美拉德反应制备咸味香精研究进展

郑家伦，李晨，陆利霞，熊晓辉

(南京工业大学 食品与轻工学院，南京 201510)

美拉德反应制备咸味香精研究进展

郑家伦，李晨，陆利霞，熊晓辉

(南京工业大学 食品与轻工学院，南京 201510)

美拉德反应因其在食品加工过程中占据重要的地位，一直被视为研究的重点。将咸味香精根据最后的成品分成了两类：热反应生成的肉味香精和分离纯化制备的美拉德肽。对美拉德反应制备咸味香精的机理进行了综述，其中同位素标记法在研究中起到了重要的作用。简述了美拉德反应终末产物AGEs的形成过程及多酚、黄酮类等天然抗氧化剂对其的抑制。举例说明了呈味和呈香物质的鉴别方法，并对咸味香精未来的发展进行了展望。

美拉德反应；咸味香精；形成机理；安全性；品质鉴定

咸味香精(savory flavoring)，是20世纪70年代兴起的一种新型食品香精，自20世纪80年代开始，我国开始研究咸味食品香精，而20世纪90年代则是我国咸味食品香精快速发展的10年。经过长达20年的时间，目前我国在生产咸味食品香精技术领域已经步入世界前列[1]，咸味食品香精生产量与消费量也达到了世界先进水平。同时，随着咸味食品香精生产和使用量的扩大，人们对美拉德反应也愈发了解。近年来，大部分生产咸味香精的厂商开始利用氨基酸和还原糖反应来制取香料，比如精氨酸、半胱氨酸、甘氨酸等与糠醛进行热反应来制备肉类香精。同时，随着科研人员进一步研究，水解动物蛋白、水解植物蛋白、酵母抽提物、类脂肪质等各种天然原料都可以作为氨基酸来源制取香精香料。如果我们能够充分利用好这些原料，会使咸味香精未来的发展具有无限的可能性[2]。

1 美拉德反应制备咸味香精的分类

1.1 热反应生成的肉味香精

热反应香精(thermal process flavoring)是通过两种或多种前体物质在一定的条件下通过加热反应生成的。其他的香料或是配料可在反应前添加以此来参与反应，也能在反应后添加,这种热反应的本质即为美拉德反应[3]。现阶段的咸味香精主要是以动、植物的氨基酸和还原糖为原料进行加热反应来制取的。而在生产肉味香精的众多反应中，热反应则是其中重要的反应之一。肉味香精本质上是一种混合物质，主要是以食品反应香基为主体。近些年已有许多通过热反应制备肉味香精的研究，例如詹萍利用温和氧化羊脂作为热反应的前体物质制备出了羊肉味香精[4]；朱新生利用猪肉酶解物通过简单热反应模型体系制得了猪肉风味香精[5]；除此以外，还有陈海燕关于热反应鸭肉香精的研究和制备[6]；杨二刚通过酶解鸡肉制备热反应天然鸡肉香精的研究等[7]。

1.2 分离纯化制备美拉德肽

美拉德肽(Maillard peptide)是肽与还原糖的美拉德反应产物，因其能够增强呈味食品的鲜味、醇厚感和持续感，所以通常被用来作为调料底物。研究美拉德肽对开发风味增强肽的呈味料具有非常重要的理论意义。美拉德反应不但赋予食品独特的香气、滋味以及色泽，而且会产生具有较强抗氧化性的活性物质。因此，美拉德反应已成为发酵制品的呈味核心。刘平[8]以大豆分离蛋白为原料，探究了美拉德反应风味料底物肽的酶解工艺、美拉德肽的形成机理、不同的美拉德反应对美拉德肽的影响。实验通过构建二甘肽、六肽以及谷胱甘肽分别与木糖形成的模型体系，分析了较大分子的糖肽交联物的形成途径，然后得到了相对分子量1000～5000的肽段与还原糖的交联反应可生成美拉德肽的结论。兰小红[9]以豆粕为原料，改变酶解反应条件以此来获得不同水解度的大豆肽，分析了各个水解度美拉德反应产物的感官特性，获得了最佳酶解条件，并在此条件下，对酶解的大豆肽进行了化学组成分析，然后以此大豆肽为原料，探究了在不同美拉德反应条件下美拉德肽的形成规律。

