肉味香精的制備及其風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)

我國是肉類生產和消費大國，對比2015-2019年肉類的生產量和消費量可以發現，我國的肉類生產量總體低于消費量，而且2019年肉類生產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量的現狀，導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，除了提升我國養殖業的技術水平和生產效率之外，還可以通過采用肉味香精調味的方式調節肉類的消費量。

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

1 肉味香精的研究發展歷程

近年來，肉味香精在火鍋底料、調理肉、辣條、薯片及方便面等食品中均有應用，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展。傳統的調配型肉味香精，往往熱穩定性、真實度及自然性均較差。而熱反應型肉味香精則克服了這些缺點，其肉香馥郁渾厚、自然逼真且熱穩定性較好。20世紀60年代，人們開始研究熱反應肉味香精，Liebig和Maggi利用植物蛋白的酸水解液制備出了肉風味的香料[1]。隨著色譜和波譜技術的發展，揮發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制備出了具有肉香味的產物。此后，人們分析出了肉中大量的風味物質。

20世紀80年代，我國肉味香精的研究方才起步。楊鋒等[3]采用瑞士乳桿菌發酵豬骨酶解液，并對酶解液進行美拉德反應，得到了風味協調飽滿的豬骨調味料。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制備出了香味馥郁醇厚的肉味香精。隨著國民經濟及科技的健康發展，肉味香精生產加工技術在國家的大力支持下持續改革創新，而且人們對食品的營養性、安全性與天然性等方面的要求更高，所以熱反應型肉味香精產品因以動植物蛋白酶解物等天然物質為原料受到廣大消費者的喜愛。

2 肉味香精的分類

肉味香精屬于調味料中的一種常用食品配料，按加工方法主要分為調配型、熱反應型和調理型3種類型，見表1。調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配成香基，將香基拌和在鹽、干燥劑等載體上形成產品，用來賦予食品的香味及補充頭香；熱反應型肉味香精是利用氨基化合物、還原糖類物質、硫胺素及多種配料進行美拉德反應，反應產物經噴霧干燥成粉劑或膏狀產品，主要用于形成體香；調理型肉味香精是以熱反應的產物為基本成分，再加上調配香基和風味增強劑，賦予食品特定的風味。

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香機理

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

3.1 蛋白質水解技術

蛋白質水解技術制備肉味香精的原理是：通過生物或化學方法，使動植物中的蛋白質發生降解，進而獲得各種肽、氨基酸及核苷酸等水解產物。利用水解產物中的肽、氨基酸、核苷酸等作為呈味物質，使蛋白質水解產物具備一定的風味特征。

3.1.1 酸法水解

酸法水解是水解蛋白質中使用最早的方法，常用鹽酸或硫酸使動植物中的蛋白質肽鍵斷裂，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品的后處理帶來困難和造成環境污染；專一性較差，屬于不規則水解；易產生含硫化合物；而且所得的產品顏色深、雜質多，甚至產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，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。

3.1.2 酶法水解

(3)水權確權為水權交易提供了前提，建立了一種倒逼機制。水權確權不只是為了交易，確權本身就建立了一種倒逼機制，對轉變發展方式、調整產業結構、促進節約用水、規范水事秩序，提高水資源利用效率效益具有至關重要的作用。水權也為實行基本水價、超定額累進加價、節水獎補等水價制度建設提供了基本依據。慶安縣柳河灌區開展水權確權登記工作，以推動農業水價綜合改革為核心，以完善末級渠系工程為基礎，以健全終端水價制度為保證，在核心試點區初步建立起科學、系統、完備的農田水利良性運行機制，搶抓進度、全力全速推進水權試點。

酶法水解是制備肉味風味料常用的技術，其原理是利用酶的生物催化作用分解動植物中的蛋白質等生成肽類和氨基酸等物質，它們是肉滋味的重要來源。它的反應速率快，且不產生消旋作用，反應溫度低，得到的產物更加安全和營養；水解程度易控制，工藝簡單，無污染，利于工業生產；蛋白酶制劑的應用已經取得了明顯的成效[10]。但是水解不徹底，產物有時帶有苦味；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、果糖和牛磺酸等進行反應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味獨特的鴨肉香精。

3.1.3 發酵法水解

發酵法水解是采用發酵或發酵與酶解結合的方法將動植物蛋白降解為小肽和游離氨基酸等物質，再利用得到的發酵液經美拉德反應得到風味飽滿的肉味香精[14]。發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、香氣持久且生產成本低，還能讓產品更加安全，但是應用在蛋白降解上的菌種研究不是很多，多種菌株復配的混合發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酵的最佳條件，再利用風味獨特的大豆蛋白發酵液、還原糖和氨基酸經過美拉德反應制成了肉味渾厚、留香悠長的肉味香精。李娟等[17]將酶解技術和發酵工藝相結合，使牛肉中的蛋白質物質水解得更加徹底，然后利用其水解液制得擁有傳統醬香和發酵醬香的牛肉香精，不僅降低了成本，且產品香氣更加飽滿協調。

