聶若彤，魏相茹，張德權，王振宇，劉 歡

（中國農業(yè)科學院農產品加工研究所，農業(yè)農村部農產品加工與貯藏重點實驗室，北京 100193）

揮發(fā)性風味物質是評價肉制品品質優(yōu)劣的關鍵指標[1]。 揮發(fā)性風味物質存在于肉制品中的主要原因是風味形成與風味吸附（保留）[2]。目前，已有大量學者對風味形成進行了系統(tǒng)研究與綜述，明確了美拉德反應、脂質氧化、硫胺素降解及其相互作用是形成肉制品風味的關鍵，并揭示了其形成路徑[3-4]。肉制品中風味吸附載體主要包括蛋白質、脂質及碳水化合物[5-6]，其中蛋白質與脂質最為關鍵。本研究綜述肉制品中蛋白質、脂質及其相互作用吸附揮發(fā)性風味物質的作用機理、檢測方法及內外源影響因素，以期從風味保留的角度實現(xiàn)肉制品風味保真，為肉制品加工提供參考。

1 蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質機理研究進展

風味保留與肉制品基質大分子密切相關，蛋白質是吸附揮發(fā)性風味物質的理想載體[7]。肌原纖維蛋白與膠原蛋白分別是肌肉與皮的主體蛋白質，血清蛋白是血液的重要蛋白質，研究表明，肌原纖維蛋白與血清蛋白可以顯著保留醛類、醇類、酮類、含硫與含氮等揮發(fā)性風味物質[8-10]。內外源因素使蛋白質結構改變或變性，其羧基、胺基、硫醇等官能團等被激活，進而吸附揮發(fā)性風味物質[4,11]。蛋白質結合風味物質的作用力主要包括可逆與不可逆作用力，可逆結合化學作用力包括疏水和靜電相互作用、氫鍵及范德華力，不可逆結合化學作用力包括氨基和巰基結合等[12-13]。以蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質疏水作用為例（圖1），蛋白質通過非共價作用力折疊成三維網(wǎng)狀結構，氨基酸的疏水側鏈主要在蛋白質內部，極性基團在外部，通過疏水作用力吸附揮發(fā)性風味物質[14]。

1.1 肌原纖維蛋白

肌原纖維蛋白是肉制品中的主要蛋白質，占總蛋白含量的50%以上，其主要包括肌球蛋白、肌動蛋白、肌原蛋白和肌動球蛋白等[15]。肌原纖維蛋白、肌球蛋白等吸附揮發(fā)性風味物質的作用機理包括：一是暴露更多的疏水作用位點與氫鍵結合風味化合物實現(xiàn)可逆結合[16]；二是暴露色氨酸、賴氨酸、谷氨酸等氨基酸殘基或巰基實現(xiàn)不可逆結合[17]。以肌球蛋白研究為例，外源條件使肌球蛋白二級結構由α-螺旋向β-折疊結構轉變，從而暴露出更多的疏水結合位點與巰基結合戊醛、己醛、庚醛、辛醛與壬醛等醛類物質，結合作用位點主要包括蘇氨酸殘基、脯氨酸殘基與色氨酸殘基等[18]。然而，含硫與含氮類物質是肉制品中呈烤肉味與肉香味的關鍵物質，相關學者應進一步聚焦不同類型肌原纖維蛋白吸附含硫與含氮等關鍵揮發(fā)性風味物質的作用機理解析。肌原纖維蛋白吸附揮發(fā)性風味物質的作用機理如表1所示。

表1 肌原纖維蛋白吸附揮發(fā)性風味物質的作用機理Table 1 Binding mechanism between myofibrillar protein and volatile compounds

