肉味香精的制备及其风味形成机理的研究进展

母运龙，柯欢，郭添荣,2，李慧，张崟*

(1.成都大学肉类加工四川省重点实验室，成都 610106；2.成都市食品药品检验研究院，成都 610045)

我国是肉类生产和消费大国，对比2015-2019年肉类的生产量和消费量可以发现，我国的肉类生产量总体低于消费量，而且2019年肉类生产量和消费量的差距更加明显。这种肉类消费量长期高于生产量的现状，导致我国的肉类原料在一定程度上需要依赖进口。为了减少对国外肉类原料的依赖，除了提升我国养殖业的技术水平和生产效率之外，还可以通过采用肉味香精调味的方式调节肉类的消费量。

图1 2015-2019年国内肉类年产量及年消费量Fig.1 The domestic annual meat production and consumption from 2015 to 2019

1 肉味香精的研究发展历程

近年来，肉味香精在火锅底料、调理肉、辣条、薯片及方便面等食品中均有应用，其需求量在逐年增加，在很大程度上促进了肉味香精的不断发展。传统的调配型肉味香精，往往热稳定性、真实度及自然性均较差。而热反应型肉味香精则克服了这些缺点，其肉香馥郁浑厚、自然逼真且热稳定性较好。20世纪60年代，人们开始研究热反应肉味香精，Liebig和Maggi利用植物蛋白的酸水解液制备出了肉风味的香料[1]。随着色谱和波谱技术的发展，挥发性芳香化合物成为人们对肉味研究的热点。Morton[2]利用还原糖和氨基酸反应制备出了具有肉香味的产物。此后，人们分析出了肉中大量的风味物质。

20世纪80年代，我国肉味香精的研究方才起步。杨锋等[3]采用瑞士乳杆菌发酵猪骨酶解液，并对酶解液进行美拉德反应，得到了风味协调饱满的猪骨调味料。孟一娟等[4]利用牛肉酶解物制备出了香味浓郁的牛肉香精。张崟等[5]以微骨粉酶解液为基本原料，再配合硫胺素、氨基酸及还原糖等物质制备出了香味馥郁醇厚的肉味香精。随着国民经济及科技的健康发展，肉味香精生产加工技术在国家的大力支持下持续改革创新，而且人们对食品的营养性、安全性与天然性等方面的要求更高，所以热反应型肉味香精产品因以动植物蛋白酶解物等天然物质为原料受到广大消费者的喜爱。

2 肉味香精的分类

肉味香精属于调味料中的一种常用食品配料，按加工方法主要分为调配型、热反应型和调理型3种类型，见表1。调配型肉味香精是将含硫化合物、酮类化合物和醇类化合物等及多种香味原料调配成香基，将香基拌和在盐、干燥剂等载体上形成产品，用来赋予食品的香味及补充头香；热反应型肉味香精是利用氨基化合物、还原糖类物质、硫胺素及多种配料进行美拉德反应，反应产物经喷雾干燥成粉剂或膏状产品，主要用于形成体香；调理型肉味香精是以热反应的产物为基本成分，再加上调配香基和风味增强剂，赋予食品特定的风味。

表1 肉味香精的分类Table 1 The classification of meat flavor essence

3 肉味香精的制备及其产香机理

早期的调配型肉味香精往往存在香气不足、口感较差等问题。近年来，肉味香精已经进入调配与热反应技术相结合的阶段。利用氨基化合物与羰基化合物进行美拉德反应，得到的产物香味馥郁浑厚、自然逼真，这已成为现在制备香精的主要方式。

3.1 蛋白质水解技术

蛋白质水解技术制备肉味香精的原理是：通过生物或化学方法，使动植物中的蛋白质发生降解，进而获得各种肽、氨基酸及核苷酸等水解产物。利用水解产物中的肽、氨基酸、核苷酸等作为呈味物质，使蛋白质水解产物具备一定的风味特征。

