酱油风味物质的研究.doc

酱油风味物质的研究进展摘要：文中对国内外酱油风味物质研究的历史、方法和最新研究进展进行了介绍，分析了现今在酱油风味物质研究中存在着哪些困难，以及酱油风味物质的研究前景。关键词：酱油；风味物质；研究进展；困难；研究前景Abstract:The research history, methods and the latest development of soy sauce flavor compounds at home and abroad were introduced in this paper.In addition,analyzed today what difficulties exist in the study of sauce flavor substances,and its research prospect.1 酱油风味的含义及研究意义1.1 酱油介绍 酱油的酿造起源于我国，至今已有两千多年的历史。我国历史上最早使用“酱油”名称是在宋朝，林洪著山家清供中有“韭叶嫩者，用姜丝、醫油、滴醋拌食”的记述。最早的醫油是用牛、羊、鹿和鱼吓肉等动物性蛋白质酿制的，后来才逐渐改用豆类和谷物的植物性蛋白质酿制【1】。而酱油成为老百姓日常生活中重要的调味品的时期是在我国唐朝。在烹饪时加入一定量的酱油可以增加菜肴的色泽跟口味，进而促进人们的食欲。天然酿造的醤油中含有异黄醇,这种特殊物质可降低人体胆固醇,降低心血管疾病的发病率【2】。而酱油发展至今已成为老百姓餐桌上一种必不可少的调味品，也成为了一种可以给许多企业家带来丰厚利润的产品。 除了酿造的酱油外，还有一种化学酱油。那是用盐酸分解大豆里的蛋白质，变成单个的氨基酸，再用碱中和，加些红糖做为着色剂，就制成了化学酱油，这样的酱油，味道同样鲜美，不过它的营养价值远不如酿造酱油。1.2 风味含义 刘亚琼等【3】在“食品风味物质分离技术研究进展”一文中将风味一词的含义概括为“ 摄入口内的食物使人的感觉器官，包括味觉、嗅觉、痛觉及触觉等在大脑留下的综合印象”。高献礼等【4】在“酱油风味物质研究进展”一文中将风味一词定义为“气味和味道组成的一个错综复杂的系统”。而赵德安【5】则将风味一词定义为“人的感觉器官捕捉到食物的色泽、气味、滋味、体态的信息在大脑中综合形成的印象”，并认为风味物质是不可量化的。决定酱油风味的物质，现今发现的共有300多种，按其化合物性质可分为醇类、酯类、酸类、醛类及缩醛类、酚类、呋喃酮类和含硫化合物等。风味物质一般具有如下一些特征【6】:（1）大都以低浓度存在( 如110-6g/L， 110-9g/L， 110-12g/L) ；（2）风味化合物具有复杂性，如咖啡中已鉴定出四百五十多种挥发性化合物；（3）挥发性极高；（4）具有不稳定性以及与食品其他组分间存在动态平衡。由于这些特征，现今对于酱油风味物质的研究还存在着许多难题，这就要求我们在酱油风味物质的分离、提存技术方面要更加先进，才能满足对于酱油风味物质的研究要求。1.3研究意义 酱油是带有地域文化特征的调味品，亚洲市场是它的主要文化区。目前对酱油的研究主要侧重于提高大豆或豆粕蛋白质的利用率【7-9】、功能成分分析和功能评价【10-11】、菌种改造以提高酶活或丰富菌种酶系【12】、改造工艺以缩短发酵周期【13】、超微过滤提高酱油澄清度【14】、分析酱油中有毒有害物质【15】、酱油综合利用和清洁生产等方面【16】。这些研究为传统酱油的现代化、降低成本、提高设备利用率和环境保护提供了理论基础和技术。但酱油的主要功能还是以调味为主，自20世纪60年代以来，人们开始研究传统发酵豆制品的风味，包括酱油、腐乳、豆豉、日本的味噌（miso）、纳豆（natto）、泰国酱等【4】。虽然酱油起源于我国，现今的酱油产量每年达到了500万吨，占了全球年产酱油的一半以上，但80属于三级酱油。我国现今生产的酱油质量与日本生产酱油的质量存在着很大的差距。在高端市场上，欧美等发达国家只认可日本生产酱油，其价格也是我国生产酱油的几倍甚至数十倍，我国生产酱油几乎已经沦为了高产低质的代名词。