咸味食品香精生產(chǎn)量與消費量也達到了世界先進水平。同時，隨著咸味食品香精生產(chǎn)和使用量的擴大，人們對美拉德反應也愈發(fā)了解。近年來，大部分生產(chǎn)咸味香精的廠商開始利用氨基酸和還原糖反應來制取香料，比如精氨酸、半胱氨酸、甘氨酸等與糠醛進行熱反應來制備肉類香精。同時，隨著科研人員進一步研究，水解動物蛋白、水解植物蛋白、酵母抽提物、類脂肪質(zhì)等各種天然原料都可以作為氨基酸來源制取香精香料。如果我們能夠充分利用好這些原料，會使咸味香精未來的發(fā)展具有無限的可能性[2]。

1 美拉德反應制備咸味香精的分類

1.1 熱反應生成的肉味香精

熱反應香精(thermal process flavoring)是通過兩種或多種前體物質(zhì)在一定的條件下通過加熱反應生成的。其他的香料或是配料可在反應前添加以此來參與反應，也能在反應后添加,這種熱反應的本質(zhì)即為美拉德反應[3]?，F(xiàn)階段的咸味香精主要是以動、植物的氨基酸和還原糖為原料進行加熱反應來制取的。而在生產(chǎn)肉味香精的眾多反應中，熱反應則是其中重要的反應之一。肉味香精本質(zhì)上是一種混合物質(zhì)，主要是以食品反應香基為主體。近些年已有許多通過熱反應制備肉味香精的研究，例如詹萍利用溫和氧化羊脂作為熱反應的前體物質(zhì)制備出了羊肉味香精[4]；朱新生利用豬肉酶解物通過簡單熱反應模型體系制得了豬肉風味香精[5]；除此以外，還有陳海燕關于熱反應鴨肉香精的研究和制備[6]；楊二剛通過酶解雞肉制備熱反應天然雞肉香精的研究等[7]。

1.2 分離純化制備美拉德肽

美拉德肽(Maillard peptide)是肽與還原糖的美拉德反應產(chǎn)物，因其能夠增強呈味食品的鮮味、醇厚感和持續(xù)感，所以通常被用來作為調(diào)料底物。研究美拉德肽對開發(fā)風味增強肽的呈味料具有非常重要的理論意義。美拉德反應不但賦予食品獨特的香氣、滋味以及色澤，而且會產(chǎn)生具有較強抗氧化性的活性物質(zhì)。因此，美拉德反應已成為發(fā)酵制品的呈味核心。劉平[8]以大豆分離蛋白為原料，探究了美拉德反應風味料底物肽的酶解工藝、美拉德肽的形成機理、不同的美拉德反應對美拉德肽的影響。實驗通過構建二甘肽、六肽以及谷胱甘肽分別與木糖形成的模型體系，分析了較大分子的糖肽交聯(lián)物的形成途徑，然后得到了相對分子量1000～5000的肽段與還原糖的交聯(lián)反應可生成美拉德肽的結論。蘭小紅[9]以豆粕為原料，改變酶解反應條件以此來獲得不同水解度的大豆肽，分析了各個水解度美拉德反應產(chǎn)物的感官特性，獲得了最佳酶解條件，并在此條件下，對酶解的大豆肽進行了化學組成分析，然后以此大豆肽為原料，探究了在不同美拉德反應條件下美拉德肽的形成規(guī)律。

