（食品科学专业论文）大米蛋白水解物Maillard反应制备肉味香精的研究.pdf

山东轻工业学院硕上学位论文 摘要 本研究以大米蛋白为底物，从四种酶n e u t r a s e 、a l c a l a s e 、p r o t a m e x 、 f l a v o u r z y m e 中筛选溉永解度较高的两种酶a l c a l a s e 和f l a v o u r z y m e ，通 过单因素实验和正交实验确定了这两种酶的最佳水解条件：a l c a l a s c 的 水解温度为6 0 ，p h 为9 0 ，加酶量为2 5 0 0 u g 蛋翻，水解时间为3 小 时，水解度达到4 5 6 ；f l a v o u r z y m e 的水解温度为5 0 ，p h 值为7 0 ， 加酶量为2 0 0 0 u g 蛋自，水解时闻为l 小时，水解度达到2 6 2 ，底物 浓度均为8 。o ( w w ) 。分别在这两种酶的最佳条件下，采用二次加酶法 水解大米蛋白，其水解度可达1 0 2 6 。 在最佳水解条件下得到大米蛋自酶解物，采用感官评定的方法，通 过试验研究了反应时间、反应温度、初始p h 值、l 半胱氨酸的浓度、 葡萄糖浓度、v 8 l 浓度对酶解物m a i l l a r d 反痘香气和色泽的影响，确定 了各因素对m a i l l a r d 反应影响的最佳条件，即l 半胱氨酸的浓度为0 8 ( w w ) 、反应时间为8 0 m i n 、初始p h 值为6 。0 、反应温度为l1 0 、葡 萄糖浓度6 0 ( w w ) 、v b l 浓度0 4 ( w w ) 。在此条件下制得的肉昧 风味基料具有典型的特征牛肉香味。采用s d e 提取方法，大米蛋白酶解 物l 半胱氨酸一d 葡萄糖模式体系m a i l l a r d 反应液，经g c m s 分析共分 离鉴定出16 种香味物质，其中3 巯基2 甲基。4 ，5 二氢呋喃、2 , 6 二甲基 吡嗪、2 一甲基3 呋喃硫醇、4 ，5 甲基二氢一l ，3 。噻唑、2 氢毗喃2 ，6 。二酮 是具有牛肉特征香味的化合物。另外还检测出了4 甲氧基3 羟基扁桃酸 和肉豆蔻酸鼹种香味成分，英中4 甲氧基3 ，羟基扁桃酸主要表现为番兰 素的香味。它们虽然不是肉类风味的香味成分，但是它们的存在会对整 体香味有增效作用。 关键词：大米蛋白；水解；二次加酶法；美拉德反应：肉味香精 a b s t r a c t b a s eo nt h er i c ep r o t e i n ，t h i sr e s e a r c he l e c t e dt h eh i g h e rh y d r o l y s i s d e g r e eo fb o t he n z y m e sa l c a l a s ea n df l a v o u r z y m ef r o mn e u t r a s e ，a l c a - l a s e ，f l a v o u r z y m e ，p r o t a m e x w ed e t e r m i n e dt h eb e s th y d r o l y s i sc o n d i t i o n s o ft h e s et w oe n z y m e st h r o u g hs i n g l e - f a c t o ra n do r t h o g o n a le x p e r i m e n t s t h eh y d r o l y s i st e m p e r a t u r eo ft h ea l c a l a s ei s6 0 ，p hv a l u e9 0 ，e n z y m e v o l u ea s2 5 0 0 u gp r o t e i n ，h y d r o l y s i st i m ei s3 h ，i t sd hr e a c ht o4 5 6 ；a n d t h eh y d r o l y s i st e m p e r a t u r eo ft h ef l a v o u r z y m ei s50 ，p hv a l u ei s7 0 ， e n z y m ev o l u ea s2 0 0 0 u gp r o t e i n ，h y d r o l y s i st i m ei s lh ，i t sd hr e a c ht o 2 6 2 s u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o na l la s8 ( w w ) u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，r i c e p r o t e i ni sh y d r o l y z e db yt w i c ee n z y m o l y s i sm e t h o d ，a n di t sd hc a nr e a c h t o1 0 2 6 w eg o tt h eh y d r o l y s i sm a t e r i a lo fr i c ep r o t e i nu n d e rt h