食品风味化学食品的风味转化

食品风味化学食品的风味转化风味前体物质：它本身没有风味，但是在酶或加热条件下会生成具有独特风味的化合物。1、水溶性前体：氨基酸、蛋白质、肽、还原糖、核苷酸、碳水化合物等2、脂溶性前体：甘油三酯、游离脂肪酸、磷脂、糖脂等风味的形成途径：生物合成、酶促反应、氧化反应、加热反应第2页,共48页，2024年2月25日，星期天食品在热加工的过程中，将产生大量的风味组分，它们既可由食品的基本成分相互作用而产生，也可由食品成分的自身受热降解而产生，此两者统称为非酶褐变或称美拉德（Maillard）反应。

除了无香味的焦黑精一类高分子物质外，在食品的烧制过程中例如：咖啡、可可、茶和硬壳果品的烘烤、肉类的烧煮、烤面包、土豆以及烧菜等等都不需要酶催化就可产生杂环芳香化合物。第3页,共48页，2024年2月25日，星期天食品加热处理方式与气味

对动、植物性食物进行的热处理，最为常见的有烹煮、焙烤、油炸等方式。

1、烹煮香气：食物在烹煮或加热灭菌时，一般温度较高，时间较短。这时水果、乳品等主要是原有香气挥发散失，反应生成新的风味物质并不多；蔬菜、谷类除原有香气有部分损失外，也有一定量的新风味物质生成；鱼、肉等动物性食物则通过反应形成大量浓郁的香气。第4页,共48页，2024年2月25日，星期天

2、焙烤香气：这种热处理方式通常温度较高、时间较长。这时各类食品通常都会有大量的风味物质产生。食物在焙烤时发生的非酶褐变反应，主要有Maillard(羟氨反应）、维生素的降解、油脂、氨基酸和单糖的降解、以及β-胡萝卜素、儿茶酚等非基本组分的热降解。第5页,共48页，2024年2月25日，星期天

3、油炸香气：油炸食品时其诱人的香气很易勾起食欲。这时产生风味物质的反应途径除了在高温下可能发生的与焙烤相似的反应之外，更多地还与油脂的热降解反应有关。油炸食品的特有香气为2，4-葵二烯醛，除此之外，油炸食品的香气成分还包含有高温生成的吡嗪类和酯类化合物，以及油脂本身的独特香气，例如：用椰子油炸的食品带有甜感的椰香，用芝麻油炸的食品带有芝麻酚香等。第6页,共48页，2024年2月25日，星期天

美拉德反应（MaillardReaction）是指氨基化合物和还原化合物之间发生的反应，在食品中的反应通常是氨基酸、肽、蛋白质和还原糖类，它是食品香味产生的主要来源之一。

第三节美拉德反应第7页,共48页，2024年2月25日，星期天食品中香味杂环化合物就来源于这样一个复杂的反应体系；该反应体系中还原糖和氨基酸经过美拉德反应后，不仅生成棕黑色的色素，同时伴随着形成多种香气物质，即这个反应所生成的风味物质非常好闻，可以使人联想起各种食品的香气，经过热加工的食品，尤其是经过烹调和烘焙加工的食品都具有形成这种香气的特征。所以，这个反应在形成“加热香气”时特别受到重视。第8页,共48页，2024年2月25日，星期天

Maillard反应可以分为三个反应阶段和三条主要反应路线。三个反应阶段为初级、中级和第三阶段Maillard反应。

初级Maillard反应不引起褐变，也不产生食品香味，其中关键的一步是Amadori重排，Amadori重排产物是极为重要的不挥发的香味前驱物。

中级Maillard反应包括三条主要反应路线，其中二条是从Amadori重排产物开始，另一条是间接地由Amadori重排产物开始。第三阶段Maillard反应目前仍不明确。第9页,共48页，2024年2月25日，星期天

第一条反应路线是由1-氨基-1-脱氧-2-酮糖在2—3位置不可逆地烯醇化，从C-1消去胺基生成甲基二羰基中间体，其进一步反应产生如C—甲基—醛类、酮醛类二羰基化合物和还原酮类等裂解产物，反应产物包括乙醛、丙酮、丁二酮和乙酸等香味成分。

第二条反应路线从烯醇式Amadori产物在1—2位置烯醇化，并消去C—3上的羟基而生成3-脱氧-己糖酮，然后脱水生成2-糖醛类香味成分。第10页,共48页，2024年2月25日，星期天上述二条路线生成的中间产物及以后发生的反应是相当复杂的，此过程中包括了醇醛缩合、醛-胺聚合，以及生成诸如吡咯、吡啶类等含氮杂环化合物，加热食品具有的烤香、烘焙香和坚果香与此类杂环化合物有密切关系。

