香味料的生物制备.pdf

中国食品添加剂。 香味料的生物制备 宋焕禄孙宝 国魏冰 北京工商犬学北京 , 摘要本文综述了生物技术在天然香味料制备中的应用着重叙述了热反应香味料的生化制备方法 关抽词香味料 , 生物技术 , 制备 香味料可由许多方法制备 , 如纯粹人 工 合成 、 从有关植物原料 中提取等 。 现代科学 技术以促成了一些更完善的制备方法 , 其中 反 应 香 味料已被商业 化 生 产 。 反 应 香 味 料是 指由前体物 质 戈旧 经某一 或某些加工技术产生的一些香味料 。 目 前制备反应香味料的方法有热反应 、 酶反 应 、 微生物发酵及植物细胞培养等 。 其中前 两项 方 法最 主要 , 已商 业化运 行了 年 , 在香 味料 生产及研究 方面起到 了重 要 的 作 用表对上述方法进行 了总结 。 表反应香味料类型的总结 机理香味类型 加热产生加工或反应香味 化学水解水解物 控制的氧化脂肪风味 自溶 内源醉的酶转化自溶物 酶解酶修饰 发醉各种香味 反应香味料 的风味化学 与传统方法不 同 之处在于 , 芳香图谱的产生 与已知 的产生芳 香物质的途径知识之间的关系 。 产生自天然 系统如肉 、 坚果 、 干酪和奶油的香味与 产生自反应模拟系统是有差别的 , 但若对反 应前体物质及反应条件加以明智的选择 , 就 能得到与天然系统非常接近 的香味 。 种因素决定着反应 香 味料的成功 。 其 一 , 反应香味料 的产生是基于所模拟食品的 化学及生物化学知识 , 故模拟系 统须与所模 拟食品的组成十分接近 , 这样所产生的香味 才能非常接近于夭然食物 。 而由人工合成化 合物所制备的香味 , 一般对原天然食物的香 气图谱进行了夸大而不逼真 。 其二 , 因为香 味产生自选择的风味前体物质而不必是天然 食物整体 , 必需对其生产及经济效益加以很 大程度上 的控制 。 典型地 , 食品中呈香味的 强烈香气 物质的含量低于这在调味 香味 肉味香味中尤其是 如此其生 香组分 的闭值在 , 或 一 数量级 。 而 嗅觉对食 品的感觉恰恰是香 味而必是其营养或其它功 能 。 其三 , 因为香味料产生 自 “ 天然 ” 机理 如煮 、 烤 、 发酵和酶解等 , 故产生的香味料 自然被视为天然香味料 。 这一点对如下情况 尤为真实即反应前体物质为传统食品或其 组分 , 加工条件与传统食品制备方 法一 致 , 最终产物为香味料 。 热反应香味料 定义热反 应香味料是 由在仔细控制 的 条件下 , 两种或两种以上的 “ 前体物质 ” 一 起加热而产生 的 , 其它的 肉味香料可以在反 应前亦 可在反应后加 人 , 以配制成复 合香 精 。 气体物质本身可能几乎没有风味 , 其风 味的产生由类似与每日烹煮大操作的加工过 程而产生的 。 国际香料工业组织已出台了 实践法规 , 它包括对 “ 热反 应香 味 料 ” 的生产和标示的准则 。 有关允许用的原料 和配料以及推荐的反应参数的细节已经公布 用于制备热反应香 味料 的基本物质为氨 中国食品添加剂 经热反应 , 产生的 肉味香味料十分逼真于天 然 肉味【州 。 海鲜香味料 前体物质也是氨基酸 、 肤 、 糖等 , 还有 一些特殊化合物 , 经加热产生鱼 、 虾 、 牡蝠 等风味 。 机理 同肉味香味料叹 由生物技术制备的香味料 由生 物技术 制备香味料 由来已久 。 白 酒 、 葡萄酒 、 啤酒 、 酸奶 、 酱油 、 醋等中的 香气与维生素的作用密切相关 。 白酒中茅台 酒的酱香成分来 自于酒曲中细菌的作用 , 沪州 老窖的浓香来自于老窖泥 中己酸菌的作用 。 植物细胞培养 植物细胞培养是植物细胞与微生物生长 相 同的方式生长在固体或液体培 养基上 。 