肉香味物質研究進展

于亞輝，楊亞平，方婷*

(1.福建農林大學 食品科學學院，福州 350002；2.福建農林大學 藝術學院園林學院(合署)，福州 350002)

1 肉香味物質的研究發展

肉類香味是生肉通過熱反應產生的揮發性風味物質，包括發現的大多數香味化合物如醇、醛、羧酸、脂、呋喃、吡啶、吡嗪、噻唑、噻吩、惡唑及含氧、氮、硫的雜環化合物等，因此對肉類香味產生機理的研究較為艱難，進展也較為緩慢，目前還不能完全洞悉其機理。生肉中包括游離的氨基酸、糖類、肽類、脂類等香味前體物質，在加熱中這些前體物質通過發生分解、氧化等化學反應產生了各種復雜的香味物質。

肉香味物質的研究可追溯到20世紀50年代，但由于當時研究條件的限制，研究內容僅限于肉類風味中非揮發性的、水溶性的前體物質。自20世紀60年代起，隨著研究方法及條件的改善，研究者們逐漸發現肉香味物質種類的繁多，形成機制的復雜，并且開始分離鑒定這些物質，探索肉類風味化合物的形成機制。如今，人們已經發現肉香味的形成主要來自于氨基化合物與還原糖之間復雜的相互作用，特別是含硫氨基酸、硫胺素所參與產生的揮發性含硫化合物和雜環化合物，構成了肉的主體香味；脂質氧化降解產生的小分子的醛、酮、酸等羰基化合物，在貢獻香味的同時也參與到與氨基化合物的熱反應中，構成復雜的美拉德反應體系，從而使肉具有獨特香味[1]。目前，在畜禽肉中存在并研究的揮發性香味物質已超過了1100種，這些物質的種類涵蓋了大多數香味化合物包括醇、醛、羧酸、脂、烴、酮、呋喃、吡啶、吡嗪、噻唑、噻吩、惡唑及含氧、氮、硫的雜環化合物等[2]。這些化合物對肉香味的形成起著重要作用，在咸味香精的加香調香中也得到了具體應用，通過添加特征香味物質使咸味香精產品變得更豐富多樣，品質也得到了極大提升。

1.1 肉類特征香氣

肉類揮發性香味的物質種類與數量呈現顯著的種間差異，對比從豬、牛、雞、羊等畜禽肉中所檢測到的揮發性風味物質，可發現各揮發物在肉中的濃度不同，對肉香味形成所做的貢獻也是不同的[3]，一般可用“呈香值”，即其濃度與閾值之比來表示。在這些香味物質中，雜環化合物對肉基本肉香味的形成起到重要作用，特別是含硫化合物包括2-甲基-3-呋喃硫醇、二甲基硫及一些巰基化合物等，對其貢獻較大,因此有關含硫化合物與前體物質及其他風味化合物之間的影響關系也是未來食品風味研究的方向之一。而關于肉的特征香味的研究可追溯到20世紀60年代，Hornstein，Crowe，Pearson 等人發現加熱不同的動物脂肪產生的肉香味不同，研究發現肉品特征香氣的形成與脂肪氧化降解的產物有關[4-6]。

動物脂肪都是混合甘油酯，包括飽和及不飽和脂肪酸，其中不飽和烴基鏈的氧化分解涉及到一系列游離基反應，遵循自由基反應機理，產生氫過氧化物。這些氫過氧化物在酸性或者有裂解酶存在的情況下，會進一步參與游離基反應歷程中，可以產生揮發性的香味化合物如醇、醛、酸、酯、酮、呋喃等，這些物質對肉特征香味的產生具有重要作用。Mottram等人做了脂質在牛肉風味形成中的研究，發現脂質及其衍生物氧化降解產生的酮、醛、醇等對牛肉風味的形成具有重要作用，如2-己酮、2-甲基十三醛等是牛肉特有香氣物質[7]；Noleau等人做了脂質在雞肉風味形成中的相關研究，發現雞肉香氣的特有香氣物質為2，4-癸二烯醛、癸醛、2，4-壬二烯醛等[8]；Wong，Caporaso，Buttery等人在羊肉特征香氣的研究中發現羊肉的“膻味”來自于4-甲基辛酸和4-甲基壬酸等物質，而這些物質的產生來源于脂肪酸，早在研究者對羊脂進行加熱時就發現了其特征風味[9-11]，由此也可以確定脂肪對不同肉味香精特征香氣的產生起著至關重要的作用，目前在脂肪氧化調控技術上有諸多研究，未來可以在脂肪對肉類香味化合物的產生機理及影響因素方面多加研究。