eb e s th y d r o l y s i s c o n d i t i o n ，b ys e n s o r y e v a l u a t i n gm e t h o d ，c o n t r o l l e dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ， r e a c t i o nt i m e ，s t a r t i n gp hv a l u e ，c o n c e n t r a t i o no fl - c y s t e i n e h y d r o c h l o - r i d e ，c o n c e n t r a t i o no fg l u c o s ea n dc o n c e n t r a t i o no fv i t a m i n b 1 、se f f e c tt o t h ea r o m aa n dc o l o ro ft h em a i l l a r dr e a c t i o nb ym a n ys i n g l e f a c t o r e x p e r i m e n t s t h e n c o n t r o l l e dt h eb e s te f f e c tc o n d i t i o n st h r o u g h o r t h o g o n a le x p e r i m e n t s t h a ti sr e a c t i o nt e m p e r a t u r e 110 ，r e a c t i o nt i m e 8 0m i n ，s t a r t i n gp hv a l u e6 0 ，c o n c e n t r a t i o no fl c y s t e i n eh y d r o c h l o r i d e 0 8 ( w w ) c o n c e n t r a t i o no fg l u c o s e6 0 ( w w ) a n dc o n c e n t r a t i o n o f v i t a m i n b l0 4 ( w w ) m e a tf l a v o u rb a s em a t e r i a l m a n u f a c t u r e di nt h i s c o n d i t i o nh a v et y p i c a lm e a tf e a t u r e s e x t r a c t e db ys d em e t h o da n d s e p a r a t e db yg c - m sa n a l y s i s ，16t y p e s o fv o l a t i l e c o m p o u n d s w e r e i d e n t i f i e df r o mr i c ep r o t e i nh y d r o l y s i so b je c t sl c y s t e i n eh y d r o c h l o r i d e d g l u s em o d e ls y s t e mm a i l l a r dr e a c t i o ns o l u t i o n ，o fw h i c h3 - m e r c a p t o 一2 - m e t h y l 4 ，5 d i h y d r o f u r a n ，2 , 6 一d i m e t h y l p y r a z i n e ，2 - m e t h y l - 3 - f u r a n t h i o l ，4 , 5 - m e t h y l d i h y d r o 一1 ，3 - t h i a z o l ，2 h p y r a n 2 ，6 一d i o n eh a v eb e e ft y p i c a la r o m a 3 h y d r o x y 一4 m e t h o x y m a n d e l i c a c i da n dt e t r a d e c a n o i ca c i dw e r ea l s o d e t e c t e d o fw h i c h3 一h y d r o x y 一4 - m e t h o x y m a n d e l i ca c i dm a i n l yp e r f o r m a n c e v a n i l l i nf l a v o u r a l t h o u g ht h e yw e r en o tt h ea r o m ac o n s t i t u e n t so ft h e m e a tf l a v o u r ，t h e yh a v ee f f i c i e n c yr o l et ot h eo v e r a l la r o m a i i 山东轻工业学院硕十学位论文 k e yw o r d s ：r i c ep r o t e i n ；h y d r o l y s i s ；t w i c ee n z y m o l y s i sm e t h o d ；m a i l l a r d r e a c t i o n ；m e a tf l a v o r i l l 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究 成果。