顧俊浩,俞 錚,張佳匯,王 芳,李曉燕,劉太昂,王錫昌,
(1.上海海洋大學食品學院,上海 201306;2.上海太太樂食品有限公司,上海 201812;3.上海真譜信息科技有限公司,上海 200444)
食品是人類賴以生存的物質基礎(必需品),營養、感官、保健是食品的三大基本功能,美味是食品感官功能的要素之一,調味料是食品風味的重要調配者。目前,隨著科技產業的進步,人們生活質量的提高,食品的呈味及其調味受到了廣泛關注,尤其是對調味料的選用也有了更多需要,由此多種呈味特征豐富、應用便捷的調味料應運而生[1]。
酸、甜、苦、咸是傳統意義的基本味覺,鮮味是一種能感到愉快并提高食欲的味感。1908 年日本學者池田菊苗首次在海帶中提取出呈鮮物質-谷氨酸,并提出鮮味(Umami)的概念[2],1913 年池田的團隊在干制鰹魚中鑒定出一種具有鮮味的鳥苷一磷酸鹽,1957 年阿基拉發現香菇中的主要鮮味物質是鳥苷酸類,直到20 世紀80 年代鮮味才被人們認知為第五種基本味覺,主要是指谷氨酸鈉(味精)的味道。
調味料是調和膳食滋味及氣味的必需品,具有去腥、增香、增鮮等作用[3]。調味料的分類方法有很多,按照呈味特征可以分為鮮味調味料、咸味調味料、甜味調味料、酸味調味料以及川味調味料等。
本文主要綜述了鮮味物質組成、鮮味調味料的制取方法以及鮮味調味料在食品中的應用,并對未來的研發方向進行展望,以期為開發安全、美味、健康的鮮味調味料,進一步提升其在食品工業中的應用價值提供參考。
鮮味由多種呈鮮、增鮮物質共同作用產生,主要包括游離氨基酸及其鈉鹽、呈味核苷酸及其鈉鹽、鮮味肽及其配料等[4],它們共同作用構成鮮味調味料獨有的風味,并產生令人愉悅的味覺感受[5]。
游離氨基酸是以單個氨基酸分子的形式存在的氨基酸。谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和丙氨酸是具有鮮味的游離氨基酸(Umami amino acid,UAA)[4],它們對食品的呈鮮特性具有重要作用。Cho 等[6]以面包蟲幼蟲為原料,經發酵后制備出一種鮮味調味醬,發現調味醬中含有豐富的UAA,其谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、甘氨酸含量分別為653.36、337.39、362.46、185.20 mg/100g,且四種UAA 占總游離氨基酸的25.04%。Uchida 等[7]以海苔為原料,經酶解、發酵后制備出發酵海藻醬,經分析后發現海苔醬中四種UAA 總量達到2140 mg/100g,占總游離氨基酸的39.80%。UAA 在一定條件下可以形成對應的鈉鹽,此時鮮味強度會進一步增加,其具有旋光異構性,分為L-型和D-型,只有L-型的游離氨基酸具有鮮味[8]。
谷氨酸是鮮味調味料中最重要的UAA,往往以鈉鹽,即谷氨酸鈉(Monosodium glutamine,MSG)的形式存在,其是調味料味精的最主要成分。天冬氨酸是鮮味調味料中另一種重要的UAA,具有酸鮮味,而甘氨酸、丙氨酸這兩種UAA 則起到補充鮮味的作用[8]。
核苷酸是由一個含氮堿基、一個五碳糖以及一個磷酸分子連接而成的化合物,其具有同分異構體,即2'-核苷酸、3'-核苷酸、5'-核苷酸,其中只有5'-核苷酸具有鮮味[4]。具有鮮味的5'-核苷酸主要包括肌苷酸、鳥苷酸、黃苷酸、腺苷酸,它們一般以鈉鹽的形式存在,其中5'-肌苷酸二鈉(Inosine 5'-monophosphate disodium,5'-IMP)和5'-鳥苷酸二鈉(Guanosine 5'-monophosphate disodium,5'-GMP)是最重要的呈味核苷酸[9],由5'-IMP 和5'-GMP 等質量混合配制出的I+G 是強烈的鮮味劑。
