肉味香精的制備及其風(fēng)味形成機理的研究進展

母運龍，柯歡，郭添榮,2，李慧，張崟*

(1.成都大學(xué)肉類加工四川省重點實驗室，成都 610106；2.成都市食品藥品檢驗研究院，成都 610045)

我國是肉類生產(chǎn)和消費大國，對比2015-2019年肉類的生產(chǎn)量和消費量可以發(fā)現(xiàn)，我國的肉類生產(chǎn)量總體低于消費量，而且2019年肉類生產(chǎn)量和消費量的差距更加明顯。這種肉類消費量長期高于生產(chǎn)量的現(xiàn)狀，導(dǎo)致我國的肉類原料在一定程度上需要依賴進口。為了減少對國外肉類原料的依賴，除了提升我國養(yǎng)殖業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)效率之外，還可以通過采用肉味香精調(diào)味的方式調(diào)節(jié)肉類的消費量。

圖1 2015-2019年國內(nèi)肉類年產(chǎn)量及年消費量Fig.1 The domestic annual meat production and consumption from 2015 to 2019

1 肉味香精的研究發(fā)展歷程

近年來，肉味香精在火鍋底料、調(diào)理肉、辣條、薯片及方便面等食品中均有應(yīng)用，其需求量在逐年增加，在很大程度上促進了肉味香精的不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的調(diào)配型肉味香精，往往熱穩(wěn)定性、真實度及自然性均較差。而熱反應(yīng)型肉味香精則克服了這些缺點，其肉香馥郁渾厚、自然逼真且熱穩(wěn)定性較好。20世紀(jì)60年代，人們開始研究熱反應(yīng)肉味香精，Liebig和Maggi利用植物蛋白的酸水解液制備出了肉風(fēng)味的香料[1]。隨著色譜和波譜技術(shù)的發(fā)展，揮發(fā)性芳香化合物成為人們對肉味研究的熱點。Morton[2]利用還原糖和氨基酸反應(yīng)制備出了具有肉香味的產(chǎn)物。此后，人們分析出了肉中大量的風(fēng)味物質(zhì)。

20世紀(jì)80年代，我國肉味香精的研究方才起步。楊鋒等[3]采用瑞士乳桿菌發(fā)酵豬骨酶解液，并對酶解液進行美拉德反應(yīng)，得到了風(fēng)味協(xié)調(diào)飽滿的豬骨調(diào)味料。孟一娟等[4]利用牛肉酶解物制備出了香味濃郁的牛肉香精。張崟等[5]以微骨粉酶解液為基本原料，再配合硫胺素、氨基酸及還原糖等物質(zhì)制備出了香味馥郁醇厚的肉味香精。隨著國民經(jīng)濟及科技的健康發(fā)展，肉味香精生產(chǎn)加工技術(shù)在國家的大力支持下持續(xù)改革創(chuàng)新，而且人們對食品的營養(yǎng)性、安全性與天然性等方面的要求更高，所以熱反應(yīng)型肉味香精產(chǎn)品因以動植物蛋白酶解物等天然物質(zhì)為原料受到廣大消費者的喜愛。

2 肉味香精的分類

肉味香精屬于調(diào)味料中的一種常用食品配料，按加工方法主要分為調(diào)配型、熱反應(yīng)型和調(diào)理型3種類型，見表1。調(diào)配型肉味香精是將含硫化合物、酮類化合物和醇類化合物等及多種香味原料調(diào)配成香基，將香基拌和在鹽、干燥劑等載體上形成產(chǎn)品，用來賦予食品的香味及補充頭香；熱反應(yīng)型肉味香精是利用氨基化合物、還原糖類物質(zhì)、硫胺素及多種配料進行美拉德反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)噴霧干燥成粉劑或膏狀產(chǎn)品，主要用于形成體香；調(diào)理型肉味香精是以熱反應(yīng)的產(chǎn)物為基本成分，再加上調(diào)配香基和風(fēng)味增強劑，賦予食品特定的風(fēng)味。

