浅谈食品中的苦味物质.doc

浅谈食品中的苦味物质摘要：苦味是五种基本味感之一，是动物在长期进化过程中形成的一种自我保护机制。研究发现，苦味食品具有很高的营养价值和保健功能，因而苦味食品逐渐成为人们消费的新嗜好。本文简要论述了苦味物质呈味机理、分类、功能及苦味受体基因家族的发现与演化。关键词：苦味物质、苦味机理、苦味受体基因味感是食物在人的口腔内对味觉器官化学系统的刺激并产生的一种感觉1。味觉对动物的摄食非常重要提供了对食物的极其重要的感觉信息. 味觉可以分为甜、苦、酸、咸和鲜5种基本感觉形式. 在这5种味觉中, 苦味能引起厌恶反应, 被认为是一种抵御有毒物质的防御机制2。“苦”为中药五味之一, 其最显著的特征在于阈值极低, 如奎宁, 当含量在0.005%时就可以品尝出来。历代医药学家对其功用总归为: 苦能泄、能燥、能坚阴。而且许多苦味物质不仅仅赋予食品的苦味, 还具有其它的功能作用, 如抗肿瘤、降血压、提高免疫等。膳食中的苦味成分特别是植物性多酚、黄酮类、萜和硫苷等化合物虽很苦，但却具有抗氧化、降低肿瘤和心血管疾病发病率的作用，常被称为植物性营养素3。1苦味呈味机理苦味感觉的生物学效应是很难解释的。结构上毫不相干的化合物能产生相同的苦味与苦味受体有关。苦味受体本身具有疏水性, 同时又能吸附极性基。它由少数蛋白质的磷脂、特别是多烯磷酯、肌醇磷脂等构成。综合现有文献资料, 关于苦味物质与苦味受体之间的关系以及当苦味受体受到苦味物质刺激后转换成苦味感觉有以下几种学说3。1.1空间专一性学说Brand4等人认为味感受器对苦味物质的识别具有专一性, 它与味感受器上的脂质层的分子排列或结构有关。而Glenn5则认为与脂质单层的表面压力有关。当苦味物质与单层表面接触，会因其两者形成复合物而增加膜的表面压力，从而牵涉到苦味刺激的感受。1.2内氢键学说Kubola 6在研究延命草双萜烯化合物时发现苦味的呈现需要AH 和B 基因，如果两者之间的距离为0. 15 nm，就会形成内氢键，考虑到氢分子的疏水性，并且易与过渡金属形成螯合物，这些因素符合一般苦味分子的结构规律。1.3三点接触理论许多学者提出关于苦味的化学呈味模式与甜味相似。此模式包括三部分: AH( 亲电性基因) , B( 亲核性基因) , X( 疏水基因)。若呈味物质的这三个基因分别与味感受器的A、B、X三点结合则产生甜味。Tamura7等认为，苦味分子产生苦味的条件为, 它的亲电基因AH 与A 结合，疏水基因X 与X结合，而B的位置必须是空的。Temussi8认为呈味物质的分子中AH- B 的位置在立体结构上相反时，也会有甜味和苦味的差别, 即AH 于右方时是苦的, 于左方时是甜的。Belitz9等用三维空间坐标图显示亲电基( p+ ) 因亲核基因( p- ) 和非极性疏水基因( a ) 的三维空间相对位置, 指出何种物质是甜的，何种物质是苦的, 当p+ 基因和p- 基因分别位于X 轴和Y轴，而疏水基因a 位于X 轴或Z 轴时，该化合物就产生苦味，当缺少p- 基因时也会产生苦味，此时无须考虑疏水基因的位置，针对多种苦味物质，他们p+ 和p- 之间的距离大概为0. 25 0. 80 nm。2苦味物质存在于食物和药物中的苦味物质基本上都是天然存在的成分, 主要包括生物碱、萜类、糖苷类和苦味肽类, 另外还有胆汁、某些氨基酸等, 一些含氮有机物及某些无机盐类也有苦味。这些物质的分子大多含有诸如- NO2、= N、= N- 、- SH、- S- 、- SO2H、- S- S、= C= S 等官能团, 它们最广泛的结构特征首先是能作为配基形成金属离子鳌合物，其次是都具有比较明显的脂溶性10。迄今为止，共分离得到11种苦味素11，其中柠檬苦素(limonin)、吴茱萸苦素(rutaevine)、吴茱萸苦素乙酸酯(rutaevineacetate)、格罗苦素甲(graucinA)、吴茱萸内酯醇(evodol)、黄柏酮(obacunone)、jangomolide的结构均为已知的。