美拉德反应在水产制品中的应用

段静瑶 王禹 王志龙 苏岩峰 喻佩

摘要：美拉德反应是发生在羰基化合物和氨基化合物之间的一种非酶褐变反应，该反应能赋予水产制品独特的风味和色泽。文章介绍了美拉德反应的机理、影响反应的因素及其在水产调味料和香料中的应用，同时概述了美拉德反应在改善水产蛋白功能特性方面的作用。

关键词：美拉德反应；水产香精；水产调味料；蛋白质功能特性

中图分类号：TS254.5      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2024）02-0199-04

Application of Maillard Reaction in Aquatic Products

Abstract： Maillard reaction is a non-enzymatic browning reaction that occurs between carbonyl compounds and amino compounds， and can give aquatic products unique flavor and color. In this paper， the mechanism of Maillard reaction， the factors affecting reaction， and its application in aquatic seasonings and spices are introduced. At the same time， the effects of Maillard reaction on improving the functional characteristics of aquatic proteins are summarized.

Key words： Maillard reaction; aquatic essence; aquatic seasoning; functional characteristics of proteins

美拉德反应是羰基化合物（如醛类、酮类等）和氨基化合物（如氨基酸、肽、蛋白质）之间发生的非酶褐变反应，也叫作羰氨反应[1]。美拉德反应极其复杂，受反应底物、温度、反应时间、pH和金属离子等的影响。美拉德反应是食品中各种风味和色泽的重要来源，对于水产调味料和香精的生产至关重要。虽然美拉德反应会使水产制品中蛋白质等有效成分有所损失，从而降低营养价值，但是可以改善水产制品的色泽和风味，在水产制品的生产中已得到广泛应用[2]。本文概述了美拉德反应机理、影响因素及其在水产制品中的应用。

1 美拉德反应机理

美拉德反应分为3个阶段：初级阶段、中间阶段和高级阶段[3]。

1.1 初级阶段

还原糖的羰基化合物与氨基化合物中的游离氨基发生缩合反应生成席夫碱，席夫碱不稳定，随即环化生成N-取代糖基胺。当还原糖为醛糖时，席夫碱环化生成的N-葡萄糖基胺经Amadori重排生成Amadori化合物（1-氨基-1-脱氧-2-酮糖）；而对于酮糖，其与氨基化合物生成的酮糖基胺则会发生Heynes重排反应，生成Heynes化合物（2-氨基-2-脱氧葡萄糖）。美拉德反应初级阶段产物不会影响食品的色泽和香气，但其可进一步反应生成非挥发性香气物质[4]。

1.2 中间阶段

此阶段Amadori化合物有3种降解途径：在pH≤7时，Amadori重排产物经1，2-烯醇化反应生成羟甲基糠醛（还原糖为己糖）或糠醛（还原糖为戊糖）；在pH＞7时，发生2，3-烯醇化反应生成脱氢还原酮类及还原酮类（食品香气物质的前体）；继续裂解形成羰基或二羰基化合物，以进行最后阶段反应或与氨基进行Strecker降解反应，形成Strecker醛类，Strecker醛类是食物中不同香气的主要来源之一[5]。

1.3 高级阶段

该阶段反应过程繁杂，主要为中间阶段的产物与氨基化合物发生醇醛缩合反应、醛基-氨基反应和环化反应，最终生成高分子色素物质类黑精以及吡嗪、咪唑等风味物质。

2 美拉德反應影响因素

2.1 反应底物

2.1.1 氨基化合物

氨基化合物种类和结构的不同导致美拉德反应速率和风味的差异，氨基化合物反应的速率为胺>氨基酸>蛋白质。碱性氨基酸反应速率比酸性氨基酸快，氨基酸中氨基在ε位或末位反应速率比α位快。研究表明，丙氨酸、甘氨酸等和葡萄糖反应能产生焦糖香气，组氨酸、赖氨酸、脯氨酸能产生烤面包香味，含硫氨基酸（如半胱氨酸、胱氨酸）在肉味香精的生产中发挥着重要作用[6]。