所以对于酱油风味物质科学、合理的研究就显得很有必要，它能指导我国高端酱油的生产，并对提高我国生产酱油在国际市场上的竞争力具有重要意义。2 国内外酱油研究现状2.1 国内研究现状 现今国内对酱油风味物质的研究主要分为2个阶段，第1阶段主要研究了原料或原料配比【17】、原料特殊处理【18】、菌种改造（如诱变的米曲霉、酱油曲霉、酵母菌和乳酸菌等）【12，19】、添加物（酵母抽提物、I+G等）【20】、酱油中的总氮、氨基酸态氮【21】和有机酸【22】等对酱油感官风味的影响，称之为传统方法研究阶段【4】。而我国现今市场上的酱油主要有两种，一种是高盐液态酿造酱油，另一种是低盐固态酿造酱油。而采用高盐稀态法取代低盐或无盐固态发酵法，使盐浓度由低盐固态发酵时的712提高到高盐稀态发酵时的1517，发酵时间由不足1个月延长至6个月左右，提高了原料利用率和酱油中有机酸、酯类含量，明显改善了酱油的口感和香气，所以现在国内酱油市场上的酱油以高盐液态酿造酱油为主。于淑娟等【23】的研究表明:在40KHz、10W的超声波作用下，酱油发酵速度是传统工艺的150%,米曲霉孢子生长率增加310%,孢子发芽率增加8%。通过显微镜观察，该超声波作用下的米曲霉细胞基本不受破碎。所以他们得出结论：1 超声波处理米曲霉种曲能增加孢子成活率和孢子发芽率；2 超声波催化米曲霉发酵酱油能增加酱油中氨基酸、氨基态氮和还原糖的含量；3 超声波催化米曲霉生产酱油可缩短发酵周期至少一个月时间，并保持特色、鲜味良好。周传云等【12】在“从酱油生产用菌粉中选诱优良米曲霉菌种”一文中，以酱油酿造用菌粉为出发菌(S),经分离、纯化后再经紫外线诱变(30W,25cm,30min)及控温培养处理后，获得1株变异菌株。结果表明,该菌株能在42e环境中旺盛生长；酶活力可达726315u/g(干曲)，较出发菌株酶活力提高了10813%；遗传稳定性较好；发酵成酱油，其指标可达/GB18186)2000低盐固态发酵酱油特级品标准，明显优于出发菌株酿造的酱油。宋小焱等【24】用乙醇代替部分盐发醉55d生产的低盐酱油，其中20%盐、l%乙醇溶液泡曲发酵的原酱油中氨基酸态氮为0.865g/100mL，1517%乙醇溶液泡曲发醉生产的无盐原酱油中氨基酸态氮约为1.02g/100mL,提高了17%；在5%盐条件下，12%乙醇溶液泡曲得到低盐酱油的氨基酸态氮为0.992g/100mL，提高了14%；10盐条件下、5%乙醇溶液泡曲得到低盐酱油的氨基酸态氮也达到0.9909g/100mL，提高了大约14%。而含有10%盐、57%乙醇的酱油样品风味最好。邢冠五等【18】通过对发酵豆粕进行膨化处理，豆粕加水量为25，膨化温度前区110、中区130、后区150，产品与对照相比具有酱香浓郁、口感纯正，鲜咸适口的特点。吴莉莉【20】在“呈味核昔酸在酱油中的应用技术”一文中，将糖蜜制酵母，再从酵母中提取核糖核酸，核糖核酸经桔青霉降解为四种单核昔酸，其中有种是呈味核昔酸，把呈味核昔酸(I+G)添加到酱油中，使酱油无论从内在品质或外观方面,产品质量都有了显著的提高，并且增加了可口鲜美的味道。另外，朱史齐【25】在“提高酿造酱油风味的实验”一文中总结出几种方法改善酱油风味，经证明收到了良好的效果：从以上研究成果可以看出，我国科技工作者对提高酱油风味进行了各种尝试，也取得了一定的效果，但对酱油风味的研究仍然停留对在传统方法研究的阶段，对酱油风味物质和形成机理缺少深入研究，其研究方法和手段相对传统和简单。 近些年来，由于人民生活质量的提高，对酱油的需求量也变得越来越大，而且涌入了许多外国品牌，这使我国的酱油产业遭遇到了严峻挑战，同时也对我国酱油产业提出了新的要求。所以为了在市场上站稳脚跟，我国酱油企业就必须改变研究方法，使用更加先进的研究设备，这让我国的酱油风味物质和其形成机理的研究进入了第二阶段，即分子水平阶段。在这方面，虽然我国与日本等发达国家相比还有较大差距，但进步快速，主要可表现为以下两个方面：（1）大量精密仪器的运用使对酱油风味物质和形成机理的深入研究成为可能。