表1 肉味香精的分類Table 1 The classification of meat flavor essence

3 肉味香精的制備及其產(chǎn)香機理

早期的調(diào)配型肉味香精往往存在香氣不足、口感較差等問題。近年來，肉味香精已經(jīng)進入調(diào)配與熱反應(yīng)技術(shù)相結(jié)合的階段。利用氨基化合物與羰基化合物進行美拉德反應(yīng)，得到的產(chǎn)物香味馥郁渾厚、自然逼真，這已成為現(xiàn)在制備香精的主要方式。

3.1 蛋白質(zhì)水解技術(shù)

蛋白質(zhì)水解技術(shù)制備肉味香精的原理是：通過生物或化學(xué)方法，使動植物中的蛋白質(zhì)發(fā)生降解，進而獲得各種肽、氨基酸及核苷酸等水解產(chǎn)物。利用水解產(chǎn)物中的肽、氨基酸、核苷酸等作為呈味物質(zhì)，使蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物具備一定的風(fēng)味特征。

3.1.1 酸法水解

酸法水解是水解蛋白質(zhì)中使用最早的方法，常用鹽酸或硫酸使動植物中的蛋白質(zhì)肽鍵斷裂，得到游離的氨基酸。它的水解不引起消旋作用，速度快、水解度高、成本低，但是水解程度難以控制；水解所用的大量無機酸將會給產(chǎn)品的后處理帶來困難和造成環(huán)境污染；專一性較差，屬于不規(guī)則水解；易產(chǎn)生含硫化合物；而且所得的產(chǎn)品顏色深、雜質(zhì)多，甚至產(chǎn)生氯丙醇等不安全的致癌物[6]。馬永全等[7]研究了用酸水解河蜆蛋白質(zhì)，確定了選用鹽酸和酸水解的最佳工藝條件。胡燃等[8]利用鹽酸水解麥麩蛋白，其蛋白水解液中含有較多的呈鮮味和甜味的氨基酸。楊秀娟等[9]研究了雞肉小肽的酸水解工藝，得出了最佳的水解條件，為動物類小肽的酸水解提供了理論參數(shù)。

3.1.2 酶法水解

(3)水權(quán)確權(quán)為水權(quán)交易提供了前提，建立了一種倒逼機制。水權(quán)確權(quán)不只是為了交易，確權(quán)本身就建立了一種倒逼機制，對轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進節(jié)約用水、規(guī)范水事秩序，提高水資源利用效率效益具有至關(guān)重要的作用。水權(quán)也為實行基本水價、超定額累進加價、節(jié)水獎補等水價制度建設(shè)提供了基本依據(jù)。慶安縣柳河灌區(qū)開展水權(quán)確權(quán)登記工作，以推動農(nóng)業(yè)水價綜合改革為核心，以完善末級渠系工程為基礎(chǔ)，以健全終端水價制度為保證，在核心試點區(qū)初步建立起科學(xué)、系統(tǒng)、完備的農(nóng)田水利良性運行機制，搶抓進度、全力全速推進水權(quán)試點。

酶法水解是制備肉味風(fēng)味料常用的技術(shù)，其原理是利用酶的生物催化作用分解動植物中的蛋白質(zhì)等生成肽類和氨基酸等物質(zhì)，它們是肉滋味的重要來源。它的反應(yīng)速率快，且不產(chǎn)生消旋作用，反應(yīng)溫度低，得到的產(chǎn)物更加安全和營養(yǎng)；水解程度易控制，工藝簡單，無污染，利于工業(yè)生產(chǎn)；蛋白酶制劑的應(yīng)用已經(jīng)取得了明顯的成效[10]。但是水解不徹底，產(chǎn)物有時帶有苦味；并且制備的肉味香精通常香氣不足。張崟等[11]連續(xù)使用木瓜蛋白酶和胰蛋白酶對動物血原料進行兩次酶解，再進行熱反應(yīng)生成了香味馥郁醇厚的肉味香精。郭偉[12]對螃蟹下腳料進行酶解后，加入氨基酸、蝦殼提取物、葡萄糖、果糖和?；撬岬冗M行反應(yīng)生成了香味濃郁鮮美的蟹味香精。李超等[13]利用中性蛋白酶酶解鴨骨蛋白，再將酶解液制備成風(fēng)味獨特的鴨肉香精。

