鮮味物質(zhì)間的相互作用研究進展

吳 娜，顧賽麒，陶寧萍，王錫昌

（上海海洋大學食品學院，上海201306）

味覺是食物刺激口腔中的味覺器官后由舌頭產(chǎn)生的感覺。從生理學的角度，以是否直接刺激味蕾為標準，公認的基本味覺只有五種：酸、甜、苦、咸、鮮，其中鮮味是復(fù)合味，屬于第五種味覺[1-2]。

“鮮味”這個詞來源于日本語“Umami”，鮮味感覺并不是一種簡單的味覺，具有酸、甜、苦、咸的平衡作用和風味增強作用。例如，谷氨酸鈉隨著pH的改變，可產(chǎn)生咸、鮮、酸的風味變化；5’-肌苷酸二鈉的鮮味閾值為0.025g/100g，但當5’-肌苷酸二鈉與5’-鳥苷酸二鈉等量混合時，其鮮味閾值降低為0.0063g/ 100g，即核苷酸類鮮味劑之間的配合使用，可以明顯降低閾值，提高增味效果。鮮味感覺并不簡單，至今對于如何識別鮮味以及如何編碼和解釋鮮味感覺的研究較少。因此，當食品中存在多個鮮味刺激時，鮮味物質(zhì)是如何相互作用而改變食品鮮味，有待進一步研究。

1 鮮味感受生理學

圖1 人舌功能剖析Fig.1 Function analysis of tongue

味感產(chǎn)生的基本途徑是：首先呈味物質(zhì)刺激口腔內(nèi)的味覺感受受體，然后通過收集和傳遞信息的神經(jīng)感覺系統(tǒng)傳導(dǎo)至大腦的味覺中樞，最后通過大腦的綜合神經(jīng)中樞系統(tǒng)分析[3-4]，產(chǎn)生味感。圖1顯示了精確的基本味覺區(qū)域分布。人的舌頭具有四種乳突，數(shù)量最多的絲狀乳突沒有味蕾，即沒有味覺功能，而環(huán)狀乳突、片狀乳突和菌狀乳突有味覺功能。味蕾通常由20～250個味細胞組成，聚集依附在乳突上，味蕾的味孔口與口腔相通。味細胞表面由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及少量的糖類、核酸和無機離子組成。不同的味感物質(zhì)在味細胞的受體上會與不同的組分作用，將味蕾分為甜味、酸味、苦味和咸味區(qū)，雖然不同的區(qū)域更偏向于負責某些味覺特征，但是在區(qū)域間還是有相當部分的重合。

根據(jù)Hening味覺四面體學說認為僅有酸、甜、苦、咸四種基本味覺。1908年日本學者提出鮮味是獨立而不同的滋味，而這主要取決于鮮味受體的性質(zhì)[5]。Tilak[6]根據(jù)鮮味劑在受體上的特點，提出了一個鮮味受體模式：四種基本味的感受位置是在一個四面體邊緣、表面、內(nèi)部或鄰近四面體之處，而鮮味則是獨立于外部的位置。

目前，鮮味感知的生化途徑還未明確，但可確定的是呈鮮物質(zhì)先結(jié)合在位于細胞壁隔膜的感受器上，從而激活α-味蛋白的活性，α-味蛋白是一種鳥苷酸結(jié)合蛋白（稱為G-蛋白）。通過α-味蛋白的傳遞促發(fā)了與呈味物質(zhì)相關(guān)的反應(yīng)，這些反應(yīng)最終導(dǎo)致了細胞內(nèi)Ca2+含量的增加并使傳入神經(jīng)元的興奮達到高潮?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)至少有2種GPCRs（Guanosinebinding Protein Coupled Receptors）[7-8]在鮮味感知過程中發(fā)揮著重要作用，它們分別是味型代謝性谷氨酸受體（taste metabotropic glutamate receptor 4，tastem GluR4）和味覺受體異源二聚體。