如顶空固相微萃取、热脱附、气相色谱与嗅闻、高效液相、气质联用、超临界 CO2高压萃取法、分子蒸馏技术、固相微萃取 GC- MS 及 GC- Millimass 分析技术、HPLC- MS 联析、电子鼻检测等一批高档精密仪器相继投入到酱油风味物质的研究中，使微量和痕量风味物质的定性定量成为可能。（2）在政府牵头和资助下，形成了较稳定的科研团队，对酱油的生产技术及风味进行深入研究。如天津科技大学的曹小红教授及其团队，江南大学的陶文沂教授及其团队，华南理工大学的赵谋明教授及其团队。另外，朱志鑫等【26】用无水乙醚提取酱油中香气成分，GC/MS分离鉴定其化学组成，以面积归一化法测定其相对含量，酱油乙醚萃取物中鉴定出32种化合物，其中对酱油香气成分贡献最大的是HEMF（4-羟基-2（5）-乙基-5（2）-甲基-3（2H）呋喃酮）、4-乙基愈创木酚、香茅醇、5-甲基-2-糖醛及3-甲巯基丙醇等。由以上研究结果可以看出，由于研究对象（不同产地和类型酱油）、风味物质提取方式和分析仪器不同，会造成最后分析鉴定出的风味物质的数量和种类存在较大差别，但对酱油风味影响较大的一些关键物质均得到了分离鉴定，如HEMF、4-乙烯基愈创木酚、3-甲硫基丙醇。2.2 国外研究现状【4】 对醫油研究较为深入的国家要是韩国、日本等亚洲发达国家。其中，日本以其高素质的研究人员、先进的生产设备、政府企业的高度重视和雄厚的资金走在酱油研究的最前沿，对酱油有较为深入系统的研究【27】。 早在1899年，日本就成立了世界上第一个酱油研究所,系统的研究中国制酱技术，并结合现代科技,使日本酱油的品质在世界处于领地位。同样，日本在酱油风味方面也做了大量研究,先经历了传统方法研究阶段和分子水平研究阶段。从1961年开始，日本的科研和技术人员开始对日式酱油的风味进行研究。之后，日本的科研和技术人员对影响日式酱油的各种原料、菌种和条件也展开了系统而深入地研究，如SUGIYAMA S【28】分别探讨了米曲霉（A.oryzae）、酱油曲霉（A.sojae）、耐盐乳酸菌（P.edioc-cocus halophilus）、耐盐酵母菌（S.rouxn，C.versatilis）等对酱油风味的影响，并确定了微生物的合适培养条件，使酱油风味最佳。TOMINA K等【29】和KIJIMA K等【30】分别进行了谷氨酰胺酶添加物对酱油发酵体系影响的研究。实验组酱油中的谷氨酸和含谷氨酰基的肽与对照相比明显提高，同时谷氨酸盐和聚谷氨酸含量明显减少，明显提高了酱油的鲜味。与此同时，日本科研人员已经开始对酱油风味物质及其形成机理进行分子水平的研究。NUNOMU-RA N等【31】在1976年对酱油中主要的风味物质4-羟基-2（或5）-乙基-5（或2）-甲基-3（或2H）-呋喃酮进行分离鉴定，并确定其为酱油风味的关键物质。LIOE H N等【32】对日本市场上流行的3种酱油（koikuchi，tamari and shiro shoyu）中分子量小于500Da的肽和氨基酸的呈味机理进行了研究。结果表明，3种酱油呈味最强的是钠盐、L-谷氨酸和呈现甜味氨基酸的部分。在Koikuchi 和Shiro酱油中某些呈现鲜味的部分，其主要成分为盐和苯丙氨酸，仅含有少量的L-谷氨酸；这说明盐、苯丙氨酸和L-谷氨酸之间明显存在着协同增效作用。LIOE HN等【33】对低分子肽对酱油风味的影响进行了更深入的研究，研究人员以Koikuchi和Tamari酱油中分子量小于500Da的肽和氨基酸为研究对象，运用SephadexG-25SF、SephadexG-10、RP-HPLC和梯度稀释分析（TDA）等分离分析技术对呈味多肽和氨基酸进行了分析和定性，研究结果显示大多数多肽均含有谷氨酸残基，但其对酱油的鲜味贡献甚微。谷氨酸、盐、天冬氨酸和部分甜味氨基酸的协同作用是酱油鲜味的主要来源。随着对风味化学成分研究的不断深入，越来越多的先进技术和统计分析方法也引入到酱油风味的研究中来。AISHI-MA T【34】用偏最小二乘回归（PLS）统计分析方法，对冷捕气质联用分析结果和电子鼻感应分析结果与日本14种市售酱油的15种风味特征之间的相关性进行了研究，同时比较了冷捕气质联用分析结果和电子鼻感应分析结果之间的相关性。