（食品科学专业论文）水解大豆蛋白制备肉味香精的研究.pdf

摘要 摘要 肉类香精是指具有肉类风味的食品添加剂，被广泛应用于肉类加工食品和方便食 品。本课题的研究目的是通过以美拉德反应为主的系列反应合成肉类香精。研究的主 要内容为：确定美拉德反应的最佳条件；确定采用酸法和酶法水解大豆蛋白制备肉类 香精的工艺条件并对两种方法进行比较；制备各种特征风味的粉末状产品；分析肉类 香精中挥发性香气成分的组成。 本文对单一氨基酸、小肽与还原糖的美拉德反应体系进行了研究，发现半胱氨酸 与木糖反应能产生较好的肉类风味。并确定了美拉德反应最佳条件：半胱氨酸与木糖 之间的比例2 ：l 、反应时间1 5 r a i n 、反应温度1 1 5 ( 3 、反应p h 值6 5 、含水量5 0 。 在此条件下可以制得具有一定肉类风味的产品。 分别采用酸法和酶法对大豆蛋白进行了水解研究，并对它们的水解物与还原糖的 美拉德反应产物进行了感官评定。酸解的水解物中游离氨基酸含量高、水解度大，而 酶解虽然水解度较低，但风味纯正柔和，因此选定酶解为最佳的水解方法。对两种水 解液美拉德反应前后的氨基酸分析发现，总氨基酸呈现明显下降趋势，而游离氨基酸 的变化并不十分明显。原因可能是小肽与氨基酸共同参与美拉德反应时小肽的竞争作 用抑制了氨基酸的反应。通过测定水解液中肽分子量分布看出，水解液主要以相对分 子质量处于1 0 0 0 以下的氨基酸和小肽为主。可见小肽在美拉德反应合成肉味香精的 过程中起着最主要的作用。 反应物中添加不同氧化程度的动物脂肪进行美拉德反应可以形成特征的肉类风 味。添加1 2 0 氧化2 h 的鸡脂后的美拉德反应产物具有最佳的鸡肉风味，添加1 2 0 氧化1 h 的牛脂后反应产物具有最佳的牛肉风味，添加1 2 0 氧化1 5 h 的猪脂后反应 产物具有最佳的猪肉风味。并通过喷雾干燥制备粉末状香精。 采用s p m e 法收集牛肉香精中的挥发性物质，并利用g c m s 对成分进行分离鉴 定。发现成分中主要包括一些呋喃类含氧化合物，噻吩、硫醇类含硫化合物等杂环化 合物，占所分离鉴定化合物的3 2 ，与文献报道相符，是呈现肉香的关键化合物。 关键词：美拉德反应；肉类香精：大豆蛋白；酸解；酶解 a b s t r a c t a b s t r a c t m e a tf l a v o r i n gi sak i n do f f o o da d d i t i v eh a v i n gs p e c i a lm e a tf l a v o r ，w h i c hh a v e b e e nw i d e l ya p p l i e di nm e a tp r o d u c t sa n di n s t a n tf o o d s t h eo b j e c d v eo ft h i s r e s e a r c hw a st os y n t h e s i z em e a tf l a v o r i n gb yas e r i e so fr e a c t i o n s ，e s p e c i a l l yt h e m a i l l a r dr e a c t i o n t h em a i nc o n t e n to ft h es t u d yw a sf o l l o w s ：t h ed e t e r m i n a t i o no f o p t i m a lc o n d i t i o no fm a i l l a r dr e a c t i o n , h y d r o l y s i so fs o y b e a np r o t e i nb ys u l f u r i c a c i da n d 目n z y l n e ，a n dc o m p a r i s o no ft w oh y d r o l y s i sm e t h o d s ，p r e p a r a t i o no f p o w d e r e dp r o d u c t i o no fv a r i o u st y p i c a lm e a tf l a v o f ，a n a l y s i so fv o l a t i l ec o m p o n e n t s i nt h ep r o d u c t s t h em a i l l a r dr e a c t i o nb e t w e e na m i n oa c i d so rs m a l lp e p t i d ea n d r e d u c i n gs u g a r w e r ef i r s ts t u d i e d ，a n db e t t e rm e a tf l a v o rw a sp r o d u c e db yt h er e a c t i o no fc y s t e i n e a n dx y l o s e 1 1 1 ec o n d i t i o no fm a i l l a r dr e a c t i