第三条反应路线是氨基酸的斯特勒克氧化（Strecker）降解反应，这是Maillard反应最重要的步骤之一。这个反应导致醛和α-氨基酮的形成，杂环化合形成吡嗪衍生物，食品焙烤时形成的香气大部分是由吡嗪类产生的。第11页,共48页，2024年2月25日，星期天影响Maillard反应的因素：

Maillard反应非常强调反应条件，其中温度的影响可能最为重要。一般该反应的速率是随着温度的上升而增大；反应产生的香味物质主要是在较高温度时形成，是在中级Maillard反应阶段产生的。反应产物既与参与反应的氨基酸及单糖的种类有关，也与受热时间的长短、体系的pH值、水分等因素有关。一般说来，当受热时间较短、温度较低时，反应主要产物除了醛类以外，还有特征香气的内酯类和呋喃类化合物等；当受热时间较长、温度较高时，生成的风味物质种类有所增加，还有焙烤香气的吡嗪类、吡咯类、吡啶类等化合物形成。第12页,共48页，2024年2月25日，星期天

参与Maillard反应的糖类和氨基酸的结构不同，对生成的产物影响很大。

首先、不同种类的糖与氨基酸作用时，将降解产生不同的风味。例如，麦芽糖与苯丙氨酸反应能产生令人愉快的焦糖甜香；而果糖与苯丙氨酸反应却产生一种令人不快的焦糖味，但有二羟丙酮存在时，则产生紫罗兰香气。二羟丙酮和甲硫氨酸作用形成类似烤土豆的气味，而葡萄糖和甲硫氨酸反应，则呈现烤焦的土豆味。第13页,共48页，2024年2月25日，星期天

葡萄糖与不同氨基酸加热时产生的气味

氨基酸100℃180℃甘氨酸麦焦气味烤糖气味丙氨酸柔和麦焦香味甜麦芽焦糖味精氨酸爆玉米味焦糖味亮氨酸甜巧克力味焦干酪味异亮氨酸不快的芳香味烤奶酪味缬氨酸不快的甜味（黑面包味）烤巧克力味蛋氨酸马铃薯味煮马铃薯味第14页,共48页，2024年2月25日，星期天

氨基酸100℃180℃天冬氨酸冰糖味焦糖味谷氨酸微甜肉香，有后味烤肉香气苯基丙氨酸尖辣的花香紫丁香味色氨酸油腻的糖甜味油腻的甜味赖氨酸焦黄气味面包气味胱氨酸煮硬的鸡蛋黄味硫化氢臭气苏氨酸巧克力味焦臭味第15页,共48页，2024年2月25日，星期天

其次，不同种类的氨基酸参与发生Maillard反应的难易也不一样。一般说来，不同氨基酸降解速率次序为：羟基氨基酸、含硫氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸、芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸。不同类型的还原糖参加反应的速率是不相同的，一般来讲，五碳糖比六碳糖反应活性强，在37℃，含水量为15%时，反应的顺序是：木糖＞阿拉伯糖＞葡萄糖＞乳糖＞麦芽糖＞果糖，葡萄糖的反应活性是果糖的10倍。第16页,共48页，2024年2月25日，星期天Maillard反应香味的分类：根据其香气特征、结构、分子形状及其形成路线等分为4个主要类别。

第一大类是含氮杂环化合物，如吡嗪、吡啶、吡咯、噻唑类等，它们主要产生坚果香、烘烤香或面包香；

第二大类是环状烯醇酮结构化合物，如麦芽酚、脱氢呋喃酮等，主要产生焦糖香；

第三大类是多羰基化合物，产生的是焦香；

第四大类是单羰化合物，产生各种酮、醛类香气。第17页,共48页，2024年2月25日，星期天

加热食品中存在的Maillard香味物质：咖啡、可可、面包、花生、猪肉、牛肉、鸡肉、鱼类、马铃薯等加热食品中的香味物质大多是由Maillard反应产生的。

通过不同的加热方式，食品会呈现不同的香味物质，如煮马铃薯和大麦时被鉴定出的香味物质分别是125种和75种，但当烘烤这二种食物时鉴定出的香味物质分别是250种和150种，正好增加了1倍。第18页,共48页，2024年2月25日，星期天（一）、以氨基酸为前体的风味（二）、以脂肪酸为前体的风味（三）、以糖苷为前体的风味（四）、以色素为前体的风味

第四节水果、蔬菜中的风味前体第19页,共48页，2024年2月25日，星期天☆1、含硫氨基酸☆2、芳香族氨基酸（一）、以氨基酸为前体的风味产生第20页,共48页，2024年2月25日，星期天

