第四章合成风味物质

第四章合成风味物质SyntheticFlavorings 目录 教学目标 1 掌握风味增效剂的概念 掌握食品中常用的风味增效剂的呈味机理及其影响因素 2 理解芳香物质的四种分类 3 了解合成物质的种类 了解风味轮和不同的风味特征 第一节概述 天然风味物质是动植物来源的食品原料经过加工或预处理过程中 在物理 化学或生物的作用下产生的 人们能够支配使用200多种高纯度的天然风味物质 其中大约100种是酯类 天然的风味物质资源是有限的 提取分离过程复杂 成本高 天然等同风味物质是人工合成的与天然风味物质结构完全相同的化合物 合成风味物质是通过化学合成得到的具有风味特性的化学物质 虽然合成的风味物质有着充分的理由来占领市场 80 但是消费者从卫生 安全角度考虑 仍然倾向于天然的风味物质 目前 在没有天然风味物质与之相匹配时 或者是产品价格较低 无法承担天然风味物质的高消费时 人们才会利用合成物质 人造风味料是允许在食品中安全使用的合成风味物质 溶剂和载体以一定的形式和浓度混合并产生风味的混合物 第二节合成风味物质 物理提取 01 从风味前体中获得 03 化学合成 02 风味物质获得方式 一 风味物质的合成 化学合成物质产生风味物质需要满足的条件 1风味物质的结构明确2合成原料价格有优势3必须合法和国际规定4最终产品消费者可以接受并会购买 合成风味物质的三阶段 从实验室 以克计的制备阶段 到试验厂 千克单位 再到生产工厂 吨计的规模 纯度是合成风味物质的一项重要质量指标 合成风味料的物理特性与其气味和滋味评价综合使用 气味和滋味的评价在使用上的意义远远大于某些物理指标 二 风味物质的分子结构分类 芳香族 烃 酯 环萜酮 胺 酸 醇 尽管一种有机物化合物的功能基团对其香气及风味结构有着重要影响 但是化学结构和感官特性之间并没有太多联系 根据化学结构和感官特性可以将芳香化学物分为四种 1 结构相似气味相似 2 结构不同气味相似 3 结构相似气味不同 4 气味相似或气味不同的异构体或立体异构体 似柠檬气味 似可可气味 似肉气味 似芥末气味 1 结构相似气味也相似 2 结构不同气味相似 3 结构相似气味不同 4 异构体或立体异构体 Similarodors Differentodors 在很多限定条件下 有机化合物的风味强度与它的量相反 也就是风味强度与蒸汽压成反比 蒸汽压越低 风味强度越大 含有支链的化合物的风味比直链的风味更强大一些 但是这一结果并不能预测 分子中的取代基团对于风味有很大影响 影响大小在一定程度上还取决于分子的大小 但小分子中功能团的取代基可能会从根本上改变整个化学性质 而大分子的功能团对于整个分子结构来说所占比例较少 影响就没有这么明显 风味物质的结构 1烃 烃是最简单的有机化合物 由苯环 萘环 蒽环组成的芳香烃具有较强的芳香风味 以萜烯类在风味上使用最重要 2 羧酸 二元三元羧酸通常无味 应用最多的是醋酸 3 缩醛 在干燥条件下 乙醇或乙二醇和醛的羰基反应生成的化合物 只有两种应用最多 乙醛缩乙二醇 令人愉悦的坚果味 和肉桂醛缩乙二醇 强烈的香甜味 4 醇类 芳香醇大多令人愉悦和圆润的风味特征 