（发酵工程专业论文）玉米蛋白水解产物美拉德反应制香精的研究.pdf

摘要 应用酶水解工程技术，以玉米蛋白为底物，通过大量单因素实验 从n 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 与p r o t a m e x 中选出水解度最高的 两种酶a l c a l a s e 、f l a v o u r z y m e 。在利用正交实验确定它们的最佳水解 条件的基础上，首次采用二次加酶法( 先用a l c a l a s e 在其最适条件下 水解玉米蛋白，水解液经灭酶后再加入f l a v o u r z y m e 在其最适条件下 水解) 水解玉米蛋白。经试验确定二次加酶法水解玉米蛋白的最佳条 件为：先用a l c a l a s e 在温度7 0 、p h 值为9 0 、加酶量2 0 0 0 u g 、底 物浓度8 o ( w w ) 的条件下水解3 小时，经9 0 灭酶后再加入 f 1 a v o h f z y m e 在温度5 0 、p h 值为7 0 、加酶量2 0 0 0 u g 的条件下水 解2 小时，其水解度可达到3 2 5 。 应用正交试验和响应面分析方法，以总体接受性为指标，对于米 蛋白水解物l 半胱氨酸d 。葡萄糖模式体系美拉德反应制备肉味风味 基料的主要因素：含硫氨基酸( l 半胱氨酸) 的浓度、还原糖的浓度、 反应温度进行优化。根据响应面分析与感官评定，制备肉味( 牛肉) 风味基料的最适反应条件为：l 半胱氨酸0 5 ( w w ) ，还原糖 7 0 ( w w ) ，反应温度为1 2 0 。玉米蛋白水解物l 半胱氨酸d 葡萄 糖模式体系在优化条件下制得的肉味( 牛肉) 风味基料具有典型的特 征牛肉香气等感官特性。经g c m s 分析共分离鉴定出1 6 种挥发性化 合物，其中杂环类化合物有7 种，占了所鉴定化合物种类总数的4 3 7 ， 主要包括呋喃类含氧化合物，噻唑类、含硫呋喃类等含硫化合物，吡 嗪类含氮化合物；脂肪族化合物主要包括硫醇，酮类，醇类，酸类， 酯类与烃类化合物等。含硫化合物共3 种，占了化合物种类总数的1 8 以上。本实验尤其是鉴定出了2 一呋喃甲硫醇、4 ，5 二甲基噻唑、2 , 6 二 甲基吡嗪、3 一甲基一2 一羟基一2 环戊一卜酮几种关键性肉味( 牛肉) 风味 化合物或对肉香具有重要贡献的化合物，与文献报道的从热处理原料 肉类( 牛肉) 中分离鉴定的化合物相吻合。并且鉴定出4 一甲氧基一3 一 羟基扁桃酸和肉豆蔻酸两种特殊香味成分。 说明本实验制备牛肉风味基料在美拉德反应模式体系的组成及反 应工艺条件等方面的正确性，从而也是感官评定的一个有力佐证。 关键词：玉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 a p p l i c a t i o n se n z y m eh y d r o l y s i se n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y t oc o r n p r o t e i nt ot h eo b j e c tt h r o u g has i n g l e - f a c t o re x p e r i m e n t sf r o mn e u t r a s e ， a l c a l a s ea n df l a v o u r z y m ep r o t a m e xe l e c t e dw i t ht h eh i g h e s th y d r o l y s i s d e g r e e o f b o t h e n z y m e s a l c a l a s ea n df l a v o u r z y m e i nt h eu s eo f o r t h o g o n a le x p e r i m e n t st od e t e r m i n et h e i rb e s th y d r o l y s i sc o n d i t i o n sa s t h eb a s i sf o r t h ei n t r o d u c t i o no ft h ef i r s tu s et h et w i c ee n z y m o l y s i s m e t h o d ( a l c a l a s ef i r s tu s e di n i t s o p t i m a lc o n d i t i o n sh y d r o l y s i s c o r n p r o t e i n ，t h e n u s e df l a v o u r z y m eh y d r o l y s i sc o r n p r o t e i n i ni t sb e s t c o n d i t i o n s ) i n c o r np o r t e i n a f t e re x p e r i m e n t st od e t e r m i n et h et w i c e e n z y m o l y s i sm e t h o dh y d r o l y s i sp r o t e i nc o r nb e s tc o n d i t i o n s ：f i r s tb y a l c a l a s e7 0 i nt e m p e r a t u r e ，p hv a l u eo f9 0 ，p l u s2 0 0 0 u ge n z y m e ，t h e c o n c e n t r a t i o no fp o r t e i ni s8 0 ( w w 1f r o mt h ec o n d i t i o n so fh y d r o l y s i s t h r e eh o u r s ，a f t e r9 0 。ce r a d i c a t i o ne n z y m e ，p l u sf l a v o u r z y m ei n5 0 。