除此以外，輔料包括辛香料、調味品及其提取物等的添加以及加工方式的不同而引入的香味，也使肉香味具有特殊味道，比如臘腸、培根、醬鹵肉等產品具有的風味?，F如今在咸味香精的制備上，也將辛香料提取物應用到反應中，并開發及運用高新技術，使產品香味變得更加豐富和諧。

1.2 肉香味前體物質

生肉一般無味或具有一些特有的腥膻味，在加熱后有香味產生說明肉香味前體物質的存在，前體物質參與一系列復雜反應，賦予肉香味。在生肉中參與反應的一般是分子量較小的水溶性前體物質和脂質，包括游離的氨基酸、糖類、肽類、核苷酸、維生素、脂類以及其他含硫及氮的化合物等。

1.2.1 脂類前體物質

正如上文所述，脂類對肉類特征香味的形成起著重要作用，脂肪在受熱環境中降解為游離脂肪酸，其中不飽和脂肪酸隨著氧化過程的進行而發生過氧化，產生氫過氧化物，這些氫過氧化物的分解形成揮發性的醇、醛、烯、烴、酮、羧酸、酯等物質[12]，在貢獻香味的同時也可以進一步參與美拉德反應。另一方面脂類物質的存在也使脂溶性揮發性物質的產生變得較為柔和，隨著加熱過程的進行，使肉香味緩緩飄出。

1.2.2 水溶性前體物質

水溶性的前體物質為分子量較小的小分子化合物，其他分子量較大的蛋白質對風味則無作用，不能參與反應。而這些游離的小分子化合物也具有透析性，在加熱的過程中能夠產生香氣并揮發出來，在水煮液中會有肉湯風味產生。其中游離的還原糖類包括果糖、葡萄糖、木糖等參與焦糖化及美拉德反應。美拉德反應是產生肉香味物質的重要反應之一，肉中含有的羰基化合物(來源于糖類或油脂氧化后產生的醛類或酮類物質)與氨基化合物(游離氨基酸、肽類等)發生反應，能夠產生包括醛、酮、醇、呋喃、吡啶、吡嗪、噻唑、噻吩、咪唑及含氮或硫的雜環化合物在內的一系列香味化合物[13]。在溫度過高(一般是140 ℃以上)或反應時間過長時，便會發生焦糖化反應，在糖分子裂解產生一些醛類、酮類物質的同時脫水形成焦糖色，使產品具有特殊的色澤與風味。游離的氨基酸及肽類除了參與美拉德反應外，在熱處理過程中也會發生熱降解，提供香味物質。特別是含硫氨基酸及脯氨酸、組氨酸等雜環氨基酸、賴氨酸、蘇氨酸等熱分解后可以產生醛類、氨類、硫化氫、噻唑、噻吩、吡咯、吡啶以及其他含硫化合物，這些物質可起到基本肉香的作用。而硫胺素是含硫、氮、氧的雙雜環化合物，本身無香氣，在熱降解時可以產生多種復雜的產物包括呋喃、嘧啶、噻吩以及其他含硫化合物等，這些香味物質對肉香味的產生具有重要意義，也需要對香味化合物形成機制進行不斷地研究。而其他諸如核苷酸的存在也起到增香的作用，與呋喃酮等物質的生成有關，其具體反應機制還需進一步研究。

2 肉香味物質的形成機制

肉香味物質主要是依靠其前體物質參與一系列熱反應之后產生的，包括美拉德反應、硫胺素的降解、脂質的氧化降解、糖類與氨基酸及多肽蛋白質等多種物質的降解等。本文將簡要介紹產香的典型途徑即美拉德反應。

2.1 美拉德反應

美拉德反應是一個非常復雜的反應體系，自20世紀初被發現以來，已過去100余年[14]，目前人們還不能完全理解香味物質的形成途徑，因此對美拉德反應過程的研究仍在繼續。它的本質是還原糖等羰基化合物與氨基酸等氨基化合物之間發生的縮合、聚合反應，最終可產生類黑精或類黑素及風味物質，是食品香味物質形成的主要途徑之一[15]。如今我們通常將其反應歷程分為三個階段：初級階段、中間階段以及最后階段[16]。

2.1.1 初級階段

羰基化合物與氨基化合物發生脫水反應生成席夫堿(Schiff base)，席夫堿的不穩定性使得環化反應隨即發生，生成N-葡萄基胺(醛糖)或N-果糖基胺(酮糖)，這兩種化合物均不穩定，極易發生重排反應(Amiadori/Heyns)，其中Amiadori重排是N-葡萄基胺經過烯醇化與異構化后形成的1-氨基-1(2)-脫氧-1(2)-酮糖，而Heyns重排得到2-氨基-1(2)-脫氧-1(2)-醛糖，初級階段的產物并沒有產生什么風味及色澤，但其作為美拉德反應的中間產物，可為下面反應的進行提供前體物質[17]。