文中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容 未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已 用于其他学位申请的论文或成果，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。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 山东轻工业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅 览、借阅以及申请专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论 文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：塞：3 送生 导师签名：q 妄d 笔& l 日期：3 砰年立月业日 山东轻t 业学院硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 立题背景 大米是我国主要髂粮食作物，我国三分之二以上的入目| 以大米为主 食。大米蛋白占大米总质量的8 i l l ，因此，大米蛋白是人们膳食中重要 的蛋自来源，它具有高营养、低过敏性【2 】、风味温和、不会引起肠胃胀 气的独特性质。国外大米蛋白的研发已是稻米深加工的重要方向，有不 同的蛋白质含量、性质和用途的产品。我国对大米鬣自的开发研究起步 较晚，过去主要将它们作为动物饲料使用，赘源未得到合理利用。近年 来，图内对此给予高度重视，些科研机构和企业加大了研究开发力度。 水解植物蛋彘( h y d r o l y z e dv e g e t a b l ep r o t e i n ，h v p ) 是一种营养型 食品添加剂，以其柔和丰满的鲜美口感广泛用于肉产品加工、方便面、 膨化食品以及调味晶中。h v p 的制备主要以豆粕粉、大米蛋自和花生饼 等为原料，通过酸法或酶法水解将蛋白质分解成氨基酸和短肽。酸法水 解会产生具有致癌性的l ，3 二氯2 丙醇( 1 ，3 。d c p ) 和3 氯1 ，2 丙 二醇( 3 m c p d ) 3 , 4 1 ，而酶法水解制备的h v p 水解产物只有短肽和氨基 酸1 5 】，符合食品卫生的要求，因此酶法水解生产植物蛋白是发展的必然 趋势。 关于美拉德反应的研究报告相当多，尤其是单糖与氨基酸的反应， 包括不| 司种类的氨基酸和单糖在不同p h 、温度、水活性和不同系统，不 同加热方式下( 如微波炉内) 所进行的热反应。l9 5 3 年h o d g e 对美拉德反 应的机理提如了系统的解释 6 1 。整个单糖的反应首先是氨基酸与糖类先 形成a m a d o r i 化合物( 1 一氨基1 脱氧2 酮糖) ，接着氨基的脱离使a m a d o r i 化合物形成具有高度反应性的脱氧二羰基化合物，其中最主要的是l 和 3 一d e o x y s o n e s 糖类衍生物，这一类的化合物本身可以进行环化反应形成 如麦芽酚( m a l t 0 1 ) 和5 羟甲基2 。呋喃醛( h m f ) 等，它也可以再次与氨基反 应或是自身裂解反应两形成气味复杂且强烈酶杂环化合物。事实上，单 糖所进行的美拉德反应机理渐为人们所熟知，利用同位素标定法如元素 1 j c 、c 和d 的标定与追踪，可以让人们清楚的知道反应是如何进行的， 甚至加以控制。 1 1 。1 大米蛋白的基本性质及营养组成 ( 1 ) 大米蛋自的基本结构和性质 大米的主要成分是淀粉和蛋白质，其含量分别约为8 0 和8 f 1 1 。其 中蛋愈质中谷蛋自和球蛋自为主要成分，分别占8 0 和1 2 ，醇溶蛋叁 第1 章绪论 占3 。大米蛋白中的胱氨酸含量较高，含有较多的s s 键。这些链内 或链问s s 键使蛋白质多肽链聚集成致密分子，也可能是形成蛋白聚合 体的重要原因。研究表明，在胚乳中蛋白主要以两种聚合体形式存在，即 p b i 和p b i i 两种类型，两种聚合体常相伴存在【_ 7 ，8 】。电子显微镜观察表 明：p b i 聚合体呈片层结构，致密颗粒直径为o 5 2 1 x m ，醇溶蛋白即存 在于p b i 中；而p b i i 呈椭球形，不分层，质地均匀，颗粒直径约4 1 x m ， 其外周膜不明显，谷蛋白和球蛋白存在于p b i i 中。清蛋白中胱氨酸含量 很低，不易形成s s 键，因而清蛋白更易溶于水。聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( p a g e ) 分析结果显示，在p b i i 聚集体中的蛋白质含有分子量为6 4 、1 4 0 、 2 4 0 、3 2 0 、3 8 0 和5 0 0 k d a 甚至超过2 0 0 0 k d a 的组分【9 】。