（农产品加工及贮藏工程专业论文）基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究.pdf

基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 摘要 近年来我国肉味香精的生产量和消费量已走在世界的前列，主要采用酶解热反应技 术生产，但还存在两方面的问题：一是酶解后出现苦味影响产品的口感，二是肉的特征 香气不够明显。另外国内鸡肉、牛肉风味的研究报道较多，而猪肉风味的研究报道较少。 针对以上问题，论文通过对猪肉蛋白酶解、猪肉蛋白酶解液的脱苦、热反应原料的选择、 热反应工艺等方面进行研究，建立了猪肉热反应香精的工艺路线，确定了该工艺路线在 实际生产中的可行性。 猪肉蛋白酶解实验结果表明，复合蛋白酶酶解工艺优于单一酶解工艺。猪肉蛋白的 酶解工艺为：肉水比1 ：2 ，胰蛋白酶和复合风味酶添加量均为3e c k g 猪肉，酶解温度为 5 5 ，自然p h ，酶解时间为6 0m i n ，水解度达到3 0 左右。 酶解脱苦实验结果表明：采用颗粒状活性炭，添加量为2 、自然p h 、8 0 脱苦 2 5h ，脱苦效果最好，酶解液苦味值由3 8 降低为1 6 ，总氮和游离氨基酸的含量由6 9 6 和2 4 1 降低为6 4 2 和2 0 7 。 热反应试验表明：热反应原料在热反应过程中具有重要作用，实验结果表明半胱氨 酸和蛋氨酸作为含硫氨基酸，对肉风味有着突出的贡献；木糖的的效果好于葡萄糖，木 糖参与热反应，热反应产物的香气浓郁、强度明显；猪白汤、猪清汤、猪骨素、酵母抽 提物、酱油等含蛋白氮丰富的原料对肉味的形成作用明显：h v p h a p 经过反应产生焦 甜香气和酱香气；硫胺素通过热降解可产生浓郁的肉香气，当热降解温度在1 0 0 时， 硫胺素降解产物的肉香气明显，香气愉悦；醇类物质在热反应过程中起到明显的增香作 用；猪脂油效果好于植物性油脂，而氧化猪脂油又能提供特殊的风味，对产品的特征风 味影响明显。热反应条件是影响热反应另一重要因素，控制反应时间为l h 时，反应温 度在1 0 0 以下，产物香气清淡，而反应温度1 0 0 1 2 0 时，产生红烧风味或酱卤风味， 温度高于1 2 0 时，产生特殊的腌制或烧烤风味。在反应温度为1 0 0 时，反应3 0 m i n 时有清淡的肉香气，在2 h 内以基础肉香为主，反应2 h 后有酱烧味，在4 h 后有脂肪氧 化味。反应体系的p h 为3 时，香气不明显；而p h 为7 时，肉味明显，香气突出；但 p h 为9 时，反应产物的风味较差；反应体系的压力变化对产物的香气影响还是比较明 显的，在0 1 m p a 时反应产物的香气比较接近烹饪香气，仿真度高；在水分含量为o 3 0 7 时，反应产物的香气比较明显。 应用制定的热反应工艺路线开发了红烧风味猪肉香精，热反应配方为：猪肉酶解液 4 0 、酱油1 0 、酵母提取物1 0 、氧化猪油1 0 、猪白汤1 0 、c y s l 、硫胺素1 、 木糖2 、姜粉1 、料酒5 ；热反应工艺为：自然p h ，水分含量o 5 、反应温度1 1 0 ，反应时间6 0m i n 。对反应产物进行了调配，调味：食盐3 5 、m s g2 0 、i + gl ； 调质：黄原胶2 、阿拉伯胶3 ；调香：o 5 猪肉风味头香。 关键词：肉味香精；猪肉；热反应；酶解；脱苦 基于酶解脱莆技术的猪肉热反应香精研究 ab s t r a c t n o w a d a y s ，t h ep r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no ft h em e a tf l a v o ri nc h i n ai sa tt h ef o r e f r o n to f t h ew o r l d a n dt h em a i nt e c h n o l o g yo fp r o d u c i n gm e a tf l a v o ri st h e r m a lr e a c t i o nw i t l lt h ep o r kh y d r o l y z a t e h o w e v e r ， t h e r ea r et w oi m p o r t m e n tq u e s t i o n st ow o r ko u t ，o nt h eo n eh a n di sd u et ot h eb i t t e rp r o b l e mo ft h ep o r k h y d r o l y z a t e ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o r kp r o d u c t si sn o tc l e a r i na d d i t i o n ，t h er e p o r t so f t h es t u d ya b o u tc h i c k e nf l a v o ra n db e e ff l a v o ri sm o r et h a nt h es t u d ya b o u tp o r kf l a v o ni nv i e wo ft h e a b o v ep r o b l