1.2 膠原蛋白

膠原蛋白是由3 條左手螺旋的多肽鏈通過范德華力、氫鍵與共價鍵相互纏繞形成右手超螺旋結構的高分子蛋白質，具有很高的機械強度[24]。膠原蛋白結構的穩(wěn)定主要依賴于非共價作用力，如氫鍵、范德華力、靜電和疏水相互作用。膠原蛋白分子的固有結構是由內力結合在一起的，其結構的變化與蛋白分子間共價交聯(lián)的數(shù)量密不可分，在大多數(shù)情況下，隨著溫度的升高蛋白質發(fā)生“熱變性”，氨基酸鏈展開，分子內部基團暴露在分子表面，改變了分子對其他分子的親和性[25]。研究表明：豬皮膠原蛋白結合醛類、酮類及酯類等（己醛、 2-庚酮、2-戊基呋喃、丁酸乙酯）風味物質的能力隨溫度升高（75 ℃）顯著增強，75～95 ℃又顯著降低，原因可能是溫度超過85 ℃，膠原蛋白結構被破壞，蛋白質-蛋白質相互作用（聚集）和沉積趨勢增加；膠原蛋白吸附萜烯類風味物質的作用力主要為疏水相互作用與氫鍵，其中氫鍵是主要作用力，但萜烯類化合物良好的疏水特性導致膠原蛋白結合效果不明顯[26]。

1.3 血清蛋白

血清蛋白是血清中的一種球狀蛋白，包含3 個脂質結合域[11]。以牛血清蛋白為例，其通過氫鍵、范德華力等可逆作用力結合香草醛（圖2），在Tyr 149、Arg 256和His 241氨基酸殘基位點通過氫鍵結合香草醛，在Arg 198、Leu 237、Lys 221、Ala 290和Ser 286氨基酸殘基位點通過疏水與靜電相互作用結合香草醛[27]；牛血清蛋白結合醛類、酮類、醇類風味物質的化學作用力為氫鍵與疏水相互作用，結合位點主要為色氨酸殘基[28-29]； 另外，牛血清蛋白可通過疏水相互作用結合烷基吡嗪化合物[30-31]。

圖2 牛血清蛋白吸附醛類風味物質（以香草醛為例）作用機理Fig. 2 Mechanism of bovine serum protein binding to aldehydes (vanillin)

1.4 檢測方法

肉制品中蛋白質空間構象變化影響揮發(fā)性風味物質的結合程度，這些變化可以通過色譜、質譜與光譜等方法檢測。本文從風味吸附程度、蛋白質結構變化、作用力與作用位點三方面綜述蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質機理（表2）。蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質程度主要采用液相分析法與氣相色譜-質譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法解析，2 種方法操作簡單，可以反映蛋白質對風味物質的整體吸附能力，但液相分析法會隱藏部分結合位點，GC-MS法很難反映蛋白內部與風味物質的結合。蛋白質結構變化主要采用熱力學方法與圓二色光譜法進行解析，熱力學方法樣品用量小，方法靈敏度高，但缺乏特異性，圓二色光譜法方法快速、簡便、靈敏、可定量，但對溶液的澄清度、濃度要求高。蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質的作用力與作用位點主要采用光譜法、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）與分子對接技術解析，熒光光譜法應用廣泛并且精準，但對風味化合物濃度要求較高，測定值通常偏高，NMR可研究蛋白動態(tài)結構、功能及其動力學特性，無需結晶，但受相對分子質量限制，需要標記，分子對接模擬技術可在原子水平準確闡明相互作用。目前，諸多相關研究聚焦于熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、圓二色光譜和分子對接等多種手段解析蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質機理。

表2 蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質機理解析方法Table 2 Analytical methods for binding mechanism between protein and volatile compounds

2 脂質吸附揮發(fā)性風味物質機理研究進展

脂質是肉制品中風味形成的重要底物，也是吸附揮發(fā)性風味物質的關鍵基質[42]。肉制品中的脂質包括中性脂質、磷脂、鞘脂、衍生脂質等[43]。醛類、醇類、酯類、含硫與含氮類等風味物質具有脂溶性特點，表現(xiàn)出疏水特性，對脂質有很大的親和力[6]。脂質含量與脂質類型均顯著影響揮發(fā)性風味物質的保留，含量對香氣保留的影響大于類型[44]。中性脂質（甘油三酯）與磷脂對肉制品風味保持具有重要作用[45]。大多數(shù)風味物質（如醛類、醇類、脂類）具有疏水性，這些分子與脂質相似相溶，通過疏水相互作用被包裹在脂質分子內部。