o nw a so p t i m i z e d ：t h er a t i oo f c y s t e i n e a n dx y l o s ew a s2 ：l - t h er e a c t i o nt i m ew a s1 5 m i n , t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s1 1 5 ，t h ep hv a l u ew a s6 5 ，a n dt h ew a t e rc o n t e n tw a s5 0 u n d e rt h i sc o n d i t i o nt h e p r o d u c t sw i t hm e a tf l a v o rw a sp r e p a r e d 1 1 砖h y d r o l y s i so fs o y b e a np r o t e i nb ys u l f u r i ca c i da n de l n z y m ew e r es t u d i e d r e s p e c t i v e l y s e n s o r ye v a l u a t i o nw e r ec a r r i e do u tf o rt h em a i l l a r dr e a c t i o no ft h e h y d r o l y z a t ea n dr e d u c i n gs u g a r t h ec o n t e n to ff l e ea m i n oa c i dw a sh i 曲a n dt h e d e g r e eo fh y d r o l y s i s ( d 脚w a sv e r yh i g hi nt h ea c i d i ch y d r o l y z a t e t h ed hw a s r e l a t i v e l yl o w e ri nt h ee m z y m a t i ch y d r o l y z a t e , b u tt h ef l a v o ro fm a i l l a r dr w a c t i o n p r o d u c t sw a sb e t t e r - t h e r e f o r ee r n z y m a t i ch y d r o l y z a t ew a sb e t t e rs u b s t r a t ef o r m a i l l a r dr e a c t i o n t h ea n a l y s i so fa m i n oa c i ds h o w e dt h a tt h et o t a la m i n oa c i d d e c r e a s e ds u b s t a n t i a l l ya f t e rm a i l l a r dr e a c t i o n , h o w e v e rt h ec h a n g eo f t h ef r e ea n ：i n o a c i dw a sn o ts oo b v i o u s i tm e a n st h a tt h ec o m b i n e da m i n oa c i di np e p t i d er e a c t e d w i t hs u g a r so t h e rt h a nf r e ea m i n oa c i d t h eh y d r o l y s a t ew a sa n a l y z e db yh p l c ，a n d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh y d r o l y s a t ew a sm a i n l ys m a l lp e p t i d e sa n da m i n oa c i d s w h o s er e l a t i v em o l e c u l a rw e i g h tw a ss m a l l e rt h a nl0 0 0 i tw a so b v i o u st h a ts m a l l p e p t i d e sp l a y e dam a i nr o l ei nt h ep r o c e s so fs y n t h e s i z i n gm e a tf l a v o r i n gt h r o u g h m a i l l a r dr e a c t i o n i tw a sf o u n d 也a tt h ec h a r a c t e r i s t i cm e a tf l a v o rc o u l db ef o r m e dt h r o u g h a d d i t i o no fc o r r e s p o n d i n go x i d i z e da n i m a lf a tt 