1、含硫氨基酸：百合科蔬菜如洋葱、大蒜、韭菜、细香葱以及芦笋均含有特殊的香辣气味，尤其以蒜最强。它们都是以含硫氨基酸（半胱氨酸）为风味前体的。

作用过程如下：

烃基次磺酸不稳定，在酶的催化下可以发生缩合、降解、重排、环化等反应，生成各种葱属植物的特征风味物质（主要是硫化物）。第21页,共48页，2024年2月25日，星期天前体品种S-丙烯基-L—半胱氨酸洋葱S-烯丙基-L—半胱氨酸大蒜韭菜S-甲基-L—半胱氨酸香葱甲硫氨酸（蛋氨酸）芦笋第22页,共48页，2024年2月25日，星期天2、芳香族氨基酸：

很多水果的风味成分中包含有酚、醚类化合物。如香蕉内的榄香素和5-甲基丁香酚，葡萄和草莓中的桂皮酸酯以及某些果蔬中的香草醛等。目前普遍认为这些风味物质的前体是芳香族氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸等。

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在水果和一些瓜果类蔬菜如黄瓜、番茄、西瓜、马铃薯、蚕豆、草莓等，风味成分中常发现有C和C的醇、醛类（包括饱和或不饱和化合物）以及由C、C的脂肪酸所形成的酯。这些香气物质大多以脂肪酸为前体通过生物合成。

1、由脂肪氧合酶产生的风味物质2、由β-氧化产生的风味物质（二）、以脂肪酸为前体的风味产生第24页,共48页，2024年2月25日，星期天1、由脂肪氧合酶产生的风味物质：

由脂肪酸经酶促反应生物合成的风味物质通常具有独特的芳香。作为前体物的脂肪酸多为亚油酸和亚麻酸。

水果的香气也随时间而发生改变，一般说来，C6化合物产生青草气味，C9化合物往往呈现出甜瓜和黄瓜的香气。这些物质除了可以由亚油酸为前体通过上述途径合成外，还可用亚麻酸为前体进行生物合成。第25页,共48页，2024年2月25日，星期天2、由β-氧化产生的风味物质梨、杏、桃等水果在成熟时都会产生令人愉快的果香，这些香气成分很多由长链脂肪酸经过β-氧化衍生而成的中碳链化合物。如由亚油酸通过β-氧化途径生成的（2E，4Z）-葵二烯酸乙酯，就是梨的特征风味化合物。第26页,共48页，2024年2月25日，星期天经过β-氧化衍生成的C8～C12的内酯具有明显的椰子和桃子的特征芳香。通常自然成熟的水果比人工催熟的要芳香，如自然成熟的桃子中内酯（尤其γ-内酯）的含量增加很快，其酯类和苯甲醛的含量比人工催熟的桃子要多3-5倍。这与相关酶的活性有关。第27页,共48页，2024年2月25日，星期天

十字花科蔬菜有卷心菜、花椰菜、水芹菜、四季萝卜、芥菜等，其风味前体都是糖苷类，即芥子油中的黑芥子素（黑芥子硫苷酸）。它们的特征风味物质含有异硫氰酸酯、硫氰酸酯及一些腈类化合物，当其破碎或烹调时相互作用产生特殊风味。（三）、以糖苷为前体的风味产生第28页,共48页，2024年2月25日，星期天

某些蔬菜的风味物质也能以色素为前体进行生物合成。例如番茄中的6-甲基-5-庚烯-2-酮和法尼基丙酮是由番茄红素在酶催化下裂解生成。（四）、以色素为前体的风味产生第29页,共48页，2024年2月25日，星期天＊1．α--氨基酸和糖类＊2．含硫氨基酸类＊3．硫胺素（VB1）＊4．核糖-5’-磷酸酯＊5．不饱和脂肪酸类＊6．其他羰基化合物和含氮化合物肉类中的风味前体第30页,共48页，2024年2月25日，星期天

1．α--氨基酸和糖类：它们参与各步美拉德反应。在这类反应中，氨基酸分子氧化脱氨形成醛，在焙烧条件（220-227℃）下，氨基酸发生热降解，产生极复杂混合物。糖类加热到225℃生成呋喃类，有呋喃、2-乙酰呋喃、2-羟基呋喃等共百种以上。

第31页,共48页，2024年2月25日，星期天2．含硫氨基酸类：在鸡和牛肉的贮存和炖制过程中，半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸产生NH3、H2S、甲硫醇和甲硫醛。这些化合物与乙醛、β-疏基乙胺等是许多挥发香气化合物的重要前体。3．硫胺素（VB1）：硫胺素热解产生呋喃类和硫化氢、噻吩类以及具有似肉香味的噻唑类。第32页,共48页，2024年2月25日，星期天

4．核糖-5’-磷酸酯：核糖核酸酶解生成核糖-5’-磷酸酯。牛肉汤中这类化合物在加热时生成4-羟基-5-甲基-2，3-二氢呋喃酮[3]，它与HS反应生成各种3-巯基呋喃类和3-巯基噻吩类。