2 鮮味物質(zhì)間相互作用

2.1 常見鮮味物質(zhì)種類及其呈味特性

食品中的鮮味物質(zhì)從廣義上來說包括兩大類：呈鮮成分和增鮮成分。根據(jù)化學成分可將呈鮮成分分為氨基酸類、核苷酸類、有機酸類和肽類四大類。氨基酸類的鮮味代表是谷氨酸一鈉鹽，而核苷酸類的主要呈鮮味物是其二鈉鹽；有機酸類的鮮味物質(zhì)主要是琥珀酸、琥珀酸一鈉和琥珀酸二鈉，其鮮味閾值分別為0.39、0.15、0.10mg/mL[9]，可見琥珀酸鈉鹽的鮮味閾值相對較低，目前對其呈味特性也鮮有研究；在一些小分子肽的鮮味研究報道方面，最具影響力的是牛肉湯中的八肽化合物Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala，稱為“牛肉辛肽”，它具有強烈的鮮味，同時能增強牛肉湯的肉味[10-11]。此外，一些報道證實，Na+、Cl-等無機離子存在時能顯著提高樣品的整體鮮味強度[12]，其中Na+的鮮味閾值為1.80mg/mL[13]；而當某些無機離子缺乏時（如不存在Cl-），樣本整體鮮味強度甚至降低為零。由此可見，無機離子雖然本身不呈鮮，但其可協(xié)助形成鮮味，在鮮味的形成中起著重要的作用，故稱其為“增鮮物質(zhì)”。

常見的幾類鮮味物質(zhì)及其呈味特性詳見表1。

2.2 鮮味物質(zhì)間的相互作用

2.2.1 核苷酸與氨基酸 對相同程度鮮味的谷氨酸鈉（MSG）和核苷酸（MP）而言，當MSG濃度增大時，鮮味增大，但MP濃度增大，其鮮味又變化不大，若將二者混合后，鮮味成倍增大。鮮味的相乘效果的產(chǎn)生，是由于5’-核苷酸存在時，鮮味的受容蛋白質(zhì)與核苷酸結(jié)合而產(chǎn)生變構(gòu)后更易與MSG結(jié)合，其相乘效用也會因溶液中所含物質(zhì)的不同而有所不同。

除此之外，不同的氨基酸類鮮味物質(zhì)或核苷酸類鮮味物質(zhì)之間也存在相互作用。Kirmura等[21]指出，幾種氨基酸并不具有牛肉的特征味道，而當所有游離氨基酸共同存在時才給人以肉的味感。Gasser等[22]研究發(fā)現(xiàn)，肉汁中的呈味物質(zhì)濃度大多低于其閾值，因此各呈味物質(zhì)的協(xié)同作用是決定肉滋味的重要因素。

圖2 鮮味受容蛋白Fig.2 Umami receptor protein

表1 常見鮮味物質(zhì)及其呈味特性Table 1 Umami substances and their flavor characteristics

2.2.2 無機離子與氨基酸 缺少Na+的水產(chǎn)品合成抽提物的甜味、鮮味和特征風味明顯下降；缺少Cl-的合成抽提物幾乎無味；而缺少K+的合成抽提物味道變淡，但還是有鮮味和特征風味。鮮味劑要在有食鹽存在的情況下才能充分體現(xiàn)出其鮮美滋味，可能是鮮味劑與水溶液中由食鹽電離產(chǎn)生的正負離子之間的相互作用有關(guān)。只有當大量的Na+與HOOC-（CH2）2-CHNH2-COO-相遇在一起而相互作用時，對味覺受體的刺激才能大大增強，因此明顯地提高了谷氨酸鈉的鮮味感。

最適于利用的呈鮮味氨基酸是一鈉型的谷氨酸鹽，而其他離子形式幾乎不具有活性，即谷氨酸一鈉是L-谷氨酸呈現(xiàn)鮮味的唯一的形式。谷氨酸一鈉的鮮味與其解離度有關(guān)。在pH5.5～8.0時鮮味最強，當pH小于4.0時鮮味較小，當pH大于8.0時由于形成二鈉鹽而鮮味消失。

2.2.3 有機酸與氨基酸 琥珀酸及其鈉鹽與氨基酸類鮮味劑合用時，增鮮效果明顯。琥珀酸與味精一起使用具有相乘效果，但用量不能超過味精的10%，否則兩者將產(chǎn)生消殺作用。這是因為琥珀酸酸性較強，它可以使味精變成谷氨酸而減低呈味能力，同時自身變成鈉鹽亦減少了自身的鮮味。雖然琥珀酸與核苷酸類增味劑也有協(xié)同效應(yīng)，但效果不太明顯。

2.2.4 核苷酸與無機離子 核苷酸與無機離子之間不存在明顯的相互作用，只有核苷酸二鈉鹽才有鮮味，主要是因為核苷酸第5’位碳上的磷酸酯的兩個羥基-OH在解離時才呈現(xiàn)鮮味，如果這兩個羥基-OH被酯化或酰胺化，則鮮味消失。