2 美拉德反應制備咸味香精的機理研究

2.1 美拉德反應生成香味物質(zhì)機理的研究

現(xiàn)有的研究已表明肉類的香味是在其經(jīng)過熱加工后產(chǎn)生的，它是由非揮發(fā)性前體物質(zhì)直接或間接產(chǎn)生的。雖然因其反應復雜，人們還不能完全理解香味形成的途徑，但是已有學者對其中一些重要的化學反應機理開展了進一步的探究。研究表明蛋白質(zhì)和肽類在熱降解過程中可產(chǎn)生小分子的呈味肽和氨基酸。Mottram[10]報道在溫度高于125 ℃時，氨基酸會脫去羧基與氨基,同時形成醛、胺、烴等。而那些含硫的氨基酸在熱降解時釋放氨氣、硫化氫等小分子化合物，這些物質(zhì)能夠進一步反應從而促進香味化合物的形成；糖類物質(zhì)在熱加工過程中會發(fā)生焦糖化反應，會導致一些小分子羰基化合物的生成，這些化合物對于香味的形成同樣是重要的一環(huán)。其他的一些化合物，例如核糖核苷酸與硫胺素能夠降解形成香味化合物的前體物質(zhì)。氨基酸和還原糖之間的美拉德反應是肉香味化合物形成的重要反應，一些多肽通過形成具體的美拉德產(chǎn)物可直接導致芳香氣味的產(chǎn)生，例如二酮哌嗪等[11]。然而，人們對于那些在美拉德反應中參與風味化合物形成的動物蛋白的信息還十分有限[12]。因此，人們對研究出這些由美拉德反應形成的香味物質(zhì)的反應機理越來越感興趣。

在分析香味物質(zhì)的化學結構和推斷反應途徑時，我們通常會運用碳原子標記技術(CAMOLA)[13]，先通過13C來標記待測物質(zhì)，然后通過質(zhì)譜(MS)或是核磁共振(NMR)技術來分析化合物的結構以及反推出其歷經(jīng)的反應途徑[14]。

Prabhu 等[15]通過同位素標記法證明了游離的氨基酸可轉(zhuǎn)化生成醛、酮類物質(zhì)。Cerny 等[16]用13C5標記的木糖分子與硫胺素、半胱氨酸進行美拉德反應，接著通過固相微萃取(SPME)技術對揮發(fā)性化合物進行提取，最后用GC-MS聯(lián)用法分析出了一些重要肉香味的形成途徑。Sang等[17]用葡萄糖或乳糖與谷胱甘肽進行美拉德反應，接著用氣相色譜-嗅覺-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-O-MS)分析風味活性物質(zhì)，采用香味提取稀釋(AEDA)法對活性物質(zhì)進行分析，從中鑒定出了19種風味活性物質(zhì)，該研究還運用CAMOLA方法推測了幾種含硫風味物質(zhì)的形成途徑。David V Zyzak等[18]運用同位素標記法研究了反應歷程，得出結論：丙烯酰胺實際來自天冬酰胺的酰胺側(cè)鏈。由此可見，同位素標記法已廣泛應用于呈香味物質(zhì)的分析中。

2.2 美拉德反應生成呈味物質(zhì)機理的研究

呈味肽的定義是從食物中提取或由氨基酸合成得到的對食品風味具有一定貢獻的分子質(zhì)量低于5000 U的寡肽類，其中包括了風味前體肽和特征滋味肽。呈味肽的滋味特征包括酸味、甜味、苦味、鮮味以及咸味，而產(chǎn)生這些不同滋味的原因有兩個：不同的肽鏈長度和不同的結構序列。目前人們通過對呈味肽的呈味特性研究發(fā)現(xiàn)，呈味物質(zhì)主要是具有風味增強作用的肽類衍生物，即肽-糖的美拉德反應產(chǎn)物(MRPs)，它屬于一種混合呈味肽，通常簡稱為美拉德肽[19]。Ogasawara等[20]發(fā)現(xiàn)由1000～5000肽段的大豆肽制得的美拉德反應產(chǎn)物(即美拉德肽)對增強風味具有很好的效果，例如提升鮮湯溶液的鮮味、醇厚味和持續(xù)性。

3 美拉德反應制備咸味香精的安全性

3.1 美拉德反應末端產(chǎn)物AGEs的形成

晚期糖基化末端產(chǎn)物(Advanced Glycation End Products，AGEs)是指蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸等大分子在沒有酶參與的條件下，自發(fā)地與葡萄糖或其他還原單糖反應所生成的穩(wěn)定的共價加成物[21]，是美拉德反應的終末產(chǎn)物。AGEs[22]主要呈棕黃色，對酶具有一定的穩(wěn)定性，結構較為復雜，同時具有交聯(lián)性、熒光特性、不可逆性、結構異質(zhì)性、不易被降解等特性。