实验结果显示，冷捕气质联用共分离鉴定出98个峰（PLSM76），其分析结果和酱油的1种风味特征之间有很好的对应关系；为了更好地找出风味特征和风味物质之间的对应关系，从98个峰中选出20个贡献更大的峰重新组成预测性PLS模型，PLS分析结果说明简化的分析方法与酱油的风味特征之间有更好的相关性。与此相反，用PLS统计方法对电子鼻鉴定结果与酱油风味特征进行相关性分析，结果显示，除“酒精”和“鱼腥”风味与电子鼻分析结果有较好的相关性之外，其他风味特征与电子鼻分析结果相关性均较差。同时，冷捕气质联用与电子鼻分析结果之间的相关性也不能令人满意。日本科研人员研究了产品本身属性和加工技术对酱油风味的影响，CHUNG L等【35】研究了不同国家和具有不同文化背景的人员对相同产品风味评价的差别，结果显示韩国和日本人对风味特征明显的样品（日本和韩国产酱油）评分结果基本相同，但韩国人在对风味差别不明显的韩国产和日本产酱油的评分中，对日本酱油评分较低，显示文化差异在对产品风味评价中具有一定的影响。酱油以其独特风味越来越受到世界各地人民的喜爱，其市场容量也在不断扩大，特别是欧美市场销售量不断增加。因此，无论是酱油的生产国和消费国对酱油风味的研究越来越重视。CHOU C C等【36】研究了挤压处理豆粕对酱油原料利用率和酱油风味的影响；新加坡的BULL SM等【37】研究了大曲质量对酱油挥发性（风味）物质的影响；WANAKCHAHORNKRA P等【38】研究了顶空萃取（DHS）、直接溶剂萃取（DSE）和真空同时蒸气溶剂萃取对泰式酱油风味物质分析鉴定结果的影响；LEE S M等【39】对发酵酱油和酸水解酱油风味物质进行了对比研究。以上研究成果对指导酱油企业提高酱油的风味均具有一定的指导意义，促进了亚洲酱油生产对酱油风味物质研究水平的提高。随着欧洲酱油消费量的不断增加，作为酱油消费国的德国对酱油风味物质的研究水平非常之高，STEIN-HAUS P等【40】应用分子感观科学的方法对日式酱油的关键风味物质进行了定性定量分析；共鉴定出风味稀释因子（FD factor）在84096的关键化合物30种，其中2-苯乙醇的FD因子达到了4096，而3-甲硫醇、4-HEMF、4-HDF、4，5-二甲基-3-羟基-25H-呋喃酮的FD因子也达到1024。同时研究结果显示，加热处理（巴氏杀菌）对酱油关键风味物质的种类和含量有较大影响，其中，4，5-二甲基-3-羟基-25H-呋喃酮含量明显下降，而2-甲基-1-吡咯啉、4-HDMF、4-HEMF含量增加。综上所述可以看出，对酱油风味的研究受到了越来越多的重视，主要集中在亚洲，而日本在酱油风味方面的研究水平较高、成果最多；同时酱油风味物质的研究在欧美国家也日益受到了重视。3 酱油风味物质研究中存在的主要问题【41】3.1现在使用的分析仪器无法对风味物质的呈味类型和呈味强度进行分析 人对食物风味的感受是一个综合的生理过程,正如Lindsay所简要地概括的那样：“人的鼻腔上皮的特化细胞感觉出食物气味的类型和浓烈程度;舌表面和口腔后面的味蕾感觉出食物的甜味、酸味、咸味和苦味；人的非特异性反应和三叉神经反应感觉出食物的辣味、清凉和鲜味；人的视觉、听觉和触觉等感觉影响着食品的味和气味。”这样的一个综合的生理活动是非常复杂的，其中许多生理学上的问题至少尚未研究清楚。这样的生理活动在目前即使是最先进的仪器也还无法完成。3.2 现在使用的分析仪器无法满足某些超微量呈味物质的需要 食物中的风味成分含量一般都很少，其浓度是相当低的。许多阂值很低的风味成分很容易为人们的感觉系统感觉出来，但很难利用实验手段进行提取和进一步分析,即使风味成分的含量达到百万分之一，对于提取也是相当困难的，而许多风味化合物的含量比这个浓度还要小得多。3.3 分析所需要的数据资料尚不完备 对风味成分的分析鉴定需要大量的数据资料，而目前这一方面仍然很不完备，例如，对食物的气味分析现在比较先进的手段是气相色谱质谱数据系统联用法(GC一Ms一Ds)，这种新方法需用样品很少，并且不经分离便能在很短时间内把许多组分及其含量一一报告出来。