e m s ，t h ep a p e rm a i n l yr e s e a r c ht h em e a tc n z y m o l y s i s ，t h ed e b i t t e r i n go ft h ep o r kh y d r o l y z a t e ， t h ee s t a b l i s h m e n to fap o r kf l a v o rt h e r m a lr e a c t i o np r o c e s sl i n ea n ds oo n t h e nd e t e r m i n et h ep r o c e s sl i n e i nt h ea c t u a lp r o d u c t i o nf e a s i b i l i t y t h es t u d yo ft h ep o r kh y d r o l y z a t ep o i n to u tt h a tc o m p o u n de i ：l z y m ei sb e t t e rt h a ns i n g l ee n z y m e f i n a l l yi d e n t i f m gt h ee n z y m a t i cp r o c e s s ：t h ep r o p o r t i o no fp o r ka n dw a t e ri s1 ：2 ，e i t h e rt r y p s i na n d f l a v o r z y m ea d do 3 ，t h et e m p e r a t u r ei s5 5 ，a n dk e e pt h ep hi nn a t u r a l ，e n z y m o l y s i s6 0m i n ，t h e nu p t o8 5 - 9 0 f o re l i m i n a t i n ge n z y m e d e g r e eo ft h eh y d r o l y s i sr e a c h e da b o u t3 0 t h r o u g hs t u d y i n gw ef i n do u tap r o c e s sf o rd e b i t i n g ：a d da c t i v a t e dc a r b o n2 i nt h eh y d r o l y z a t e p h n o ta d j u s t e d ，a n dk e 印a t8 0 f o r2 5 h b i t t e r n e s sv a l u eo ft h eh y d r o l y z a t er e d u c ef r o m3 8t o1 6 ，a n d t h ec o n t e n to ft o t a ln i t r o g e na n df r e ea m i n oa c i dr e d u c ef r o m6 9 6 & a n d2 4 1 t o6 4 2 a n d2 0 7 t h es t u d ys h o wt h a t ，t h em a t e r i a l si nt h et h e r m a lr e a c t i o np l a ya l li m p o r t a n t ，e x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tc y sa n dm e ta r ev e r yi m p o r t a n ta n du s e f u lf o rm e a tf l a v o r ；a n dt h ee f f e c to fx y l o s ei sb e t t e rt h a n g l u c o s ei nt h e r m a lr e a c t i o n s t h ee f f e c to fn i t r o g e n - r i c hp r o t e i nc o n t a i n i n gr a wm a t e r i a l s ，s u c ha sp i g s d e c o c t i o n 、p i g sb r o t h 、s u - b o n e 、y e a s te x t r a c t 、s o ys a u c e a r eo b v i o u s h v p h a ph a v es w e e tb u t t e r a r o m aa n df r a g r a n c ea f t e rr e a c t i o n t h et h i a m i n ec a np r o d u c eas t r o n gm e a ta r o m at h r o u g ht h e r m a l 。