0t h em a i l l a r dr e a c t i o n n l eb e s t c h i c k e nf l a v o rw a sa c h i e v e db ya d d i t i o no fc h i e k e nf a t ，w h i c hw a so x i d i z e df o r2 ha t 1 2 0 t ot h er e a c t i o ns y s t e m f o rt h eb e s tb e e ff l a v o rt h eb e e ff a tw a so x i d i z e df o r 1 ha t1 2 0 b e f o r er e a c t i o n f o rt h eb e s td 0 r kf l a v o rt h ep o r kf a tw a so x i d i z e df o r 1 5 ha t1 2 0 cf i r s t t h ep o w d e rp r o d u c t i o no fm a i l l a r dr e a c t i o nw a sp r e p a r e db y i i i 江南大学硕士学位论文 s p r a y d r y i n g t h ev o l a t i l ec o m p o n e n t si nb e e ff l a v o r i n gw e r ee x t r a c t e d 、i t l ls p m em e t h o d t h e nt h ec o m p o n e n t sw e r ei s o l a t e da n di d e n t i f i e dw i t hg c - m s t h ei m p o r t a n tm e a t f l a v o rc o m p o u n d s ，s u c ha sf u r a mt h i o p h e n ea n ds u l f i d e s ，w e r ea b o u t3 2 o ft h e w h o l ev o l a t i l ec o m p o u n d s ，w h i c hi si nc o n f o r m i t yw i t hl i t e r a t u r er e p o r t k e yw o r d s ：m a i l l a r dr e a c t i o n ；m e a tf l a v o r i n g ；s o y b e a np r o t e i n ；a c i d i ch y d r o l y s i s ； e m z y m a t i ch y d r o l y s i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 堡蠡日期：棚年当月，g 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：兰阻 导师签名： 日期：加7年多月，z 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 。 随着人民生活水平的提高，人们对于食品品质的要求也在不断变化和提高。 一种食品要在市场上获得消费者的喜爱和接受，除了保证其卫生质量和营养外， 食品的风味和色泽更受人们的关注。因此，食品在加工制作过程中通常要添加 香味料来弥补风味上的不足。 香精的生成方法包括从动植物中提取、热反应及发酵法。其中热反应型香 精是一种新型的食用香精，它利用氨基酸、多肽等蛋白质水解产物与糖类、脂 类等反应物在特定条件下加热反应而得到“1 。在加热过程中会发生一系列的反 应，如香味前体物质的热降解、美拉德反应及脂类的氧化作用等，其中美拉德 反应起到最主要的作用。香料工业界从2 0 世纪中叶就开始应用美拉德反应来生 产热加工香料。目前，人们已普遍利用美拉德反应来改进食品风味和制备新型 风味剂。 动植物蛋白的水解产物是制各肉类香精的重要组成部分。动物蛋白成本高、 加工时间长、在浓缩或干燥过程中挥发性风味化合物有很大程度损失脚；植物 蛋白来源广泛，成本较低。同时，不同的蛋白水解方法也会影响到热反应型香 精的肉类风味。因此本课题旨在运用不同方法水解植物蛋白来制备风味自然、 逼真的肉味香精。 1 2 美拉德反应 美拉德反应是食品中氨基化合物( 胺、氨基酸、肽和蛋白质) 和羰基化合物( 还 原糖类) 在食品加工和储藏过程中在一定温度下发生的反应，它是食品色泽和香 味产生的主要来源之一。 早在1 9 1 2 年，法国化学家美拉德在研究蛋白质的生物合成时，进行了一次 错误的尝试，将浓缩的葡萄糖溶液与甘氨酸反应，他发现反应物的颜色逐渐变 黑、起泡，产生烤面包或烤肉或烤坚果的香味。在以后的五年中他对该反应进 行了深入的研究，美拉德反应就是以他的名字命名的。随着人类对美拉德反应 研究的深入，人们认识到，在加热食品中发生的许多反应之中，美拉德反应对 风味化合物的形成起着最重要的作用。