但这种手段主要局限性在于：它只能鉴定已知成分;已知成分中如果在所用数据库内没有质谱数据也不能直接鉴定，对文献中没有质谱数据的已知化合物则根本不能鉴定。因而对食物中的气味成分常常只能测出兰分之二甚至更少，由于对一部分已知组分仍然不能鉴定，而且还可能存在未知的新组分，这就不得不做大量的分离工作，把分离出来的组分用各种光谱方法进行鉴定。3.4 含量较低的风味成分分散于大量的对风味并不重要的介质之中 食物中的风味成分含量很低,它们分布于大量的对风味并不重要的介质之中，使得风味成分的研究工作(特别是分离过程)更加困难。例如,食物的香味成分不仅含量很少，而且它们的分离受到糖类、蛋白质、脂肪和水等大量成分的阻碍。蛋白质具有乳化性,使得利用有机溶剂提取香味成分变得复杂，脂肪降低香味成分的蒸气压,而且脂肪不能被有机溶剂提取。3.5 对同一风味成分来说,在不同的浓度或不同的介质中,可能会呈现不同的风味特征 某些风味成分的风味特征受介质的影响。如几种风味化合物按一定比例混合以后，在相同的浓度下它在不同的溶剂中可能会呈现完全不同的风味特征。由于一种风味成分在不同浓度或不同介质中可能会呈现不同的风味特征，这对确定风味成分的呈味特征无疑增加了困难。3.6 风味成分之间在呈味性质上常存在着相互影响 在风味成分之间,呈味性质常常存在着相互影响，如协同作用或拮抗作用。因此，风味成分混合物的定量组成与它的呈味性质有着必然的联系，但对这种必然联系目前尚未找到规律性的东西。4 酱油风味物质的研究前景4.1 进一步研究酱油的风味成分和风味成分的形成机理 酱油的生产是一个多菌种发酵的复杂过程，虽然现在的研究已经表明在酱油风味物质中主要有300多种，但是在这300多种物质中，还有许多成分没有被分析检测出来。至于它们的形成机理因为太过复杂，所以现今学界对于酱油风味物质形成机理的过程的认识还很不足，但是它们的形成机理又对酱油风味物质的研究具有重要作用，所以对于酱油风味成分和成分的形成机理的研究是很有必要，且很有经济效益。4.2 研究烹调加工过程与酱油风味形成的关系 现今对于酱油风味物质的研究主要是在酱油风味本身，但酱油是供人们烹调时的调味使用，在高温烹调时酱油的风味会发生什么样的变化以及对菜肴味道会有什么样的影响，这些不怎么被科研工作者关注的问题却对酱油的最终呈味效果产生巨大影响，所以研究烹调过程与酱油风味形成的关系也是很具备实际意义的事情。4.3 进一步改善实验手段和实验条件，研究解决现在所存在的困难的方法 如何进一步改善实验手段和实验条件，解决前面所谈的那些困难,也是需要探讨的。例如,提高气相色谱质谱数据系统联用法，分析效果可以采取以下措施：A 建立专用的食物气味质谱数据库；B 与气相色谱红外光谱数据系统联用法(Gc一IR一DS)一起使用，相互充；c收集大量的食物气味成分单个组分和纯样品，用气相色谱进行对比。这样可以使更多的组分得到鉴定。参考文献1 佘庆颐.酱油酿造概况及发展方向J.食品科技动态,1992(17):5-7.2 陈艳.酱油中黄酮类物质的测定及其抗氧化活性评价J.中国调味品,1999,12(4): 25 30.3 刘亚琼，朱运平，乔支红. 食品风味物质分离技术研究进展J. 食品研究与开发，2006，27（6）：181-183.4 高献礼酱油风味物质的研究进展J中国酿造，2009(4):15 赵德安.酱油风味研究的探讨J.中国调味品,2011（9）：1.6 王璋, 等译.食品化学(第三版)M.北京: 中国轻工业出版社.2003.7 彭 涛，杨旭新，陈韶华. 中国酱油的现状与发展前景J. 中国调味品，2007（9）：26-29.8 马爱进，孙纪录，贾英民，等. 论提高酱油原料蛋白利用率的途径J.中国调味品，2000（6）：3-5.9 李 莹. 提高酱油酿造原料全氮利用率的途径 J. 食品研究与开发，2002，23（6）：79-81.10 MOON G，LEE M，LEE Y. 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