幾種蛋白質水解方法的優缺點比較見表2。

表2 4種蛋白質水解方法的優缺點比較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，環境污染嚴重，此方法應用較少。酶法水解工藝簡單、反應溫度低、速率快，提升了工業化生產的效率，目前大多采用此水解方法。發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、香氣持久且生產成本低，但是對降解蛋白質的菌種研究不多，此方法有較好的發展前景。

3.2 肉味香精產生香味的反應機理

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

3.2.1 美拉德反應

美拉德反應被定義為一系列非酶的、連續且平行的化學反應，影響食品的色澤和風味[20]。美拉德反應的初始階段為游離D-葡萄糖和氨基酸的初始縮合，可形成不穩定的N-糖基胺，其可經Amadori重排形成相應的N-果糖胺，即1-氨基-1-脫氧葡萄糖。鏡面反射機制發生在D-果糖存在下：在這種情況下，形成不穩定的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生的反應步驟，這些步驟導致形成穩定的美拉德二級產物。最后階段，氨基化合物再經過脫水、降解、環化及聚合等，形成類黑精及各種風味物質[21]。美拉德反應途徑的復雜性導致數千個與顏色和香氣形成相關的物質形成[22]。其化學途徑的種類和所形成物質的重要性與反應條件有關，特別是時間、溫度、pH值、反應物和前體的可用性起著至關重要的作用。

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味的雙環化合物。硫胺素受熱時容易分解生成揮發性物質，一種途徑是其主要中間產物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物5-羥基-3-巰基-2-戊酮進一步反應生成呋喃和噻吩等含硫雜環化合物，具有強烈的肉香味。硫胺素能夠單獨與其他物質作用，得到更豐富的風味物質。

3.2.3 糖類的降解

糖降解過程形成了對肉香味有貢獻的二羰基和三羰基化合物，且羰基化合物也是Strecker反應的重要中間體。還原糖在加熱過程中會發生焦糖化反應，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，當被加熱至300 ℃時，會產生許多香味物質，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。而在美拉德反應中，肽能夠直接與糖或其降解產物反應形成風味化合物[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物之間的相互作用所致。肽降解產生游離氨基酸，而肽交聯消耗氨基酸，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之間的平衡[25]。Lancker等[26]研究發現在美拉德反應過程中，游離氨基酸形成的吡嗪類烤香化合物數量還遠遠低于二肽。Kochhar等[27]發現可可豆中某些特殊的二肽可與還原糖反應，其產物還具有各種獨特的風味。總之，低聚肽也是肉香化合物的重要前體物質。多肽美拉德反應的重要影響因素包括肽鏈長度、肽段相對分子質量和氨基酸組成等。

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降解是羰基胺反應形成風味的重要途徑之一。這種反應除了產生其他重要的風味外，還會產生斯特萊克醛類。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。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-氨基之間的反應產生。此外，其他羰基化合物，如脂質氧化后產生的羰基化合物，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生羰基化合物，促進少量Strecker醛類的形成[29]。總之，由各種氨基酸組成的混合體系經復雜的熱反應過程而形成了部分肉類風味。

3.2.6 脂質氧化的降解

脂質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，通過脂質衍生的反應性羰基引發的氨基酸降解產生了Strecker醛類、α-氧乙酸、胺和乙烯基衍生物。脂質的熱降解使脂質酞基鏈發生氧化形成許多揮發性風味物質。脂質氧化降解可生成烴、呋喃、醛、醇、內酯、羧酸和丙烯醛等揮發性化合物。各種反應所形成的中間產物或產物還會發生交互反應，生成一些雜環化合物。肉類風味物質主要包括以下幾類，見表3。

表3 六大反應產生的肉類風味物質Table 3 The meat flavor compounds of six reactions

4 新技術在肉味香精研究中的應用

隨著我國經濟的健康發展及科學技術的快速進步，肉味香精的生產加工技術不斷創新。采用頂空固相微萃取技術提取肉的風味，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味料。張喆等[31]利用固相微萃取結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜快速靈敏地鑒定出了肉味香精的揮發性成分。喬凱娜等[32]通過SPME-GC-MS分析法，得出了具有特殊風味的豬肉香精中的各種香氣成分。有學者改進了分析肉味香精的GC-MS技術。徐欣如等[33]利用GC-O-MS分析法，對揮發性風味物質進行了鑒定和溯源。

5 結語

國內外對肉味香精的制備及其風味形成機理的研究至今已有半個多世紀，盡管已經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創新不足，對香精制備過程中可能出現的危害物質探討不深入等問題。因此，在后期的研究過程中，應重點在發酵型肉味香精、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，同時應關注肉味香精的熱反應產物中有害物質的控制，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展。