晚期糖基化末端產(chǎn)物形成的途徑很多，其中美拉德反應生成AGEs的過程分三個階段[23]：第一個階段是生成具有可逆性的席夫堿(Schiffbase)，其是由蛋白質(zhì)、脂類等大分子末端的還原性氨基與還原糖的醛基或羰基在沒有酶催化的條件下進行親和加成反應生成的；第二個階段是不穩(wěn)定的席夫堿逐漸發(fā)生Amadori重排反應并形成穩(wěn)定的醛胺類產(chǎn)物,這一過程進行緩慢, 但還是較其逆反應快，這兩個過程的產(chǎn)物統(tǒng)稱為早期糖基化產(chǎn)物；。最后一個階段是Amadori產(chǎn)物經(jīng)過一系列脫氧、氧化和重排反應產(chǎn)生具有高度活性的羰基化合物,其能與蛋白質(zhì)的自由氨基、巰基等功能基團進一步反應，并導致蛋白質(zhì)變性、褐變從而形成穩(wěn)定的AGEs。

除去經(jīng)典的美拉德反應途徑外,還存在其他的途徑導致美拉德反應末端產(chǎn)物的形成。其中糖類、氨基酸、脂類等物質(zhì)通過氧化作用都會生成有活性的醛類化合物,與蛋白質(zhì)結合從而形成AGEs[24]。

3.2 美拉德反應末端產(chǎn)物AGEs的抑制

國內(nèi)外研究認為抑制AGEs產(chǎn)生的最為常見的方法是添加抑制劑，而氨基胍(aminoguandine，AG) 則是第一個被廣泛研究的。通過大量的體內(nèi)研究，表明氨基胍具有抑制AGEs形成的作用[25]。然而，近年來許多文章報道了氨基胍的副作用，因此研究天然的對人體危害最小的AGEs 抑制劑具有重要的現(xiàn)實意義。AGEs的形成過程中發(fā)生了氧化反應，因此從天然產(chǎn)物中提取出來的多酚類、黃酮類、蒽酮類和生物堿類等抗氧化劑對抑制AGEs的產(chǎn)生有明顯的效果[26]。Su-Chen Ho等[27]分析了不同種類的草本植物浸提物對AGEs的抑制作用，如檸檬草、馬鞭草、鼠尾草、綠茶、薄荷等，研究表明多酚類物質(zhì)，尤其是黃酮類物質(zhì)對抑制AGEs的形成起到了顯著的作用。胡徽祥、房紅娟等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)茶多酚、迷迭香提取物、甘草提取物這三類天然食品抗氧化劑同樣能夠?qū)GEs的形成起到抑制作用[28]。

4 美拉德反應制備咸味香精的品質(zhì)鑒定

4.1 呈味物質(zhì)鑒別

目前常用的感官評價方法有描述實驗、差別實驗和接受性實驗三個大類，而這三大類評定方法又包括許多子類評定方法。例如董志儉、李冬梅[29]應用9點快感標度測定法對樣品進行了總體風味接受性測定，以腥味、海鮮味等作為評價指標，然后由10人組成的評價小組對每個樣品按0～9 打分，9分為極喜歡，1分為極不喜歡，最后的數(shù)據(jù)結果取平均值。陳海燕在實驗中邀請6名食品學院研究生組成感官評價小組對樣品進行了簡單描述法、排序檢驗法和評分檢驗法評價，得出三種方法的評價結果，從而篩選反應條件，對加工工藝進行優(yōu)化。

除了感覺評價法，Yoshikazu Kobayashi等[30]運用電學原理用化學物質(zhì)合成的電子舌的膜來檢測味覺，其檢測結果與真實味覺相差不多。另外，對于游離氨基酸的測定也可以從一定程度上來反映所制得的咸味香精的呈味特征。例如沈雨佳[31]在實驗中比較了熱反應前后氨基酸的含量變化，氨基酸總共損失48.63%，其中精氨酸損失68.01%，組氨酸損失64.71%，由此可知精氨酸及組氨酸是參與熱反應形成風味的主要氨基酸，又通過滋味活度值(TAV值)確定了魚肉香精中的主要呈味氨基酸：精氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、賴氨酸、組氨酸。