而多羟基取代的脂肪醇和芳香醇没有特征气味 如甘油 萜醇是一类独特且非常重要的风味物质 广泛应用于各类精油中 5 醛和酮 不饱和醛具有特殊的刺激气味 有三键存在时尤为突出 作为有价值的风味物质的最小分子质量的酮是甲基戊基酮 它有强烈的水果味 并一直延续到下一个同系物 6 酯 酯是各种气味和风味的主要来源 有200多种应用于食品中 并广泛分布于精油中 7 醚 低分子量的醚易挥发 有甜味和醇味 较高分子质量的醚有醚味和果味 8 杂环化合物 含有O N S的杂环化合物一般具有强烈的特征气味 是植物风味重要成分 也是热处理食品的风味主要挥发性成分 9 内酯是独特的风味物质 具有水果的特征性气味 香豆素不允许用在食品 10 含氮化合物胺 酰胺 亚胺 氨基酸 异硫氰酸酯 存在辛辣蔬菜中 11 苯酚 12 含硫化合物葱蒜类中的主要特征成分 三风味化合物的感官属性分类 风味轮 在风味成分的加工过程中 用来描述风味物质或成分的一种可能的方式是根据其母体风味特征把它们分组 风味轮中心是代表形成风味主体的风味基质 包含了需要对不能以纯物质状态应用的单个风味组分进行支撑 稀释 加强和保护所有配料 排列顺序为相邻部分具有相似的风味特征 类似于彩虹中各种色带的排列 1风味轮 2不同的风味特征 短链不饱和醛和醇 酯类和具有很低阈值的烷烃取代基的噻唑和烷氧基吡嗪等杂环化合物 1 青草风味 顺 反 反 2 己烯醛和顺 3 己烯醇普遍作为风味化合物 从亚麻酸酶促合成不饱和醛和醇 存在于成熟的水果中 包括 酯类和内酯及酮 醚和乙缩醛 热带水果典型的奇异风味来源于含硫化合物 2 水果风味 2 水果风味 酯类 内酯类 含硫化合物 缩醛 菠萝 来源于柑橘类水果和植物 柑橘 柠檬 橘子和柚子 风味影响最强的化合物是柠檬醛 苦味很强的萜类化合物是香柏酮 影响柚子的重要物质 3 柑橘风味 3 柑橘风味 柠檬醛 香叶醛和橙花醛的混合 薄荷类结构特点 具有单环萜类的小环酮类 樟脑类特点 通过桥环连接的具有高堆积密度和刚性的球形或卵形分子 4 薄荷樟脑风味 L 薄荷醇是薄荷类最重要的合成化合物 用于非食品行业 4 薄荷樟脑风味 苯基乙醇 香叶醇 紫罗酮和一些酯类 5 花香风味 具有强烈的风味 并且有生理功效 其风味强度高 所以使用量非常少 6 香辛料草本风味 7 木质烟熏味 通常认为木质烟熏味不属于天然的风味物质 而是在储藏和热处理过程中形成的 高浓度时有异味 吡嗪化合物 8 烘烤焦香味 9 坚果焦糖风味 坚果焦糖味是大多数含糖食品经加热处理后的风味 烘烤坚果轻微的苦味和焦香味共同组成了这种风味 风味物质共同的结构是环状的烯醇酮 HVP 风味特点 弥漫的热 咸 香 10 肉汤植物水解蛋白风味 含硫化合物和含氮杂环化合物是产生风味的主要因素 11 肉香风味 酸败风味最主要成分是丁酸和异丁酸 12 脂肪酸败风味 黄油特征风味 丁二酮 3 羟基 2 丁酮 戊二酮 甜乳脂发酵风味 乙酸丙酮酯 葵内酯 辛内酯 13 奶油黄油风味 蘑菇风味 1 辛烯 3 醇 土腥味 二甲萘烷醇 14 蘑菇土腥风味 温辣的树根气味 代表化合物 亚丁基苯并呋喃酮 丁基苯并呋喃酮等 15 芹菜汤风味 16 