3.1.1 酸法水解

酸法水解是水解蛋白质中使用最早的方法，常用盐酸或硫酸使动植物中的蛋白质肽键断裂，得到游离的氨基酸。它的水解不引起消旋作用，速度快、水解度高、成本低，但是水解程度难以控制；水解所用的大量无机酸将会给产品的后处理带来困难和造成环境污染；专一性较差，属于不规则水解；易产生含硫化合物；而且所得的产品颜色深、杂质多，甚至产生氯丙醇等不安全的致癌物[6]。马永全等[7]研究了用酸水解河蚬蛋白质，确定了选用盐酸和酸水解的最佳工艺条件。胡燃等[8]利用盐酸水解麦麸蛋白，其蛋白水解液中含有较多的呈鲜味和甜味的氨基酸。杨秀娟等[9]研究了鸡肉小肽的酸水解工艺，得出了最佳的水解条件，为动物类小肽的酸水解提供了理论参数。

3.1.2 酶法水解

(3)水权确权为水权交易提供了前提，建立了一种倒逼机制。水权确权不只是为了交易，确权本身就建立了一种倒逼机制，对转变发展方式、调整产业结构、促进节约用水、规范水事秩序，提高水资源利用效率效益具有至关重要的作用。水权也为实行基本水价、超定额累进加价、节水奖补等水价制度建设提供了基本依据。庆安县柳河灌区开展水权确权登记工作，以推动农业水价综合改革为核心，以完善末级渠系工程为基础，以健全终端水价制度为保证，在核心试点区初步建立起科学、系统、完备的农田水利良性运行机制，抢抓进度、全力全速推进水权试点。

酶法水解是制备肉味风味料常用的技术，其原理是利用酶的生物催化作用分解动植物中的蛋白质等生成肽类和氨基酸等物质，它们是肉滋味的重要来源。它的反应速率快，且不产生消旋作用，反应温度低，得到的产物更加安全和营养；水解程度易控制，工艺简单，无污染，利于工业生产；蛋白酶制剂的应用已经取得了明显的成效[10]。但是水解不彻底，产物有时带有苦味；并且制备的肉味香精通常香气不足。张崟等[11]连续使用木瓜蛋白酶和胰蛋白酶对动物血原料进行两次酶解，再进行热反应生成了香味馥郁醇厚的肉味香精。郭伟[12]对螃蟹下脚料进行酶解后，加入氨基酸、虾壳提取物、葡萄糖、果糖和牛磺酸等进行反应生成了香味浓郁鲜美的蟹味香精。李超等[13]利用中性蛋白酶酶解鸭骨蛋白，再将酶解液制备成风味独特的鸭肉香精。

3.1.3 发酵法水解

发酵法水解是采用发酵或发酵与酶解结合的方法将动植物蛋白降解为小肽和游离氨基酸等物质，再利用得到的发酵液经美拉德反应得到风味饱满的肉味香精[14]。发酵法水解能够增大动植物蛋白的水解度；所得肉味香精馥郁浑厚、香气持久且生产成本低，还能让产品更加安全，但是应用在蛋白降解上的菌种研究不是很多，多种菌株复配的混合发酵是以后研究的重点[15]。李平[16]研究了雅致放射毛霉对大豆蛋白进行发酵的最佳条件，再利用风味独特的大豆蛋白发酵液、还原糖和氨基酸经过美拉德反应制成了肉味浑厚、留香悠长的肉味香精。李娟等[17]将酶解技术和发酵工艺相结合，使牛肉中的蛋白质物质水解得更加彻底，然后利用其水解液制得拥有传统酱香和发酵酱香的牛肉香精，不仅降低了成本，且产品香气更加饱满协调。

几种蛋白质水解方法的优缺点比较见表2。

表2 4种蛋白质水解方法的优缺点比较Table 2 The comparison of advantages and disadvantages of four methods of protein hydrolysis