鮮味肽是指具有鮮味的寡肽,一部分鮮味肽如鵝肌肽(Anserine)[10]存在于食材中,還有一部分鮮味肽則是由蛋白質不完全水解產生,鮮味肽分子量一般在5000 Da 以下[4]。大多數鮮味肽含有谷氨酸和(或)天冬氨酸殘基,能夠與鮮味受體T1R1/T1R3 中的Ser、Glu、His 等殘基通過靜電作用、疏水作用和氫鍵作用結合,從而產生鮮味感知[11]。
Zhang 等[12]從花生水解蛋白中分離出三種寡肽(Asp-Gln-Arg、Asn-Asn-Pro 和 Glu-Gly-Phe),經過感官評定,發現這些寡肽都具有鮮味。Kong 等[13]從雞湯和雞肉酶解液中分離出十二種寡肽,發現其中五種寡肽(Val-Glu、Thr-Glu、Glu-Asp、Ala-Glu-Ala、Asp-Ala-Gly)具有鮮味。Zhang 等[14]從河豚魚中發現一種鮮味辛肽Tyr-Gly-Gly-Thr-Pro-Pro-Phe-Val。Amin 等[15]使用分子對接技術發現,豆豉調味料中的鮮味肽Gly-Glu-Asn-Glu-Glu-Glu-Asp-Ser-Gly-Ala-IIe-Val-Thr-Val-Lys 可與鮮味受體T1R1/T1R3 有效結合,該十五肽可能是其鮮味的貢獻者之一。Rhyu等[16]分析了韓國傳統豆醬中的寡肽,發現分子量500~1000 Da 的寡肽中谷氨酸和天冬氨酸合計占氨基酸組成的76%以上,認為這些寡肽可能與豆醬鮮味的產生有關。
鮮味肽在鮮味調味料的配料表中不會直接以“鮮味肽”的名稱出現,而是根據原料來源、制備方法命名,且往往是鮮味肽的深加工食品配料,常見的有酵母抽提物(Yeast extract,YE)、水解植物蛋白(Hydrolyzed vegetable protein,HVP)調味液、水解動物蛋白(Hydrolyzed animal protein,HAP)調味粉、雞肉提取物等[17],其中YE 在日本、歐美等發達國家和地區已作為安全的配料廣泛應用于食品調味領域。
食品中還有其他一些呈鮮、增鮮物質,如干貝素即琥珀酸二鈉(Disodium succinate)[18]、鮮味氨基酸和肽的衍生物等[19?20],目前對于這些物質鮮味特性的研究尚不夠充分,它們在鮮味調味料中往往起到增鮮的作用。
當兩種相同或不同的呈味物質進入口腔時,兩者呈味味覺發生變化的現象,稱為味覺互作[21]。鮮味物質具有味覺協同以及抑制作用,是鮮味調味料改善食品風味的主要因素。目前關于鮮味物質味覺協同作用的研究主要集中在鮮味與鮮味,鮮味與咸味之間,而關于鮮味物質味覺抑制作用的研究則集中在鮮味與苦味之間[22]。
有研究表明,當MSG 在雞精調味料中的含量為35%時,加入1.1%的呈味核苷酸二鈉,可使鮮味強度增加4.98 倍[23]。Liang 等[24]研究發現,從豬骨湯中提取的鮮味肽Phe-Ser-Gly-Leu-Asp-Gly-Ser-Lys,在濃度為2‰時,可顯著提升0.35%味精溶液的鮮味。Maehashi 等[25]的研究表明,鮮味二肽Glu-Val與0.02%的5'-IMP 混合后鮮味強度提升。Ma 等[26]研究發現0.05~1.2 g/100 mL 濃度的食鹽溶液可使0.35 g/100 mL 的琥珀酸二鈉溶液的鮮味強度提升2.6~11.6 倍。Yang 等[27]研究發現,0.310 g/L 的MSG、0.015 g/L 的5'-IMP、0.013 g/L 的5'-GMP 均能增強1.96 g/L 食鹽溶液的咸度。Kim 等[28]研究發現,5 種從大豆中分離的鮮味肽Glu-Asp、Glu-Glu、Glu-Ser、Asp-Glu-Ser、Glu-Gly-Ser 能夠阻止水楊苷誘導的苦味受體hTAS2R16 的表達。