4.2 呈香物質(zhì)鑒別

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)一向是食品香味分析的首選方法，其在食品香味檢測領域中占有極其重要的地位。董志儉利用GC-MS法從魷魚味香精中共檢測出64種揮發(fā)性化合物，檢測出的醛類、醇類、嘧啶類、噻唑類、吡嗪類、呋喃類等化合物對魷魚味香精中的海鮮味、肉香味等愉悅香氣的形成做了巨大的貢獻；隋偉[32]在對蝦味香精進行GC-MS分析后，總共檢測出91種揮發(fā)性風味化合物，主要是酮類、醛類、羧酸類、雜環(huán)類、含硫類等化合物，其中雜環(huán)類化合物主要是呋喃類、吡嗪類、吡咯類等。吡嗪類物質(zhì)對于煮小龍蝦、烤的蝦及熟的磷蝦風味的形成具有重要的作用。雖然氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法能分析出食品香氣成分的組成以及含量，但是無法確定那些對食品香氣起關鍵作用的香味化合物。氣相色譜-嗅覺測定(GC-O)技術是解決這一問題的理想方法，它對確定香味化合物的作用大小、香氣強度及鑒別特征香味化合物、香味活性化合物都有十分有效的效果[33]。正是因為氣相色譜-嗅覺測定法的這些優(yōu)點，其越來越受到人們的重視，尤其是在食品風味分析領域。

另外，通過用化學計量學的數(shù)據(jù)處理方法的“電子鼻”技術能夠得到直觀、可靠、科學的分析結果。肖作兵等[34]在研究熱反應制備牛肉香精時采用分析技術對牛肉香精的熱穩(wěn)定性進行了表征。通過得到的數(shù)據(jù)分析了牛肉香精反應前后的香氣變化，應用數(shù)學統(tǒng)計模型“雷達圖”從而驗證了牛肉香精的熱穩(wěn)定性。

5 結語

本文介紹了兩種生成咸味香精的方法：通過熱反應制備及分離純化制備美拉德肽。前者可以看作是一個混合體系，后者則相對單一。目前，在咸味香精生產(chǎn)方面，我國與發(fā)達國家相比存在較為明顯的差距，主要體現(xiàn)在香氣的持久性、逼真性和穩(wěn)定性等方面[35]。美拉德反應作為產(chǎn)生肉香味的重要反應之一，無疑備受人們的關注。尋找新型的原料，研究新的反應模式，引進新的生產(chǎn)技術，生產(chǎn)出品種豐富、令人滿意的咸味香精具有重要的現(xiàn)實意義。同時，隨著人們生活水平的提高，人們越來越重視食品的安全性。因此，我們在努力研發(fā)新的香精品種時，不能忽視美拉德反應所產(chǎn)生的對人體有害的化學物質(zhì)，既要做到提升產(chǎn)品的風味，又要保證消費者的健康。

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Research Progress of Savory Flavoring Prepared by Maillard Reaction

ZHENG Jia-lun,LI Chen,LU Li-xia,XIONG Xiao-hui

(College of Food Science and Light Industry,Nanjing Techndogy University,Nanjing 201510,China)

Maillard reaction has always been as the research focus due to its important position in the food processing. Classify the savory flavoring into meat flavoring generated by thermal reaction and Maillard peptide prepared by separation and purification according to the final product. Introduce the mechanism of savory flavoring prepared by Maillard reaction, in which isotope labeling method plays an important role. The formation of Advanced Glycation End Products is introduced and polyphenols, flavonoids and other natural antioxidants have inhibition action on AGEs; at the same time, present the identification of flavor-producing and aroma-producing substances, the development prospect of salty flavoring is expected.

Maillard reaction; savory flavoring; formation mechanism; safety; characterization

2016-06-06

江蘇省自然科學基金青年基金項目(BK20150950)；國家自然科學基金青年科學基金項目(31501529)

鄭家倫(1992-) ，男，江蘇蘇州人，碩士，研究方向：食品科學。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2016.12.030

1000-9973(2016)12-0129-05