t h e m a t e r i a lo fa l c o h o l sp l a ys i g n i f i c a n tr o l ei nt h et h e r m a lr e a c t i o n m e a tf a t sa r eb e r e tt h a nv e g e t a b l eo i l s ， a n dt h eo x i d a t i o no fp i gf a t sc a np r o v i d et h ec h a r a c t e r i s t i c sf l a v o ro ft h ep o r k t h e ni te x p l o r et h el a wo ft h e e n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nt h et h e r m a lr e s p o n s e ，s u c ha st e m p e r a t u r e ，t i m e ，p h ，a w , s t r e s sa n ds oo n o nt h e b a s i so ft h er e s e a r c h ，w eg e tt h et h e r m a lr e a c t i o np r o c e s sl i n e i na d d i t i o n ，w ed e v e l o pt h ep o r kf l a v o ro fb r a i s e dc h a r a c t e r i s t i c sf o ru s i n gt h ep r o c e s sr o u t e t h e f o r m u l aa n dp r o c e s s ：4 0 o fp o r kh y d r o l y z a t e ，10 s o ys a u c e ，10 y e a s te x t r a c t ，10 o x i d a t i o nl a r d ， 10 p i gd e c o c t i o n ，1 c y s ，1 t h i a m i n e ，2 x y l o s e ，1 g i n g e r , 5 o fc o o k i n gw i n e i nt h ea t m o s p h e r i c e n v i r o m n e n t ，t h er e a c t i o ns y s t e md o e sn o ta d j u s tt h ep h ，a wi s0 5 ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s11 0 ， c o n t i n u e dt o6 0 m i n a f t e rt h er e a c t i o n ，t ob ec o o l e dt o6 0 ，r e s p e c t i v e l ya d d i n g3 5 s a l t ，2 0 m s ga n d 1 i + gf o rs e a s o n i n g ，u s i n g2 x a n t h a ng u ma n d3 ga r a b i cg u mf o rt h i c k e n i n g ，t h e nm a k i n gi t h o m o g e n e o u s a tl a s ta d d i n g0 5 t o pn o t e k e yw o r d s ：m e a tf l a v o r ；p o r k ；t h e r m a lr e a c t i o n ；e n z y m o l y s i s ；d e b i t t i n g i i i 石河子大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除 文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 研究生签名： 韵纶 帆叫年多月，厂日 使用授权声明 本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主 管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据进行检索。有权将学位论文的标题 和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 帆砌7 年易月f 歹日 时间： 易月f ，厂日 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 第一章绪论弟一早珀1 = 匕 1 1 研究的目的及意义 “民以食为天，食以昧为先”，食品的风味自古以来对食品的品质起着至关重要的 作用。香与香料这个富有丰厚文化底蕴的古老名词可谓家喻户晓，世界各族人民对于芳 香物质的偏爱与应用都有着悠久的历史，中国、埃及、印度等东方文明古国是香料生产 和应用的发源地【l 】。中国的香文化更是源远流长，尤其是我国作为一个食文化大国，自 古以来就开始把花椒、桂皮、葱、蒜等芳香物质应用于烹饪，但由于当时的技术水平， 长期以来都是采用天然芳香动植物原料制作，这可以说是早期的咸味香精雏形【2 j 。 随着生产和社会的发展，香料及香精产品在日常生活中的应用越来越广泛，因为有 了香精使人类的生活变得有滋有味，丰富多彩。