由此将美拉德反应引入到香精香料工业 的发展中，通过美拉德反应制各出了热加工型的肉类香精，推动了肉类香精的 迅速发展。 1 2 1 美拉德反应机理 美拉德反应的化学过程十分复杂，它可以在醛、酮、还原糖及脂肪氧化生成 的羰基化合物与胺、氨基酸、肽、蛋白质甚至氨之间发生反应，本质上即是羰氨 间的缩合反应。通常把美拉德反应分成三个反应阶段哪： 江南大学硕士学位论文 1 初级反应阶段还原糖的羰基与氨基之间进行加成，加成物迅速失去1 分子水转变为希夫碱( s h i f tb a s e ) ，再经环化形成相应的n 取代的醛基胺，经 a m a d o r i 重排转成有反应活性的l 一氨基1 脱氧2 一酮糖。初级美拉德反应不会产生 香味，也不引起褐变，其产物是极重要的不挥发性香味物质的前驱物。 2 高级反应阶段在形成氨基酮糖和氨基醛糖等重要的不挥发性香味前驱 物之后，美拉德反应变得更为复杂，反应后产生还原酮、糠醛和不饱和羰基化合 物等，这些不同的化合物依次反应，开始形成无氮及含氮褐色可溶性化合物，此 反应阶段主要包括3 条反应路线： 第1 条路线还原酮路线：由a m a d o d 重排反应产物1 氨基1 脱氧2 酮糖 在2 3 位置不可逆地烯醇化，从c l 消去胺基生成甲基二羰基中间体，其进一步反 应产物如c 甲基醛类、酮醛类、二羰基化合物和还原酮等裂解产物，反应产物包 括乙醛、丙酮、丁二酮和醋酸等风味成分； 第2 条路线糖酮和h m f 路线：a m a d o r i 产物在l 、2 位置上烯醇化，并消去 c 3 上的羟基，加水分解并失去其含氮部分而生成3 脱氧糖酮，进而生成3 ，4 二脱 氧糖酮，最后又脱水生成糠醛类风味成分； 第3 条路线s 嗽k e r 降解：在s t r e c k e r 降解中，各种不同的特殊醛( 亦称 s t r e c k e r 醛类) 是造成食品不同香气的因素之一，而氨基酮经异构为烯醇胺，再经 环化形成吡嗪类化合物。 3 最终反应阶段高级美拉德反应阶段形成的众多活性中间体，如葡萄酮 醛、3 脱氧糖酮( 3 d g ) 、3 , 4 二脱氧耱酮0 , 4 - d g ) 、h m f 、还原酮类、不饱和 醛亚胺等等，又可继续与氨基酸反应，最终都生成类黑精褐色含氮色素，此 过程包括醇醛缩合、醛氨聚合、杂环化反应等。 1 2 2 美拉德反应与食品风味 食品香味的来源主要有三个方面：一是食品本身固有的香味，如葱、蒜等本 身就有一种特有的香味；二是食品原料在加工过程中由于酶促反应形成的风味： 三是食品在蒸煮、焙烤及煎炸中产生的食品香料，即食物经加热而分解、氧化、 重排或降解，形成香味前体，进而生成具有特殊风味的食品香料，一般称之为热 加工食品香料( p r o c e s sf l a v o r ) ，亦叫反应食品香料( r e a c t i o nf l a v o r ) ，如烤面包、 爆花生米、炒咖啡等所形成的香气物质“1 。这类香气物质形成的化学机理就是美 拉德反应。除此以外，热反应型肉味香精、烟用香精、酱香型白酒和其它风味的 一些香精香料的生成都与美拉德反应有关。 目前利用美拉德反应制备肉味香精比较广泛。肉味香精主要是以糖类和含 硫氨基酸如半胱氨酸为基础，通过加热时发生的反应，主要包括脂肪酸的氧化、 分解，糖和氨基酸的热降解、羰氨反应以及各种生成物的二次或三次反应等。 通过生成的肉味香气成分可调和制成各种不同特征的肉味香料。酱香型白酒高 2 第一章绪论 温大曲的制作及酿酒发酵过程，均在微酸或偏酸的条件下进行，因而a m a d o r i 化合物主要发生l ，2 一烯醇化，而3 , 4 烯醇化则较缓慢，即反应产物主要是呋喃 类衍生物糠醛类风味成分。美拉德反应所产生的糠醛类、酮醛类、二羰基 化合物等对酱香酒风格的形成起着决定性作用。美拉德反应还存在于烘烤或焙 烤食品中。呈现这些烧烤香气的化学物质主要是吡嗪类、吡咯类、呋喃类和噻 唑类等杂环化合物。由此市场上出现了类似的巧克力香精、面包香精、咖啡香 精及坚果香精等，这些都是美拉德反应的产物。 食品加热过程中美拉德反应产生的香味物质主要有含氧化合物、含氮化合 物、含硫杂环化合物，包括含氧杂环呋喃类、含氮杂环的吡嗪类、含硫杂环的噻 吩和噻唑类，同时还包括硫化氢和氨类物质。通过选择氨基酸和糖类，就可以有 目的的合成含有吡嗪类、吡咯类和呋喃类的不同香型的香精旧。 1 2 3 美拉德反应的研究状况 美拉德反应在近几十年来一直是食品化学、食品工艺学、营养学、香料化 学等领域的研究热点。对美拉德反应机理的深入研究，有利于在食品贮藏与加 工的过程中，控制食品的色泽、香味的变化或使反应向着有利于色泽、香味生 成的方向进行，减少营养价值的损失，增加有益产物的积累，从而提高食品的 品质。 近三十年来，一些微量和超微量分析技术应用于食品化学领域的研究之中， 如气相色谱、高效液相色谱、核磁共振、质谱以及气相色谱一质谱联用、气相色 谱一红外光谱联用等，使美拉德反应化学的研究得到了极大发展。另外，食品化 学家近年来将动力学模型引入对美拉德反应的研究中。运用这种方法不需要考虑 美拉德反应复杂的反应过程，而只需要研究反应物、产物的质量平衡以及特征中 间体的生成与损失来建立动力学模型，从而预测反应的速率控制点m 。 