c ，p h v a l u eo f7 0 ，p l u se n z y m e2 0 0 0 u g ，c o n d i t i o n sh y d r o l y s i st w oh o u r st o r e a c h3 2 5 o fi t sh y d r o l y s i sd e g r e e s a p p l i c a t i o n s t o o r t h o g o n a te x p e r i m e n t a n d r e s p o n s e s u r f a c e m e t h o d o l o g y ，r s mt ot h eg e n e r a la c c e p t a b i l i t yo fi n d i c a t o r s f o rc o r n p 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 e - d - - g l u c o s e m a i l l a r dr e a c t i o n m o d e ls y s t e mr e s p o n s e p r e p a r e dm e a tf l a v o rb a s eo ft h em a i nf a c t o r s e x p e c t e dr e a c t i o nc o n d i t i o n s ：s u l p h u rc o n t e n ta m i n oa c i d ( l c y s t e i n e ) c o n c e n t r a t i o n ( m o l l ) ，r e d u c e ds u g a rc o n c e n t r a t i o n s ( m o l l ) ，t h ep h v a l u eo ft h ei n i t i a lr e s p o n s es y s t e m ，r e s p o n s et ot e m p e r a t u r e ，o p t i m i z e r e s p o n s et i m e a c c o r d i n g t o r e s p o n s es u r f a c ea n a l y s i s a n ds e n s o r y e v a l u a t i o n ，p r e p a r e dm e a t ( b e e of l a v o rb a s em a t e r i a l sf o rt h eo p t i m a l r e a c t i o nc o n d i t i o n s ：l - c y s t e i n eh y d r o c h l o r i d eo 5 ( w w ) r e d u c e d s u g a r ( d g l u c o s e ) 7 0 ( w w ) ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r et o 1 2 0 c o r n p r o t e i nh y d r o l y s i so b j e c t sl c y s t e i n eh y d r o c h l o r i d ed - g l u c o s em o d e l s y s t e mi nt h ec o n d i t i o n so ft h em e a ti n ( b e e f ) f l a v o rb a s em a t e r i a l sh a v e t y p i c a lf e a t u r e s ，s u c h a ss e n s o r yc h a r a c t e r i s t i c so fb e e fd i s h a n dt h e n s e p a r a t e db yg c m sa n a l y s i si d e n t i f i e d at o t a lo f16 t y p e so fv o l a t i l e c o m p o u n d s ，w h i c hh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d s o f7 t y p e s ，i d e n t i f i e d c o m p o u n d sa c c o u n t e df o r 4 3 7 o ft h e t o t a l ，m a i n l y f u r a n ，t h i a z o l ，s u l p h u r f u r a n ，p y r a z i n e ，s u l p h u r a l c o h o l s ，k e t o n e ，a l c o h o l s ，a c i d s ，e s t e r s ，a n d h y d r o c a r b o n at o t a lo f3s p e c i e so fs u l p h u rc o m p o u n d s ，a c c o u n t i n gf o rm o r et h a n 18 o ft h et o t a ln u m b e ro ft y p e so fc o m p o u n d s t h ee x p e r i m e n t si np a r t i c u l a rt oi d e n t i f yt h e2 - m e t hy l 一3 - 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 - 1 ，3 t h i a z o 1 ，2 , 6 一d i m e t h y lp y r a z i ne ，2 - c y c l op e n t e u - 1 一o n e ，3 - e t h y l - 2 - h y d r o x ys e v e r a lk e ym e a t ( b e e f ) f l a v o rc o m p o u n