含硫葱蒜风味 这些含硫化合物是一类非常重要的具有极低阈值的风味物质 一般情况下是在植物和食品进行热加工处理时形成的 下面是两种含硫风味物质形成过程 蛋氨酸 天冬氨酸 四合成风味化合物的发展前景 曲线A以上化合物能否作为潜在的风味剂使用 主要取决于其感官特性 商业可获得性和毒理学评价 区域 很少部分在风味工业中使用 区域 需要更好地了解其特性和相互作用 单个或混合物 包括气味和滋味阈值 稳定性 协调作用等 区域 由于价格太高或尚不能通过合成得到 或是出于安全方面的原因被禁止使用 也有一些风味化学物未公开发表 第三节风味增效剂 一引言 风味增效剂 本身不具有风味 在有效的用量水平 但能提高食品风味的化合物 风味增效剂的发展 寻求新的风味增效剂 食盐 谷氨酸钠 鸟苷酸钠 5 核苷酸 二 L 氨基酸和5 核苷酸的化学性质 结构 嘌呤5 核苷酸 X Y 谷氨酸在不同pH下的解离形式 具有风味增强作用的是谷氨酸的钠盐 pH会影响其效果 同时谷氨酸会参加Mailliard反应而使其失效 谷氨酸钠不吸湿 在储藏过程中 外观及品质不发生变化 而在热处理过程中不稳定 在常规的食品加工或烹饪时不易被分解 pH5 0 8 0 但是在高温 酸性条件下 pH2 2 4 4 谷氨酸钠会部分水解转化为5 吡咯烷酮 2 羧酸 从而失去增效作用 在非常高的温度和强酸或强碱条件下 谷氨酸钠会外消旋化为D L 谷氨酸 5 肌苷酸钠和5 鸟苷酸钠属于非吸湿性盐 对热 120 C 和酸 最适pH5 7 都较稳定 两者在干燥状态和光照状态下都很稳定 深度油炸对5 核苷酸的影响较小 罐藏加工导致5 核苷酸大量损失 核苷酸的其他损失途径还包括失水 酶作用 辐射等 由于5 核苷酸是水溶性的 任何产品的水分损失都会降低5 核苷酸的增效作用 三谷氨酸 MSG 与5 核苷酸的感官性质 1 鲜味效应 MSG的鲜味效果原理仍不明确 能够导致四种基本滋味的MSG可能的结构如下图 2 谷氨酸钠对滋味的影响 谷氨酸钠是甜咸味的 5 肌苷酸钠的滋味是牛肉味 5 鸟苷酸钠被描述为 橡木 蘑菇味 3对香气的影响 4协同效应 MSG和IMP混合使用具有显著的协同效应 不仅能显著增强味觉强度 还能改善滋味质量 风味增强剂对香气感知的影响也存在争议 有人认为是MSG和IMP可以影响食品香气 如0 01 的IMP可以增强牛肉面条汤的香气强度 但也有研究认为MSG对16种食品香气性质没有影响 鸡精与味精并没有太大的区别 虽然大部分鸡精的包装上都写着 用上等肥鸡制成 真正上等鸡肉制成 但它并不像我们想像由鸡肉 鸡骨或其浓缩抽提物做成的天然调味品 它的主要成分其实就是味精 谷氨酸纳 和盐 其中 味精占到总成分的40 左右 另外还有糖 鸡肉或鸡骨粉 香辛料 肌苷酸 鸟苷酸 鸡味香精 淀粉等物质复合而成 鸡精的味道鲜 主要还是其中味精的作用 另外 肌苷酸 鸟苷酸都是助鲜剂 也具有调味的功效 而且它们和谷氨酸钠结合 能让鸡精的鲜味更柔和 口感更圆润 丰满 且香味更浓郁 四食品中的风味增效剂 一 食品中的谷氨酸钠和5 核苷酸 MSG和IMP GMP是食品中最常见的风味增强剂 在一些水解植物蛋白和酵母提取物食品组分中也有较高含量的风味增强剂 