目前对于美拉德反应的研究主要有以下几个方面”1 1 1 ： ( 1 ) 美拉德反应过程中新的特征中间体及终产物的分离与鉴定，进一步揭示 美拉德反应的机理； ( 2 ) 在反应香味料的生产中如何控制反应条件使反应中生成更多的特征香 味成分及反应香味料稳定性的影响因素； ( 3 ) 研究美拉德反应中褐色色素、致癌杂环含氮化合物的形成的动力学过 程，为食品加工处理提供有效的控制点； ( 4 ) 美拉德反应产物对慢性糖尿病、心血管疾病以及癌症等的病理学研究以 及其对食品安全性的影响。 1 3 肉味香精 1 3 1 肉昧香精概述 肉类香精( 习惯上亦称为肉类风味剂) 泛指具有肉类风味的一类食品添加剂。 江南大学硕士学位论文 广泛用于方便食品、香肠制品、方便汤料、肉禽类罐头、膨化食品、调味料、速 冻食品、风味食品中，是目前国际上重点开发的三类香料之一。随着食品工业的 蓬勃发展，肉类香精的需求在逐渐增大。 目前，市场上的肉味香精大致可以分为三类：混合型肉味香精、热反应型肉 味香精和调理型肉味香精“”。其各自的香味评价及生成工艺如表1 1 所示： 表1 1 肉味香耪的分类 t a b l e l - it h ec l a s s i f i c a t i o no f t h em e a tf l a v o r i n g 分类混合型肉味香精热反应型肉味香精调理型肉味香精 香气来源调配的香精香基加工后形成的反应产物香料香基+ 反应产物 嗅感浓烈刺激，肉香气要嗅感香气较平淡，味感醇嗅感味感完美结合，整体 产品评价 求仿真 厚回味绵长平衡性好 黧：脯椭头香姜黧肭掷香兰翟黼品中应用味稳定持久 一，赋予特定风味 将含硫、氮、氧的杂环化选用蛋白源、糖类、脂肪以美拉德反应产物为主 合物及多种香原料经调及多种配料在严格的生料，在加工结束后补充风 生产工艺香师调配成香基，将香基产条件下进行美拉德反昧增强剂和调香基 混拌在干燥剂、盐等载体应，反应产物经喷雾干燥 上形成产品成粉状或膏状直接使用 总的来说，热反应型肉味香精的总体风味质量要优于混合型肉味香精，因此 在工业生产中，热反应型香精的应用范围较混合型肉味香精广泛，混合型肉味香 精通常只用于肉制品的头香进行调整。调理型肉味香精将两者结合起来，如将酵 母提取物等与热反应型香精配合使用，则能形成浓郁、醇厚、逼真的肉风味，起 到“增益补损”的效果1 。 1 3 2 肉味香精的生产历史及现状 从历史上看最早使用的肉香料按地区不同有以下三种：在东方( 中国和日 本) ，使用传统发酵生产出来的酱油和酱油膏；在欧洲，使用酵母自溶物；在南 美，使用腌制牛肉的副产品，即浓缩其烹调液而得的牛肉抽提物。这三种原始的 肉香料至今仍在使用，但随着科技的进步，三种香料都有所发展，酱油或酱油膏 己为水解植物蛋白所代替。酵母自溶物的生产技术也有很大的改进。肉提取物也 不限于牛肉，但因肉类原料价格贵，且生产过程中风味损失较大，其作为香料来 源的重要性己逐步下降。 目前肉类香精的生产技术日趋成熟，市场需求也不断增大。以日本为例，1 9 9 9 年对肉类提取物的需求量为5 万吨，销售额2 5 0 亿，其中猪肉提取物需求约为2 万 吨，其次是鸡肉提取物约为1 5 万吨，牛肉提取物约为0 6 万吨。而酵母精产量约 4 第一章绪论 为0 6 7 万吨。我国肉食加工风味独特，对风味料的需求也相当大。仅火腿肠加工 就需要配上数十种风味料。目前市场上已有的热反应型香精品种繁多，按风味可 分为：猪肉香精、鸡肉香精、牛肉香精、羊肉香精、海鲜香精；按香型风格分为： 炖肉风格香精、烧烤风格香精、肉汤风格香精和纯天然肉香风格香精“”。另外， 近几年各种复合调味料发展迅速，据调味品协会统计，复合调味料包括各种粉状 的鸡精、肉精以及各种复合浆状调料，1 9 9 6 年产量为4 0 5 0 万吨，至1 1 9 9 8 年达到 1 5 0 万吨，可以说是食品工业中增长最快的品种之一“”。 1 3 3 合成热反应型肉昧香精的理论基础 从1 9 6 0 年开始，就有研究利用各种单体香料经过调和生产肉类香精的报导。 但由于各种熟肉香型的特征十分复杂，这些调和香精很难达到与熟肉香味逼真的 水平。因此，对肉类香气前体物质的研究和利用受到人们的重视。 1 3 3 1 生成原理 肉味香精生产的主要原理是模拟肉类物质在加热过程中产生风味物质的反 应。模拟系统与实际产香系统近似程度越高，则反应所产生的肉香味就越逼真“”。 由于各种肉香组成成分在构成肉香的特征方面所起的作用不完全相同，所以在肉 味香精的实际生产过程中，没有必要要求模拟系统与实际产香系统完全相同，而 是根据肉香特征组分的形成机理，合理选择方便易得的反应原料进行肉味香精的 商业化生产。 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，通过加热时所发生的反应，主要包括脂肪酸的氧化、分解、糖和氨基酸的热 降解、羰氨反应及各种生成物的二次或三次反应等。它们形成的肉味香气成分包 括数百种化合物，以这些物质为基础，通过调和可制成具有各种不同特征的肉味 香料。肉昧香精的大多数原料来自天然物质，而且其生产过程如酶解、加热等也 近似于天然过程，所以制得的香精可视为天然香精。