d sc o n t r i b u t i o nc o m p o u n d s ，w i t hl i t e r a - t u r er e p o r t sf r o mh e a tt r e a t m e n to fr a wm a t e r i a l sm e a t ( b e e 0 ，s e p ar a t i o n i d e n t i f yc o m p o u n d sc o i n c i d e a n di d e n t i f y 3 - h y d r o x y - 4 - m e t h o x y m a n d e l i ca c i d ，t e t r a d e c a n o i ca c i dt w os p e c i a lf r a g r a n c ei n g r e d i e n t s o nt h e e x p e r i m e n tp r o d u c e db e e ff l a v o r b a s em a i l l a r dr e a c t i o n m o d e ls y s t e mu s e di nt h ec o m p o s i t i o na n dt e r m so fc o n d i t i o n sf o rt h e v a l i d i t y o fr e s p o n s ep r o c e s s e s ，a n da r et h u sas t r o n gc o r r o b o r a t i o n s e n s o r ya s s e s s m e n t k e yw o r d s ：c o r np r o t e i n h y d r o l i z e 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 dr e a c t i o nm e a tf l a v o r 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： 导师签名 嚣 五理 日期： 2 q ! 年曼一月j 生日 日期： ! q q 年旦垒一月芝目 山东轻工业学院硕士学位论文 第一章绪论 自1 9 6 0 年m o r t o n 于英国获得第一项关于m a i t l a r d 反应制备肉味 风味料的专利以来，近4 0 年来，国外关于热加工肉味风味料生产与应 用的研究发展十分迅速。现在美国与欧洲每年的产量均分别在3 0 0 0 0 吨以上，其中欧洲热加工肉味风味料的产量占了整个风味料总量的 6 5 以上i lj 。我国生产肉昧风味料已有近1 0 年的历史，目前肉味风味 料的生产厂达1 0 0 多家，年销售额约2 0 亿元人民币，并且每年以超过 1 0 的速度递增1 2 】。随着食品工业的快速发展，各种方便食品、肉味制 品、调味品、速冻调理食品及休闲食品对调味风味料的需求也就越来 越大i l 。j ，因此开发新型热加工肉味( 牛肉) 风味料具有非常广阔的市 场前景。 玉米是我国的主要粮食作物，在工业生产中是生产淀粉、淀粉糖、 酒精的主要原料。其中在淀粉的生产过程中，玉米蛋白的浪费较严重， 据统计我国每年随废液排走的玉米蛋白质高达8 万吨 4 1 ，其余的主要 用作蛋白饲料。因此，如何有效利用玉米蛋白成为当今许多科技工作 者研究的热点 5 - 1 3 l 。 本研究以生产玉米淀粉的副产品玉米蛋白为原料，首先通过二次 加酶法将其水解以最大限度的提高其水解度，然后以制得的玉米蛋白 水解物为原料通过m a i l l a r d 反应制备肉昧( 牛肉) 风味基料，最后建 立一个能形成典型肉味( 牛肉) 风味特征的基本m a i l l a r d 反应模式体 系。 1 1 热加工肉昧风味料的发展及其特性 1 1 1 早期的肉昧风味料 最早的模拟肉味风味料是由各种辛香料的合理搭配组成的。人类 在公元前3 0 0 0 年就开始认识和使用辛香料，大约在公元前2 0 0 0 年辛 香料在食品风味料中得到广泛应用0 4 1 o 在l8 6 5 年，肉味提取物( 主要包括肌酸、肌肽、黄嘌呤与次黄嘌 呤等) 和肉类提取物开始被人们应用到食品工业当中，但是由于这两 种肉味风味料存在着耗时长、成本高、风味辛辣的缺点，致使肉味提 取物和肉类提取物的发展在一定程度上受到限制。 随着人们对食品风味要求的提高，肉昧风味料的研究也在不断深 入，高质量的蛋白水解物与酵母提取物大大促进了肉味风味料的发展。 第一章绪论 大约在l5 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 植物蛋白作为肉味风味的替代物【l “。最早的肉味风味料的配方是由蛋 白水解物、辛香料的混合物及核苷酸组成的 1 7 , 1g 。常用的蛋白质包括 面筋蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白、酪蛋白、鱼蛋白、肉类、动物血等。 综上所述，早期的肉味风味料主要是由辛香料混合物、肉味提取 物、蛋白水解物、酵母提取物、m s g ( 谷氨酸钠) 与核苷酸等组成， 但这些产品味道单一，缺乏肉昧香气特征，如何使加工的肉味风味料 具有典型的肉昧香气，是广大科技工作者一直在探讨的核心问题。 1 1 2 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1 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昧风味料的 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 ) ”【2 j 是将两个或两个以上的前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。尽管这种反应后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中使用的 食品组份而制得的具有其风味特征的产品 2 0 1 。 