目前应用的香精产品多是现代工业的产 物，相较于甜味香精，咸味香精的研究起步较晚，在国外也是后发展的，也就四五十年 的历史，而我国对于咸味香精的研究与应用时间更短，上世纪七八十年代国内才出现这 方面的研究，但是咸味香精体现的是东方文化，中国具有发展咸味香精最好、最全、最 基础的东西，尤其是世纪9 0 年代是我围咸味香精飞速发展的十年。 国内的一些高校、科研单位从2 0 世纪8 0 年代开始研究和生产肉味香精，主要应用 于各种食品的加香。当时主要是一些国营工厂如天津香料厂、上海食用香精厂等开始从 事肉味香精的生产研究。另外，肉味香精生产所用的大部分关键性香原料都依赖于进口， 成本较高，大大影响其大规模生产。从9 0 年代开始，国内民营企业迅速发展，到目前 已形成了北方以春发为代表，南方以汇香源为代表的肉味香精行业。全国现有肉味香精 生产企业1 0 0 多家，形成了超过1 0 亿元的市场规模。另外，国内少数香料厂也开始生 产一些肉味香原料，到现在已经可以生产杂环类和含硫类等一系列产品，不仅可以满足 国内大多数肉味香精生产厂商，还用于出口国外数十个国家【7 】。经过大约3 0 多年的时间， 目前我国咸味香精的生产技术已经进入世界先进行列，香精的生产量和消费量更是走在 世界的前列。 目前，我国从事咸味香精生产的企业主要集中在京津唐、长三角及珠三角等工业发 达地区，而其中相当一部分的企业是依托高校和研究单位的技术进行生产，而企业本身 的研究水平和深度都不够，导致国内各香精企业相互模仿，雷同现象严重，普遍缺乏创 新产品，这可能与目前国内单体香原料较少，且纯度不够，众多中小香精企业缺乏具有 专业水平的技术人员等众多原因有关，也因为如此使咸味香精的开发难度加大，在高校 和研究单位，研究人员不能直接与市场接轨，产品的研究与开发常常与市场脱节，而且 多年来并没有形成一套完整的研究机制，可以普遍地被企业单位所应用【3 j 。除此之外， 国内专业从事咸味香精研究的科研单位和高校比较少，除北京工商大学、华南理工大学、 江南大学、中国农业大学，上海香精香料研究所等一些单位对这一领域有比较深入而全 面的研究外，其他单位对此涉足较少，当然这存在多方面的原因。 北京中融百鸣科技有限责任公司通过消化吸收了北京工商大学的酶解法制备天然 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 肉味香精和脂肪氧化技术两项专利技术，该技术处于同行业领先水平。在消化吸收过程 中，北京中融百鸣公司又进行了项目的二次开发，使其在动物蛋白酶解技术、通氧热反 应技术上又有了迸一步的创新。目前，利用动物蛋白酶解产物作为反应的前体物质，与 h v p 、酵母、各种单体氨基酸、还原糖、辛香料等经过m a i l l a r d 反应生成天然肉味香精 已成为国内肉味香精生产的主流技术，其产物香味浓郁、逼真，再利用香料调和，其香 味强度能大大提高。但是国内对于这一技术的应用还只是停留在实验摸索阶段，技术工 艺粗糙，没有形成一套较为完善的热反应工艺路线，得到的产品香味不纯，差异明显。 另外，在天然肉味香精的生产过程中一直存在两个技术难题，其一是酶解过程中疏水性 苦味肽的形成，蛋白酶解过程中的呈苦问题一直困扰着整个食品行业，由于苦味的形成 导致了食品的风味缺陷，同时也限制了蛋白质水解产物的应用，在肉味香精的生产中最 直接的影响就是最终产品的口感。国内外对于动植物酶解产物的苦味问题研究的时间并 不短，但是这么多年来对于苦味产生的机理争论不休，至今都没有形成一个确切唯一的 结论，而且对于水解产物的脱苦研究较少，尤其是对于动物蛋白水解产物的脱苦问题研 究更少；其二是产品的特征香气不够浓郁，目前利用脂肪氧化技术已经在这个问题上打 开了一个窗口，研究发现通过氧化脂肪在热反应过程中起到一定的特殊作用，但是脂肪 氧化在香气呈现方面的机理并没有得到彻底阐述，而该技术的具体工艺还有待进一步研 究。另外是否可以寻找其他途径来改善或提高产品的香气特征等问题还有待研究和解 决。现在国内外对于天然肉味香精的生产加工技术还没有实现成熟的研究成果和完整的 产业化路线，研究和开发天然肉味香精的制备工艺具有广泛的应用前景和市场价值。 热反应型咸味香精体系的研究是目前国内外研究的重点，它与食品加工、食品品质、 疾病生理过程等有重要关系，肉类风味一直是奉为该研究领域的热门话题。综合目前国 内外对这种热反应型咸味香精的研究主要集中在以下几个方面： 1 、肉类风味合成的模拟体系的建立。通过利用不同的前体和原料物质，在一定条 件下获得具有不同肉类风味的体系。 2 、对所建立的不同的肉香化合物成分的鉴定、分离和提取。 3 、对已经建立的咸味香精体系的分析和鉴定、分离检测方法的研究。 4 、对已建立的咸味香精体系的功能性方面的研究。如抗氧化作用、增香作用、乳 化作用和稳定作用、与蛋白质交联作用的研究等。 5 、对已建立的咸味香精体系与人类健康毒理方面的研究。 6 、对热反应型咸味香精建立的动力学工艺路线研究。 本课题将主要讨论肉类风味合成的模拟体系，通过确立一套成熟的热反应工艺路线 来指导肉味香精的开发和生产。选择以猪肉为主要原料，以生产天然反应型猪肉香精为 研究方向主要是考虑到目前研究猪肉香精的文献较少，这可能与猪肉的特征香气不明显 有关，猪肉香精的开发也一直是研究单位的难题，但是猪肉在我国有着广泛的饮食基础， 我国是世界第一大猪肉生产国和消费国，占世界总产量的一半以上，而且我国居民对于 猪肉的接受程度明显高于其他肉食种类，因此开发猪肉香精具有广阔的应用前景。