2.1.2 中間階段

以初級階段的產物為底物進行反應，經過脫氨基、烯醇化、降解等過程產生呋喃類、糖醛類、氨基酮類、酮醛類等化合物，在氨、硫化氫、氨基酸、醛、醇等化合物的存在下可以進一步反應，最終可生成吡啶、吡嗪、咪唑、吡咯、噻嗪、呋喃、酮、醛等風味物質。整個反應階段可分為三條路徑，分別是1-氨基-1(2)-脫氧-1(2)-酮糖在酸性條件下脫氨基后發生1,2-烯醇化反應，生成羥甲基呋喃醛、呋喃醛等化合物；1-氨基-1(2)-脫氧-1(2)-酮糖及2-氨基-1(2)-脫氧-1(2)-醛糖在堿性條件下脫氨基后發生2,3-烯醇化反應，降解后生成羥甲基糖醛、丙酮醛和丁二酮等化合物；Strecker降解(Strecker degradation)是產生風味物質的重要途徑，本質是氨基酸與二羰基化合物發生反應，經過脫氨、縮合、脫羧降解后形成醛類、氨基酮類及氨基醇類物質，這些物質是形成吡嗪類、咪唑類、噻吩類等雜環化合物的前體物質。

2.1.3 最后階段

美拉德反應的最后階段反應較為復雜，對其反應機制的研究還在繼續，在這一階段各種中間產物包括醇類、醛類、氨基酮類、胺類、糖醛類、酮醛類、呋喃類等物質相互間或與氨基酸、蛋白質等繼續反應，包括環化合反應、醇醛縮合、降解、交聯等，最后生成類黑精及香味物質。

2.2 美拉德反應歷程的研究方法

美拉德反應歷程是一個較為復雜的體系，由于肉中氨基化合物與羰基化合物種類的多樣性，其他成分的存在以及反應產物間的相互作用，使反應途徑變得異常復雜，最終的反應產物也包括揮發性風味物質、類黑精物質、抗氧化物質等。之前研究者對美拉德反應的中間產物及最終產物的分離與鑒定并不能完全透徹詮釋其反應途徑，但自20世紀后期開始，人們使用同位素示蹤法對目標分子進行標記，通過檢測反應過程中生成的化合物可結合動力學模型來推斷復雜的反應歷程，使得對美拉德反應機制的研究更進一步[18]。通過用2H及13C等標記前體物質，在反應過程中利用質譜及核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)分析所得產物的結構，從而有助于推斷反應途徑，其中用13C標記化合物的方法叫做碳原子標記技術(carbon module labeling,CAMOLA)[19,20]。使用同位素示蹤法進行產物分析，也有助于研究前體物質對香味物質的貢獻，Lee等使用碳原子標記技術推斷了幾種含硫化合物的形成途徑[21]；Davidek等采用同位素示蹤法研究了木糖-甘氨酸美拉德反應體系中乙酸的形成途徑[22]；Tressl等用13C標記還原糖(葡萄糖或阿拉伯糖)與含硫氨基酸(甲硫氨酸和半胱氨酸)進行美拉德反應，通過測定呋喃、噻吩、呋喃內酯等風味物質，推斷了中間產物1(3)-脫氧酮糖的形成途徑[23]；Cerny等通過此方法發現丙三醇參與到果糖和丙氨酸美拉德反應體系中，形成了吡嗪類風味物質，在另一篇文章里通過標記物[13C5]-木糖揭示了前體物質木糖及硫胺素對形成呋喃類及其他含硫化合物的貢獻，研究還發現在半胱氨酸存在時，木糖和硫胺素共同作用產生了2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糖硫醇及3-硫基-2-戊酮，而半胱氨酸不存在時，3-巰基-2-丁酮、4,5-二羥基-2-甲基-3(2H)-呋喃酮以及其他含硫化合物則來自于硫胺素[24-27]。

并且2H及13C等同位素，是穩定性同位素，也具有對人體無傷害、對環境無污染等優點。將同位素示蹤法運用到肉香味形成機制的研究中并結合反應動力學模型，能夠揭示前體物質與反應產物之間的生成關系，但研究者所采用的反應體系較為單一，需要繼續研究的是在復雜反應體系中前體物質與反應產物之間的關系，從而透徹詮釋肉香味化合物的形成機制。

3 揮發性肉香味物質的研究方法

肉香味物質的形成過程極其復雜且種類繁多，其中具有揮發性的香味物質對肉的風味起主導作用。因此對揮發性肉香味物質的深入研究，不僅能夠幫助研究者探尋肉香味物質的形成機制，還能對比模擬出相似或相同的肉味特征香氣，為咸味香精的后續開發研制提供了香味數據參數，對混合香精基料的仿香和調香提供了香味支持等。隨著檢測儀器的展，人們從食品中檢測出大量的揮發性物質種類超過了8000種，而通過實驗表明其中對食品香味起到重要貢獻的揮發性香味物質大概是三四十種，這也使對香味化合物的定性定量性分析得以實現[28]。