联合利华公司研究人员在1 9 5 1 年就首先从蒸煮牛肉中分离鉴定 风味物质f ”】，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昧风味 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品安全专家评定，在美国食品工业中被看作“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 热加工风味料中作为风味单元与风味增强剂。 热加工肉昧风味料( 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 山东轻工业学院硕士学位论文 味料中最主要最基本的一种。商品化的热加工肉味风味料是在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。主要有以下三个部分 组成：基本m a i l l a r d 反应产物、芳香性挥发物质、加入的其它风味物 质与其它的香味增强剂等。基本m a i l l a r d 反应基料是热加工肉昧风味 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味风味料。这种热加 工肉味风味料具有以下特点：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：香气成分稳定、留香纯正持久；具 有良好的耐温性；香气自然、醇厚逼真：产品具有抗氧化特性； 产品成本较低。一个典型的肉味风味料的组成见表1 1 2 t l 所示。 表1 1 一个典型的肉味风味料的组成 ! 苎坠! 竺! ：!垒曼2 坚! ! ! 塑! ! 兰璺虫e 堡竺! 苎! ! p ! ! 苎! ! ! 垒1 2 1 1 翌ge i 兰 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 核苷酸钠( 肌苷酸与鸟昔酸的混合物) 7 5 l5 9 7 o 3 1 2 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：挥发性化合物形成香气特性；非挥发性与水溶性化合 物形成味道与触觉特性；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 1 0 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1 1 6 l 。 1 - 2 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( 成昧) 、次黄嘌 呤( 苦味) 、糖( 甜味) 、有机酸( 酸味) 、核菅酸、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 第一章绪论 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、赖氨酸与组氨酸可以产生类似的效 果。各种呈昧化合物的分类见表1 2 1 2 2 , 2 3 1 所示。 表1 2 肉味呈味化合物 ! 苎! ! ! ! ：!丛! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! i 坠! ! ! g ! ! 坐2 1 1 1 1 1 味道特性呈味化合物 甜昧糖类：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 酸味氨基酸类：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 咸味无机盐、谷氨酸盐、天门冬氨酸盐 苦味次黄嘌呤、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 鲜味谷氨酸、谷氨酸钠( m s g ) 、肌苷酸( i m p ) 、鸟督酸( g m p ) 及某 ( 望坚! 婴i 2些兰丛 1 2 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，肉味挥发性化合物自1 9 6 0 年就开始就有大 量的研究 1 4 , 2 0 - 2 6 1 。已报道的从加工的牛肉、猪肉、鸡肉和羊肉等中分 山东轻丁业学院硕士学位论文 离鉴定的挥发性风味化合物已有1 0 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 2 4 - 3 0 1 。各种肉类中各类挥发性化合物的分布见表 1 3 t 16 1 。 表1 3 各种肉类中各类挥发性化合物的分布 ! 璺垒丝! ：兰竺! 璺! ! i ! 生苎! i 竺坚竺! ! 壁! 苎! ! ! ! ! 竺坐p 竺竺望壁! ! 竺坚旦璺i 翌巴! 苎! 化合物类别牛肉鸡肉猪肉腌制猪肉羊肉 种类 种类 种类 种类 种类 烃类 1 2 318 17 12 0 54 51 4 34 o3 o2 61 1 5 醛类6 69 77 32 1 03 51 1 22 92 1 54 11 8 1 酮类5 98 73 18 93 81 2 11 28 92 31 0 2 醇类6 19 0 2 88 12 47 696 71 14 9 酚类30 441 292 910 731 3 酸类2 02 992 651 62 0 1 4 8 4 6 2 0 4 酯类3 34 872 02 06 496 752 2 内酯类3 34 8 2 o 6 2o 6 。 1 46 2 呋喃类 4 05 91 33 82 99 253 762 7 嘧啶类1 01 51 02 951 6 1 67 1 毗嗪类4 87 02 16 13 61 1 5 ， 1 56 6 其它含氨化 3 75 43 39 52 47 632 283 5 合物 含硫化合物1 2 61 8 63 39 53 19 93 12 3 1 25 3 卤代化合物 60 961 741 310 7 - 其它化合物1 62 361 772 2 1 18 2 - 总计6 8 11 0 03 4 7 1 0 03 1 41 0 013 51 0 02 2 61 0 0 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。 