如 图所示 , 实际上活植物细胞组织的任何一部 分茎 、 根 、 叶或未成熟 的果实可被无菌 地 转移至 固体培养基上含 有 碳 源 、 无 机 盐 、 维生素和各种 植 物 生 长调 节 剂 如 茁 长 素 、 细胞分裂素等植物激 素, 一 二 氯 酚 氧 乙酸 、 叫噪乙酸 、 蔡乙酸 。 这些 以植 物繁 殖 成无 差 别 的 细胞物质 称为 可在合适的生长培养基上生长成 整个植物 , 或 被 转移 到 液体培 养 基 中 , 生长成悬浮培养液 。 见 图 气 入竺刁 卫执甘, 护 舒 、一一一子一一一尸一 谧一 胜 一 一气 产注 火反一尸匕眨尹亡洲 亡 、了汽 、 卜物养一场 口犷 ,夕 基酸尤其是含硫 氨 基酸 、 还原 糖 、 硫 胺 素 , 、 拨基化合物等 。 许多反应产物已被 分离和鉴定出 , 然后这些被合成出来 , 申请 了专利 , 并用作为制备最终香精的配料 。 主 要的化合物为 毗 嗓类 、 唆 哇 琳类 、 吠喃 酮 类 、 吠喃类 、 多硫化物唾烷类和嚷吩类 。 热反应香 味料分为 可 可咖啡香型 、 肉 味香型 、 海鲜香型 、 烟草香型等 。 可 可 咖啡香精 从可可豆生产可可及巧 克力过程包括 三 个主要过程发酵 、 干燥 、 焙烤每一过程 对于最终 的香味轮廓都有明显的影 响 。 发酵使可可豆与果肉 、 果壳分开 , 并使 种子失活 , 产生芳香前体物质并开始显色 , 也明显降低了苦 味 。 在这一 阶段 , 蔗糖与蛋 白质被水解 , 多酚类化合物被氧化 , 葡萄糖 转化为醇 , 然后 氧化为乙酸和乳酸 。 不经发 酵的可可 豆在焙烤时并不产生巧克力香味 干燥降低水分至左右 。 在 焙 烤 过程 中 , 最初 的发 酵 产物 经 业 反应 、 皿 重排及 代 降 解转化为挥发性拨基化合物 、 毗嗦类化合物 等的混合物 , 这些化合物决定了最终巧克力 的香气和 滋味 。 热反应 肉味香味料 热反应肉味香 味料 的前体物质为水溶性 小分子物质及类脂物 , 前者 由许多不 同类的 化合物组成 , 包括肤类 、 氨基酸类 、 糖类和 氨基糖类 、 胺类和核酸衍生物类后者包括 脂 肪 、 磷脂 等 。 氨 基酸 与糖的 反 应一 一 血 反应 , 伴随有非 酶 褐变和 香气 产 生 。 反应是非常复杂的 , 明显地受温度 、 实 践 、 压力 、 和反应物比例 等 条 件所 影 响 。 这些因素必须被仔细控制 , 以得到理想 风味 。 类脂物的氧化降解 产物也是肉味产生 的重要来源 , 并赋予各种 肉的特征香气 使用水解 动物 蛋 白如水解 肉 、 骨 头 、 血 、 内脏 等蛋 白 、 水解 酵 母酵 母精 、 酶解植物蛋 白大豆 、 面筋酶解物等物料 壑 亡 函 爵 图植物细胞咕养 中国食品添加剂 酶法 酶法奶类香精 , 用脂 肪酶 将 稀奶 油 、 奶油等含有甘油 三酸醋的物料中的脂肪 酸降解 , 生成低分子 的醛 、 酸 、 硫化物等 , 使奶油味更加浓郁 。 酸类化合物 目前已从牛乳中测 出了种酸类 , 但 其中许多只含痕量 。 主要是 一 的偶数碳 饱和梭酸 、 。一 的偶 数单烯酸 、 的 二烯酸和三烯酸 、 。一 的偶数酮酸和轻 基酸以及一些异烷 酸 。 从对香气的贡献度来 看 , 一 的低 、 中级脂肪 酸的直接贡献 大但从香气 前体的性质方 面来看 , 高级脂 肪 酸则更为重 要 。 从游离脂肪 酸 的组 成 来 看 , 与饮用乳 、 鲜奶油相比 , 黄油中低碳脂 肪酸的含量比较小 , 高碳脂肪酸 的含量 比较 大 。 拨基化合物 醛 类化 合物主要 有 一 的 正烷 醛 、 一 的烯醛 、 一 甲基丙丁醛 、 顺 一 庚烯醛等 。 