3 0 多年来，人们应用上述方 法，使食品香味的研究和生产有了快速的发展。 1 3 3 2 原料来源 表1 2 列举了一些国外专利中发表的主要生成原料： 江南大学硕士学位论文 表1 2 肉味香精生产的重要配科 t a b l e l - 2t h ei m p o r t a n ti n g r e d i e n ti np r o d u c t i o no f m e a tf l a v o r i n g 类别生产配料 氨基酸，胺类 含硫化合物 还原糖及其 衍生物 风味增强剂 脂肪 半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、谷胱甘肽、h v p ( 大 豆、花生、小麦面筋) 、h a p ( 酪蛋白、蛋、骨头) 、酵母提取物、肉提取物 h 2 s 、硫胺素、无机硫化物、有机硫醇及硫化物、半胱氨酸、蛋氨酸 核糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖、核苷酸、糊精、果胶 谷氨酸单钠盐、肌苷酸、鸟苷酸、酵母提取物、酵母自溶物 牛脂、鸡油、椰子油、三甘油酯、脂肪酸或酯 肉类香精生产中所采用的氨基酸一般有3 种来源：纯氨基酸、水解植物蛋白 0 v p ) 和水解动物蛋白( h a p ) 。氨基酸中的几种含硫氨基酸如半胱氨酸、胱氨酸、 蛋氨酸等在加热过程中易形成噻吩、噻唑类杂环化合物，它们都是肉香的最重要 前体物，能得到较为逼真的肉味香精，但由于成本较高而不适合工业化生产。水 解植物蛋白是一种营养型的食品添加剂，以其柔和丰满的鲜美口感被广泛应用于 肉制品、方便面、膨化食品以及调味品中“”。同时水解植物蛋白来源广泛、价格 低廉、质量比较稳定，而动物蛋白不仅价格较高，并且由于动物蛋白的来源不同、 储藏时间不确定、内源酶导致蛋白质的降解程度不同。使美拉德反应产物难以实 现标准化。目前动物饲料中重金属的严重超标现象非常普遍，利用动物蛋白水解 物生产热反应香精还会导致食品安全问题。 另一种前体物硫胺素热降解的产物为呋喃、呋喃硫醇、噻吩和含硫化合物， 对于香气的产生起着重要的作用。 脂肪的氧化作用也对风味物质的形成有重要贡献。脂质产生肉类特征香气的 途径包括：热降解及热降解产物的二次反应。首先，脂质在受热过程中分解为游 离脂肪酸，其中不饱和脂肪酸( 油酸、亚油酸、花生四烯酸等) 因含有双键易发生 氧化作用，生成过氧化物，这些过氧化物进一步分解生成酮、醛、酸等挥发性羰 基化合物，产生特有的肉香味；而含羟基的脂肪酸经脱水环化生成内酯类化合物， 这类化合物具有令人愉悦的肉香气味。其次，热降解产物继续与存在于脂间的少 量蛋白质、氨基酸发生非酶褐变反应，反应得到的杂环化合物中有相当部分具有 肉的某些特征香气“。 1 3 3 3 对肉类风味中挥发性物质的研究 肉类风味物质包括非挥发性组分和挥发性组分，非挥发性组分主要是呈味物 质，挥发性组分主要是香气化合物“”。这些化合物能带来令人愉悦的肉香气，是 6 第一章绪论 肉风味的重要组成部分。香气化合物的组成非常复杂，近二十年来，对肉风味中 挥发性化合物的分离和鉴定结果显示，其成分非常复杂，约有1 0 0 0 余种化合物。 这些化合物包括了各类有机化合物，如烃类、醇类、醛类、酮类、羧酸类、酯类、 内酯类、醚类、呋喃类、吡啶类、噻唑类、噻哆类和含硫和含卤素化合物等“”。 虽然这些种类的化合物在不同肉香味中都存在，但各类化合物在各类肉香成分中 的种类和数量有所差异。 可以肯定的是，随着对肉类风味化学研究的进一步深入，还会有新的香气化 合物将被鉴定出来，从而进一步揭示化学物质与肉味之间的关系。研究如何改变 风味物质的前体和加工条件，以期产生更令人喜爱的肉香气味，仍是肉风味研究 的重点。 1 4 立题背景及意义 随着各类食品日益朝着天然、方便、美味及多功能的方向发展。回归自然， 寻求绿色食品已是时代的潮流，这就需要各种更安全、更可靠、更天然的肉味香 精制成的调味料来丰富和满足人们的生活。进入9 0 年代以来，随着食品加工技术 的发展，开发适用于微波炉加热和挤压加工中使用的风味物质，肉类发出的美好 香气越来越受欢迎，肉类香精成为研究的新热点。国外多家著名的香精公司在9 8 亚洲食品配料展上向市场推出了肉味香精。我国食品工业“九五”计划和“2 0 1 0 ” 规划提出把方便营养食品和熟肉制品列为重点发展项目之一，肉类香精必然有更 大的发展潜力肉类香味是最受人们喜爱的嗅感风味之一。随着食品工业的蓬勃 发展，肉类香精的需求逐渐增大。近几年来对肉类香精的研究和生产也逐渐成为 各相关科研机构和企业的关注热点。 我国的香精香料行业与国际水平相差甚远，国产的大多为肉类抽提物，它虽 味浓但价高，用途窄。利用合成反应制备食用香精香料( 风味调料) 、肉类香味料 才刚刚起步。利用合成反应制备香味料不存在动物脂肪，即使使用动物脂肪，也 在反应中将其转化为肉风味物质，不以脂肪形式存在，因而通过反应制得的肉香 味料风味自然、逼真、安全可靠、低脂低热值。将反应制品与其它增效剂复配， 可形成各种食品风味产品。国内虽也有同类产品出现，但与国际水平之间还存在 差距。