鮮味肽的研究進展

劉　義，趙鉞沁，周怡梅，肖鈞木，米粱波，黃金龍，陳祥貴，孫偉峰

(西華大學食品與生物工程學院，食品生物技術四川省高校重點實驗室，四川 成都　610039)

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鮮味肽的研究進展

劉義，趙鉞沁，周怡梅，肖鈞木，米粱波，黃金龍，陳祥貴，孫偉峰*

(西華大學食品與生物工程學院，食品生物技術四川省高校重點實驗室，四川 成都610039)

摘要：鮮味肽是新型活性肽類鮮味劑，其風味醇厚鮮美，可作為前體物參與美拉德反應形成特殊芳香氣味，具有強烈的增鮮、增香作用。目前對鮮味肽的研究多集中在提取工藝及其美拉德反應工藝，關于鮮味肽呈味機制、鮮味肽資源開發等研究仍亟待加強。文章闡述鮮味肽的特點、加工特性，并對其呈鮮機制、構效關系及其生產工藝等領域的研究新進展進行綜述，以期為其在調味品中的開發利用提供依據。

關鍵詞：鮮味肽; 呈鮮機制; 構效關系

在傳統的蛋白質研究領域，肽一直僅被視為蛋白質的一種基本結構；但近年來隨著科技的發展，研究發現肽除了具備生理活性之外，同時具有一定的功能特性，如降血脂、降血壓、呈現風味等[1-3]。其中呈味肽因其在天然食品及加工食品中均能產生鮮明的特征滋味而引起食品風味化學研究者的廣泛關注。食品中呈味肽可依據其所體現的基本滋味特征分為甜味肽、酸味肽、苦味肽、咸味肽、鮮味肽5大類[4-5]。鮮味肽作為一種可增強食物鮮味和醇厚味的呈味肽，具有良好的加工特性、呈鮮效果以及營養價值，符合“天然、營養、安全”的食品發展潮流[6-7]，不僅可直接增強食物的鮮美口感，還可作為揮發性風味物質的前體物參與美拉德反應，進一步增強食品的特征香味[8]。

目前國內外對于鮮味肽的研究側重點有較大差異。國際上對于鮮味肽的研究集中體現在其參與美拉德反應、鮮味肽的提取以及鮮味肽氨基酸序列的鑒定等方面[9-12]。如：Schlichtherle-Cerny等利用蛋白酶水解面筋蛋白從中發現了4 種鮮味肽的一級氨基酸序列[13]；Arai等研究了12條含Glu的二肽[14]等等。我國對鮮味肽的研究尚處于起步階段，報道顯示多為研究其參與美拉德反應[15]，并且多數成果僅僅停留在實驗室階段，關于鮮味肽呈味機制等深層次研究仍亟待進一步加強，并且目前我國鮮味肽來源種類單一，鮮味肽資源尚待進一步開發。

本文將綜合闡述鮮味肽的特點及加工特性，綜述其作用機制、構效關系及其生產工藝等領域的研究新進展，并對鮮味肽研究中尚存在的問題進行綜合分析，以期為其進一步在調味品中進行開發利用提供依據。

1鮮味肽的特點

1.1鮮味肽的氨基酸序列

目前通過質譜鑒定的鮮味肽序列數量增加明顯，如三肽及以上多肽序列有(D-E-S和S-E-E)[16]、E-G-S-E-A-P-D-G-S-S-R[17]、D-C-G[18]、K-G-D-E-E-S-L-A[19]、C-C-N-K-S-V和A-H-S-V-R-F-Y[20]、P-A-Q和N-G-G[21]等等。研究表明對于呈味肽的多種味道，人們更偏愛它的鮮味。鮮味肽最初是由Yamasaki等從牛肉中得到的一種八肽，經鑒定肽鏈中存在Glu和Asp組成的酸性基團，具有增強牛肉風味的作用，此肽被命名為牛肉辛肽(BMP)[22]。Rhyu等[23]的研究也認為酸性殘基(如Glu和Asp)對小分子肽風味的產生可能起到了關鍵性的影響。BMP不僅具有鮮味、酸味、甜味等復合味道，還與食鹽、谷氨酸鈉(MSG)等常用調味品具有較好的協同作用，可以進一步增加產品的鮮美醇厚特征風味。