2.1.2 还原糖

在美拉德反应中，美拉德风味物质的形成与糖的种类密不可分。按照发生美拉德反应的难易程度对糖进行排序，顺序为双糖＜己酮糖＜己醛糖＜戊糖，环状的核糖比开环的核糖反应要慢[7]。美拉德反应中常用的原料为木糖和葡萄糖，木糖相比于葡萄糖褐变程度较高，酱香味稍强，但其价格远高于葡萄糖。

2.2 温度

当美拉德反应的温度较高时，会生成吡咯类、吡嗪类、吡啶类化合物，带有烧烤的香气；当反应温度较低时，会生成呋喃类、醛类等化合物，导致香气不浓郁。若温度过高，会使反应产物碳化，同时还可能形成大量有毒有害物质。当温度低于80 ℃时，无法达到理想的效果；当温度在80～110 ℃时，香味浓郁，褐变程度增加；当美拉德反应温度超过110 ℃时，生成物的香气中会掺入其他杂气，还伴有焦臭味。利用美拉德反应制取香味物质时，温度通常控制在100～110 ℃之间[8]。

2.3 反应时间

美拉德反应产物的形成与反应时间息息相关。反应时间过长，反应物颜色加深，可能出现焦糊味，甚至产生丙烯酰胺、杂环胺、羟甲基糠醛等有毒有害物质；反应时间太短也不利于美拉德反应，会导致反应不完全，从而使香味不够浓厚，颜色较浅。王智勇[9]在利用美拉德反应生产调味品时，发现反应时间对美拉德反应有较明显的影响，当反应时间控制在15～25 min时，产物颜色较浅，香气不够浓郁；当反应时间为45～55 min时，香气浓厚，颜色较深；当反应时间超过90 min时，香气中带有杂气并伴有焦臭气味，且反应物颜色过深。

2.4 pH

当pH＜7.0时，美拉德反应不易发生，且易生成羟甲基糠醛或糠醛等物质；当pH＞7.0时，会促进美拉德反应的发生，有利于风味化合物的生成，且pH越高，生成的风味物质越多。张锋[10]研究发现，在较低的pH下利用鲶鱼头生产鱼味香精时，美拉德反应速度缓慢，未产生大量香味物质；当pH＞5.0时，反应物风味得到明显改善，pH在7.0左右时最佳，而pH进一步增加，综合感官评分有所下降[11]。

3 美拉德反应在水产制品中的应用

3.1 在水产香精中的应用

目前，市场上出售的水产类香精产品大多是通过美拉德反应而生成的。水产类香精香气成分丰富，包含醛类、醇类、呋喃类、酮类、含氮化合物、含硫化合物、酯类、烃类和酚类等。水产香精在烹饪过程中的使用弥补了因烹制而导致的特征香气损失，同时解决了某些水产品价格高的难题，虽然不能完全代替海鲜成分，但在一定程度上提升了产品的口感和香气，降低了生产成本，同时可使产品的口味和香气保持一致，满足了消费者的多重需求。

刘红等[12]以低值鲢鱼为原料，称取鱼肉50 g，水和鱼肉的比例为1∶10，加入2.4%的复合酶液（复合蛋白酶∶风味蛋白酶为1∶3），在50 ℃条件下酶解6 h，随后将pH调为7.0，在95 ℃下灭酶5 min，以6 000 r/min离心15 min后得到蛋白酶水解液。在此水解液中添加3%葡萄糖、5%氯化钠、0.5%盐酸硫胺，通过美拉德反应制备得到一种新型鱼味香精。制得的香精没有鱼类的腥味，具有特殊的酱香味、肉香味。