脂質吸附揮發(fā)性風味化合物受物理化學作用的影響[46]。 在肉制品加工過程中甘油三酯對揮發(fā)性化合物的吸附作用隨溫度的升高而增強，而液態(tài)甘油三酯的吸附作用隨溫度的升高而減弱；甘油三酯中脂肪酸不飽和程度會顯著影響與揮發(fā)性風味物質的結合能力[47]。相關學者采用脂質組學研究烤羊肉中的脂質，結果表明，烤羊肉中主要包括7 種脂質，如中性脂質、磷脂、鞘脂、脂肪?；?、糖甘油脂、衍生脂質等，并發(fā)現(xiàn)1,3-二油酸-2-棕櫚酸甘油三酯與1,3-二硬脂酰-2-油酰甘油酯是吸附風味物質的關鍵脂質[48]。

因此，在研究脂質吸附風味物質作用時，以下幾點需要注意[14]：1）脂質在研究體系中的分布形態(tài)。脂質是具有疏水性和非極性的物質，可在加熱、超聲和其他條件下在介質中形成乳濁液。風味化合物遵循物理定律，分布在脂質和水相之間，并在理想條件下達到真正的平衡，在各相間的分布主要取決于其分配系數(shù)；2）脂質在研究體系中的含量。在不同脂肪含量的復合食品中，風味化合物的閾值與脂肪含量成比例增加；3）風味化合物在脂質中閾值的確定。風味化合物在不同介質中的分配系數(shù)不同，導致其閾值也有所不同，這主要與化合物的分子結構有關。

目前主要采用脂質組學方法解析脂質含量與類型（表3），包括GC-MS、薄層色譜（thin-layer chromatography，TLC）、基質輔助激光解吸電離飛行時間MS（matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight MS，MALDI-TOF-MS）、電噴霧電離MS（electrospray ionization MS，ESI-MS）Q-Exactive高分辨MS和NMR等。單一技術并不能完全反映分子之間的相互作用，具有一定局限性，可以采用MS、多光譜、分子模擬等技術聯(lián)合使用。

3 蛋白質與脂質相互作用吸附揮發(fā)性風味物質機理 研究進展

脂質氧化和蛋白質氧化密切相關，脂質氧化程度越高導致蛋白質的氧化反應越強，影響肉制品品質[52]。在肉制品的加工過程中，肌肉蛋白不可避免地受到活性氧基團攻擊，使蛋白質的結構發(fā)生變化，并造成氧化 損傷[53]。蛋白質、脂質及二者的氧化分解產物也會在肉品加工過程中發(fā)生交互作用，顯著影響食品的風味[54]。脂質氧化產生的自由基和過氧化物會促進蛋白質的氧化，二者的氧化產物所形成的自由基鏈相似，形成的氧化產物可以結合轉化為烷基過氧化物，進而形成烷基自由基和羥基衍生物[55]。

脂質氧化會顯著影響蛋白質吸附揮發(fā)性風味物質水平[8,55]。食品加工過程中，蛋白質通過疏水締合和二硫鍵部分展開聚集，一些脂類（如棕櫚酸酯）可以穩(wěn)定蛋白質結構，減緩蛋白質去折疊和變性[56]。脂質與肌原纖維蛋白體外氧化研究表明，脂質和蛋白質氧化可發(fā)生耦合及相互作用[21]，分子間的相互作用因蛋白質的構象狀態(tài)和電荷而異，并通過界面作用調控穩(wěn)定性[57]。葉黃素二棕櫚酸酯通過氫鍵、范德華力和疏水作用自發(fā)地與牛血清白蛋白結合[5]。脂質與蛋白質結合機理見圖3（以牛血清蛋白與葉黃素二棕櫚酸酯為例）。膠原蛋白與表沒食子兒茶素沒食子酸酯結合的作用力包括靜電相互作用、疏水相互作用，主要作用位點為丙氨酸（Ala 932、Ala 945）與賴氨酸殘基（Lys 935）[58]。