由表2可知，酸法水解的水解速度快且水解彻底；但是它的专一性差，环境污染严重，此方法应用较少。酶法水解工艺简单、反应温度低、速率快，提升了工业化生产的效率，目前大多采用此水解方法。发酵法水解能够增大动植物蛋白的水解度；所得肉味香精馥郁浑厚、香气持久且生产成本低，但是对降解蛋白质的菌种研究不多，此方法有较好的发展前景。

3.2 肉味香精产生香味的反应机理

肉香味的形成过程中会发生美拉德反应、硫胺素的降解反应、脂类物质的降解反应、糖降解反应、肽和氨基酸的降解反应等，其中最主要的是美拉德反应[18-19]。同时，在各种反应所形成的中间产物或产物还会发生交互反应，从而形成大量的肉味香气化合物。

3.2.1 美拉德反应

美拉德反应被定义为一系列非酶的、连续且平行的化学反应，影响食品的色泽和风味[20]。美拉德反应的初始阶段为游离D-葡萄糖和氨基酸的初始缩合，可形成不稳定的N-糖基胺，其可经Amadori重排形成相应的N-果糖胺，即1-氨基-1-脱氧葡萄糖。镜面反射机制发生在D-果糖存在下：在这种情况下，形成不稳定的N-果糖胺，随后，在Heyns重排到N-糖基胺时，形成2-氨基-2-脱氧葡萄糖。在中间阶段，1-氨基-1-脱氧葡萄糖和2-氨基-2-脱氧葡萄糖重排的后续步骤促进1,3-脱氧二羰基和1,4-脱氧二羰基化合物(脱氧酮类)的形成。亚胺阳离子经脱水和水解得到3-脱氧-1,2-二酮糖，又称3-脱氧酮。相反，2,3-烯氨基醇有两种不同的b-消除选项：逆迈克尔消除氨基酸，形成1-脱氧-2,3-二酮糖，也称为1-脱氧酮；2,3-烯氨基醇在C-4处的水分消除会形成4-脱氧-2,3-二酮糖，也称为4-脱氧葡萄糖。烯醇化、水的消除、醛缩酶裂解、氨基官能团取代羟基官能团是脱氧肌酮上发生的反应步骤，这些步骤导致形成稳定的美拉德二级产物。最后阶段，氨基化合物再经过脱水、降解、环化及聚合等，形成类黑精及各种风味物质[21]。美拉德反应途径的复杂性导致数千个与颜色和香气形成相关的物质形成[22]。其化学途径的种类和所形成物质的重要性与反应条件有关，特别是时间、温度、pH值、反应物和前体的可用性起着至关重要的作用。

3.2.2 硫胺素的降解

硫胺素的主要形式是硫胺素焦磷酸，是一种可用于形成肉类风味的双环化合物。硫胺素受热时容易分解生成挥发性物质，一种途径是其主要中间产物4-甲基-5-噻唑进一步降解为12种噻唑；另一种途径是其中间产物5-羟基-3-巯基-2-戊酮进一步反应生成呋喃和噻吩等含硫杂环化合物，具有强烈的肉香味。硫胺素能够单独与其他物质作用，得到更丰富的风味物质。

3.2.3 糖类的降解

糖降解过程形成了对肉香味有贡献的二羰基和三羰基化合物，且羰基化合物也是Strecker反应的重要中间体。还原糖在加热过程中会发生焦糖化反应，且水分随温度升高而不断减少，如果是己糖，3-脱氧肌酮中的水分消除会促进5-羟基薄荷基糠醛的形成，或者在戊糖的情况下促进糠醛的形成，当被加热至300 ℃时，会产生许多香味物质，如呋喃、芳香烃、醇类和脂肪烃等。