1.2鮮味肽的鮮味調控

鮮味肽的呈鮮可從以下2個方面進行調控：一是自身味道的調控，二是與其他物質協調調控[24]。自身味道的調控主要體現在蛋白酶解液的鮮度上，生產過程中可通過以下方法來提高鮮味：1)使用復合酶代替單一酶酶解蛋白質混合液，使蛋白質酶解效率提高；2)利用單體氨基酸酸水解植物蛋白，從而反向調控植物蛋白溶解液中的鮮味氨基酸成分，得到豐富的鮮味肽；3)在生產中采用多種技術(如定向可控酶解技術、低溫熱反應技術、穩定增強技術)使產品中富含鮮味肽、醇厚肽以及游離氨基酸等呈味物質，通過各物質的協同作用可使鮮味得到進一步顯著提升。鮮味肽與其他物質協調調控鮮味主要是通過美拉德反應產生所需的特殊香味物質。參與美拉德反應的肽的相對分子質量通常在1 000～5 000 Da之間，生產中增加相對分子質量在1 000～5 000 Da之間的肽含量，可有效的提升產品風味。增加這類肽的途徑主要通過：1)控制蛋白酶水解蛋白的程度，防止肽的進一步水解；2)利用MTGase(轉谷氨酰胺酶)使水解蛋白發生交聯反應，從而控制肽鏈的長度。可產生鮮味的幾種L型氨基酸如表1所示。

表1　可產生鮮味的幾種L型氨基酸[25]

1.3鮮味肽的耐熱性

鮮味肽作為天然調味料，具有良好的風味和熱穩定性。Wang等[26]對鮮味肽進行了耐熱實驗：將鮮味肽分別用71 ℃、15 s的巴氏消毒法和121 ℃、15 min的高壓滅菌法處理，再根據鮮味肽在HPLC圖譜中滅菌前后的波峰面積變化情況來判斷熱損失率。實驗結果表明，鮮味肽經過巴氏消毒法處理的損失率僅為2.3%，經高壓蒸汽滅菌處理的損失率也僅為2.8%，體現了其在常規熱處理時良好的耐熱性。即使在規模化的工業生產中，大量投入使用的BMP也顯示出良好的熱穩定性，在121 ℃、20 min的高壓蒸汽滅菌條件下，其損失率僅為10%，完全滿足一般食品工業熱處理的要求。

2鮮味肽的作用機制

關于鮮味肽的作用機制，目前尚無準確定論，但主要認為是與受體家族——G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor，GPCR)有關[27]。GPCR是人體內最大的蛋白質家族，共分為5個亞族：A族-視紫紅質受體、B族-類分泌素受體、C族-親代謝性谷氨酸鹽和信息素受體、D族-菌信息素受體和E族-AMP受體(cAMP receptor)。

味覺受體家族存在于GPCR的C亞家族中，包括味覺受體第一家族T1R和味覺受體第二家族，T1R包括T1R1、T1R2和T1R3，味覺受體異源二聚體由其中的T1R1和T1R3所構成。T1R1+T1R3在舌的菌狀乳頭的味覺受體細胞(test receptor cell，TRC)中共同表達，以聚合物的形式聯合介導鮮味物質的信號傳遞[28]。當有鮮味物質刺激時，鮮味物質會直接與T1R1+T1R3相結合，激活PLC-β2，產生DAG和IP3, IP3與IP3R3結合，使胞內儲存的Ca2+釋放，激活TRPM5通道，Na+流入細胞內，最終促使膜去極化及神經遞質釋放[29]，從而使人體感知到鮮味。

味覺感知受味覺受體影響，而味覺受體(蛋白質)的表達受味覺基因網絡(見圖1)調控[30-32]。J. M. Kim等利用基因網絡技術在豬的味覺感知網絡中發現了一種新的味覺調控基因TAS1R1/TAS1R3，該基因的上調表達會增強豬對鮮味的感知能力[31]。

圖1　味覺基因調控網絡

3鮮味肽的構效關系

3.1氨基酸的排列順序與鮮味效果的關系

氨基酸排列順序與鮮味效果密切相關，鮮味肽的鮮味來源于酸性基團與堿性基團的相互作用，只有這2種基團的位置合適時才會產生鮮味[25]。Yamasaki等從牛肉中提取分離得到的牛肉辛肽經鑒定其肽鏈結構為Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala[22]，其中帶負電的酸性基團-Asp-Glu-Glu-處于中間位置，帶正電的堿性基團Lys-Gly-處于其N-端相鄰位置，它們的協同作用使得牛肉辛肽產生了鮮味。Arai等[33]合成了12種含Glu-的二肽，結果顯示只有C-端結構含有弱疏水基團的谷氨酸二肽方能體現肉湯特有的鮮味特征。上述研究表明：肽中必須含有同時帶有正電基團、負電基團以及疏水基團，且正電基團位于負電基團的N-端的肽才能產生鮮味。

3.2肽的串聯與鮮味效果的關系

肽的串聯有利于表達量的提高，從而增強鮮味效果，但簡單增加單一肽的串聯數目未必會成倍增強呈鮮效果，而多種肽復合串聯往往能起到增鮮的作用。高應瑞等在畢赤酵母中表達不同拷貝數風味肽的呈味性比較實驗中[34]，將能產生鮮味的BMP的基因進行串聯，形成4BMP、8BMP、12BMP和16BMP組后，導入畢赤酵母中進行表達，最后進行味覺鑒定。結果顯示，增加單一肽的串聯拷貝數沒有增強鮮味效果。之后有研究團隊進行了多種肽串聯的實驗。在3種呈味肽串聯基因的構建和表達的實驗中[35]，將3種鮮味肽的串聯單元基因拷貝并克隆到pET30a表達載體上，導入宿主菌BL21(DE3)中并成功表達。實驗結果表明，由于多種肽的串聯使得鮮味物質的種類增多、數量增加，達到了增強鮮味的效果。