圖3 脂質與蛋白質結合機理示意圖（以牛血清蛋白與葉黃素 二棕櫚酸酯為例）Fig. 3 Binding mechanism between lipid (lutein dipalmitate) and protein (bovine serum protein)

4 肉制品流變特性保留揮發(fā)性風味物質機理研究進展

食品基質流變性顯著影響揮發(fā)性風味物質保留[59]。食品基質黏度越高，揮發(fā)性化合物吸附作用越強[60-62]。大分子溶液的表觀黏度隨著濃度的增大而顯著增強，分子間/內部作用力的破壞和重組影響膠體穩(wěn)定性，改變食品基質的流變學特性，導致食品基質的結合和風味物質釋放程度不同[9,46,63]，如適度加熱使蛋白質變性，二級結構展開導致流變特性增強[9,64]。親水膠體作為增稠劑可減少風味釋放，這主要是由于介質中的擴散減少和風味化合物與基質成分之間的分子相互作用[60]。

食品基質中風味物質的保留平衡根據(jù)增稠劑的濃度而變化，并且取決于其他分子特性，如疏水性[65]。風味化合物的結構特征同樣影響食品基質中的保留/釋放行為，不飽和醇在水性介質中的保留作用比在乳制品凝膠中的保留更強，相反，醛、酮、酯類物質在乳制品凝膠中的保留程度高于在水性介質中的保留程度，并且基質組成強烈影響伯醇的保留，而對叔醇的保留影響較小[65]。

添加適量脂質可以改善冰淇淋的特性（黏度增加、類似泡沫的外觀、防止乳清脫落和抗熔化性）。在冰淇淋攪打步驟中乳脂的部分不穩(wěn)定導致形成穩(wěn)定氣室的脂肪網(wǎng)絡，此外，乳制品甜點中乳脂的增加有助于減少摩擦，通過部分聚結機制促進對奶油油膩和黏性屬性的更好感知[66]。肉制品加工過程可借助外界條件（加熱、加壓與攪拌等）改變調節(jié)食品基質的流變學特性，進而調控風味物質保留。

5 結 語

我國食品工業(yè)已進入“風味與健康”雙導向的深度轉型期，風味是實現(xiàn)食品高質量發(fā)展的重要抓手，風味形成與保持理論和技術的突破是實現(xiàn)該目標的重要途徑。風味物質的形成已進行了相對系統(tǒng)的研究與綜述，肉制品風味形成后如何保持以及如何保持更長久是當下食品風味研究的熱點，意義重大。食品基質吸附揮發(fā)性風味物質的相關研究主要聚焦于蛋白質（如肌原纖維蛋白、膠原蛋白），闡明了蛋白質吸附醛類、醇類、酮類、呋喃類等揮發(fā)性風味物質的作用力與作用位點，如可逆相互作用（氫鍵、疏水作用等）與不可逆相互作用（共價結合等），初步解析了甘油三酯是吸附揮發(fā)性風味物質的重要脂質，明確了蛋白質、脂質等可以發(fā)生化學相互作用，進而影響風味吸附，并發(fā)現(xiàn)肉制品的流變特性也可以調控風味物質的吸附水平。

目前，由于肉制品體系的復雜性與技術的局限性，肉制品中蛋白質、脂質及其相互作用吸附風味物質作用機理解析任重道遠。從現(xiàn)有理論突破與技術發(fā)展的趨勢來分析，在可預見的未來，以下內容將有深入挖掘的空間：1）大多數(shù)研究是在離體模型中進行，肉制品是一個包含蛋白質、脂質、碳水化合物等物質的復雜體系，如何更加真實地解析肉制品基質中蛋白質吸附風味物質機理將是重要研究內容；2）蛋白質吸附風味物質作用位點驗證與作用力決定風味保留系數(shù)計算需要理論突破； 3）蛋白質-蛋白質、蛋白質-脂質、蛋白質-脂質-碳水化合物及其共同形成的流變特性如何調控風味物質吸附是一個復雜且重要的課題；4）風味物質修飾肉制品基質進而如何影響風味物質吸附需要系統(tǒng)解析。