5．不饱和脂肪酸类：容易降解为较小分子的醛，在烧鸡香味中有重要作用。α--氨基酸也可降解得到醛。醛类进一步发生硫化和氨化反应生成重要的香味化合物。例如甲基硫代乙硫醇是烧牛肉香味的一个关键化合物。2第33页,共48页，2024年2月25日，星期天

6．其它羰基化合物和含氮化合物：糖类（己糖类和戊糖类）的热解与氨基酸的降解是肉中羰基化合物的主要来源。含氮产物来源于氨基糖、α--氨基酸和胺类。杂环化合物及其它香味化合物是从这些不同的直接前体与硫化氢形成的。第34页,共48页，2024年2月25日，星期天

因此，这些风味前体经烹调后可产生相关的肉类风味化合物，它们是醇类、醛类、酮类、醚类、苯的衍生物类、酯类、内酯类、含氮化合物（吡嗪类）、呋喃类、含硫化合物（噻吩类、噻唑类）。另外，动物喂养的时间、动物性别、饲料（养）条件、动物品种以及加工部位和加工方式等都对肉类的风味有影响。正因如此才使其构成了各自独特的风味。总之，肉类风味主要由羰基化合物反应的产物和含硫化合物所组成。

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肉类的加热方法不同，生成的香气成分虽有类似之处，但也会显示出各自的特征。煮肉香气的特征成分以硫化物、呋喃类化合物和苯环型化合物为主体；烤肉香气的特征成分，主要是吡嗪类、吡咯类、吡啶类化合物等碱性组分以及异戊醛的羰化物，以吡嗪类化合物为主。烤肉的香气除了肉的品种外，还与受热温度、时间等因素有关。炒肉香气的特征成分介于煮肉与烤肉之间。微波加热产生的香气特征成分中，以醇类和吡嗪类化合物含量较多。第36页,共48页，2024年2月25日，星期天

◆①糖类◆②淀粉

◆③脂类

◆④盐类

◆⑤酚酸类烘焙食品的风味前体-面包第37页,共48页，2024年2月25日，星期天

①糖类：对面包香味有影响的糖类有三个来源，一是天然存在于面粉中糖类；另一是发酵阶段从低聚糖和多糖类形成的糖类；再有就是为了增加甜味而加入的糖类。这些糖类主要是葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖和蔗糖。当在空气中长时间贮存时，还原糖类和氨基糖类参与Maillard反应。2第38页,共48页，2024年2月25日，星期天在发酵过程中，糖类与一系列生化反应有关，形成有机酸、醇类、羰基化合物和酯类。在这些产物中，主要有乙醇、乙醛、丙酮酸等物质，其中最容易挥发的在烘烤过程中被排除了，而其它的则参与各种反应。在焦糖化和褐变反应中，糖类起主要作用，获得的杂环化合物和羰基化合物构成面包香味。同时在面包皮呈现的褐色素类是通过醛亚胺和酮亚胺的聚合作用形成的。第39页,共48页，2024年2月25日，星期天

②淀粉：对面包的拉伸，可以用淀粉的结构和机械性能加以解释。唾液α-淀粉酶能使淀粉水解，且速度越快，影响越大。人们咀嚼面包瓤时甜滋滋的味道便是证明。面包的陈化主要与淀粉有关。面包硬化及其它物理变化的原因是支链淀粉分子的老化。淀粉酶可导致有各种香气和香味组分的复合体产生，这些复合体加热时可分裂，这就是为何干硬面包，经过加热又恢复了新鲜面包的味道。第40页,共48页，2024年2月25日，星期天

③脂类：当进行捏合及发酵时，在脂肪氧化酶作用下酯类被氧化。如果把脂肪或植物油加到面包配方中，香味可改善，而且产生皮柔瓤松的新型面包。当烘烤时，脂肪氧化产生有香味的羰基化合物。其中最显著的是己醛，它是由于脂肪氧化酶使亚油酸氧化产生的。第41页,共48页，2024年2月25日，星期天

④盐类：用于面包配方中的增味化合物。面包的香味既依赖于阳离子的性质，也依赖于阴离子的性质。在很多情况下使用氯化钠，它对香味和挥发化合物香气有一种增味效应。它似乎还有一种作用，就是在发酵过程中，借助于干涉酶的活性或微生物的功能来形成中间前体。第42页,共48页，2024年2月25日，星期天

⑤酚酸类：已知有：对羟基苯甲酸，水杨酸，香草酸，阿魏酸，异阿魏酸，咖啡酸，原儿茶酸，丁香酸，绿原酸，异绿原酸等，它们具有各自的收敛性和感官性。在面包的烘烤过程中，其中某些酸热解生成简单