2.2.5 有機酸和無機離子 有機酸和無機離子之間也不存在明顯的作用，但在使用特性上，琥珀酸一鈉的呈味能力是琥珀酸的四分之一，而只有二鈉鹽的八分之一，即琥珀酸二鈉是其呈鮮味的最佳形式。

2.3 鮮味物質(zhì)間相互作用研究方法

2.3.1 滋味活性值（Taste Activity Value，TAV） 食品中的呈鮮成分較為復(fù)雜，較難直接求出樣品的鮮味強度。目前，國內(nèi)外學者一般依據(jù)其滋味活性值（Taste Activity Value，TAV）[23-25]來大致估算該樣品的鮮味強度值。滋味活性值（TAV）是各個呈味物質(zhì)在樣品中的濃度（C）與它對應(yīng)的味道閾值（T）之比，即TAV=C/T。通常認為，當TAV大于1時，該物質(zhì)對樣品有重要影響。TAV是個比較客觀的評價方法，廣泛用于各種食品風味的研究，但它的缺陷在于并沒有考慮到各個物質(zhì)之間的相互影響關(guān)系，如協(xié)同效應(yīng)和相抵作用等。

陳德慰等[26]通過測定大閘蟹蟹肉中非揮發(fā)性風味成分（游離氨基酸、風味核苷酸、鹽類、琥珀酸和小分子肽等）的含量，確定蟹肉的味精當量為4.2gMSG/100g，其TAV值高達140，從而闡明蟹肉具有強烈鮮味的原因。

2.3.2 滋味稀釋分析（Taste Dilution Analysis，TDA）Hofmann等[27-28]在2001年建立一種測定苦味活性物質(zhì)的方法，它是把人的舌頭作為生物感受器，檢測食品中存在的滋味化合物的閾值，然后通過計算其滋味活性值（TAV）與滋味稀釋值（Taste Dilution，TD值）來評價其滋味貢獻，貢獻率（%）=（TAV/總TD稀釋值）× 100。其中，總TD稀釋值指的是將混合物溶解于1mL水中，按1∶1的體積比稀釋，采用3點測定進行評定，當某個稀釋水平的溶液與2個空白之間的滋味差異剛好能被識別出來時的稀釋倍數(shù)。TDA分析方法雖然能較好地計算出滋味活性物質(zhì)對風味的貢獻，但它是基于滋味強度是風味物質(zhì)濃度的線性函數(shù)為假設(shè)，并未考慮食品基質(zhì)和風味物質(zhì)的相互作用。

王春葉等[29]采用TDA方法檢測蘑菇中呈鮮滋味活性物質(zhì)，檢測到谷氨酸、天冬氨酸和琥珀酸幾種呈鮮成分。Harald Ottinger等[30]運用TDA在牛肉湯中首次分離出來增味劑Alapyridaine，證明它對牛肉湯整個滋味都有很大的影響。

2.3.3 減除實驗（Omission Tests） 盡管傳統(tǒng)的方法均能確定食品中的滋味活性物質(zhì)，但其結(jié)論均限制于假定食品中風味物質(zhì)的活性不被混合影響。不少實驗中發(fā)現(xiàn)，食品混合物中一個或多個成分的感官性質(zhì)不足以解釋食品的整體風味。減除實驗是通過感官實驗比較混合物和缺少其中一種成分的混合物的感官特性，從而確定某一成分對整體風味的貢獻。此方法主要包括4個關(guān)鍵步驟：a.確定食品水提物的濃度；b.合成混合物的建立；c.感官驗證建立的合成混合物；d.感官評價減除實驗并最終選擇可減除的化合物。減除實驗考慮到滋味活性物質(zhì)和食品基質(zhì)間的相互作用，從而建立成分與感官性狀之間的關(guān)系。

Engel等[31]運用減除實驗分別測定了脂相和水相的風味成分，從而確定了導(dǎo)致奶酪酸味、苦味和咸味的風味貢獻成分。Hayashi等[32]運用減除實驗對煮蟹進行分析，發(fā)現(xiàn)谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、IMP、NaCl等按比例混合物很好地呈現(xiàn)出蟹肉的特征風味，其中IMP、谷氨酸是鮮味的主要貢獻者，甘氨酸、丙氨酸對鮮味也有貢獻，而缺少NaCl，蟹肉的風味大大降低。Konosu等[33]對蟹肉、鮑魚肉等的提取物進行分析，結(jié)果顯示谷氨酸不但呈鮮味，也提高風味的醇厚，甘氨酸在所有的合成抽提物中呈甜味，對鮮味也有貢獻。