方杰等[13]以紫蛤为原料，得到通过美拉德反应制备紫蛤调味液的最佳工艺参数：pH为7.5，反应温度为120 ℃，反应时间为3.5 h，木糖∶葡萄糖为1∶2，半胱氨酸盐酸盐添加量为1%，反应时間为30 min。在此条件下生成的风味物质带有焦香味，同时掩盖了紫蛤本身的腥味。

董志俭等[14]以低值海虾酶解液为基料，得出美拉德反应的最优工艺条件：还原糖（木糖∶葡萄糖为1∶4）添加量为6%，氨基酸（精氨酸∶丙氨酸为2∶1）添加量为2%，将pH调节到8.0，反应温度为115 ℃，反应时间为20 min，制得的虾味香精澄清透明，虾肉香味和烧烤味浓郁。

3.2 在水产调味料中的应用

水产调味料因含有丰富的核苷酸、氨基酸、有机酸、多肽等呈味成分和牛磺酸等功能成分越来越受到消费者的喜爱。水产调味料是以水产品为原料，经抽出、分解、加热、浓缩、干燥、造粒等步骤生产而成的[15]。利用美拉德反应生产水产调味料，通常先将鱼、虾、贝类等水产原料加酶水解，在水解液中添加糖类和其余辅料，控制好反应温度、时间和pH等因素，从而制得品质较佳的水产调味料。

生产水产调味料的主要原料通常为低值杂鱼、虾和水产加工下脚料（皮、骨、头、尾）、副产物（煮汁、蒸煮液）等，其中不仅含有大量呈味物质，而且含有丰富的营养成分。若直接将其排放掉不仅会造成环境污染，而且会造成营养物质的损失。用其生产水产调味料不仅能增加水产原料的附加值，充分利用其所含的营养物质，而且解决了废弃物排放造成的环境污染问题，是有效的水产品综合利用方法[16]。

于亚辉等[17]以鲍鱼蒸煮液为反应基料，通过美拉德反应确定了最佳工艺条件为 pH 8.0、葡萄糖添加量6.0%、精氨酸添加量0.4%、半胱氨酸添加量0.16%、甘氨酸添加量1.5%、组氨酸添加量1.2%、反应时间75 min、反应温度110 ℃，在此条件下制备的海鲜调味品鲜味浓郁，几乎不存在涩味和苦味等不良味道。

张满等[18]将8%葡萄糖加入到牡蛎水解液中，在L-半胱氨酸盐质量分数0.15%、VB1质量分数0.50%、体系初始pH 8.0、反应时间130 min的条件下进行美拉德反应，反应产物具有良好的肉香味，有效改善了牡蛎酶解产物的风味。王茵等[19]利用花蛤蒸煮液制备水产调味料，得出美拉德反应的最佳反应条件为木糖添加量10%、反应温度110 ℃、反应时间70 min，在此条件下感官评分最高，鲜味提升，苦味减少。

张迪[20]以南极磷虾为原料，确定美拉德反应的最优试验条件为起始pH 8.5、D-木糖添加量40 g/L、氨基酸添加量30 g/L、食盐添加量20 g/L、反应温度105 ℃、反应时间90 min，制得的海鲜调味品兼具营养、保健与风味。

3.3 改善水产蛋白功能特性

水产蛋白的获取来源较多，并且其所含氨基酸种类丰富，营养较均衡，其他陆地蛋白资源无法取代。虽然水产蛋白具有较好的功能特性，如乳化性和凝胶性等，但水产原料的易腐特性易引起蛋白质分解[21]，使得水产蛋白的化学稳定性和热稳定性低于脊椎动物蛋白和植物蛋白，水产蛋白的功能特性也会随着蛋白质的变性而降低，导致水产蛋白的应用受限。研究表明，美拉德反应是改善水产蛋白功能特性的有效方法，对于拓展水产蛋白在食品工业中的应用具有重要作用[21]。糖基化反应对水产蛋白的功能特性产生影响。