从鲜乳中分 离出 的有甲 、 乙 、 丙 、 己醛和苯甲醛等物 质 经过加热杀 菌 , 或加工成黄油 的过程 中 , 测 出含有许多 正烷醛 、 正 一一 烯 醛及, 一 二烯醛 。 这 些醛类大多是乳脂 中的脂肪酸及游离脂肪酸 发生 自动氧化而成 。 有人认为 , 一 顺 一 庚 醛是奶油香气的特征化合物 。 制品中的酮类 化合物主要有 一 , 的甲基酮和丁二酮对加 热奶 的香气有 重要影 响 。 醋类化合物 制 品中的醋类主要有 一 。 、 脂酸 的 甲醋或乙醋 , 以及苯甲酸甲醋 。 内醋化合 物主要是 一 , 的占 一 或 下一 内醋 。 内醋 是有乳脂中的轻基酸受热脱水生成 , 这是可 逆反应 , 要评价它在香气成分 中的重要程度 有些 困难 , 但从乳制品整体来看 它是起重要 作用的成分 。 硫化物 在鲜乳和乳制 品 中测 出了硫化氢 、 甲硫 醇 、 以及其它硫化物目前认为 , 上述硫化 物对乳制品的香气贡献较大 。 除了上述几大 类化合物外 , 乳制品的香气成分中还包括有 一 。 的 直链饱和 醇 、 糠醇 、 糠醛 、 苯 酚 、 甲醛 、 麦芽酚和香兰素等化合物这些 鲜美的香气 , 加上甜润 的味感和特 殊的质 构 , 就组成了各种乳制品的独特风味 。 在奶油 、 稀奶油酶法增香方面 , 日本居 世界领先水平 。 日本雪 印乳业公司自 年 代即开始研究 , 已申请了多项与此有 关的专 利 。 用微生物产生 的脂肪酶对奶油 、 稀奶油 进行酶解 。 我国某些香精厂学习 了日本技术 , 用 酵 母脂肪酶分解奶油 , 生产出奶油酶解物 , 用 以此味基 础来 制备奶类香精 , 包 括鲜奶 香 精 、 炼奶香精 、 甜奶油香精等 。 干酪奶酪香味料 也是经过一系列酶反应 、 如凝乳酶 、 脂 肪酶 、 乳糖酶的作用等 , 产生干酪香味料 。 叶醇顺 一一 己烯醇 叶醇是具有 清新 香 韵的 物质 , 广泛应用于日化产品中 。 目前我国的 叶醇是 由乙炔 、 澳乙烷等经加成 、 环化 、 加 氢等工序化学合成而制得 。 而酶法叶醇的生产是以天然脂肪原料在 一系列酶的作用下 , 转化为叶醇 。 由于该制 备方法 与天然植物如草毒 、 首蓓等释放 叶醇的机理一致 , 故产物 为天然香料 , 在国 际市场上很 畅销 。 微生物发酵法 酉旨 醋类对水果和发酵食品 十分重 要 。 醋类可能是含醇饮料中最重要 的风味化 合物 。 如能够 产生乙酸乙 醋 , 某些 酵 母 属如 、 能产生酉旨 类或高级醇酉旨 。 酸类对 发酵乳制品来 说 , 最重要 的酸是乳酸 。 同型乳酸发酵有保加利亚乳酸 杆菌 , 发酵产 物中是乳酸异 型乳酸 发酵 有 明串珠菌 的一 些菌株 , 发 酵 产 生乳 中国食品添加剂加巴洲 酸 、 乙酸 、 乙醇 、 二氧化碳及其它代谢物 。 拨 基 化合物拨基风 味化 合物对发 酵乳制品的风味有特别重要的贡献 。 丁二酮 双乙酞是这些产品风味中最重要的拨基 化合物之一 。 它具有奶油 、 坚果样风味 。 在 乳制品中 , 丁二酮是通过柠檬酸盐的发酵而 产生的 。 最重要的柠 檬酸发 酵者是 蚀橙明串珠 菌 、 口庄旧 乳脂明串珠菌 、 面 葡 聚糖明串珠菌 、 乳酸乳 球菌 的丁二酮乳酸亚 种 、 加 嗜热 链 球菌及 引比 刃以 的 某 些菌 株 。 劝 及提出 了两条最令人接受 的途径两条途径都包括了柠檬酸降解为乙 酸和草酞乙酸 , 它们随后脱梭形成丙 酮 酸 。 显然 , 丁二酮对细菌细胞相对无毒 , 于是过 量的丙酮酸为丁二酮开辟了通道 。 见图 柠檬酸盐 带 ”,”盐渗透酶 柠檬酸盐 柠檬酸酶 乙酸 十 草酸乙酸 草酸乙酸脱梭酶 丙酮酸盐 一一一 山 十 , 一羚 “ 谬 乙酞辅酶 一 琳丁 于 蕊 , 一 丁二醇 一 一 经基丁酮 二一 乙酞乳酸 卜 一 经基丁酮 图丁二酮的生物合成 不幸的是 , 丁二酮在多数发酵食品 中是 不稳定的 。 