另外 2 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 从技术层面上考虑，猪肉酶解后苦味问题尤其突出，这可能与猪肉含疏水性氨基酸比例 大有关，解决猪肉酶解产物的苦味问题对于其他肉类蛋白的酶解苦味问题有绝对的指导 作用，至于猪肉产品的特征香气不够浓郁的问题更是科技攻关的重点。因此论文主要将 研究建立一套天然猪肉香精热反应工艺路线，完善反应型肉味香精生产过程中的技术工 艺，同时解决酶解过程中的苦味问题，以及产品的特征香气问题。另外通过建立的热反 应工艺路线将其应用到产品的开发和生产中，检验其应用效果。 1 2 国内外研究现状及进展 1 2 1 热反应肉昧香精概述 肉是人类膳食的重要组成部分，它是优良蛋白质的来源，同时也提供一些维生素和 矿物质。肉的风味好坏是评价肉制品质量的一个重要指标，迄今为止人们对其已进行了 相当多的研究，旨在揭示化学物质和肉味之间的关系【4 j 。肉味化学的深入研究导致了肉 味香精的产生，早在1 5 0 年前，荷兰的l i e b i g 与瑞士的m a g g i 就开始尝试用盐酸水解 植物蛋白作为肉类风味的替代物。而真正对于肉味香精的研究始于2 0 世纪5 0 年代，当 时主要致力于研究肉味中的一些不挥发性前体物质，5 0 年代以后随着风味物质分析化学 的飞速发展，以及色谱和波谱技术的日趋成熟，人们对肉味的研究转向了其挥发性成分 的分析与检测。目前，已有超过1 0 0 0 种肉香风味物质被分离鉴定出来，包括有醇类、 醛类、酮类、内脂类、呋喃类、吡嗪类、吡喃类、吡啶类、噻吩类和其它含硫类化合物 等等【5 】。一般认为，含硫化合物，杂环化合物和羰基化合物是肉香的主要成分，从而揭 示了化学物质和肉味之间的关系，由此也推动了肉味香精的研究和发展【6 j 。 传统的肉类香精主要是通过人工调配合成，将各种单体香料辅以其它的配料经调 香、拌和而成，但各种熟肉香型的风味特征十分复杂，利用各种合成的单体香料经过调 香生产而成的肉类香精很难达到与熟肉香味逼真的水平，且特征香气单一，香味单薄、 口感较差。因此对天然肉味香精的研究与利用引起了人们的高度重视。天然肉味香精生 产的主要原理就是模拟肉类物质在加热过程中产生风味物质的反应。模拟机制与实际产 香机制相似程度越高，则反应所产生的肉香味就越逼真峭j 。 众所周知，鲜肉本身是没有香气的，只是在加热、煮制等烹调手段下才会散发出肉 类特有的芳香物质。大量研究表明：形成这些香味物质的前体物质主要是水溶性物质和 类脂类物质。水溶性物质包括游离糖、糖基磷酸盐、与核苷酸结合的糖类、游离氨基酸、 多肽、核苷酸及其他含氮化合物。类脂类物质包括磷脂和三甘油酯等1 9 】。l i e s k e 认为， 蛋白质的降解对肉味物质的形成是必不可少的，而当加热肉中的类脂类物质，便可产生 挥发性物质，赋予肉的特征香气，一般各种肉的类脂类物质产生各种肉的特征香味，因 此肉味前体物质之间的相互作用构成了肉的特征香气【l 们。 目前利用前体物质制备肉味香精，主要是以糖类和含硫氨基酸如半胱氨酸为基础， 通过m a i l l a r d 反应产生具有肉味香气的物质，再以这些物质为基础，通过调和就可以制 成具有不同特征香气的肉味香精。人们开始生产天然肉味香精是用一种和几种纯氨基酸 3 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 与还原糖反应，尽管可以得到较为逼真的肉味香精，但是由于成本过高而不适合工业化 生产。而来源于水解动、植物蛋白的氨基酸成本较低，原料来源广泛，且能赋予肉类香 精生产所需的特征香气。上世纪8 0 年代末开始主要采用h v p 、氨基酸和还原糖进行热 反应，产物经过调香后成为肉味香精，其基本工艺路线如图1 一l 所示。 图1 - 1 早期热反应肉味香精生产工艺 f i 9 1 1t h ep r o d u c t i o np r o c e s sl i n eo f r e a c t i o nm e a tf l a v o ri n8 0 s “八五”期间，以肉类蛋白作为主要原料开发肉味香精的研究开始起步，最早的方 法近乎于“炖肉”，但较好地借鉴了中国传统烹调技术，辛香料得到了较广泛的应用。 到“九五”后期，由于酶工程技术的广泛运用，肉味香精生产技术取得了关键性突破， 利用猪肉、牛肉、鸡肉、鱼肉、虾肉等动物蛋白在蛋白酶的作用下分解成肽、氨基酸等 香味前体物质( h a p ) ，与h v p 、酵母、各种单体氨基酸、还原糖、辛香料等经过m a i l l a r d 反应，生成了香味浓郁、逼真的肉味香精，其基本工艺路线如图1 2 所示【1 1 1 。 图1 2 中期热反应肉昧香精生产工艺 f i g l - 2t h ep r o d u c t i o np r o c e s sl i n eo f r e a c t i o nm e a tf l a v o ri n9 0 1 s 生产实践表明，动物蛋白经酶解作用以后，其蛋白质被分解为氨基酸和肽类，它与 从细胞释放出的还原糖、脂质在一定条件下充分反应产生类似烹调的效果，形成独特的 香气，香气自然而稳定，因此在肉类香精的生产中能赋予产品良好的品质。