分子生物学研究 表明，大米贮藏蛋白的基因表达时首先合成的是分子量为5 7 k d a 的蛋白 分子，它再裂解成2 2 k d a 和3 7 k d a 两个亚基。谷蛋白中大小不等的蛋白 分子由这两个亚基通过s s 装配而成【9 】。s d s 可以破坏s s 的连接，改 变s d s 的用量，可以发现分子量为2 2 2 3 k d a 和3 7 3 9 k d a 的组分存 在，清蛋白中也有分子量高达10 0 k d a 的蛋白组分存在，因此，这两个组 分实际上是大分子聚集体的基本组成单位【l0 1 。 大米蛋白中的贮藏性蛋白 大米中的贮藏性蛋白主要是谷蛋白和醇溶蛋白。谷蛋白分子量较大， 由二硫键连接的多个亚基组成。其中3 个主要亚基的分子量分别为3 8 、 2 5 、16 k d a ，其中1 6 k d a ( 或3 3 、2 2 、14k d a ) 多肽可能属于醇溶蛋白或与 醇溶蛋白有关，2 条大分子量的多肽则以二硫键连接。等电聚焦表明， 分子量为3 3 k d a ，左右的亚基是酸性多肽，p h 5 8 ；分子量为2 2 k d a 左右 的亚基是碱性多肽，p h 8 1 1 ；分子量为14 k d a 左右的亚基p h 8 7 9 0 ， 其氨基酸成分类似于其它谷物的谷蛋白：赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸和 组氨酸比醇溶蛋白高】。醇溶蛋白是大米中的小分子储存蛋白，电泳分 析表明，其亚基分子量分别为10 、13 、15 、16k d a ；等电聚焦分析发现 有5 条谱带，p h 分别为5 6 、7 1 、7 3 、7 6 、8 0 ，其中p h 7 谱带的蛋白 质是主要成分。有研究表明，醇溶蛋白富含谷氨酸、亮氨酸和丙氨酸残 基，赖氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸残基含量很少，纯化的醇溶蛋白疏水性 很强。 大米蛋白中的生理代谢活性蛋白 清蛋白和球蛋白是细胞质中的蛋白质，含量较低。清蛋白分子量从 10 - 2 0 0k d a ，成分非常复杂，是大米蛋白4 种蛋白质中赖氨酸含量最高、 谷氨酸含量最低的蛋白质。从大米胚乳中分离的球蛋白经凝胶色谱可分 为4 个馏分，分子量范围16 - 13 0k d a ，谷氨酸和精氨酸是球蛋白中主要 2 l l j 东轻工业举院硕士学位论文 的氨基酸成分，含硫氨基酸含量也较高( 超过1 0 ) 。 ( 2 ) 大米蛋白的营养价值 我国三分之二人口以大米为主食，每人每年消耗大米2 9 4 3 4 3 斤， 如果按蛋白含量平均为7 计，则平均每人每天摄入大米蛋白2 8 2 3 2 9 g ，入们每天食用大米所摄蛋自占总摄入蛋是4 1 3 9 4 5 5 。可见大米 蛋白在膳食结构中所占的比重。 大米蛋囊吴有优良营养晶质，主要在以下三个方面。 大米礞白组成中，含赖氨酸高的碱溶谷蛋白占8 0 ，因此，其赖 氨酸含量比其它一些粮食高。 大米噩白氨基酸配比比较合理。大米蛋白必需氨基酸组成与小麦 蛋白、玉米蛋白必需氨基酸组成及w h o 推荐蛋白质氨基酸最佳模式( ) 比较如表1 1 u 2 1 所示。 表l 。l 大米蛋白、小麦蛋自、玉米蛋白氨基酸组成与w h o 推荐蛋自质氨基酸最 佳模式( ) 蛋白质利用率高。对于蛋白质营养价值评价，不仅要注意蛋白质 含量和氨基酸组成，且要注意其利用率。大米蛋白与其它粮食蛋白比较， 其生物价( b v 值) 和蛋自质效用比率( p e r 值) 均优【1 朝，见表l 。2 所示。 3 第1 章绪论 表1 2 几种蛋白质b v 值和p e r 值 1 2 大米蛋白的开发利用 大米中的主要成分是淀粉，蛋白质的含量只有8 左右，直接从大米 中提取蛋白质显然是不经济的。大米淀粉糖和味精生产中的下脚料( 即米 渣) 中的蛋白含量4 0 6 5 ，也可称作大米浓缩蛋白，是开发利用大米 蛋白的宝贵资源。过去它主要作为动物的蛋白饲料，但从资源利用角度 看这是不经济的。随着对大米蛋白价值的认识，越来越多的大米蛋白正 被开发成附加值很高的食品生产原料和添加剂。市场上有高蛋白营养米 粉出售，但它仍是以淀粉为主要成分，蛋白质含量很低，作为蛋白质资 源的开发利用的潜力未能充分发挥。 1 2 1 大米分离蛋白( r pi ) 大米浓缩蛋白( r p c ) 中的蛋白质含量已达到4 0 以上，但其许多功 能性尚不理想。经化学或生物化学方法去除其中的碳水化合物可以获得 蛋白含量大于9 0 的大米分离蛋白( r p i ) 。r p i 可经过水解或生化方法修 饰后生产各种食用蛋白补充剂。由于r p c 中绝大部分是水不溶性蛋白 质，提取时传统方法是使用碱溶酸沉法，该法虽可以得到纯度较高的 r p i ，但它有明显的不足之处，如产品颜色深，蛋白质中的赖氨酸受到很 大破坏，发生的副反应会形成味苦、对身体有害的物质，以及蛋白质回 收率较低等。 基于r p c 中蛋白质为水不溶性，且非蛋白成分主要是碳水化合物的 特点，提取的蛋白质应该进一步纯化( p u r i f i c a t i o n ) 。还可以用纤维素酶、 果胶酶及异淀粉酶等处理，促进更多碳水化合物的溶解。在大米淀粉糖生 产中采用这种方法，既可以使淀粉糖的得率提高，同时也获得纯度很高 的r p i ，蛋白质的回收率也能达到满意的程度 1 4 - 1 6 】。 