鮮味調味料的鮮味與各種食材中的組分或其降解產物密切相關,而在食材中許多鮮味組分含量往往較低,不能滿足鮮味調味料的生產需求,且會產生食材利用率低、加工困難等問題。目前關于鮮味調味料的制取方法相對成熟,主要包括物理法、化學法、生物法和組合法。
物理法作為一種傳統的方法,包括超微粉碎法[29]、超臨界流體萃取法[30]等,其不改變物質的化學結構制取或增加食材中的鮮味物質,能保留食材原有的鮮味,已廣泛應用于鮮味調味料的生產。
超微粉碎法是將物料顆粒加工至微米級大小的過程,具有操作簡單、物料顆粒大小均勻、后續加工便利等優點。同時,由于產品的物料粒徑較小,能夠在口腔中快速溶解,進一步增強鮮味感知[31]。此外,部分食材經過超微粉碎處理后可以直接作為產品,該方法往往用于香菇等鮮味物質含量較高的食材,其產品一般以固態鮮味調味料的形式出現。王會黨[29]研究發現,制備香菇超細粉的最佳工藝條件為:干香菇含水率5%、進料粒度為154~100 μm、喂料速度為0.035 g/s、粉碎壓力/進料壓力為40/60 MPa,該條件下制備的香菇超細粉粒徑在25 μm 左右,隨后將該香菇超細粉與其他輔料混合,制備成膠凝性菇肉混合即時產品,具有明顯的鮮味。郝競霄[32]以茶樹菇為原料,制備茶樹菇超微粉,最佳工藝條件為:進料量2.5 kg、轉子轉速為30 Hz、分級機轉速為20 Hz,制備的產品粒徑在26 μm 左右,其制備出的復合湯料具有合適的鮮香味且無顆粒感。魯云風等[33]以香菇和煮熟的牛肉為原料,將香菇微粉和牛肉微粉按不同比例混合,經過超微粉碎和殺菌后制備五香牛肉超微復合粉,產品粒徑在10~25 μm 之間,且氣味清香、味道鮮美,可直接用于烹飪。
超臨界流體萃取法是在特定壓力和溫度下,使萃取溶劑達到超臨界狀態并將其用于物質提取的過程,CO2是常用的萃取溶劑[34]。該方法能夠保留熱敏性物質、無毒、無殘留,一般用于固態食材的萃取。史家怡[35]通過超臨界CO2流體從雞肉中萃取雞精,最佳工藝參數為:CO2流量20 L/h、萃取壓力10 MPa、萃取時間2 h。
化學法是通過加入化學物質,與食材中的蛋白質、氨基酸、還原糖等成分進行反應,進而制得鮮味調味料的方法。常見的化學法有酸法水解[36]、美拉德反應等。
酸法水解是通過酸破壞食材的組織結構,促進小分子鮮味物質流出,并對蛋白質等大分子進行水解的過程。該方法工藝簡單、成本低、水解程度高、產生的游離氨基酸不消旋。酸法水解制備的產品除含有豐富的游離氨基酸和鮮味肽外,還含有碳水化合物、無機鹽等成分,口感豐富、滋味鮮美。鹽酸是常用的酸水解劑,往往用于處理植物性原料,該方法已廣泛用于HVP 的生產。然而,鹽酸能夠和脂肪水解產生的甘油生成有毒的氯丙醇,因此需要采用物理或化學方法進行改善。王遠西[37]用0.15 mol/L 的硫酸水解預處理后的植物蛋白,發現水解后的酸水解植物蛋白氯丙醇含量較低。郭青雅等[38]用響應面法對小麥面筋蛋白的酸水解條件進行優化,發現鹽酸濃度為1.6 mol/L、料液比1:4、水解時間4 h 時,水解液具有最佳的鮮味,且3-氯-1,2-丙二醇(3-monochloro-1,2-propanodiol,3-MCPD)的含量為0.0178 μg/mL,低于歐盟0.02 μg/mg 的要求,加入5‰的活性炭吸附后,可完全去除3-MCPD。