许多的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【2 7 - 3 0 。 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 5 第一章绪论 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。 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、呋哺酮类、噫唑类、吡哺酮类、 吡咯类、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1 1 4 3 1 。 9 ( 9 0 噻唑( t h i a z o l e ) 吡嗪( 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 ) 吡哺( p y r a n ) 099 毗啶( p y r i d i n e ) 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 ) 咪唑( i m i d a z o l e ) 由 o 呋喃酮吡喃酮 吡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 ) 圈1 1肉味风味化合物中发现的些杂环化合物的基本结构 f i g u r e1 1 b a s i cs k e l e t o n so fs o m eh e t e r o c y c l i cc o m p o u n d sf o u n di nm e a t f l a v o r s 在所有的肉味风昧料中，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，引起了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【3 卜3 ”，后来c h a n g 3 6 】 等人认为2 , 4 ，5 三甲基3 - 噫唑啉和3 ，5 二甲基1 ，2 , 4 三硫杂环戊烷两 种关键的肉香化合物。b r i n k m a n i l g l 等人从牛肉汁中分离鉴定出2 , 4 ，6 三甲基1 ，3 ，5 三硫杂环己烷。h i r a i 3 8 1 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 6 山东轻工业学院硕士学位论文 味的特征性香味到底是由哪种物质所产生的，l i e b i c h 、bs e l f 和 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 4 0 - 4 2 , 8 1 】，最终 s c h u t t l e l 4 0 l 认为羰基化合物、杂环化合物、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昧风味物质。 1 3 肉味风味的前体物质 大部分具有肉昧特征风味的挥发性化合物都是在原料肉加热过程 中形成的。在2 0 世纪5 0 年代与6 0 年代，有关肉风味的大多数早期研 究主要集中在肉经加热后所产生的一些风味组份。很多研究人员对牛 肉提取物的组成及其加热后各组份的变化进行了较系统的研究。 研究表明【4 ”，只有低分子的水溶性组份是肉味风味的前体物质， 多肽与次黄嘌呤可能在肉味风味中起着非常重要的作用，挥发性的组 份主要是由一些水溶性的前体物质如硫胺素、糖原、糖蛋白、核苷酸、 核苷、游离糖( 戊糖与己糖) 、氨基酸、多肽、磷酸糖类、胺类、有机 酸与两种碱( 嘌呤和嘧啶) 等通过热降解等反应形成的。在肉类加热 过程中，这些天然的前体物质发生反应形成一些中间体，所形成的中 间产物进一步与其它的降解物反应从而形成复杂的挥发性肉味风味物 质。研究人员对这些水溶性物质经加热后的数量变化也进行了大量的 研究，结果发现碳水化合物与氨基酸含量明显减少，其中半胱氨酸与 核糖的含量损失最大。研究表明 1 6 , 4 4 1 , 含硫氨基酸胱氨酸、半胱氨酸 及硫胺素是烤肉或煮肉风味的重要前体物质，半胱氨酸和碳水化合物 的热反应可以产生2 0 0 种以上的挥发性化合物，其中含硫杂环芳香化 合物在烤或炖煮肉味风味中起着一个非常重要的作用。 1 4 形成肉昧风味的l d 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。法国化学家 l o u i s c a m i l l em 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 d1 5 0 , 5 1 】。m a i l l a r d 反应是许多肉味食 品形成风味化合物的关键18 ，1 9 ，2 3 ，2 5 ，3 3 ，3 4 ，3 7 ，4 6 4 9 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m a i l l a r d 反应( 糖、氨基酸、肽或者 第一章绪论 它们的降解产物的相互作用) ；糖的降解( 尤其是还原糖) ；核苷 酸的降解与反应；硫胺素的降解：氨基酸与多肽的高温降解； 脂类的氧化、热降解与脱羧：硫化氢、氨、硫醇等与其它组份的反 应。 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 豆条等等不同风味特征的化合物，从图1 2 i 5 0 1 可以看出其反应最初的 途径大致相同，都是由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 ( 见图1 3 1 5 0 所示) 。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。在反应的后期，随着这些中间 体进一步的降解、聚合，生成了大量的肉味特征冲击性化合物，如n ， s ，o 杂环化合物、吡嗪化合物、环化硫化合物等。 