3.1.3 發(fā)酵法水解

發(fā)酵法水解是采用發(fā)酵或發(fā)酵與酶解結(jié)合的方法將動植物蛋白降解為小肽和游離氨基酸等物質(zhì)，再利用得到的發(fā)酵液經(jīng)美拉德反應(yīng)得到風(fēng)味飽滿的肉味香精[14]。發(fā)酵法水解能夠增大動植物蛋白的水解度；所得肉味香精馥郁渾厚、香氣持久且生產(chǎn)成本低，還能讓產(chǎn)品更加安全，但是應(yīng)用在蛋白降解上的菌種研究不是很多，多種菌株復(fù)配的混合發(fā)酵是以后研究的重點[15]。李平[16]研究了雅致放射毛霉對大豆蛋白進行發(fā)酵的最佳條件，再利用風(fēng)味獨特的大豆蛋白發(fā)酵液、還原糖和氨基酸經(jīng)過美拉德反應(yīng)制成了肉味渾厚、留香悠長的肉味香精。李娟等[17]將酶解技術(shù)和發(fā)酵工藝相結(jié)合，使牛肉中的蛋白質(zhì)物質(zhì)水解得更加徹底，然后利用其水解液制得擁有傳統(tǒng)醬香和發(fā)酵醬香的牛肉香精，不僅降低了成本，且產(chǎn)品香氣更加飽滿協(xié)調(diào)。

幾種蛋白質(zhì)水解方法的優(yōu)缺點比較見表2。

表2 4種蛋白質(zhì)水解方法的優(yōu)缺點比較Table 2 The comparison of advantages and disadvantages of four methods of protein hydrolysis

由表2可知，酸法水解的水解速度快且水解徹底；但是它的專一性差，環(huán)境污染嚴(yán)重，此方法應(yīng)用較少。酶法水解工藝簡單、反應(yīng)溫度低、速率快，提升了工業(yè)化生產(chǎn)的效率，目前大多采用此水解方法。發(fā)酵法水解能夠增大動植物蛋白的水解度；所得肉味香精馥郁渾厚、香氣持久且生產(chǎn)成本低，但是對降解蛋白質(zhì)的菌種研究不多，此方法有較好的發(fā)展前景。

3.2 肉味香精產(chǎn)生香味的反應(yīng)機理

肉香味的形成過程中會發(fā)生美拉德反應(yīng)、硫胺素的降解反應(yīng)、脂類物質(zhì)的降解反應(yīng)、糖降解反應(yīng)、肽和氨基酸的降解反應(yīng)等，其中最主要的是美拉德反應(yīng)[18-19]。同時，在各種反應(yīng)所形成的中間產(chǎn)物或產(chǎn)物還會發(fā)生交互反應(yīng)，從而形成大量的肉味香氣化合物。

3.2.1 美拉德反應(yīng)