1酵母提取物 酵母提取物含有较多量的核糖核氨酸 RNA 而RNA是呈味核苷酸的前体 因此 通过水解RNA可以得到呈味核苷酸 酵母水解的方式有三种 自溶 质壁分离和酸催化 自溶法中 细胞被杀死而酶不被失活 利用酶进行自我溶解 质壁分离是利用高浓度的盐进行脱水破坏细胞使酶释放 酸水解是酵母浓缩物中加入盐酸 高压高温下水解 反应后以碱中和 产品中MSG含量高 但是此法成本高 2 水解植物蛋白 HVP 水解植物蛋白HVP本身具有风味 在生产过程中 且在加工过程中能进一步反应 Mailiard反应 或含有高浓度的MSG而被用于咸味香精 HVP中含有约9 12 MSG和约45 盐 HVP生产中也可以外加入氨基酸和还原糖 在一定条件下进行热效应来提高产品的附加值 二 谷氨酸钠和5 核苷酸在食品中的应用 风味增强剂在食品中的作用十分广泛 谷氨酸钠在食品中的使用量是0 1 0 6 5 肌苷酸钠和5 鸟苷酸钠在食品中用量是0 001 0 150 三 谷氨酸钠和5 肌苷酸的来源 1谷氨酸钠的来源 谷氨酸棒杆菌发酵生产 然后中和得到MSG晶体 发酵法生产谷氨酸钠的流程 除了用发酵法生产谷氨酸钠以外 我们还可以利用小麦面筋或玉米蛋白进行酸水解和通过化学方法用丙烯腈合成而来 25 核苷酸的来源 5 核苷酸可以从肉类和鱼类的萃取物以及脱水蘑菇中分离得到 商业生产的方法是RNA酶解法和发酵法 四 谷氨酸钠和5 核苷酸的毒性 1 谷氨酸钠 从毒理学来说 谷氨酸钠的毒性很低 其对老鼠的LD50值为19 9g kg 长期饲养试验 食物的4 表明谷氨酸钠对几种动物没有显著影响 谷氨酸钠与中国餐馆综合征 CRS 有关系 尽管大量科学证明谷氨酸钠是安全的 但是公众还是认为摄入谷氨酸钠可能会诱发一些不良反应 2 5 核苷酸 急性毒性的剂量范围是2 7 14 0g kg 在长期饲养过程 当5 核苷酸的摄入量低于2 总食物量 时 不能观察到其对任何一种动物有显著影响 五 作为风味增效剂的食盐 食盐对感官直觉的作用不仅仅是简单的加入咸味 即是在亚阈值水平也能增强风味的作用 有人把盐和高血压 中风 心血管疾病联系在一起 但是在寻找盐的替代物时 却发现没有真正可以替代盐的物质 六 其他增效剂 1 牛肉风味肽 BMP 最初是从牛肉的木瓜蛋白酶消化液中分离来的八肽 化学合成的牛肉风味蛋白与食盐 谷氨酸钠有较好的协同作用 能增强牛肉味 并有很好的热稳定性 2鲜味谷氨酸结合物谷氨酸盐的反应产物有鲜味作用 如谷氨酸和乳酸的浓缩产品 N 乳酰 L 谷氨酸盐 具有和谷氨酸钠相似的肉汤鲜味 N 1 葡萄糖基 L 谷氨酸和N 1 脱氧 1 D 果糖基 L 谷氨酸都具有感觉阈值接近于谷氨酸钠的强烈鲜味 3阿拉吡啶盐增味剂能提高咸 甜 鲜三种味觉的化合物 化学名 N 1 羧乙基 6 羟甲基 吡啶 3 醇内盐 是从牛肉原料里提取出来的 也可以经热处理的葡萄糖 丙氨酸溶液中分离得到 其本身没有味道 4甜味增效剂麦芽酚和乙基麦芽酚具有增香 固香和增甜的作用 在20 的水中 麦芽酚的阈值为35mg kg 两者广泛用于果酱 果冻 水果 巧克力糖果中 乙基麦芽酚分为纯香型和焦香型 香兰