由此可见，利用价廉易得的原料，采用人工合成风味丰满纯正、浓郁、逼 真的肉香味料，具有一定的现实意义。 1 5 本课题的主要研究内容 1 ) 对几种对肉类香味有重要贡献的氨基酸、小肽与糖的单一美拉德反应体 系进行了研究，初步确定有利于香味生成的反应条件。 2 ) 分别采用酸法和酶法将大豆蛋白水解成氨基酸和低分子量肽，模拟肉类 物质在加热过程中产生风味物质的反应过程，合成具有浓郁香味的肉味香精。并 7 江南大学硕士学位论文 通过感官评定和仪器分析对合成的香精进行分析鉴定。 3 ) 向反应原料中添加不同氧化程度的脂肪，以获得具有鸡肉、牛肉等特征 风味，通过g c m s 分析香精的挥发性风味物质，并制备成粉末状香精。 8 第二章氨基酸一糖美拉德反应体系的研究 第二章氨基酸一糖美拉德反应体系的研究 2 1 引言 如绪论所述，美拉德反应的机理十分复杂，是一个多级的网络型的反应。 国内外的研究发现，美拉德反应虽然是多种多样的，但基本反应类型仍属氨基 酸和还原糖之间的加热反应，其产物是构成食品香味的主要来源。h o d g e 等对 此作了简要概括：美拉德反应过程十分复杂，其中氨基酸与还原糖的反应在整 个过程中起到十分重要的作用，其反应产物是肉香气的主要成分“e 】。 正因如此，目前国内外许多研究机构主要通过对简单的氨基酸一还原糖美 拉德反应体系的研究来解析其反应过程及机理。由于本课题的目的是利用美拉 德反应制备热反应型肉味香精，因此本章也试图对几种对肉味香精有重要贡献 的氨基酸、小肽与还原糖的美拉德反应体系进行详细的研究，初步弄清影响美 拉德反应的几个重要影响因素及有利于香味成分生成的反应条件。 前期实验表明：半胱氨酸与木糖反应能产生最佳的肉类风味。因此本章以 这两种物质作为美拉德反应的基本原料，分别研究了反应时间、温度、p h 值、 水分含量等因素对反应生成的肉类风味的影响，为后期制备热反应型肉味香精 提供了依据。 2 2 实验材料及方法 2 2 1 材料 葡萄糖 国药集团化学试剂有限公司 果糖国药集团化学试剂有限公司 麦芽糖国药集团化学试剂有限公司 d 木糖 国药集团化学试剂有限公司 半胱氨酸盐酸盐国药集团化学试剂有限公司 胱氨酸 国药集团化学试剂有限公司 蛋氨酸 国药集团化学试剂有限公司 谷氨酸国药集团化学试剂有限公司 甘氨酸国药集团化学试剂有限公司 谷胱甘肽国药集团化学试剂有限公司 酸度计 m e t - t i e rt o l e d o 上海有限公司 不锈钢手提式灭菌锅上海申安医疗器械厂 电子分析天平上海天平仪器厂 2 2 2 方法 2 2 2 1 美拉德反应产物的制备 在锥形瓶中加入一定量的氨基酸或肽和还原糖，及少量的缓冲溶液控制p h 9 江南大学硕士学位论文 值，塞上棉塞后于高压灭菌锅内反应一定时间，取出锥形瓶冷却、并密封保存 备用呻一。 2 2 2 2 简单描述检验法评价产品品质 选取5 名以上的感官评定员，用任意词汇对每个样品的风味特性进行定性 描述，要求尽量完整地描述出产品品质。评定完成后根据每一词汇的使用频率 得出评价结果。词法适用于产品品质的初步评定。 2 2 2 3 评分法评价产品品质 此法适用于样品较多的感官评定。捌。由六位具有经验的评定员对反应后 的产物就肉味强弱、肉昧柔和度和肉味硫化物气味强弱这三个指标分别进行评 分。评分标准如表2 1 所示： 表2 - 1 感官评定评分标准 t a b l e 2 1t h ep o i n ts c o r eo f s e n s o r ye v a l u a t i o n 2 3 结果与讨论 2 3 1 各氨基酸、小肽与木糖的反应 不同的氨基酸、肽与同一种还原糖反应时，能产生不同的风味与色泽。对 于半胱氨酸、胱氨酸等含硫氨基酸来说，能产生类似肉类的风味，是生产肉类 香精的主要原料。因此本实验中选取三种对肉味贡献较大的含硫氨基酸和两种 对鲜味贡献较大的氨基酸及一种小肽与木糖在1 2 1 、p h 值7 0 、水分含量5 0 的条件下按1 ：i 的质量比反应6 0 m i n ，反应结果如表2 2 所示： 表2 - 2 各氨基酸、小肽与木糖的美拉德反应 t a b l e 2 - 2t h em a i l l a r dr e a c t i o no f d i f f e r e n ta m i n oa c i d s ，s m a l lp e p t i d ea n dx y l o s e 半胱氨酸 胱氨酸 蛋氨酸 谷氨酸 甘氨酸 谷胱甘肚 牛肉味 类肉味，含玉米须味 生土豆味 焦糖，苦杏仁味 焦糖味 较好的熟牛肉味 红棕色 黄色 深褐色 红褐色 黑褐色 黄棕色 由表2 - 2 可以看出，不同种类的氨基酸对产品的感官品质影响很大，从产 1 0 第二章氨基酸一糖美拉德反应体系的研究 品的色泽到气味特征都发生了明显的变化。其中，半胱氨酸与谷胱甘肽均能产 生较好的肉类风味，但从生产成本考虑，谷胱甘肽价格昂贵。另外两种含硫氨 基酸生成较差的肉类风味，其中蛋氨酸主要生成生土豆味。而谷氨酸和甘氨酸 对肉类风味贡献不大，产物颜色也较深。因此本实验考虑使用半胱氨酸。 2 3 2 半胱氨酸与各还原糖的反应 添加不同种类的还原糖除了会产生不同的香气外，还会引起美拉德反应速 率的变化。