2.3.4 味精當量（Equivalent Umami Concentration，EUC） 日本科學家Yamaguchi和Yoshikawa[34]于1971年提出游離氨基酸和呈味核苷酸之間的協(xié)同作用可用味精當量（Equivalent Umami Concentration，EUC）表示，它是表示兩類鮮味物質(zhì)混合物協(xié)同作用所產(chǎn)生的鮮味強度相當于多少濃度的單一的味精所產(chǎn)生的鮮味強度。它們之間的關(guān)系可用公式EUC=∑aibi+ 1218（∑aibi）（∑ajbj）表示。其中：EUC是味精當量（gMSG/100g）；ai是鮮味氨基酸（Asp或Glu）的濃度（g/100g）；bi是鮮味氨基酸相對于MSG的相對鮮度系數(shù)（Glu：1；Asp：0.077）；aj是呈味核苷酸（5’-IMP，5’-GMP，5’-AMP，5’-XMP）的濃度（g/100g）；bj是呈味核苷酸相對于IMP的相對鮮度系數(shù)（5’-IMP：1；5’-GMP：2.3；5’-AMP：0.18；5’-XMP：0.61）；1218是協(xié)同作用常數(shù)。

陳德慰等[35]采用TAV和EUC的方法評價了廣西三種貝類的非揮發(fā)性呈味物質(zhì)，證明呈味核苷酸AMP、GMP和IMP與谷氨酸和天冬氨酸能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，且三種貝類味精當量的TAV值均大于1，是其具有強烈鮮味的原因。Fuke等[11]在研究人工模擬合成對蝦混合物時，測定滋味活性物質(zhì)的味精當量及其TAV值，也得出相似的結(jié)論。

3 展望

鮮味在水產(chǎn)品、肉類等食品的整體風味中有著重要作用，國內(nèi)外對食品中關(guān)鍵風味物質(zhì)的研究多集中于鮮味物質(zhì)的含量檢測方面，對其中呈味物質(zhì)間的相互作用的研究較少。鮮味物質(zhì)是具有代表性的滋味感覺，其呈味物質(zhì)相對簡單。因此，結(jié)合鮮味物質(zhì)相互作用的研究方法，分析其他幾種味覺呈味物質(zhì)間的相互作用，以期探討呈味物質(zhì)的相互作用是如何影響食品整體滋味的，并為調(diào)味品行業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

[1]GHIRRI A，BIGNETTI E.Occurrence and role of umami molecules in foods[J].International Journal of Food Sciences and Nutrition，2012，63（7）：871-881.

[2]ZHANG F，KLEBANSKY B，F(xiàn)ine R M，et al.Molecular mechanism for the umami taste synergism[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2008，105（52）：20930-20934.

[3]NELSON G，CHANDRASHEKAR J，HOON M A，et al.An amino-acid taste receptor[J].Nature，2002，416（6877）：199-202.

[4]SAKO N，HARADA S，YAMAMOTO T.Gustatory information of umami substances in three major taste nerves[J].Physiology& Behavior，2000，71（1）：193-198.

[5]SMRIGA M，MIZUKOSHI T，IWAHATA D，et al.Amino acids and minerals in ancient remnants of fish sauce（garum）sampled in the“Garum Shop”of Pompeii，Italy[J].Journal of Food Composition and Analysis，2010，23（5）：442-446.

[6]NAGODAWITHANA T W，HOFMANN T.Savory flavors[J]. Trends in Food Science and Technology，1996，7（10）：342.

[7]LI X.T1R receptors mediate mammalian sweet and umami taste[J].The American Journal of Clinical Nutrition，2009，90（3）：733S-737S.

[8]CHAUDHARI N，PEREIRA E，ROPER S D.Taste receptors for umami：the case for multiple receptors[J].The American Journal of Clinical Nutrition，2009，90（3）：738S-742S.

[9]馮容保.有機酸鮮味劑[J].發(fā)酵科技通訊，2002，31（2）：29.

[10]YAMASAKI Y，MAEKAWA K.A peptide with delicious taste[J].Agricultural and Biological Chemistry，1978，42（9）：1761-1765.

[11]劉甲.呈味肽的研究及其在調(diào)味品中的應(yīng)用[J].肉類研究，2010（5）：88-92.