美拉德反應(yīng)被定義為一系列非酶的、連續(xù)且平行的化學(xué)反應(yīng)，影響食品的色澤和風(fēng)味[20]。美拉德反應(yīng)的初始階段為游離D-葡萄糖和氨基酸的初始縮合，可形成不穩(wěn)定的N-糖基胺，其可經(jīng)Amadori重排形成相應(yīng)的N-果糖胺，即1-氨基-1-脫氧葡萄糖。鏡面反射機制發(fā)生在D-果糖存在下：在這種情況下，形成不穩(wěn)定的N-果糖胺，隨后，在Heyns重排到N-糖基胺時，形成2-氨基-2-脫氧葡萄糖。在中間階段，1-氨基-1-脫氧葡萄糖和2-氨基-2-脫氧葡萄糖重排的后續(xù)步驟促進1,3-脫氧二羰基和1,4-脫氧二羰基化合物(脫氧酮類)的形成。亞胺陽離子經(jīng)脫水和水解得到3-脫氧-1,2-二酮糖，又稱3-脫氧酮。相反，2,3-烯氨基醇有兩種不同的b-消除選項：逆邁克爾消除氨基酸，形成1-脫氧-2,3-二酮糖，也稱為1-脫氧酮；2,3-烯氨基醇在C-4處的水分消除會形成4-脫氧-2,3-二酮糖，也稱為4-脫氧葡萄糖。烯醇化、水的消除、醛縮酶裂解、氨基官能團取代羥基官能團是脫氧肌酮上發(fā)生的反應(yīng)步驟，這些步驟導(dǎo)致形成穩(wěn)定的美拉德二級產(chǎn)物。最后階段，氨基化合物再經(jīng)過脫水、降解、環(huán)化及聚合等，形成類黑精及各種風(fēng)味物質(zhì)[21]。美拉德反應(yīng)途徑的復(fù)雜性導(dǎo)致數(shù)千個與顏色和香氣形成相關(guān)的物質(zhì)形成[22]。其化學(xué)途徑的種類和所形成物質(zhì)的重要性與反應(yīng)條件有關(guān)，特別是時間、溫度、pH值、反應(yīng)物和前體的可用性起著至關(guān)重要的作用。

3.2.2 硫胺素的降解

硫胺素的主要形式是硫胺素焦磷酸，是一種可用于形成肉類風(fēng)味的雙環(huán)化合物。硫胺素受熱時容易分解生成揮發(fā)性物質(zhì)，一種途徑是其主要中間產(chǎn)物4-甲基-5-噻唑進一步降解為12種噻唑；另一種途徑是其中間產(chǎn)物5-羥基-3-巰基-2-戊酮進一步反應(yīng)生成呋喃和噻吩等含硫雜環(huán)化合物，具有強烈的肉香味。硫胺素能夠單獨與其他物質(zhì)作用，得到更豐富的風(fēng)味物質(zhì)。

3.2.3 糖類的降解

糖降解過程形成了對肉香味有貢獻(xiàn)的二羰基和三羰基化合物，且羰基化合物也是Strecker反應(yīng)的重要中間體。還原糖在加熱過程中會發(fā)生焦糖化反應(yīng)，且水分隨溫度升高而不斷減少，如果是己糖，3-脫氧肌酮中的水分消除會促進5-羥基薄荷基糠醛的形成，或者在戊糖的情況下促進糠醛的形成，當(dāng)被加熱至300 ℃時，會產(chǎn)生許多香味物質(zhì)，如呋喃、芳香烴、醇類和脂肪烴等。

3.2.4 肽的降解

肽降解為更小的部分和氨基酸。而在美拉德反應(yīng)中，肽能夠直接與糖或其降解產(chǎn)物反應(yīng)形成風(fēng)味化合物[23-24]。肽脫酰胺(即肽降解)的速率隨著加熱溫度的升高而增加；然而，游離氨基酸的含量降低十分明顯，這可能是氨基酸與糖或其降解產(chǎn)物之間的相互作用所致。肽降解產(chǎn)生游離氨基酸，而肽交聯(lián)消耗氨基酸，且二者均因加熱溫度的升高而加速。因此，溫度對游離氨基酸的最終含量起著重要作用，決定了肽降解與交聯(lián)之間的平衡[25]。Lancker等[26]研究發(fā)現(xiàn)在美拉德反應(yīng)過程中，游離氨基酸形成的吡嗪類烤香化合物數(shù)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二肽。Kochhar等[27]發(fā)現(xiàn)可可豆中某些特殊的二肽可與還原糖反應(yīng)，其產(chǎn)物還具有各種獨特的風(fēng)味?？傊途垭囊彩侨庀慊衔锏闹匾绑w物質(zhì)。多肽美拉德反應(yīng)的重要影響因素包括肽鏈長度、肽段相對分子質(zhì)量和氨基酸組成等。