一般来说，单糖的反应活性大于二糖，而戊糖的反应活性大于已糖 。1 。基于提高风味质量和反应速率两方面考虑，分别选取四种不同的还原糖与 半胱氨酸在上述条件下反应，结果如表2 3 所示： 表2 3 半胱氨酸与不同还原糖的美拉德反应 t a b l e 2 3t h em a i l l a r dr e a c t i o no f c y s t e i n ea n dd i f f e r e n tr e d u c i n gs u g a r s 葡萄糖 木糖 果糖 麦芽糖 肉味 较强的牛肉味 硫化物肉味 肉味，略带臭蛋味 红褐色 红棕色 深褐色 黄棕色 由表2 3 可以看出，半胱氨酸与木糖反应具有最佳的肉类风味，其次与葡 萄糖反应也具有较好的肉味，而与果糖和麦芽糖反应时硫化物气味均较重。因 此后续反应考虑采用木糖作为反应的还原糖。 2 3 3 半胱氨酸与木糖反应比例的确定 实验选定半胱氨酸与木糖，在初始的条件t ( g 度1 2 1 、时间6 0 m i n 、p h 7 0 、 含水量5 0 ) 选定三个不同的质量比进行反应。感官评定结果如表2 4 ： 表2 - 4 不同半胱氨酸与木糖质量比的美拉德反应产物风味比较 t a b l e 2 - 4t h es e n s o r ye v a l u a t i o no f m a i l l a r dr e a c t i o np r o d u c t s a td i f f e r e n tr a t i oo f c y s t c i n ea n dx y l o s e 由表2 - 4 可以看出，不同质量比的原料反应对产物的气味特征及色泽影响 均较大。当质量比为2 ：1 时，肉香味明显优于其它两组反应产品。因此确定两 者的质量比为2 ：1 。 江南大学硕士学位论文 2 3 4 工艺参数的确定 美拉德反应的机理十分复杂，影响其反应的因素也很多。除了氨基酸和还 原糖的组成以外，还包括反应温度、反应时间、p h 值、水分含量等。每个因素 对反应体系的影响并不独立于其它因素，而是与其它因素一道对反应体系产生 影响。 2 3 。4 。l 美拉德反应最佳时间的选择 反应时间是一个影响食品风味的重要因素。在许多化学反应中，延长反应 时间可以获得更多的产物。美拉德反应却有所不同，延长反应时间并不会增加 风味的强度，而会使其风味物质的组成发生变化，改变最终的风味轮廓。但也 有研究表明，反应时间过长，产物的香气会发生恶化让人难以接受；另外反应 时间延长，美拉德反应会向生成聚合物方向进行，褐变加深。 反应在半胱氨酸与木糖质量比为2 ：l 、温度1 2 1 、p h 7 0 、含水量5 0 的 条件下，分别选定6 个不同的反应时间：1 5 m i n 、3 0 r a i n 、4 5 m i n 、6 0 m i n 、7 5 m i a ， 9 0 m i n 。对反应结果采用评分法和d u n c a n 多重比较法进行感官评定。 表2 - 5 不同反应时间的样品肉味强弱评分 t a b l e 2 5t h es e n s o r ye v a l u a t i o no f m e a t - f l a v o ri n t e n s i t ya td i f f e r e n tr e a c t i o nt i m e 表2 - 6 不同反应时间样品肉味强弱评分的方差分析 t a b l e 2 - 6t h ev a r a n e ea n a l y s i so f t h es c o r ea td i f f e r e n tr e a c t i o nt i m e 由表2 - 6 可以看出，样品的p r 值远远大于o 0 5 ，因此样品在肉味强弱上不 存在显著差异。 第二章氨基酸一糖美拉德反应体系的研究 表2 7 不同反应时间的样品肉味柔和度评分 t a b l e 2 - 7t h es e n s o r ye v a l u a t i o no f t h es u a v i t yd e g r e eo f m e a t - f l a v o ra td i f f e r e n tr e a c t i o nt i m e l 2 3 4 5 6 6 7 9 8 7 9 8 4 7 7 6 7 7 5 4 6 8 6 5 6 5 6 7 9 6 5 4 4 8 8 5 5 3 5 9 7 表2 - 8 不同反应时间样品肉味柔和度评分的方差分析 t a b l e 2 - 8t h ev a r i a n c ea n a l y s i so f t h es c o r ea td i f f e r e n tr e a c t i o nt i m e 由表2 8 可以看出，样品的p r 值大于o 0 5 ，因此样品在肉味柔和度上同样 不存在显著差异。 表2 - 9 不同反应时间的样品肉味硫化物气味评分 t a b l e 2 9t h es e n s o r ye v a l u a t i o no f t h es u l f i d ef l a v o ro f m e a t - f