2 美拉德反应制备咸味香精的机理研究

2.1 美拉德反应生成香味物质机理的研究

现有的研究已表明肉类的香味是在其经过热加工后产生的，它是由非挥发性前体物质直接或间接产生的。虽然因其反应复杂，人们还不能完全理解香味形成的途径，但是已有学者对其中一些重要的化学反应机理开展了进一步的探究。研究表明蛋白质和肽类在热降解过程中可产生小分子的呈味肽和氨基酸。Mottram[10]报道在温度高于125 ℃时，氨基酸会脱去羧基与氨基,同时形成醛、胺、烃等。而那些含硫的氨基酸在热降解时释放氨气、硫化氢等小分子化合物，这些物质能够进一步反应从而促进香味化合物的形成；糖类物质在热加工过程中会发生焦糖化反应，会导致一些小分子羰基化合物的生成，这些化合物对于香味的形成同样是重要的一环。其他的一些化合物，例如核糖核苷酸与硫胺素能够降解形成香味化合物的前体物质。氨基酸和还原糖之间的美拉德反应是肉香味化合物形成的重要反应，一些多肽通过形成具体的美拉德产物可直接导致芳香气味的产生，例如二酮哌嗪等[11]。然而，人们对于那些在美拉德反应中参与风味化合物形成的动物蛋白的信息还十分有限[12]。因此，人们对研究出这些由美拉德反应形成的香味物质的反应机理越来越感兴趣。

在分析香味物质的化学结构和推断反应途径时，我们通常会运用碳原子标记技术(CAMOLA)[13]，先通过13C来标记待测物质，然后通过质谱(MS)或是核磁共振(NMR)技术来分析化合物的结构以及反推出其历经的反应途径[14]。

Prabhu 等[15]通过同位素标记法证明了游离的氨基酸可转化生成醛、酮类物质。Cerny 等[16]用13C5标记的木糖分子与硫胺素、半胱氨酸进行美拉德反应，接着通过固相微萃取(SPME)技术对挥发性化合物进行提取，最后用GC-MS联用法分析出了一些重要肉香味的形成途径。Sang等[17]用葡萄糖或乳糖与谷胱甘肽进行美拉德反应，接着用气相色谱-嗅觉-质谱联用法(GC-O-MS)分析风味活性物质，采用香味提取稀释(AEDA)法对活性物质进行分析，从中鉴定出了19种风味活性物质，该研究还运用CAMOLA方法推测了几种含硫风味物质的形成途径。David V Zyzak等[18]运用同位素标记法研究了反应历程，得出结论：丙烯酰胺实际来自天冬酰胺的酰胺侧链。由此可见，同位素标记法已广泛应用于呈香味物质的分析中。

2.2 美拉德反应生成呈味物质机理的研究

呈味肽的定义是从食物中提取或由氨基酸合成得到的对食品风味具有一定贡献的分子质量低于5000 U的寡肽类，其中包括了风味前体肽和特征滋味肽。呈味肽的滋味特征包括酸味、甜味、苦味、鲜味以及咸味，而产生这些不同滋味的原因有两个：不同的肽链长度和不同的结构序列。目前人们通过对呈味肽的呈味特性研究发现，呈味物质主要是具有风味增强作用的肽类衍生物，即肽-糖的美拉德反应产物(MRPs)，它属于一种混合呈味肽，通常简称为美拉德肽[19]。Ogasawara等[20]发现由1000～5000肽段的大豆肽制得的美拉德反应产物(即美拉德肽)对增强风味具有很好的效果，例如提升鲜汤溶液的鲜味、醇厚味和持续性。

3 美拉德反应制备咸味香精的安全性

3.1 美拉德反应末端产物AGEs的形成

晚期糖基化末端产物(Advanced Glycation End Products，AGEs)是指蛋白质、脂质或核酸等大分子在没有酶参与的条件下，自发地与葡萄糖或其他还原单糖反应所生成的稳定的共价加成物[21]，是美拉德反应的终末产物。AGEs[22]主要呈棕黄色，对酶具有一定的稳定性，结构较为复杂，同时具有交联性、荧光特性、不可逆性、结构异质性、不易被降解等特性。

晚期糖基化末端产物形成的途径很多，其中美拉德反应生成AGEs的过程分三个阶段[23]：第一个阶段是生成具有可逆性的席夫碱(Schiffbase)，其是由蛋白质、脂类等大分子末端的还原性氨基与还原糖的醛基或羰基在没有酶催化的条件下进行亲和加成反应生成的；第二个阶段是不稳定的席夫碱逐渐发生Amadori重排反应并形成稳定的醛胺类产物,这一过程进行缓慢, 但还是较其逆反应快，这两个过程的产物统称为早期糖基化产物；。最后一个阶段是Amadori产物经过一系列脱氧、氧化和重排反应产生具有高度活性的羰基化合物,其能与蛋白质的自由氨基、巯基等功能基团进一步反应，并导致蛋白质变性、褐变从而形成稳定的AGEs。

除去经典的美拉德反应途径外,还存在其他的途径导致美拉德反应末端产物的形成。其中糖类、氨基酸、脂类等物质通过氧化作用都会生成有活性的醛类化合物,与蛋白质结合从而形成AGEs[24]。