4 山东轻工业学院硕十学 i 论文 1 2 2 大米蛋白发泡粉 十几年前，大米蛋自发泡粉的出现曾为食品生产中大量应用大米蛋 白提供一种选择。但这种发泡粉是以大米浓缩蛋自为原料，用n a o h 有 限水解蛋白质的产物，产品颜色深、p h 值高、味苦。用蛋囱酶水解大米 蛋自就可克服上述缺点。大米蛋自分子量太，含有较多的疏水性氨基酸， 因而溶解度差，无法表现物化功能性。用蛋白酶对其适当水解后，可释 放较多的c o o h 和n h 2 ，增大蛋自质分子的极性，在促使蛋自质溶解 度增大的同时，其溶液的胶体性质也在增强，表现出一定的乳化、发泡 能力，可以广泛用作食品加工原料，赋予食鼹一定的加工性能。目前国 内研究较多的是大豆蛋白和小麦面筋蛋白的水解。王章存等用蛋白酶水 解大豆分离蛋白就取得了较好的效果【l7 1 。以大米蛋白为原料酶法水解制 取食用发泡粉的研究近年国内也有报道雒胡。相信随着技术的完善，酶法大 米蛋白发泡粉将在食品生产中得到广泛应用。 l 。2 3 蛋白水熬物 以大米蛋白为原料，通过不同程度水解可以得到用途不同的蛋白水 解物，大部分可作为即冲即饮的蛋魏营养强化齐| j ，有些则含有特殊风味 或保健功能。 制备氨基酸营养液是利用植物蛋白的传统方法，国内研究和利用较 多的是酸水解法，所谓化学酱油就是基于这样方法，僵因其环保、安全性 问题，现应淘汰。若用蛋白酶水解因受酶专一性的限制，尚无一种酶可将 蛋皇质完全水解，多种酶的应用则不经济。 其实，以补充氨基酸为目的的营养产品没有必要将蛋白质完全水解， 只水解成小肽即可。现在营养学研究表明，小肽分子比氨基酸更易被小 肠吸收和利用。肽的吸收是通过肠粘膜纹状缘存在的肽载体利用质子梯 度主动转运机制来实现的。小肽的渗透压较低，食用后也不会引起痢疾 和过敏反应，而且小肽眈氨基酸有更好的感观效应，它可作为蛋自营养 强化剂供人们食用。目前在美国知名度较高的n u t r i b i o t i c s 大米蛋白粉 就是这类产晶。 更令人感兴趣的是许多小肽分子具有重要的生理功能，如免疫调节、 抗氧化、抗照匿醇、抗盘栓、抗糖尿病等，又称为活性肽。量前对动物 性蛋白水解产生生物肽的研究已成为世界性的潮流，己发现了许多有潜 在应用价值的活性肽1 1 9 。但对大米来源的活性肽的研究相对较少，其中 报道较多的大米活性肽是g l y t y r p r o m e t t y r p r o l e u a r g 肽分子，命 名为o r y z a t e n s i n ，在豚鼠上的试验表明，它具有引起回肠收缩、抗吗啡和 免疫调节作用。它主要是通过激活磷脂酶水解溶盎磷脂酸释放花生四烯 5 第1 章绪论 酸来引起收缩的 2 0 1 。 另外，大米蛋囱水解还可以产生某些风味肽。现代仪器分析表明这 类风味肽中谷氨酸的含量缎高，它与盐结合形成谷氨酸单钠盐，呈现鲜 味。当大米蛋白经酶水解产生的这种产物与糊精混合经喷雾干燥即得到 市售的食品风味改良裁瞄h 。 1 3 热加工肉昧风味料的发展及其特性 1 3 1 热加工肉味风味料 热加工肉味风味料的研究开始于2 0 世纪5 0 年代，其研究主要集中 在以下几个方面【2 2 1 ：肉类经过炖煮或烤制等热处理后的挥发性风味成份 的分析；风味前体物质的分离与鉴定；模式体系m a i l l a r d 反应风味成份 的分析；模式体系m a i l l a r d 反应制备的热加工肉味风味料的系统评价与 应用。 早期的“加工风味料( r e a c t i o no rt h e r m a lp r o c e s sf l a v o r i n g ) 瞄别是将 两个或两个以上的翁体物质在有控制的条件下加热处理，通过m a i l l a r d 反应而制得的风味料。为了使制得的风味料更加完美，也可以在反应之 后添加其它的香料。尽管这种反应厥添加其它香料的风味料广泛应用于 食品工业已有约4 0 年的历史，但一直缺乏一个统一的概念与标准。近年 来，国际香料工业组织( i o f 。i ) 将热加工风味料进行了重新定义：通过 加热食品原料或允许在食品或加工香料孛使用的食品组份褥制得的具有 其风味特征的产品 2 4 1 。 联合利华公司研究人员在l9 51 年就首先从蒸煮牛肉中分离鉴定风 味物质( 25 1 ，然后又分离鉴定产生牛肉风味物质的前体物质。该实验结果 表明许多挥发性物质都是含硫化合物和含羰基化合物，牛肉中的低分子 量水溶性物质是牛肉风味的主要前体物质。这些前体物质主要是氨基酸、 小肽与还原糖，加热这些前体物质可制备热加工肉味风味料。2 0 世纪6 0 年代初联合利华公司建立了世界上第一个热加工肉味风味料的工厂，并 实现了商业化生产。这些产品中含有的化学组份及一些杂环化合物已被 食燕安全专家评定，在美国食晶工业中被看作“通常认为是安全 的”( g r a s ) 。香料与提取制造协会( f e m a ) 专家组为每一个组份注册了一 个( g r a s ) 号码。其中的任何一个组份可以应用于热加工风味料中作力风 味单元与风味增强剂。 热加工肉味风味料( t h e r m a lp r o c e s sm e a tf l a v o r i n g ) 是热加工风味料 中最主要最基本的一种。商品化的热加工肉味飙味料是在m a i l l a r d 反应 的基础上再经适当调配混合而成的复合物。