美拉德(Maillard)反應又稱羰氨反應,是食品在加熱時,羰基化合物和氨基化合物之間發生的復雜反應,該方法往往和其他方法組合使用。美拉德反應適用于多種食材,一般用于生產具有特色風味的鮮味調味料,其產生的各種脂肪族和雜環化合物對食品的鮮味和風味具有重要意義[39]。需要注意的是,美拉德反應會產生對人體有害的晚期糖基化終末產物,在實際生產時,通過控制反應條件或者添加抗氧化劑進行調控是行之有效的好方法。肖朝耿等[40]以雞骨泥酶解物為基料,通過美拉德反應制備天然風味雞肉調料,其最佳條件為:DL-蛋氨酸0.6%、丙氨酸0.2%、L-半胱氨酸0.4%、半胱氨酸鹽0.2%、葡萄糖7.0%、蔗糖7.0%、反應溫度100 ℃、反應時間120 min。
生物法主要通過酶以及微生物的作用將食材中的大分子物質分解,產生具有鮮味的小分子物質。常見的生物法有酶水解法和發酵法等,該方法應用范圍廣,可用于處理各種動物性和植物性原料,其制備的鮮味調味料一般以液態和醬狀的形式出現。
酶法水解是利用外源酶的催化作用使食材水解的方法。酶法處理工藝路線溫和、水解速度較快、副反應少、無毒無害[41]。該方法需要控制水解程度,水解程度過低,可能使產品產生苦味,水解程度過高,則可能使微生物生長繁殖,造成污染[41]。在實際應用時,往往采用多種酶復配的方式以增強水解效果并產生更多的鮮味物質。對于植物性原料,可以先使用多糖酶處理破壞細胞壁,使內容物從組織中流出,然后再使用蛋白酶、磷酸二酯酶等進行水解;對于動物性原料,一般使用蛋白酶、脂肪酶等直接進行水解。由于酶種類以及酶切位點的多樣性,在酶水解時,能從食材中釋放多種鮮味物質,并賦予鮮味調味料柔和的口感。酶法水解是常見的生產I+G、HAP 和YE 的方法。李延年[42]選用食用菌作為食材,開發香菇復配草菇調味料,其最佳條件為:香菇與草菇的比例為7:3、纖維素酶-果膠酶的添加量為0.6%、比例為3:2、溫度45 ℃、酶解1 h,隨后用風味蛋白酶和5'-磷酸二酯酶在54 ℃下水解3 h,其游離谷氨酸含量從0.053 g/100 g 提高至0.070 g/100 g,5'-GMP 含量從308.69 mg/kg 提高至327.26 mg/kg,5'-IMP 含量從2.77 mg/kg 提高至5.36 mg/kg,經感官評定發現該酶解液具有菌菇特有的鮮味和風味,且無苦味,可作為鮮味調味料的基液。趙敏等[43]以低值魚為原料制備低值魚鮮味調味料基質,其最佳制備條件為:木瓜蛋白酶和中性蛋白酶復配比例1:1、復配酶用量為1.0%、pH6.9、溫度55 ℃。
發酵法是利用微生物的生命活動使食材降解的方法[44]。發酵法成本較低,在發酵過程中通過微生物的次級代謝作用可產生具有抗氧化性、抗菌性的生物活性物質,一定程度上提高了鮮味調味料的品質[45?47]。于學娟等[48]以金槍魚下腳料為原料,以納豆菌(Bacillus natto)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)雙菌發酵制備海鮮調味料,最佳工藝條件為:基質水分90%、接種量0.15 mL/g、發酵溫度40 ℃、發酵時間72 h、初始pH 7.5,隨后發現800 Da 以下的小分子肽占總肽的77%以上,且含有伊枯草菌素、豐原素和表面活性素三種抗菌脂肽。然而,不同菌種對不同食材的適應性不同,且發酵所需時間較長,可能會影響工業生產效率。隨著技術的發展,有望通過誘變等方式培育出高效發酵特定食材的菌株[49]。王常高等[50]用紫外線和硫酸二乙酯對米曲霉(Aspergillus oryzae)進行多輪誘變選育,得到一株突變株UD-7,其在蝦頭蝦殼粉的培養基上產蛋白酶活的水平從3436 U/g 提高到11059 U/g,且遺傳穩定性較好,有望作為生產蝦頭蝦殼鮮味調味料的理想菌株。