与水解植物 蛋白相比，以水解动物蛋白为基料生产的肉味香精，它能呈现自然清纯的肉香风味和浓 郁醇厚的口感，且具有良好的稳定性，品质更佳，香味也更逼真。 研究发现，肉味特征香味的形成主要是脂肪及类脂类物质的热降解作用，如动物油 脂、植物油脂、卵磷脂、三甘油酯、脂肪酸或酯等，这些物质在加热过程中发生氧化反 4 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 应，生成过氧化物。继而进一步分解为很低香气阈值的酮、醛、酸等挥发性羰基化合物 或羟基脂肪酸水解为羟基酸，经过加热脱水，环化生成具有肉香味的内酯化合物l l 引。但 是研究表明，在热反应中直接加入少量动物脂肪，脂质物质难以充分转化为特征香味物 质，而脂肪经过控制氧化以后用于热反应香精或热反应原料对于提高肉味香精的特征性 香味效果显著。因此，通过控制油脂氧化得到合适的油脂氧化产物来参与热反应成为目 前研究的热点，其基本工艺路线如图1 3 所示。 图1 - 3 后期热反应肉味香精生产工艺 f i g 1 3t h ep r o d u c t i o np r o c e s sl i n eo fr e a c t i o nm e a tf l a v o rn o w 在国家“七五”、“八五、“九五 科技攻关中，有关部委先后将肉味香精中使用的 关键性香料列入了国家科技攻关计划，经过十几年的持续攻关，使我国在肉味香料领域 取得了一系列达到国际先进水平的科研成果，在关键性肉昧香料技术领域形成了一系列 具有独立知识产权的先进生产技术，使我国成为世界肉味香料生产的大国和主要出口 国，也为我国肉味香精质量水平的提高提供了保证【1 1 i 。 进入新世纪后，肉味香精行业也进入了创新提升阶段。肉味香精的基础研究和应用 础研究受到普遍重视，专业从事肉味香精研究的高等学院和科研单位增加到十几家，研 究内容涉及酶解、热反应、香料等各个方面，为肉味香精的创新提供了技术支撑。另一 方面肉味香精生产企业自身的研发能力得到加强，通过与高校建立科研合作关系，增强 了企业的研发实力。酶法水解的h v p 、h a p 受到欢迎，酵母抽提物被开发应用，超临 界二氧化碳萃取的油树脂得到了广泛应用，以脂肪氧化产物为原料的脂质香精开始出 现。现代生物技术在食品生产和香精开发中的应用越来越广泛，影响越来越大。另外肉 味香精行业和生产企业食品安全意识增强，对原料的控制更加严格。 1 2 1 1 酶解技术 蛋白质因分子量大很难刺激味细胞，因此呈味能力较弱；蛋白质经水解后，生成分 子量较小的低聚肽和氨基酸，他们可以与味蕾细胞直接接触产牛不同的滋味。氨基酸呈 味阈值低，呈味能力就强，五种基本味( 酸、甜、苦、咸、鲜) 都能找到相应的氨基酸 1 3 - 1 4 】。肽类因含有氨基和羧基这些两性基团而具有缓冲能力，能赋予食品的细腻微妙的 风味，不仅可直接对基本味产生贡献，还可与其他风味物质产生交互作用，明显提升或 改变原有味感，使食品的总体味感协调、天然、醇厚浓郁。另外，氨基酸和肽是加工食 品风味和芳香化合物的前体物质，热反应后能有效提高香气的形成。因此蛋白质水解产 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 物己成为国内外高档复合调味品和香精香料的重要基料。 利用动植物蛋白的水解物生产肉味香精，从而制得肉味更逼真，强度更浓郁的天然 肉味热反应香精，已成为目前研究的热点。蛋白质水解常用的方法包括化学法和酶法。 化学法水解蛋白，反应条件剧烈，不易控制，环境污染严重，并且容易产生一些有毒或 致癌物质，影响产物的安全性【l 引。与之相比，酶是一种高效能，高专一性和高度可变性 的生物活性催化剂，其催化过程具有对底物特异性强、反应时间短、作用条件温和、反 应易控、效率高、安全性大、污染小、能耗低等特点。因此，酶工程技术在肉昧香精生 产的应用越来越广，研究也越来越深入。因其产品营养丰富，品质稳定，使用量不受限 制的特征和天然的香鲜味而越来越受到消费者的青睐【i6 1 。早期研究主要利用水解植物蛋 白h v p 通过热反应制备的肉味香精，尽管所用原料为天然产物，成本低，但还是属于 模拟肉香味，其香气和香味仿真性都不够理想。用酶或酸水解植物蛋白作原料制备肉味 香精，所得的产品焦糖味过重。用水解动物蛋白h a p 通过热反应制备的肉味香精比较 浓郁。目前国内肉味香精的生产多采用动物蛋白水解产物作为反应原料，配合使用h v p 等进行热反应。 对于肉味香精，产品的风味和口感相当重要，然而蛋白经酶水解后却呈现出不同程 度的苦味，苦味的形成引起了产品的风味缺陷，限制了蛋白质水解产物的应用。因此， 减弱、阻止及除去蛋白质水解物的苦味，已成为我们研究的重要课题【l7 | 。 从2 0 世纪5 0 年代发现各种蛋白质水解液有苦味以来，科研工作者就致力于苦味机 理的研究。对于蛋白水解液呈苦机理早期的研究存在两种观点，一种观点认为水解液的 苦味是由多肽产生的，另一种观点认为水解液的苦味是由蛋白质水解过程中游离氨基酸 的增加引起的。 其实早在5 0 年代初期，m u r r a y 和b a k e r ( 1 9 5 2 ) 【1 8 】就系统地探讨了水解液的苦味，他 们在研究酶法水解蛋白水解物时发现，由胶原蛋白和鸡蛋卵清蛋白制得的水解物不产生 苦味，而乳白蛋白和酪蛋白在水解过程中产生苦味，当用活性炭处理这些带苦味的水解 物后，水解物口味得到极大改善，苦味降低，并从活性炭上洗脱出有强烈苦味的多肽。 