目前又发现了4种新化合物, 已确定了结构：12- 羟基柠檬苦素(12-hydroxylimonin)、12-羟基吴茱萸内酯醇(12- ydroxyevodol)、6- 乙酰氧- 5-表柠檬苦素(6- acetoxy- 5- epilimonin)、6- 乙酰氧-5- 表柠檬苦素(6- acetoxy- 5- epilimonin)。2.1生物碱类生物碱类是由吡啶、四氢化吡咯、喹啉、异喹啉或嘌呤等衍生物构成的含氨有机碱性物质, 多具有显著的生理活性( 与其旋光性密切相关) 。已知的生物碱大约6 000 种，可分为59 类, 几乎全部具有苦味，且在一般情况下, 生物碱的碱性越强越苦，成盐后仍苦。2.2萜类萜类化合物种类繁多，它们一般以含有内酯、内缩醛、内氢键、糖苷基等能形成螯合物的结构而具有苦味。2.3糖苷类糖苷类苦味物质主要指黄酮类化合物，包括黄烷酮、黄酮、异黄酮、黄烷醇( 儿茶酚) 等13 种，达5 000 多个苦味酚类，存在于柑橘、茶、大豆、红酒等物质中，它们各自发挥其特定的作用。2.4苦味肽类蛋白质的水解产物多有苦味, 主要来自水解物质的低聚肽, 这是肽类氨基酸侧链的总疏水性所引起的。目前多以Nay 等人提出的平均疏水值Q( Q= g/ n) 为标准, 当Q 5. 8 KJ/ mol 时呈苦味, 疏水氨基酸比例越高，肽的苦味越强 122.5无机盐类无机盐类是食品的组分之一，许多无机盐都具有苦味，其苦味与盐类阴离子和阳离子的直径都有关。随着离子直径的增大，盐的苦味逐渐增强。比如碘化物比溴化物苦。3 食品中的苦味物质苦味食品中含有丰富的营养物质。有机化合物、维生素、氨基酸、生物碱、苦味素等多种营养成分均能在苦味食品中摄取到。这些物质为人体生长发育、强健机体所必需，因此，人们应多进食苦味食品，这将有益于他们的健康成长133.1 芸香科水果中的苦味物质蜜柚与桔子、橙等水果一样，属芸香科水果。蜜柚加工后易产生苦味， 从而影响了蜜柚产品的销路。相关研究表明，蜜柚果实中的苦味物质主要有两类： 一类是三萜系化合物的衍生物柠檬苦素类， 代表物为柠檬苦素（limonin）、诺米林（nomilin）14；另一类是黄烷酮糖苷类化合物，代表物为柚皮苷（naringin）15。这些苦味物质虽然影响蜜柚产品的口感， 但其具有较强的抗氧化性和抗肿瘤性能，应用价值很高。在柑桔类果汁中, 由柠碱所引起的苦味最为严重, 诺米林次之, 宜昌素和诺米林酸因其含量低而作用不明显3。3.2 啤酒花中的-酸和-酸酒花学名蛇麻(Mumulus, lupulus), 又名霍布(Hop)为大麻科, 草属多年蔓性草本植物, 酒花品种很多,一般分苦味型和香味型品种。酒花是酿造啤酒的重要原料, 而酒花中的主要成分是草酮类(Humulones)或称- 酸和蛇麻酮类(Lupulones)或称- 酸, 它们是酒花苦味的主要来源。- 酸类成分为律草酮(humulone)、异律草酮(isohumulone)、类律草酮(cohumulone)、聚律草酮(adhumulone)等; - 酸类成分为蛇麻酮(lupulone)、类蛇麻酮(colupulone)、聚蛇麻酮(adluplone)等。上述化合物均为苦味成分, 其中以异律草酮最苦,蛇麻酮次之, 其余苦味皆微16-17。多酚对啤酒质量起着双重作用。多酚含量过高，容易造成色泽加深、混浊、沉淀等现象，影响啤酒的非生物稳定性；当含量过低时，啤酒变得寡淡，影响风味稳定性。多酚物质对啤酒风味的影响中最不容易理解的是苦味。这其中最重要的原因之一是缺乏对产生苦味感知理化反应的理解18-19。当多酚物质有足够高的浓度时，赋予啤酒苦味和收敛性，有助于提高啤酒的风味稳定性20。