4鮮味肽的生產

鮮味肽的生產方法多樣，目前以酶解法為主[10]。酶解法主要是通過使用蛋白酶水解蛋白質獲得鮮味肽，或利用微生物將蛋白酶的發酵和蛋白質的酶解過程偶聯獲取鮮味肽的生產方法。酶解法的反應條件溫和易控、生產工藝簡單，但是此法副產物較多、產率低下、總體效益較差，且在生產過程中極易產生苦味肽，影響鮮味肽的口感；因此，人們開始重視新的鮮味肽合成路徑——生物工程法。

生物工程合成法是將含有目的基因的DNA片段經載體導入受體細胞或將外源基因插入噬菌體基因序列中進行表達，再經過加工純化后得到目標活性肽的過程[36]。此法具有專一性強、取材廣泛、產量可觀等優點[37]。國內相關研究和實驗中，最為突出的是曾松榮等利用畢赤酵母高效表達了 16 拷貝牛肉風味肽的實驗，通過實驗最終獲得目的產物 16拷貝 BMP， 其表達量可達到 172 mg /L[38]。

5結論與展望

鮮味肽作為新型天然鮮味劑，其風味特征自然醇厚，具有強烈的增鮮、增香作用，同時符合消費者追求產品天然屬性的心理需求。隨著調味品市場的迅猛發展，調味品行業的不斷升級，鮮味肽勢必會得到廣泛的應用。當前風味肽一般是由酶解法制備，但在蛋白酶解過程中，易形成相對分子量較低的苦味肽，影響了食品的品質；而利用基因工程方法特異性表達含肽香精香料具有目前酶法水解方法無法比擬的優點, 如產量大、效率高、成本低、安全，同時也克服了香精香料的成分不確定性(如存在苦味物質)的困難，此法得到了世界香精香料大公司和一些研究單位的重視[39]。目前我國對鮮味肽的研究仍停留在實驗室階段，鮮味肽的制備技術尚未成熟，尤其是利用生物工程技術高效生產鮮味肽仍亟待發展，鮮味肽的呈鮮機制仍亟待進一步完善。

當前國內外的風味肽結構研究側重于風味肽一級氨基酸序列鑒定和氨基酸性質的初步分析，而通過結合生物工程和基因網絡技術用于研究風味肽風味的形成規律，將具有重大科研價值和生產意義。

我國擁有豐富的天然肽類前體物質，但資源利用率不高，大量經過初加工的原料被直接廢棄，不僅造成了巨大的資源浪費，同時造成了嚴重的環境污染。如何科學的選用蛋白來源，利用酶和基因工程生產鮮味肽，制備、分離和精制鮮味肽，提高產品得率，以及進一步理清鮮味肽的呈味特性和規律皆是決定鮮味肽能否實現產業化的重要因素。上述問題的深入探討和合理解決也將使鮮味肽的研究開發具有更廣闊的前景。

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(編校：葉超)

Research Progress in Umami Peptides

LIU Yi, ZHAO Yueqin, ZHOU Yimei, XIAO Junmu, MI Liangbo, HUANG Jinlong, CHEN Xianggui, SUN Weifeng*

(SchoolofFoodandBioengineering,FoodBiotechnologyLaboratoryofSichuanUniversities,XihuaUniversity,Chengdu610039China)

Abstract:Umami Peptides are new seasonings with tasty and mellow flavor and they can also participate in Maillard reaction as a precursor to form a special aroma. Therefore, umami peptides can strongly increase the flavor and fragrance of food. Current researches about umami peptides mainly focus on the extraction progress and their participation in the Maillard reaction, meanwhile taste mechanism and peptide resources exploitation still need to be strengthened. In this article, the characteristics, mechanism, structure - activity relationships and production process of umami peptides were reviewed in order to provide a basis for their further exploitation in condiment industry.

Keywords:umami peptides; umami mechanism; structure-activity relationships

收稿日期：2015-11-11

基金項目：國家自然科學基金(21506172)；四川省教育廳項目(15205445)；西華大學校重點項目(z1420524， z1420525)；西華大學食品生物技術重點實驗室項目(szjj2015-013，szjj2015-014)；大學生創新創業訓練計劃(201510623003，201510623053)。

*通信作者：孫偉峰(1982—)，女，講師，博士，主要研究方向為食品生物技術。E-mail:sunweifeng1024@163.com.

中圖分類號：Q514.3

文獻標志碼：A

文章編號：1673-159X(2016)03-0021-5

doi:10.3969/j.issn.1673-159X.2016.03.005

第一作者：劉義(1982—)，男，講師，博士，主要研究方向為食品生物技術。

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