3.2.5 氨基酸的降解

氨基酸Strecker降解可生成烴類、醛類、吡嗪類、醇類、硫化氫、噻唑、噻吩類及胺類等多種化合物[28]。氨基酸的Strecker降解是羰基胺反應(yīng)形成風(fēng)味的重要途徑之一。這種反應(yīng)除了產(chǎn)生其他重要的風(fēng)味外，還會產(chǎn)生斯特萊克醛類。這些芳香活性醛類，如3-甲基丁醛(麥芽)或苯乙醛(蜂蜜狀)，對食物的香氣有重要貢獻(xiàn)。這些化合物主要由碳水化合物降解形成的α-二羰基化合物與氨基酸的α-氨基之間的反應(yīng)產(chǎn)生。此外，其他羰基化合物，如脂質(zhì)氧化后產(chǎn)生的羰基化合物，也被證明是有效的。除碳水化合物和脂類外，氨基酸的熱分解也可產(chǎn)生羰基化合物，促進少量Strecker醛類的形成[29]?？傊?，由各種氨基酸組成的混合體系經(jīng)復(fù)雜的熱反應(yīng)過程而形成了部分肉類風(fēng)味。

3.2.6 脂質(zhì)氧化的降解

脂質(zhì)氧化是食品中羰基化合物的主要來源，這些化合物已被證明能以與碳水化合物衍生的活性羰基類似的方式降解氨基酸。事實上，通過脂質(zhì)衍生的反應(yīng)性羰基引發(fā)的氨基酸降解產(chǎn)生了Strecker醛類、α-氧乙酸、胺和乙烯基衍生物。脂質(zhì)的熱降解使脂質(zhì)酞基鏈發(fā)生氧化形成許多揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。脂質(zhì)氧化降解可生成烴、呋喃、醛、醇、內(nèi)酯、羧酸和丙烯醛等揮發(fā)性化合物。各種反應(yīng)所形成的中間產(chǎn)物或產(chǎn)物還會發(fā)生交互反應(yīng)，生成一些雜環(huán)化合物。肉類風(fēng)味物質(zhì)主要包括以下幾類，見表3。

表3 六大反應(yīng)產(chǎn)生的肉類風(fēng)味物質(zhì)Table 3 The meat flavor compounds of six reactions

4 新技術(shù)在肉味香精研究中的應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟的健康發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的快速進步，肉味香精的生產(chǎn)加工技術(shù)不斷創(chuàng)新。采用頂空固相微萃取技術(shù)提取肉的風(fēng)味，并對樣品進行提取、富集、進樣和分析。采用熱脫附法提取樣品的香氣成分，并通過氣相色譜-質(zhì)譜及氫火焰離子檢測器法(GC-MSD-FID)進行分析。Lotfy等[30]以蘑菇蛋白酶解液為原料，采用微波加熱法制備了仿牛肉調(diào)味料。張喆等[31]利用固相微萃取結(jié)合全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜快速靈敏地鑒定出了肉味香精的揮發(fā)性成分。喬凱娜等[32]通過SPME-GC-MS分析法，得出了具有特殊風(fēng)味的豬肉香精中的各種香氣成分。有學(xué)者改進了分析肉味香精的GC-MS技術(shù)。徐欣如等[33]利用GC-O-MS分析法，對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行了鑒定和溯源。

5 結(jié)語

國內(nèi)外對肉味香精的制備及其風(fēng)味形成機理的研究至今已有半個多世紀(jì)，盡管已經(jīng)形成了一些肉味香精的制備方法，對香精的呈味機理也更加清楚，但是仍然存在肉味香精的制備技術(shù)創(chuàng)新不足，對香精制備過程中可能出現(xiàn)的危害物質(zhì)探討不深入等問題。因此，在后期的研究過程中，應(yīng)重點在發(fā)酵型肉味香精、抗氧化肉味香精、天然肉味香精和微波肉味香精等方面有所突破，同時應(yīng)關(guān)注肉味香精的熱反應(yīng)產(chǎn)物中有害物質(zhì)的控制，以更好地使肉味香精制作向天然、綠色、便捷、安全的新型肉味香精方向發(fā)展。