組合法是將上述不同的方法組合使用,從而制取鮮味調味料的方法,通過在不同食材中添加不同種類的酶和不同種類的微生物,或改變美拉德反應的條件,使鮮味調味料含有豐富的鮮味物質、無機鹽、類黑精等成分,可進一步提升產品的鮮味強度和營養價值并賦予其圓潤的口感。酶法-發酵法組合和酶法-美拉德反應組合是最常見的組合法[51?52],酶法和發酵法組合使用的順序可根據實際情況靈活選擇,詳見表1;酶法和美拉德反應組合使用時,往往先用分解酶對食材進行處理,隨后再進行美拉德反應。

表1 鮮味調味料的組合法制取條件及其產品特點Table 1 Manufacturing conditions and product characteristics of umami-based seasonings obtained by combination methods
隨著互聯網和廣告業的發展,越來越多的人認識到了鮮味調味料的存在意義,在一項對2839 名中國人的在線調查中,發現將近80%的受訪者了解鮮味調味料的概念,超過70%的受訪者會在準備午餐和晚餐時使用鮮味調味料[67],這說明鮮味調味料在我國有巨大的細分市場,成為了人們餐桌上不可或缺的組成部分。
鮮味調味料可直接用于烹飪,在提高人們對食品的接受度、提高食品的營養價值等方面對食品產生積極的影響;也可用于菜譜式調味料,簡化食品的烹飪流程,因此鮮味調味料對食品生產與消費具有重要意義。
營養是食品之本,而色、香、味是食品之魂。人類的味覺包括酸、甜、苦、咸、鮮五種,對多元化味覺的追求是人類的本能,因此人們會趨向于接受味覺感受豐富,口感飽滿的食品。然而,不同種類的食材具有各自側重的味覺感受,難以滿足人們的味覺需求。在制作食品時,將鮮味調味料和食材共同使用,可豐富食品的味覺感受,從而提升食品在人群中的接受度。
利用鮮味物質之間協同效果,能夠進一步提升食品的鮮味。PikieIna 等[68]的研究表明,在雞湯中添加0.5%的MSG 和0.005%的I+G 可顯著提高其感官評分,在蘑菇湯中添加0.5%的MSG 和0.01%的I+G 能使其獲得更好的感官品質。
還有部分食材比如蔬菜,具有較高的營養價值,但是它們具有苦味、辛辣味等令人產生不愉悅感的風味,這可能是一些人不愿意食用它們的原因。將食材和鮮味調味料一起使用,利用鮮味掩蓋食材自身的異味,進而提高食材的接受度。Ly 等[69]在自助餐店的研究發現,顧客在選擇蔬菜時,會更傾向于選擇添加調味料的青豆、西蘭花、花椰菜。Maya 等[70]在哥斯達黎加的研究發現,在烹飪過程中使用更多種類的調味料將促進城市地區的居民食用更多豆類和大米,還發現每天食用大于或等于1 份豆類的居民,身體質量指數(BMI)顯著低于每天食用少于1 份豆類的居民。此外,部分鮮味調味料自身的結構還可以包埋食材中的異味物質。牛琛[71]研究發現,將青椒與甜味沙拉醬以9:1 混合時,其刺激性氣味均發生了不同程度的減少,且羊角椒、螺絲椒、甜椒的辣度分別降低25.7%、21.7%、9.6%。
鮮味調味料自身具有一定的營養價值,其中含有的氨基酸、核苷酸、膳食纖維、多不飽和脂肪酸等[72]是人體所需的營養物質,它們對免疫調節、促進生長發育、調節腸道菌群、改善記憶功能等具有重要作用[73]。
除了自身含有的營養成分以外,鮮味調味料中的鮮味物質或其他成分能夠和食品基質發生相互作用,并產生新的營養物質,從而提高食品的營養價值。