合成丁二酮 的微生物也含有丁二 酮还原酶 , 它能将丁二酮还原为乙偶姻及无 香味的, 一 丁二醇 。 因此 , 发酵乳制品如 酪乳的风味取决于丁二酮 , 它有一个最佳或 峰 值 风味 。 随着产品的储存 , 丁二 酮 被 还 原 , 产品的风味强度及质量降低 乙醛是酸奶的主要 的风味化合物 拨 基 化合物对干酪的 风味是相 当重要 的 。 及讹由注意 到种醛与 甲 基酮已被从 七 干酪的挥发性组分中鉴 定出 。 发酵产品中甲基酮可能通过微生物的 脂肪酶 的作用而产生 。 乳制品中含有相 当量 的刀 一 酮酸 , 它们是有 甘油 三 酸醋经微 生 物脂肪酶水解而容易地形成的 , 然后脱竣形 成奇数碳原子的甲基酮 。 菇类由分离 自腐烂松木 的真菌 。扭 发酵 产生 记 悔牛儿醇 、 川组 香茅 醇 、 芳樟醇 、 卜记 伊一柠檬醛 、 妞 柠檬醛 、 记沈 梅牛儿醇乙醋 、 沈 香茅醇乙酷 。 由产气味栓 菌 权万 。 跟产生杨牛儿 醇 、 香茅醇 及柠檬醇 。 内醋类对几种发酵食品及酒精饮 料的风味有相 当的贡献 。 如图所示 , 内醋类 可能形成 自氨基酸 。 途径显示 了谷氨酸 的氧化脱胺产生 一 氧代戊二酸 一 氧代 戊二酸脱梭产生 一 氧代丁酸 , 然后被还原 为 一 经基丁酸 。 一 轻基丁酸产生 下一 丁 内醋 。 途 径演示了 一 氧 代丁酸转 变 为 一 经基 一 , 一 二甲基 一 琦 一 吠喃酮 此内醋具有烧焦香味 , 已经被从过期清酒中 鉴定出 。 见图 毗嚓毗嗦类通常与非 酶褐变 有 关但是 毗嚓还可 由微生物发酵产生 。 枯草 杆菌是第一个产生毗嚓的微生物 四甲基毗 嚓 , 年自 那时起 , 几 种毗嚓 一 乙酞基 、 二 甲基 、 一 甲氧基 一一 乙 基 、 , 一 或, 一 二乙基 一一 甲基 、 三甲 中国食品添加剂 严 羊 卫气 、丫尹 、 一一 卜 义二 一 , 了 犷 一。一子“ 苏 尸入 , 、亿 犷 导 、 侧 一 人 一 妇 气丫 、 一 咒 了 丫 、 。 丫子 护 一丫 。 一 丫 图内酣 的微生物合成 基 、 四甲基及三 甲基 毗嚓基已被从过期干 酪 中鉴定 出最近的研究显示 毗嚓可以在室 温下通过非酶褐变而形成 。 微生物的代谢作 用提供了毗啼形成 的低分子前体物质 谷氨酸棒杆菌产生相 当量 的四甲基 毗 喃 , 天的发酵可使毗嗓浓度大八 。 添 加 毗嗦到食品 中可产生 坚果 、 咖啡 、 巧 克 力 、 香蕉样风味 。 当食品中需要烧烤味时 , 如微 波食品中不发生非酶褐变 , 这便需要 天然毗 嗦的加人 。 总之 , 反应香味料在食用香味料 中起了 重要作用 。 近年来 , 生物技术已逐渐渗透于 香味料 的制备上 , 如用重组技 术构建 的基 因工程菌来生产蛋白酶 , 更有效地分解 动植物蛋白质以制备热反 应香味料 , 直接制 备叶醇 、 牛肉肤等 , 展现 出广阔的前景 。 我 们只有迎头赶上 , 才能生存和发展 。 参考文献 曲 ”硕谓 , 七 色均 巧 , 加斑 , 卜 殆 虑 加 以 , 望玛 胳 , 到 英】 由 著黄致喜等译香味化学与工艺学北京轻工业出版社 , 卯 胡 长” 司罗 切 州 , 刀巧。 比 以 记 , 宋焕禄食品与发醉工业 望刹年第 期 , , 以刃刃 留 , 州 , 阮晚幻 , 卯 美 】著 王璋等译 食品化学轻工业出版社 , 卯 物 , 切 犯 。祀 , , , 讨 铂 , , 男 伪 , 知叮 , 义 , 心 , , 溯 玩 , 凭 , 中国食品添加剂巴 人 , 众 , 卯 、 戊邵司劝碱 姗 , 为 四 司 , 男 七 , 卿 以 ,一 ,卯 肠 习 , 洲 如闷