这一研究表明，蛋白水解物中的苦味物质是多肽，而不是游离氨基酸。另外，k i r i m u r a 等( 1 9 6 9 ) 【l 圳研究了六十种合成二肽的味觉特征，实验表明这些二肽分别带有酸味、苦 味或无味，而带有苦味的肽类都含有一些长链烷基侧链或芳香侧链的氨基酸。 到7 0 年代左右，人们通过对蛋白质水解物中苦味物质系统深入的研究，基本弄清 了这些苦味物质的化学本质是一些疏水性的肽类。这一研究成果为以后蛋白质水解过程 中苦味的控制以及水解物中苦味物质的去除奠定了基础【2 0 】。研究认为苦味肽的苦味是其 中的疏水性氨基酸引起的，在完整的天然蛋白分子中，大部分疏水性侧链藏于分子内部 不能与味蕾直接接触，感觉不到苦味，而当蛋白质水解成小分子肽时，会因暴露出疏水性 氨基酸残基而呈苦味1 2 。因此，一般认为苦味肽的苦味强弱与其相对分子量和疏水性有 关。针对于此，n e y ( 1 9 7 1 ) 2 2 j 提出了著名的q 规则作为多肽苦昧的判断标准，但是 q 一规则一般只适用于定性分析，而不能用于苦味强弱的定量判别依据。 6 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 进入8 0 年代，国内外的科研工作者系统地研究了疏水性氨基酸对多肽苦味的影响 以及多肽氨基酸顺序和空间结构对苦味的影响。他们认为疏水性氨基酸的种类、顺序、 空间结构均对苦味有不同程度的影响。i s h i b a s h i 等【2 3 】通过研究发现疏水性氨基酸处于肽 链的c 一末端时，苦味会更强一些。而o t a g i r i 等【2 4 】发现除了疏水性氨基酸残基位于c 一末 端使苦味更强外，一些碱性氨基酸残基( 如a r g ) 也对肽的苦味有一定贡献。对于含有 碱性氨基酸残基的苦肽，当此类残基位于n 末端时该肽的苦味更强，特别时当a r g 残 基紧接着p r o 残基时，苦味肽的苦味更显强烈。另外，i s h i b a s h i 2 5 认为多肽呈现苦味需 要两个位点，一个位点起决定作用，而另一个位点起促进作用，前者应含有至少三个碳 链的较大体积的疏水基团，后者可以是含疏水基团或含较大体积碱性基团的q 氨基酸。 最近研究表明，苦味的强度还不仪仅取决于疏水性氨基酸，其他因素在苦味的形成 方面也起着相当大的作用，这主要是苦味的出现与肽链的空间结构有关【2 6 | 。i s h i b a s h i 【z 7 j 发现当多肽链两端形成回折构象时，苦昧较重，而p r o 残基对多肽链形成回折构象起着 重要的作用，这是因p r o 特有的亚胺基环结构使之不能与相邻氨基酸形成氢键所致。此 外，氨基酸残基的构型对苦味也有影响。s h i n o d a 等【2 8 】通过合成a r g a r g p r o p r o p h e p h e 六肽，比较了d 型p h e 和l 型p h e 对苦味的影响，发现c 端为l p h e 的苦味更强些。 2 0 世纪9 0 年代以后，国内外对于多肽苦味机理的系统研究的文章就比较少了，o k a i 和s h i n o d a 等【2 9 】认为“苦味机理已经基本清楚”。但事实上到目前为止，也没有什么权 威机构对苦味肽致苦机理做过明确阐述，苦味机理包括多肽苦味机理仍然是个未解之 谜，需要继续深入研究。 解决酶解过程中的苦味问题对提高热反应产物的风味有重要意义，尽管对于蛋白水 解物的呈苦机理还没有彻底搞清楚，但是科研工作者还是根据一些尚不完善的基本理 论，经过大量实践摸索，寻找到一些实际有用的苦味控制和脱除方法。通过选择合适的 蛋白酶以及控制酶解工艺可以有效的控制酶解液的苦味，另外可通过吸附分离、沉淀分 离、溶剂提取，掩盖等方法可有效的控制和去除苦味。 c o n g a n 等【3 0 】采用5 0 的活性炭处理酪蛋白，可有效地去除其水解液地苦味。但是 也有报道说，采用活性炭处理蛋白水解物会损失2 6 左右的多肽，造成极大的营养和经 济损失【3 1 】。a d l e rn i s s e n 等【3 2 】将大豆蛋白水解液的p h 调至苦味肽的等电点附近是，使 其中苦味肽水溶性降低，形成沉淀，再采用特殊的分级分离方法将其析出除去。s h i n - b i n l i n 掣3 3 。3 4 j 分别用c 1 8 、c 8 及p r 制成疏水性吸附柱，对不同水解度的酪蛋白进行脱苦， 结果表明，c 1 8 的效果较好，再生性好。 目前研究较多的是利用端肽酶来降低酶解液的苦味，研究发现游离的疏水性氨基酸 和由它们构成的肽相比，苦味程度要小的多，其次当疏水性氨基酸位于肽链末端时，其 苦味程度也会有所降低。端肽酶的作用就是生成许多游离氨基酸，同时疏水性氨基酸或 者从肽链末端直接被水解下来，或者是从肽链的中部逐渐移向末端，这样均能使水解液 的苦味有所减弱【2 0 1 。氨肽酶和羧肽酶是常见的用于脱苦的端肽酶，前者是从肽链的氨基 端开始作用，而后者则是从肽链的羧基端开始作用。利用端肽酶控制水解液的苦味，设 7 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 备工艺要求简单，环境污染小，易于操作，因此有广阔的应用前景。 1 2 1 2 脂肪氧化技术 酶解热反应技术实现了咸味香精跨越式大发展，是咸味香精的第一次技术革命，但 是还存在香气强度还不够大，特征香气不够突出的问题。