3.2.4 肽的降解

肽降解为更小的部分和氨基酸。而在美拉德反应中，肽能够直接与糖或其降解产物反应形成风味化合物[23-24]。肽脱酰胺(即肽降解)的速率随着加热温度的升高而增加；然而，游离氨基酸的含量降低十分明显，这可能是氨基酸与糖或其降解产物之间的相互作用所致。肽降解产生游离氨基酸，而肽交联消耗氨基酸，且二者均因加热温度的升高而加速。因此，温度对游离氨基酸的最终含量起着重要作用，决定了肽降解与交联之间的平衡[25]。Lancker等[26]研究发现在美拉德反应过程中，游离氨基酸形成的吡嗪类烤香化合物数量还远远低于二肽。Kochhar等[27]发现可可豆中某些特殊的二肽可与还原糖反应，其产物还具有各种独特的风味。总之，低聚肽也是肉香化合物的重要前体物质。多肽美拉德反应的重要影响因素包括肽链长度、肽段相对分子质量和氨基酸组成等。

3.2.5 氨基酸的降解

氨基酸Strecker降解可生成烃类、醛类、吡嗪类、醇类、硫化氢、噻唑、噻吩类及胺类等多种化合物[28]。氨基酸的Strecker降解是羰基胺反应形成风味的重要途径之一。这种反应除了产生其他重要的风味外，还会产生斯特莱克醛类。这些芳香活性醛类，如3-甲基丁醛(麦芽)或苯乙醛(蜂蜜状)，对食物的香气有重要贡献。这些化合物主要由碳水化合物降解形成的α-二羰基化合物与氨基酸的α-氨基之间的反应产生。此外，其他羰基化合物，如脂质氧化后产生的羰基化合物，也被证明是有效的。除碳水化合物和脂类外，氨基酸的热分解也可产生羰基化合物，促进少量Strecker醛类的形成[29]。总之，由各种氨基酸组成的混合体系经复杂的热反应过程而形成了部分肉类风味。

3.2.6 脂质氧化的降解

脂质氧化是食品中羰基化合物的主要来源，这些化合物已被证明能以与碳水化合物衍生的活性羰基类似的方式降解氨基酸。事实上，通过脂质衍生的反应性羰基引发的氨基酸降解产生了Strecker醛类、α-氧乙酸、胺和乙烯基衍生物。脂质的热降解使脂质酞基链发生氧化形成许多挥发性风味物质。脂质氧化降解可生成烃、呋喃、醛、醇、内酯、羧酸和丙烯醛等挥发性化合物。各种反应所形成的中间产物或产物还会发生交互反应，生成一些杂环化合物。肉类风味物质主要包括以下几类，见表3。

表3 六大反应产生的肉类风味物质Table 3 The meat flavor compounds of six reactions

4 新技术在肉味香精研究中的应用

随着我国经济的健康发展及科学技术的快速进步，肉味香精的生产加工技术不断创新。采用顶空固相微萃取技术提取肉的风味，并对样品进行提取、富集、进样和分析。采用热脱附法提取样品的香气成分，并通过气相色谱-质谱及氢火焰离子检测器法(GC-MSD-FID)进行分析。Lotfy等[30]以蘑菇蛋白酶解液为原料，采用微波加热法制备了仿牛肉调味料。张喆等[31]利用固相微萃取结合全二维气相色谱-飞行时间质谱快速灵敏地鉴定出了肉味香精的挥发性成分。乔凯娜等[32]通过SPME-GC-MS分析法，得出了具有特殊风味的猪肉香精中的各种香气成分。有学者改进了分析肉味香精的GC-MS技术。徐欣如等[33]利用GC-O-MS分析法，对挥发性风味物质进行了鉴定和溯源。

5 结语

国内外对肉味香精的制备及其风味形成机理的研究至今已有半个多世纪，尽管已经形成了一些肉味香精的制备方法，对香精的呈味机理也更加清楚，但是仍然存在肉味香精的制备技术创新不足，对香精制备过程中可能出现的危害物质探讨不深入等问题。因此，在后期的研究过程中，应重点在发酵型肉味香精、抗氧化肉味香精、天然肉味香精和微波肉味香精等方面有所突破，同时应关注肉味香精的热反应产物中有害物质的控制，以更好地使肉味香精制作向天然、绿色、便捷、安全的新型肉味香精方向发展。