多酚中的黄烷醇不仅影响啤酒的胶体稳定性，而且对啤酒风味老化起到重要作用。另外，随着其聚合程度的不同，还可以提供苦味和收敛性21。MCLAUGHLIN IAN R等22发现相对于只添加异-acid酸的啤酒，在啤酒中添加酒花多酚的提取物，可以增加啤酒苦味强度、持续时间及收敛性。3.3 茶中的茶碱茶叶发现于中国，大约在2000 年前作为饮料开始被饮用。茶叶中含有茶多酚、茶氨酸、茶多糖、矿物质和维生素类等物质。现代科学证实，茶叶具有兴奋中枢神经、扩张心血管、利尿、解痉、止咳及抗菌、抗突变、抗衰老、抗疲劳、抗肿瘤、抗辐射、抗龋齿、消除重金属毒害、调节代谢、美容、抑制有害微生物、增强记忆等作用23-24。施兆鹏等25-26曾经证明了酯型儿茶素是绿茶苦涩味的主体，并认为夏茶苦涩味偏重的主要原因是茶叶中的酯型儿茶素含量增加，氨基酸含量降低的结果，同时还发现以儿茶素为主体的茶多酚类物质对茶汤滋味的影响可能存在着明显的二次曲线关系，但是该问题缺少后续的研究，相关数学模型也未能进行精细的量化。Scharbert 等27确定了茶叶中主要的呈味物质的阈值，并证明了红茶涩味的主体物质是EGCG ， 苦味物质主要为咖啡碱和EGCG，芦丁（茶叶中的黄酮苷）自身没有明显的滋味，但有增强咖啡碱苦味的作用。3.4 咖啡中的咖啡碱咖啡中含有的主要苦味物质是生物碱中的咖啡碱。苦味食品一般都具有较强的排毒解毒功能。粗制咖啡对重金属有过滤作用，可防止铅、汞、砷等重金属的吸收。咖啡碱具有促进脂肪分解、缓解疲劳、有益消化、降低患肝硬化和肝癌的风险的作用28。德国食品化学家Thomas Hofmann 和同事研究发现，咖啡豆中的绿原酸会转化为绿原酸内酯，后者可分解为苯基二氢化茚。绿原酸内酯会产生适度的苦味，而苯基二氢化茚是造成浓咖啡“苦”不堪言的根本原因29。3.5 白酒中的苦味物质白酒中的酸、甜、苦、咸等各种味, 与酒体中众多的微量成分如酸、酯、醇、醛、酮、酚等的绝对含量和相互之间的相对比例有着密切关系, 这就与酿酒生产工艺、工艺条件控制、生产现场卫生、操作管理等关系密不可分。白酒中的苦味物质众多, 很难辨别出某种苦味是由何种物质引起的, 即其对应关系。引起白酒苦味的主要物质为杂醇类、醛类、酚类化合物、含硫化合物、生物碱、多肽、氨基酸、无机盐 30。4 苦味受体基因家族动物对苦味物质的识别源于外界环境中苦味物质和味蕾上苦味受体的结合, 进而引发一系列级联放大反应, 使神经细胞兴奋, 神经细胞再将神经冲动传到大脑的味觉皮层最终引起苦味的形成31。苦味受体是一类7 次跨膜的G 蛋白偶联受体(GPCR), 主要在口腔味蕾的受体细胞内表达32-34。不同动物生存环境中的苦味物质是多样化的, 相应地与苦味物质结合的苦味受体也应呈现多样化趋势. 而苦味受体多样化的本质是苦味受体基因多样化, 所以对动物苦味辨别能力分化的研究应立足于对苦味受体基因家族的研究。近年来, 随着体外功能实验体系的建立, 对苦味受体基因功能的研究取得了不少进展, 已经鉴定出了越来越多苦味受体的配体35-36。5 结语苦味最初是动物在长期进化过程中形成的一种自我保护机制，因为多数天然的苦味物质具有毒性，尤其是那些腐败和未成熟的食物，所以动物会本能地厌弃有恶臭和苦味的食物。但是这种本能反应现在却妨碍了人们的判断，有些味苦的物质不仅没有毒，反而对身体有益，多数苦味剂都具有药理功能。虽然单纯的苦味会让人感到不愉快，但当它和甜、酸或其他味感调配得当时，能起着某种丰富和改进食品风味的特殊作用13。参考文献1 曾广植，魏诗黍.味觉的分子识别从味感到简化食物的仿生化学.北京：科学出版社，1984.2 Herness M S, Gilbertson T A. 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