3.2 美拉德反应末端产物AGEs的抑制

国内外研究认为抑制AGEs产生的最为常见的方法是添加抑制剂，而氨基胍(aminoguandine，AG) 则是第一个被广泛研究的。通过大量的体内研究，表明氨基胍具有抑制AGEs形成的作用[25]。然而，近年来许多文章报道了氨基胍的副作用，因此研究天然的对人体危害最小的AGEs 抑制剂具有重要的现实意义。AGEs的形成过程中发生了氧化反应，因此从天然产物中提取出来的多酚类、黄酮类、蒽酮类和生物碱类等抗氧化剂对抑制AGEs的产生有明显的效果[26]。Su-Chen Ho等[27]分析了不同种类的草本植物浸提物对AGEs的抑制作用，如柠檬草、马鞭草、鼠尾草、绿茶、薄荷等，研究表明多酚类物质，尤其是黄酮类物质对抑制AGEs的形成起到了显著的作用。胡徽祥、房红娟等经研究发现茶多酚、迷迭香提取物、甘草提取物这三类天然食品抗氧化剂同样能够对AGEs的形成起到抑制作用[28]。

4 美拉德反应制备咸味香精的品质鉴定

4.1 呈味物质鉴别

目前常用的感官评价方法有描述实验、差别实验和接受性实验三个大类，而这三大类评定方法又包括许多子类评定方法。例如董志俭、李冬梅[29]应用9点快感标度测定法对样品进行了总体风味接受性测定，以腥味、海鲜味等作为评价指标，然后由10人组成的评价小组对每个样品按0～9 打分，9分为极喜欢，1分为极不喜欢，最后的数据结果取平均值。陈海燕在实验中邀请6名食品学院研究生组成感官评价小组对样品进行了简单描述法、排序检验法和评分检验法评价，得出三种方法的评价结果，从而筛选反应条件，对加工工艺进行优化。

除了感觉评价法，Yoshikazu Kobayashi等[30]运用电学原理用化学物质合成的电子舌的膜来检测味觉，其检测结果与真实味觉相差不多。另外，对于游离氨基酸的测定也可以从一定程度上来反映所制得的咸味香精的呈味特征。例如沈雨佳[31]在实验中比较了热反应前后氨基酸的含量变化，氨基酸总共损失48.63%，其中精氨酸损失68.01%，组氨酸损失64.71%，由此可知精氨酸及组氨酸是参与热反应形成风味的主要氨基酸，又通过滋味活度值(TAV值)确定了鱼肉香精中的主要呈味氨基酸：精氨酸、谷氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、赖氨酸、组氨酸。

4.2 呈香物质鉴别

气相色谱-质谱联用法(GC-MS)一向是食品香味分析的首选方法，其在食品香味检测领域中占有极其重要的地位。董志俭利用GC-MS法从鱿鱼味香精中共检测出64种挥发性化合物，检测出的醛类、醇类、嘧啶类、噻唑类、吡嗪类、呋喃类等化合物对鱿鱼味香精中的海鲜味、肉香味等愉悦香气的形成做了巨大的贡献；隋伟[32]在对虾味香精进行GC-MS分析后，总共检测出91种挥发性风味化合物，主要是酮类、醛类、羧酸类、杂环类、含硫类等化合物，其中杂环类化合物主要是呋喃类、吡嗪类、吡咯类等。吡嗪类物质对于煮小龙虾、烤的虾及熟的磷虾风味的形成具有重要的作用。虽然气相色谱-质谱联用法能分析出食品香气成分的组成以及含量，但是无法确定那些对食品香气起关键作用的香味化合物。气相色谱-嗅觉测定(GC-O)技术是解决这一问题的理想方法，它对确定香味化合物的作用大小、香气强度及鉴别特征香味化合物、香味活性化合物都有十分有效的效果[33]。正是因为气相色谱-嗅觉测定法的这些优点，其越来越受到人们的重视，尤其是在食品风味分析领域。

另外，通过用化学计量学的数据处理方法的“电子鼻”技术能够得到直观、可靠、科学的分析结果。肖作兵等[34]在研究热反应制备牛肉香精时采用分析技术对牛肉香精的热稳定性进行了表征。通过得到的数据分析了牛肉香精反应前后的香气变化，应用数学统计模型“雷达图”从而验证了牛肉香精的热稳定性。

5 结语

本文介绍了两种生成咸味香精的方法：通过热反应制备及分离纯化制备美拉德肽。前者可以看作是一个混合体系，后者则相对单一。目前，在咸味香精生产方面，我国与发达国家相比存在较为明显的差距，主要体现在香气的持久性、逼真性和稳定性等方面[35]。美拉德反应作为产生肉香味的重要反应之一，无疑备受人们的关注。寻找新型的原料，研究新的反应模式，引进新的生产技术，生产出品种丰富、令人满意的咸味香精具有重要的现实意义。同时，随着人们生活水平的提高，人们越来越重视食品的安全性。因此，我们在努力研发新的香精品种时，不能忽视美拉德反应所产生的对人体有害的化学物质，既要做到提升产品的风味，又要保证消费者的健康。

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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

江苏省自然科学基金青年基金项目(BK20150950)；国家自然科学基金青年科学基金项目(31501529)

郑家伦(1992-) ，男，江苏苏州人，硕士，研究方向：食品科学。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2016.12.030

1000-9973(2016)12-0129-05