3.1 揮發性香味物質的提取

在對揮發性肉香味物質進行分析研究之前，其首要任務是盡可能地將香味物質從食品中提取出來，并應盡可能避免對原有風味化合物產生損傷。目前對食品中揮發性香味物質的萃取方法主要有同時蒸餾提取法(simultaneous distillation-extraction,SDE)、直接溶劑萃取法(direct solvent extration,DSE)、固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)、動態頂空-吹掃捕集技術(dynamic headspace-purge and trap,DHS-P & T)、超臨界流體萃取法(supercritical fluid extraction,SFE)、溶劑輔助風味蒸發技術(solvent assisted flavor evaporation,SAFE)等。但研究表明，單一的提取方法都不能很好地提取出食品中的香味物質，因此需要根據不同的樣品類型、研究目的以及實驗條件來選擇合適的提取方法[29]。

其中，直接溶劑萃取法是使用溶劑進行香氣提取的代表方法。使用有機溶劑進行萃取，可以同時處理大量樣品，濃縮程度較高，檢測范圍大，但溶劑對環境及人體有害。而同時蒸餾提取法利用溶劑萃取與水蒸氣蒸餾法相結合的方式，減少了溶劑的使用量，但對水溶性較強的香味化合物效果不佳，結合水蒸氣蒸餾法還可能會破壞香味化合物的原有結構，可采用低溫真空條件進行提取，溶劑輔助風味蒸發技術對此進行了改進，但提取裝置較為復雜。

相較而言，在肉香味物質的提取技術上，現在比較常用的是固相微萃取技術及動態頂空-吹掃捕集技術。固相微萃取技術發展于1990年，依靠萃取頭上所涂布的固定相/吸附劑膜進行吸附，通過使用不同類別及厚度的吸附膜，有選擇地從樣品中萃取出風味化合物，操作簡單，無需溶劑參與，萃取裝置也較為簡便，萃取是一個平衡吸附的過程，一般采取頂空(headspace,HS)或浸入樣品的方式來進行萃取，其中頂空固相微萃取可重點分析樣品頂空的揮發性物質，可以較為真實地反映樣品的香味成分，萃取完成后可進行氣相色譜儀的解析[30，31]。動態頂空-吹掃捕集技術利用動態頂空制樣法(DHS)與吹掃捕集(P & T)相結合，使用惰性氣體連續將揮發性物質吹掃至具有吸附濃縮的補集器里，從而進行樣品分析,其過程無需有毒溶劑，且檢出限較低[32]。

3.2 揮發性香味物質的分離及鑒定

色譜及質譜技術通常作為對揮發性香味物質分離及鑒定的首選方法，氣相色譜具有很強的分離能力，而質譜能夠用來測定化合物的分子量及結構，兩者聯用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)對食品風味分析起著重要作用，但存在因香味化合物含量較低造成無法檢出的情況。因此氣味檢測儀的應用可以盡可能彌補這一缺陷，即氣相色譜-嗅聞法(gas chromatography-olfactrometry,GC-O)，通過氣相色譜的分離能力，加上人類敏感的嗅覺，達到分析風味物質的能力，但在聞香之前需要對聞香人員進行培訓[33,34]。而電子鼻作為一種仿生技術的研究，也可以輔助人類進行風味物質的分析鑒定，得到風味指紋圖譜，達到對揮發性物質的分析目的。目前出現的氣相色譜-嗅聞-質譜聯用即GC-O-MS是對以上兩種方法的綜合利用，既可以鑒定化合物，又可以得到其風味特征，還可以盡可能提高鑒定結果的準確性[35，36]。

4 結語

本文主要介紹了基于肉香味物質及其形成機制制備咸味香精的研究進展，其中對肉香味物質的研究與咸味香精香味的持久性、穩定性、逼真性、應用性緊密相關。目前，我國正處于咸味香精產業發展的機遇期，進一步加大對肉香味前體物質、特征香氣、反應機理、高新生產技術的研究對研發、完善及生產咸味香精具有重要意義。因此，以此為契機研發及生產出風味獨特、香味濃厚、品種豐富、品質較高的咸味香精對于食品工業的發展也具有重要的現實意義。如今，人們對食品安全問題也越發重視，研究者也可深入研究熱反應中有害物質產生的反應機理，再通過建立反應動力學模型使其反應歷程更具有可調控性，并將其應用到生產中。最后在提高產品風味的前提下如何更好關注消費者的健康，這在未來食品風味的研究中將是重點問題。