山东轻工业学院硕士学位论文 还原糖+ a 氨基酸 t a m a d o r i 或h 1 脱氧还原酮 s t r e c k e r 降解 逆缩醛醛类( 乙醛) 二羰基化合物( 二甲硫醇、氨、 乙酰、二羟基丙 乙二醛) 吡嗪化合物 n ，s ，o 杂环化 环化硫化合物 4 巯基5 甲基四 1 脱氧邻酮醛糖3 脱氧邻酮醛糖 h d f o r t e 4 h m 1 0 n e “ 2 糠醛 乙醛 2 ，5 二甲基2 ，4 二羟基3 ( 2 h ) 噻吩酮2 一糠基2 一甲基3 - 呋喃基二硫醚 2 甲基3 ，呋哺硫醇 i ，2 ，4 三硫杂环戊烷 2 糠基硫醇1 ，2 ，4 ，6 - t e t r a t h i e p a n e 2 甲基3 ( 甲硫) 呋喃1 一( 2 - 甲基2 - 噻吩硫醇) 乙硫醇 2 甲基3 ( 甲二硫) 呋哺1 ( 2 甲基2 - 呋哺硫醇) 乙硫醇 “h d 1 0 n e ：4 - 羟基5 甲基3 ( 2 h ) 呋喃酮 ”h m 。l o n e ：4 - 羟基2 5 二甲基一3 ( 2 h ) 呋喃酮 图1 2 还原糖与氨基化台物m a i l l a r d 反应形成肉味风味冲击性化合物路线 f i g u r e l 2 f o r m a t i o no fm e a tf l a v o r i m p a c tc o m p o u n d sb y m a i l l a r d r e a c t i o n o fs u g a r sa n da m i n e s 9 胺 耱i m 第一章绪论 h c = o i n h rn - r ii | n h r i c h o hc h o hc hc h i + r n h ： i h ：o 1 环化 1 c h o h 卜c h o 厅+ c h o h + c h ijii c h o h r 1 c h ，n h r j c=o i 异构化 c h o h i c h o h l r 1 a m a d o r i 化合物 c h o h c h o h i r 1 h o n h r | i c o h i h + c h o h 一 l c h o h l r l 1 0 c h o h c h o h i r 1 h i h c = n + r l c h o h i c h o h i c h o h r l c i c l o n h r i c h l c h o h + r 2 h + 2r 山东轻工业学院硕j ：学位论文 i c=oh o c n h r i + r n h ： c l h o h c l h o hl l c h o hc h o h ii i c h n h r h ：o _ | c - h o h c h o h i h e y n s 化合物 图1 3 还原糖与氨基化合物之问m a i l l a r d 反应的a m a d o r i 中间体与h e y n s 中 阃体的形成 ( 对于戊糖r i = c h 2 0 h ，对于己糖r i = c h o h - - c h 2 0 h ) f i g u r e l 3 f o r m a t i o no fa m a d o r ia n dh e y n si n t e r m e d i a t e si nt h em a i l l a r d r e a c t i o nb e t w e e nr e d u c i n ga n da m i n oa c i d f o rp e n t o s e s r i = c h 2 0 ha n df o rh e x o s e sr i = c h o h - c h 2 0 h 从上图可以看到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 ! 。5 】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”的氦基酸降 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，包括吡咯 类、噻唑类、噻吩类、二与三硫杂环戊烷、二与三硫杂环己烷、呋哺 硫醇类、嘧啶类、吡嗪类、眯唑类、嚼唑类以及其它类。 1 5m 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 、反应时间、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 羰基的还原活性。总的讲，戊糖的反应活性高于己糖，己糖的反应活 第一章绪论 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 4 5 0 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 一。彳o o o 【h ：o o ! i 君物忆1 = 2 q h 塑堕堕篡= q 卜吼s h二羰基化舍物半胱氪酸 r o o c h2 - n h 2 r e o + h s c h 2 c h o 氨基酮 巯基乙醛 一 、l 毗嗪类 c o o h c = h n 6 h c h 2 s h l r c o h _ c 一刚一叫一c 睦一潮 卜卜一c n c h = = c h + s h + + r e o h 2 0 h c i o + n hj r e o 2 -一r。-， 。r 洲 一 i j 8卜 0 hch l，-it娼 c h + 山东轻工业学院硕十学位论文 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 很大程度上取决于反应环境的p h 值。 反应时阃对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 5 6 1 。 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 5 7 1 。 1 6 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 5 8 】，同时m a i l l a r