主要由以下三个部分组成： 基本m a i l l a r d 反应产物、芳香性挥发物质、加入的其它飙味物质与其它 6 山东轻工业学院硕上学位论文 的香味增强剂等。基本m a i l l a r d 反应基料是热加工肉味风味料最基本、 最重要的部分。 根据产品的不同用途与市场需求，可以通过对基本m a i l l a r d 反应产 物、芳香性挥发物质与其它的香味增强剂、脂肪、脂肪酸、草药及香辛 料等三个主要部分的配制与混合生产各种肉昧风味料。这种热加工肉味 风味料具有以下特点：( 1 ) 因加工条件不同、所用原料不同及调香可产生 种类繁多的风味料；( 2 ) 香气成分稳定、留香纯正持久；( 3 ) 具有良好的耐 温性；( 4 ) 香气自然、醇厚逼真；( 5 ) 产品具有抗氧化特性；( 6 ) 产品成本 较低。一个典型的肉味风味料的组成见表1 3 2 6 1 所示。 表1 3 一个典型的肉味风味料的组成 配料含量( ) 基本成份一m a i l l a r d 反应基料 挥发性单体香料 草药或香辛料的混合物 核苜酸钠( 肌苷酸与鸟苜酸的混合物) 7 5 o 1 5 0 9 7 o 3 1 4 肉味( 牛肉) 风味化合物 对于任何食品( 包括肉味) 来说，味道和香气是两个最为重要的感官 特性，肉味在炖煮或烧烤的热处理过程中形成的化合物非常复杂，主要 包括：( 1 ) 挥发性化合物形成香气特性；( 2 ) 非挥发性与水溶性化合物形成 味道与触觉特性；( 3 ) 香味增强剂与配合剂。但是决定肉味风味特征最主 要的因素还是挥发性化合物。肉味风味是研究最多的食品风味之一，从 肉味或含肉的模式体系中鉴定的挥发性化合物大约已有l0 0 0 多种，而且 我们可以预测在将来将会有更多的化合物从这些体系中被鉴定出来【2 。 1 4 1 呈昧化合物 在肉类里最重要的呈味化合物主要包括：无机盐( 咸味) 、次黄嘌呤( 苦 味) 、糖( 甜味) 、有机酸( 酸味) 、核苷酸、氨基酸和多肽( 如鹅肌肽、肌肽) 等。它们在肉类风味中的作用各不相同，一个完整的肉味香味轮廓往往 是由多种化合物共同作用的结果。其中核苷酸、氨基酸和多肽的作用比 较特殊，它们产生的味道被日本学者定义为u m a m i 味道( 鲜味) ，u m a m i 物质可以增加总体味道强度、提高口感与柔和度，增强产品总体完美感。 把肌酸应用于肉味提取物、把肌肽应用于汤料制备是因为它们能产生独 特的口感。鹅肌肽的独特作用在于可以使口感后味悠长，精氨酸、赖氨 7 第1 章绪论 酸与组氨酸可以产生类似的效果。各种呈味化合物的分类见表1 4 2 8 , 2 9 】 所示。 表1 4 肉味呈味化合物 味道特性早味化合物 甜味 酸味 咸味 苦味 鲜昧 糖类：核糖、葡萄糖、果糖 氨基酸类：羟脯氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸及苏氨酸、 赖氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、谷酰胺 氨基酸类：天门冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、精氨酸 酸类：琥珀酸、乳酸、肌甙酸、四氢化吡咯羧酸、正磷酸 无机盐、谷氨酸盐、天门冬氨酸盐 次黄嘌呤、肌肽、鹅肌肽、其它的苦味肽、组氨酸、精氨酸、赖氨 酸、蛋氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸 谷氨酸、谷氨酸钠( m s g ) 、肌苜酸( i m p ) 、鸟营酸( g m p ) 及某 些多肽 1 4 2 挥发性化合物 肉味中的化合物多种多样，其中有很大一部分是挥发性化合物，有 些是倾向于水溶性，有些则是倾向于脂溶或溶于有机溶剂。这些挥发性 成份的浓度很低，并产生各种不同的风味。与非挥发性物质不同的是， 它们主要来源于碳水化合物、脂类和蛋白质。肉味的风味主要是由挥发 性化合物产生的，肉味挥发性化合物白l9 6 0 年开始就有大量的研究 瞄2 ，2 4 1 。已报道的从加工的牛肉、猪肉、鸡肉和羊肉等中分离鉴定的挥发 性风味化合物已有10 0 0 多种，这些化合物主要包括以下几大类：烃类， 醇类、醛类、酸类、酯类、内酯、醚类、杂环化合物及其它的含硫化合 物【3 0 , 3 1 】。 理论上讲肉味总体风味的形成是体系中所有的挥发性物质协调统一 共同产生的，各种化合物之间还存在相互增强、抑制或辅助的作用。许 多风味化合物虽然本身并不具有肉香特性，但具有协同增效作用。这些 众多的挥发性化合物所起的作用不同，只有一部分具有肉味特征香味， 因此，这些化合物也称之为肉味风味特征冲击性化合物【3 1 1 。也有的只是 起风味修饰作用，如奶油香味、焦糖香味、烤香、焦香与坚果香等。事 实上，经过热处理的肉味香气轮廓是由大量的具有一定数量比例和不同 结构的挥发性物质同时作用于嗅觉细胞所产生的感官效应的综合结果。 8 山窳轻t 业学院硕士学位论文 各种肉类在热处理后形成的挥发性风味化合物主要是一些具有一个 或多个杂原子如n 、o 、s 的五元或六元环的杂环化合物。这些杂环化合 物可以分为以下几类：呋喃类、呋喃酮类、嚼唑类、吡喃酮类、毗咯类、 噻吩类、噻唑类、吡嗪类、嘧啶类等，这些化合物的基本化学结构见图 量1 t 3 列。 