为了增强强度，还需要使用大 量的合成香料，存在化学气重、香气不协调、安全性低的问题。基于咸味香精领域的这 一共性问题，北京中融百鸣公司与北京工商大学的孙宝国教授领导的研发团队合作开发 了脂质化香精的生产技术。 近代关于肉类风味的研究表明：脂质及其衍生物对于产生肉类的特征风味起到不可 忽视的作用，这是因为在烹煮过程中由于脂质的降解能够形成几百种挥发性物质，其中 包括脂族烃、醛类、酮类、醇类、羧酸和酯【3 5 1 。脂肪在高温下易被氧气氧化，分子断裂 形成不饱和醛、酮类物质，这些不饱和醛、酮、羧酸等有较强的挥发性且具有特征风味， 其中的羰基化合物还可能进而与氨基酸、肽、多肽、蛋白质等进行热反应，产生各种肉 的特征香气，和脂肪特有的香气混合一起，就形成了脂香和肉香于一体的肉味香精，香 味强且和谐，各种特征肉香味突出，是获得天然肉香风味的较好途径【3 6 1 。 油脂自动氧化到一定程度会产生酸败是众所周知的。然而研究发现控制油脂氧化到 一定程度，然后进行热反应就能得到风味明显、香气强烈的肉味香精。北京工商大学在 控制脂肪氧化制备脂质化香精这块走在国内的前列，研发人员通过氨基酸与不同总醛酮 含量的脂质化油脂结合，确立了具有较好脂香和肉香的热反应体系，找出了突出肉味香 精的脂香、特征香、肉香的规律，通过脂质化香精与非脂质化香精色质联用对比分析， 证明了脂质化香精中的挥发性香气成分和含量明显多于非脂质化香精。北京中融百鸣科 技有限责任公司通过消化吸收其工艺，自主设计开发出脂肪可控氧化生产设备，将脂质 化香精技术产业化。2 0 0 7 年5 月中国食品科学技术学会组织专家委员会在北京对北京中 融百鸣科技有限责任公司与北京工商大学联合研发的脂质化香精技术进行鉴定。经过专 家现场评定和感官评价，认为脂质化香精具有肉的特征香气明显，香气逼真，仿真性 高；强度大，用量少；呈味丰富；耐高温性强的特点，解决了当前热反应香精普 遍存在的特征香气不足的问题。 脂质化油脂与m a i l l a r d 反应相结合的研究，深入探索了肉味香精的本质问题，处于 国内领先水平；脂质化油脂技术及脂质化香精技术为国内首创，是咸味香精技术领域的 新突破，被称为咸味香精行业的第二次技术革命。应用脂质化香精技术开发的下游产品 鲜香味明显，口感浓厚，滋味柔和适口，具有广阔的应用前景。 1 2 1 3m a i l l a r d 反应技术 m a i l l a r d 反应是由一系列化学反应组成，在这些化学反应中，一种或多种氨基酸( 或 肽和蛋白质) 通过多种途径与还原糖反应，产生许多香气挥发物、非酶褐变产物( 类黑精) 和一些抗氧化物。自从1 9 1 2 法国科学家m a i l l a r d 发现非酶褐变之后，m a i l l a r d 反应就开 始渗透入食品领域，并被用于食品加工、贮藏等过程。 m a i l l a r d 反应的原理是极其复杂的，一般认为此反应可以分为两个个阶段，第一个 8 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 阶段是氨基酸和还原糖的缩合反应产生s c h i f f 碱，再经过环化形成相对应的n 葡基胺， 再经过a m a d o r i 重排成1 氨基1 脱氧一2 一酮糖；第二阶段从a m a d o r i 重排产物开始，可 以有两条反应路线，一是由1 一氨基一1 一脱氧2 酮糖通过不同途径产生醛、酮醛、二羰基 化合物及还原酮和香味化合物；另一反应即s t r e c k e r 降解，氨基酸失去一个碳原子( 产生 c o ) 变成醛，此反应对良好风味的产生是极其重要的【3 7 。8 1 。其具体路线如下图： 图1 - 4m a i u a r d 反应的主要反应过程 f i 9 1 - 4t h ep r o c e s so f m a i l l a r dr e a c t i o n 基于对肉类物质在加热过程中产生风味物质的反应的模拟，以糖类和含硫氨基酸为 基础，通过加热所发生的反应包括脂肪酸的氧化、分解、糖和氨基酸热降解、羰氨反应 及各种生成物的二次或三次反应等f 3 9 1 。其中m a i l l a r d 反应是产生肉香味的主要反应之 一，m a i l l a r d 反应所形成的肉味香精无论从原料还是过程均可以视为天然的。人们对 m a i l l a r d 反应和肉香味之间的关系做了大量的研究，从分离香味物质、探讨反应机理到 建立热反应工艺路线。 早在上世纪5 0 年代，英国科学家w o o d 和b e n d e r 就研究了牛肉中的水溶性提取物， 这些提取物中包含肉风味前体物质。b e n d e r 得出结论：牛肉褐变的形成和这些具有肉香 特征的提取物是由于发牛m a i l l a r d 反应的结剁4 0 1 。1 9 6 0 年m o r t o n 于英国获得第一项有 关用m a i l l a r d 反应制备肉味香精的专利【4 1 1 。英国化学家m a y 和h e a t h 在大量实验基础上 证明了氨基酸、肽、碳水化合物( 尤其木糖) 和半胱氨酸是重要肉味前体物。他们得出： 9 基于酶解脱苦技术的猪肉热反应香精研究 只有包含了分子量小于2 0 0 的提取物在加热时才会产生肉风味，这就说明发生m a i l l a r