[12]鄧捷春，王錫昌，劉源.魚肉風味研究進展[J].食品工業(yè)科技，2010，31（6）：375-378.

[13]ROTZOLL N，DUNKEL A，HOFMANN T.Quantitative studies，taste reconstitution，and omission experiments on the key taste compounds in morel mushrooms（Morchella deliciosa Fr.） [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（7）：2705-2711.

[14]Shallenberger R S.Taste chemistry[Z].Springer，1993.

[15]宋鋼.鮮味劑生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009：13.

[16]FUKE S，UEDA Y.Interactions between umami and other flavor characteristics[J].Trends in Food Science&Technology，1996，7（12）：407-411.

[17]Shahidi F.Flavor of meat and meat products[M].Blackie Academic&Professional，1994.

[18]DUBOIS G E，DESIMONE J A，LYALL V.Chemistry of gustatory stimuli[J].Olfaction and taste.Amsterdam（The Netherlands）：Elsevier，2008：27-74.

[19]LOPEZ CASCALES J J，OLIVEIRA COSTA S D，de GROOT B L，et al.Binding of glutamate to the umami receptor [J].Biophysical Chemistry，2010，152（1）：139-144.

[20]SPANIER A M，BLAND J M，MILLER J A，et al.BMP：a flavor enhancing peptide found naturally in beef.Its chemical synthesis，descriptive sensory analysis，and some factors affecting its usefulness[J].Developments in Food Science，1995，37：1365-1378.

[21]KIRIMURA J，SHIMIZU A，KIMIZUKA A，et al.The contribution of peptides and amino acids to the test of food stuffs [J].J Agric Food Chem，1969，17：689.

[22]GASSER U，WARENDORF T，GROSCH W，et al. The flavor of bouillon.Bireh G G，Campbell-Platt G Synergy[J]. Intercept Ltd：Andover，1994：129-144.

[23]劉敬科.鰱魚風味特征及熱歷史對鰱魚風味的影響[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2009.

[24]SCHLICHTERLE-CEMY H，GROSCH W.Evaluation of taste compounds ofstewed beefjuice[J].ZeitschriftFur Lebensmittel Untersuchung und Forschung，1998，207：369-376.

[25]WARMKE R，BELITZ H D，GROSCH W.Evaluation of taste compounds of Swiss cheese（Emmentaler）[J].Zeitschrift Fur Lebens-mittel Untersuchung und Forschung，1996，203：230-235.

[26]CHEN Dewei，ZHANG Min.Non-volatile taste active compounds in the meat of Chinese mitten crab（Eriocheir sinensis）[J].Food Chemistry，2007，104（3）：1200-1205.

[27]HOFMANN T，OTTINGER H，F(xiàn)RANK O.The taste activity concept：a powerful tool to trace the key tastants in foods，In Challenges in taste chemistry and biology[C]//.ACS Symposium Series 867，American Chemieal Soeiety，Washington D.C.，2004：104-124.

[28]HOFMANN T.Taste-Active Maillard Reaction Products：The“Tasty”World of Nonvolatile Maillard Reaction Products[J]. Annals of the New York Academy of Sciences，2005，1043（6）：20-29.

[29]王春葉，童華榮.滋味稀釋分析及其在食品滋味活性成分分析中的應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，33（12）：117-121.

[30]OTTINGER H，HOFMANN T.Identification of the taste enhancer aiapyridaine in beef broth and evaluation of its sensory impact by taste reconstitution experiments[J].Agric Food Chem，2003，51（23）：6791-6796.

[31]ENGEL E，NICKLAUS S，SALLES C，et al.Relevance of omission tests to determine flavour-active compounds in food：application to cheese taste[J].Food Quality and Preference，2002，7-8（13）：505-513.

[32]HAYASHI T，YAMAGUCHI K，KONOSU S.Sensory Analysis of Taste-Active Components in the Extract of Boiled Snow Crab Meat[J].Journal of Food Science，1981，46（2）：479-483.

[33]KONOSU S.The flavor components in fish and shellfish[J]. Chemistry and biochemistry of marine food products，1982：367-404.

[34]YAMAGUCHI S.The Synergistic Taste Effect of Monosodium Glutamate and Disodium 5’-Inosine[J].Journal of Food Science，1967，32：473.

[35]陳德慰，蘇鍵，顏棟美，等.廣西北部灣常見水產(chǎn)品中甜菜堿含量測定及呈味效果評價[J].現(xiàn)代食品科技，2011，27（4）：468-472.