噻唑( t h i a z o l e ) 毗嗪( p y r a z i n e ) 嗯唑( o z a z o l e ) 噻吩( t h i o p h e n e ) 眦喃( p y r a n ) 呋喃( f u r a n ) 嘧啶( p y r i m i d i n e ) 吡咯( p y r r o l e ) 0 6 h 咪唑( i m i d a z o l e ) o 呋喃酮吡喃酮毗咯烷三硫杂环戊烷 麦芽酚 ( f u r a n o n e ) ( p y r a n o n e )( p y r r o l i d i n e ) ( t r i t h i o l a n e )( m a l t 0 1 ) 图1 1肉味风味化合物中发现的一些杂环化合物的基本结构 在所有的肉味风味料中，牛肉风味料是目前市场上最重要的一种肉 味风味料，约占市场份额的7 0 ，其次为鸡肉风味料，约占2 0 。因此， 很多研究人员对炖煮或烧烤等加工方式得到的牛肉风味进行了研究。十 九世纪六十年代有认为炖煮牛肉风味物质是由一些简单的醇类、酯类、 硫醇类和胺类羰基等化合物组成f 3 3 3 翻，后来c h a n g l 3 7 l 等人认为2 ，4 ，5 。三 甲基- 3 - 嗯唑啉和3 ，5 二甲基1 ，2 ，4 三硫杂环戊烷是两种关键的肉香化合 物。b r i n k m a n 2 5 1 等人从牛痰汁中分离鉴定出2 ，4 ，6 三甲基1 ，3 ，5 。三硫杂环 己烷。h i r a i t 3 s l 从炖煮牛肉汁中鉴定出2 噻吩基甲醛。后来的研究表明这 些都不是主要的牛肉香气成份。为了确定肉味的特征性香味到底是凼哪 种物质所产生的，l i e b i c h 、s e l f 、h o d g e 、m a c l e o d 、c h a n g 和p e t e r s o n 等众多的科学家对醛类、硫化物、吡咯类、嘧啶类等多种化合物作了大 量的研究瑟9 引l ，最终s c h u t t l e t 3 9 1 认为羰基纯合物、杂环纯合物、含硫化 合物、含氮化合物以及一些苯酚类化合物是最重要的肉味风味物质。 9 第1 章绪论 1 5 形成肉昧风味的m a i l l a r d 反应 m a i l l a r d 反应是指食品原料中的氨基化合物与羰基化合物之间发生 的导致风味形成与褐变等的一系列化学反应。法霞化学家l o u i s c a m i l l e m a i l l a r d 在1 9 1 2 年首次发现这个反应，1 9 5 3 年h o d g e 等把这个反应正 式命名为m a i l l a r d 4 2 , 4 3 1 。m a i l l a r d 反应是许多肉味食品形藏风味纯合物 的关键【1 7 ，1 9 ，2 4 ，2 5 ，2 8 ，3 7 4 0 ，4 2 ，4 3 1 ，它可以使蛋白质、碳水化合物、脂类、有机 酸和维生素之间发生非常复杂的热反应，从而导致风味化合物和褐色素 的形成。研究人员对这些各种各样的风味物质的形成机理进行了研究， 包括( 1 ) m a i l l a r d 反应( 糖、氨基酸、肽或者它们的降解产物的相互作用) ； ( 2 ) 糖的降解( 尤其是还原糖) ；( 3 ) 核瞢酸的降解与反应；( 4 ) 硫胺素的降解； ( 5 ) 氨基酸与多肽的高温降解；( 6 ) 脂类的氧化、热降解与脱羧；( 7 ) 硫化 氢、氨、硫醇等与其它组俭的反威。 各种食品的m a i l l a r d 反应可形成2 5 0 0 种以上具有肉味、咖啡、土豆 条等不同风味特征的化合物，其反应最初的途径大致相同，都是壶一个 还原糖与一个具有一个游离氨基的化合物缩合形成n 取代葡基胺( 醛糖) 或果糖基胺( 酮糖) ，这两种糖基胺化合物不稳定，同时分别发生重排形 成a m a d o r i 重排产物一a r p s 或h e y n s 重排产物一h r p s 。反应中期随着 a m a d o r i 重排产物和h e y n s 重排产物经历了不同的降解路线而生成了1 - 脱氧还原酮、1 脱氧邻酮醛糖等不同的中间体。在反应的屠裳，随着这 些中间体进一步的降解、聚合，生成了大量的肉昧特征冲击性化合物， 如n ，s ，o 杂环化合物、毗嗪化合物、环化硫化合物等。 m a i l l a r d 反应产生的化合物包括呋喃型化合物( 呋喃、呋喃酮) 、含氮 化合物( 吡嗪、嗯唑，吡咯) 与含硫化合物( 硫化物、噻吩与噻唑) 。n u r s t e n 4 4 1 将m a i l l a r d 反应形成的挥发性芳香物质风味三类：第一类是简单”的糖 脱水或裂解产物，包括呋喃类、吡喃酮类、环戊烯类、羰基化合物、酸 类；第二类是“简单”的氨基酸降解产物，包括醛类、含硫化合物( 如硫化 氢、甲硫醇) 与含氮化合物( 如氨、胺) ；第三类是进一步相互反应形成的 挥发性物质，包括哦咯类、噻唑类、噻吩类、二与三硫杂丽戊烷、二与 三硫杂环己烷、呋喃硫醇类、嘧啶类、毗嗪类、咪唑类、嗯唑类以及其 它类。 1 6m a i l l a r d 反应的影响因素 m a i l l a r d 反应主要受反应前体物质的种类、特性与浓度以及反应温 度、反应p h 蓝、反应时闻、反应压力等条件的影响。 在m a i l l a r d 反应的开始阶段包括一个游离氨基与羰基之间的反应。 