3.3.1 热稳定性

热稳定性是蛋白质主要的功能特性之一，在食品加工过程中，热稳定性直接影响蛋白质的其他功能特性。因此，提高水产蛋白的热稳定性十分必要。

Fujiwara等[22]利用葡聚糖作为糖基供体将鲤鱼肉肌原纤维蛋白糖基化，研究结果表明，在7

3.3.2 乳化性

乳化性作为蛋白质的主要功能特性之一，对形成食品中稳定的泡沫体系和乳浊度起着主要作用。

Saeki等[24]将糖基化前、后的肌原纤维蛋白的乳化特性进行对比，发现未糖基化的肌原纤维蛋白乳化后，其乳浊度迅速降低，在8 min之内能明显看到分离层；而糖基化的肌原纤维蛋白在60 min后仍保持浑浊，并未出现明显的分层现象。葡萄糖、葡聚糖与鲤鱼肉肌原纤维蛋白发生糖基化反应均可以改善鲤鱼肉肌原纤维蛋白的乳化特性。芦晶等[25]详细研究了糖基化水产蛋白的乳化特性，选用不同种类的糖（天然和基因重组海藻酸裂解酶制备的海藻低聚糖）与鲤鱼肉肌原纤维蛋白发生美拉德反应，结果表明，鲤鱼肉肌原纤维蛋白的乳化特性经糖基化后均得到有效改善。

3.3.3 溶解性

Matsudomi等[26]报道表明糖基化反应可以提高水产蛋白的溶解度，特别是在低离子浓度的溶液中，肌原纤维蛋白与葡萄糖在40 ℃条件下反应12 h，在0.1 mol/L NaCl溶液中溶解性最高，可达到63%，而未经糖基化的肌原纤维蛋白在同样条件下溶解性只达到11%。Sato等[27-28]以海藻低聚糖为糖基供体对鲤鱼肉肌原纤维蛋白的功能特性进行改善，结果表明，肌原纤维蛋白与海藻低聚糖偶联后在低离子强度溶液（0.16 mol/L NaCl溶液）中溶解性有很大提高。

3.3.4 过敏反应

李庆丽等[29]选用麦芽糖、葡萄糖等还原糖作为糖基与虾过敏原进行美拉德反应，研究其对虾过敏原免疫活性的影响。结果表明，虾过敏原与葡萄糖发生美拉德反应后，其免疫活性降低约10%，与麦芽糖发生美拉德反应后虾过敏原的免疫活性降低60%，虾过敏原与还原糖发生美拉德反应后可有效降低其免疫活性。

张敏[30]用鳕鱼小清蛋白作为研究对象，并选择糖基化的方法对其进行降敏研究，使用间接竞争ELISA方法研究糖基化修饰对鳕鱼小清蛋白致敏性的影响，得出糖基化修饰结合胃肠道消化是降低鳕鱼小清蛋白致敏性较有效的方法。

4 展望

美拉德反应能够有效改善水产制品风味和水产蛋白功能特性，在水产制品生产中展现出巨大的应用潜力。但美拉德反应复杂，反应产物种类繁多，可能会生成一些有毒有害物质，如5-羟甲基糠醛、晚期糖基化终末产物等，因此应合理控制反应进程，使反应向期望的方向发展，避免有毒有害物质的生成。今后伴随着美拉德反应机理研究的不断深入，美拉德反应在水产加工业中的应用将越来越广泛。

水产制品加工过程中会产生大量废弃物，如果可以合理利用这些废弃物，对于海洋资源的综合利用具有重要作用。此外，随着社会的发展，消费者对调味品的要求也越来越高，不仅要求色、香、味俱全，而且要求兼具营养、健康等特点，而水产制品废弃物中富含营养物质和功能成分（活性多糖、胶原蛋白、硫酸软骨素等），对改善人体生理机能有一定作用。合理利用水产制品废弃物，不仅能增加水产原料附加值，而且可以保护生态环境，对于推动我国水产业的健康可持续发展具有重要意义。

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