趙婧[74]研究發現,經過0.5 g/L 的谷氨酸溶液處理10 min 的胡蘿卜,在貯藏48 h 后綠原酸含量從0.06 mg/g 提升至0.12 mg/g,咖啡酸含量從0.009 mg/g提升至0.012 mg/g,總酚含量從0.1 mg/g 提升至0.15 mg/g,進一步研究發現谷氨酸激活了胡蘿卜的苯丙烷代謝途徑,顯著提高了該途徑中三種關鍵限速酶PAL、C4H、4CL 的活性,從而促進了胡蘿卜中酚類物質的積累。Masaki 等[75]研究發現含有二烯丙基二硫醚、異硫氰酸烯丙酯、異硫氰酸芐酯的鮮味調味料如豆豉、蒜泥蛋黃醬等可有效催化番茄泥中的番茄紅素轉化為順式異構體,該發現對生產高營養價值、高生物利用度的番茄加工產品具有重要意義。
隨著生活水平的提高,工作節奏的加快,消費觀念的變化,流程簡潔的易學易作烹飪方式越來越受到消費者的青睞。為了迎合這種需求,菜譜式調味料和預制菜應運而生。
菜譜式調味料是將烹飪特定菜肴所需要的各種調味料按照菜譜以一定比例混合在一起的產品;預制菜肴則是將原料經過標準化流水作業、預加工和預烹調等流程制成的成品或半成品菜肴,多種鮮味調味料已廣泛應用于其中,并往往以調味包的形式出現,詳見表2。在烹飪時,只需在食材中直接加入調味包,經過較簡單的烹飪處理即可完成一道菜肴,可幫助人們快速、便捷地制作各種菜肴,讓人們可以隨時吃到各種美味的食品。

表2 鮮味調味料在菜譜式調味料和預制菜肴制備中的應用Table 2 Application of umami-based seasoning on preparation of recipe solutions and prefabricated dishes
調味是食品消費或菜肴烹飪制作中不可或缺的一環,鮮味調味料作為人們餐桌上菜肴的伴侶,在食品可接受度和營養價值的提高、烹飪的簡化和營養的保全等方面具有積極作用。隨著科技進步和產業發展,鮮味調味料有望在品種、品質、品牌上得到進一步的豐富與提升。
然而,我國的鮮味調味料發展存在制備食材種類較傳統、營養組成不合理、研究成果產業化率較低等問題,且有關鮮味調味料對食品感官品質和營養價值的影響也只有較少的報道。
基于鮮味調味料的研發現狀,為了進一步高質量發展鮮味調味料產業,未來工作的重點聚焦在以下幾個方面。
目前,一些常見的食物資源因過度利用、環境惡化等,其資源數量有明顯衰退的趨勢。到2050 年地球人口將達到100 億,糧食資源面臨前所未有的危機,尋找新的食材并對其充分利用已經成為全球的食品學者正在研究的領域[78?79]。
在食材上,可對食材種類進行拓展、創新,利用螺旋藻、昆蟲等食材,通過先進的加工工藝制備各種固態、醬態、液態的鮮味調味料。此外,應充分利用鮮味物質之間的協同作用開發鮮味濃厚、種類豐富的細分產品以滿足不同年齡、不同層次消費者的口味需求,使鮮味調味料在食材、物料狀態、受眾上進一步多元化,從而為不斷增長的全球人口提供美味、多元、可持續的飲食資源。
傳統上我國的鮮味調味料往往含有較高的鹽分,長期食用可能會導致高血壓等慢性疾病。近年來,美味、健康的食品正成為食品行業主流推廣的產品,鮮味調味料有必要往這方面發展,以鞏固其市場地位。
在配方上,應該進一步開發低鹽健康的產品,以順應食品行業“增鮮減鹽”的趨勢。在生產工藝上,利用物理、化學、生物技術,進一步優化制備鮮味調味料的工藝參數,在提高生產效率和原材料利用率的同時,減少對產品的污染。
此外,應該進一步研究其中的鮮味物質以及活性成分與各種食品基質之間的相互作用,并探索其中的機制,尋找利用鮮味調味料提升食品營養品質的方法。
研發結果的產業化對產業發展具有重要意義。有關鮮味調味料的新食材、新配方、新技術等不應僅停留在實驗室研發,而應加快成果轉化應用,并進行規模生產與市場推廣。此外,也有必要加強消費者教育,普及有關鮮味調味料的知識,包括其對食品的重要性、正確的使用方法,也可以跨學科、跨領域合作,促進鮮味調味料和更多健康、營養價值高的食品結合,促進人們對健康食品的攝入,助力人們享受美食、愉悅心境,充分發揮鮮味調味料的應有作用。