在氨基酸与糖的反应过程中，糖的反应活性很大程度上取决于其羰基的 1 0 山东轻工业学院硕士学位论文 还原活性。总的讲，戊糖的反应活性高于己糖，己糖的反应活性高于双 糖。不同的氨基酸具有不同的反应产物与释放氨的能力，同时不同的氨 基酸具有不同的s t r e c k e r 醛( 见图1 2 【4 5 1 ) 。氨与s t r e c k e r 醛都是m a i l l a r d 反应形成风味与色泽的重要中间体。 h g o r c i 一云+r 一一。 二羰基化合物 coo i n h2 一c ch 2 一s h ，。 s t r c c k e r 降解 半胱氨酸= 二= 二二= i i h 2 0 上 彳h 2 一nh2 h 一川一讲c 地一刚 r 一皂i i 。+ h s 巯c h 基2 呈寥j 一洲 氨基酮 巯基乙醛卜眺一洲 上 吡嗪类 上 噻唑+ 噻唑啉 卜c n c h c h + m - + 卅 r e o h 一午一o+ n h ，+ c h ，c h o r 一亡一o 图1 2 半胱氨酸的s t r e c k e r 降解路线 m a i l l a r d 反应包含很多的反应步骤，每个反应对温度的敏感性是不 同的，因此其反应路线的不同很大程度上取决于反应的温度，而且温度 还影响反应物的结构类型和化学性质，化学性质活泼的开链式的糖的浓 度随着温度的增加而增加。通常情况下，反应温度增加，反应速率加快。 酸碱条件对m a i l l a r d 反应有很大影响。糖与氨基酸的反应活性在很 三 一 hs h 口i ) o hc l c n 一 卸c i i c 一 一 h r 第1 章绪论 大程度上取决于反应环境的p h 值。 反应时间对m a i l l a r d 反应的影响在于，反应时间太短，香气不够， 时间太长，香气品质可能变劣。不同特征香味的产生也依赖于反应时间 的长短，牛肉风味的形成需要较长的加热时间，而制备鸡肉与猪肉风味 料所需的加热时间就相对较短【4 引。 反应压力增加主要用来升高温度与减少反应时间。m a i l l a r d 反应还 受反应体系中其它组份如脂类、氧气与重金属等的影响。脂类是食品中 的一个重要组份，它对m a i l l a r d 反应中的化学微环境具有重要影响。此 外，源于脂类氧化降解的羰基化合物也会参与m a i l l a r d 反应。氧气可以 影响m a i l l a r d 反应中涉及氧化或还原的任何一个反应步骤。氧气也可与 还原性中间体反应从而改变反应产物【47 1 。 1 7 利用蛋白水解物制备肉味香精的研究现状 蛋白水解物中含有大量的游离氨基酸，是m a i l l a r d 反应制备肉味香 精的最佳原料【4 引，同时m a i l l a r d 反应制备的香味料由于没有化学物质的 加入，是一种安全的绿色食品，因此引起了很多学者对以各种蛋白水解 物为原料进行m a i l l a r d 反应制备肉味香料的研究。c h h u yl t 49 j 利用以木 瓜蛋白酶或胃蛋白酶或胰蛋白酶水解( 6 0 。c ，12 0 m i n ) 火鸡肉的水解物与含 硫化合物及还原糖等共热，产生了强烈的肉香味；日本盐野【5o 】香料利用 牛肉萃取物，水解植物蛋白在l0 5 下反应得到浓厚牛肉香气的褐色物 质；黄光荣等人【5 l 】利用鱿鱼皮酶解物为原料得到肉味香精；刘锐，宋焕 禄等 5 2 1 分别利用鸡肉酶解物和猪肉酶解物进行m a i l l a r d 反应制备出鸡肉 香精；涂小珂等人【53 】利用罗非鱼水解液的m a i l l a r d 反应得到肉类风味； 谭斌，丁霄霖等人 5 4 1 以牛肉酶解物反应得到牛肉香精；张彩菊等人【5 5 】 以鳙鱼酶解物进行m a i l l a r d 反应，制备出鱼味香精。 由于利用水解动物蛋白为原料通过m a i l l a r d 反应制备香精成本较 高，很多学者开始了用植物蛋白水解物( h v p ) 的m a i l l a r d 反应制备肉味 香精的研究。l e e ( 19 7 3 ) 将水解植物蛋白、c y s t e i n e 、t h i a m i n e 和 6 d e o x y h e x o s e 水溶液加热后可产生类似烘烤牛肉的香味；l e d i 等人【5 6 】 也以植物蛋白水解物为原料制得肉味香精；w uy f 等人【5 。7 】利用大豆蛋白 水解物制备出肉味香料；武彦文，张燕等人【48 】利用水解后的植物蛋白进 行m a i l l a r d 反应所得产品具有肉类香味；吴肖、刘通讯等人【58 j 利用花生 粕蛋白酶解物进行m a i l l a r d 反应成功制备出肉味香精；毛善勇等人【5 9 】 用小麦蛋白水解物为主要原料，在13 0 下反应产生了具有强烈的烤牛 肉香味。但尚未见有以大米蛋白水解物为原料进行m a i l l a r d 反应制备香 精的报道，本研究以大米蛋白为原料，经蛋白酶a l c a l a s e 和f l a v o u r z y m e 1 2 山东轻工业学院硕士学位论文 水解后，将水解物进行m a i l l a r d 反应，制备出肉味香精。 1 8 本论文主要研究内容 ( 1 ) 水解大米蛋白工具酶的确定及最佳水解工艺条件的研究。 ( 2 ) 大米蛋白酶解