美拉德反應(yīng)在風(fēng)味劑中的應(yīng)用

孔 凌，包清彬，劉 超，羅春發(fā)

（1.成都大帝漢克生物科技有限公司，成都 611130；2.西華大學(xué)生物工程學(xué)院，成都 610039）

美拉德反應(yīng)即羰氨反應(yīng)，又稱非酶褐變反應(yīng)，是在食品加工和貯藏過程中，發(fā)生在氨基化合物氨基端和還原糖或其他羰基化合物羰基端的縮合反應(yīng)，其賦予食品誘人的香味和色澤[1]。在肉加工過程中，美拉德反應(yīng)被認(rèn)為是產(chǎn)生肉香味的主要反應(yīng)之一，該反應(yīng)產(chǎn)生的一種具有特殊香味、口感和顏色的復(fù)合物在食品和相關(guān)產(chǎn)業(yè)中具有積極作用，對(duì)于一些氣味感知能力差的食品，美拉德反應(yīng)能形成獨(dú)特的風(fēng)味[2]。同時(shí)，美拉德反應(yīng)在飼料工業(yè)中也時(shí)常發(fā)生，如谷物加熱及干草和青貯料調(diào)制過程中溫度過高會(huì)出現(xiàn)深褐色，該褐色物質(zhì)是動(dòng)物自身消化酶不能降解的氨基-糖復(fù)合物，影響氨基酸吸收利用，進(jìn)而降低蛋白質(zhì)消化利用率。

近年來，人們利用動(dòng)、植物水解蛋白和醇母自溶產(chǎn)物作原料，制備出成本低、安全，且更逼真、更接近天然風(fēng)味的香味料[2]。關(guān)于美拉德反應(yīng)在香精生產(chǎn)中的應(yīng)用，國(guó)外研究較多，國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用很少，該技術(shù)在肉類香精及煙草香精中有較好的應(yīng)用效果[3]。所形成的香精具有天然肉類香精的效果和調(diào)配技術(shù)無法比擬的作用。美拉德反應(yīng)技術(shù)在香精領(lǐng)域中的應(yīng)用超出了傳統(tǒng)香精調(diào)配和生產(chǎn)工藝的范疇，是一種全新的香精香料生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)。美拉德反應(yīng)所形成的肉味香精無論是原料還是過程均可以視為天然，因此，所得肉味香精可以視為天然香精，其應(yīng)用廣受關(guān)注。

1 美拉德反應(yīng)的機(jī)理

美拉德反應(yīng)是發(fā)生在氨基化合物（胺、氨基酸、肽和蛋白質(zhì)）的氨基端和還原糖或其他羰基化合物的羰基端的縮合反應(yīng)。熱反應(yīng)和長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵都可以促使美拉德反應(yīng)發(fā)生。目前對(duì)該反應(yīng)產(chǎn)生低分子和中分子的反應(yīng)機(jī)理比較清楚，而對(duì)產(chǎn)生高分子聚合物的機(jī)理仍不能得到滿意的解釋。美拉德反應(yīng)過程可以分為初期、中期和末期3個(gè)階段，每個(gè)階段又可細(xì)分為若干反應(yīng)。該反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)，包括許多交叉反應(yīng)和分解反應(yīng)，生成一系列芳香化合物，如酮、醛、醇、呋喃及其衍生物、吡咯、吡啶、吡嗪、噻吩、噻唑、惡唑、惡唑啉、硫化物。起始階段：氨基酸與還原糖加熱，氨基與羰基縮合生成席夫堿，席夫堿環(huán)化生成N-取代糖基胺，N-取代糖基胺經(jīng)Amiadori重排形成Amadori化合物（1-氨基-1-脫氧-2-酮糖）。中間階段：Amadori化合物通過3條路線進(jìn)行反應(yīng)。酸性條件下，經(jīng)1,2-烯醇化反應(yīng)，生成羰基甲呋喃醛；堿性條件下，經(jīng)2,3-烯醇化反應(yīng)，產(chǎn)生還原酮類褐脫氫還原酮類，有利于Amadori重排產(chǎn)物形成1-deoxysome，其是許多食品香味的前驅(qū)體；Strecker聚解反應(yīng)：繼續(xù)進(jìn)行裂解反應(yīng)，形成含羰基和雙羰基化合物，進(jìn)行最后階段反應(yīng)或與氨基進(jìn)行Strecker分解反應(yīng)，產(chǎn)生Strecker醛類。最終階段：此階段反應(yīng)復(fù)雜，機(jī)制尚不清楚，中間階段的產(chǎn)物與氨基酸化合物進(jìn)行醛基-氨基反應(yīng)，最終生成類黑精。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物除類黑精外，還有一系列中間體還原酮及揮發(fā)性雜環(huán)化合物，所以并非美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物都是呈香成分[1,4-7]?？刂泼览路磻?yīng)的原料和反應(yīng)條件，可以產(chǎn)生不同的肉香味，以美拉德反應(yīng)為基料的肉味香精質(zhì)量一般較好。

2 影響美拉德反應(yīng)的因素

2.1 溫度

溫度越高，褐變速度越快。溫度每提高10℃，反應(yīng)速度約增加300%～500%。一般每相差10℃，反應(yīng)速度相差300%～500%。溫度過高，會(huì)使食品中氨基酸和糖類受到破壞，還可能產(chǎn)生致癌物質(zhì)[8]。

2.2 反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間對(duì)風(fēng)味形成影響較大，時(shí)間過短，不能形成足夠的風(fēng)味物質(zhì)，容易產(chǎn)生過度的焦糖化，產(chǎn)生苦味，影響整體風(fēng)味。同時(shí)反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的影響也較大[9]。反應(yīng)的產(chǎn)物含量和產(chǎn)物種類會(huì)因反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短而有所差異。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，反應(yīng)產(chǎn)生的香味中間體也會(huì)越來越多，其香味也就越渾厚濃郁，但是反應(yīng)時(shí)間不宜太長(zhǎng)，因?yàn)闀r(shí)間過長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生一些不利于風(fēng)味的致癌物質(zhì)[10]。

2.3 pH

袁媛等研究發(fā)現(xiàn)，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量隨著初始pH的上升而增加[11]。pH＞8時(shí)反應(yīng)進(jìn)行較快，并且很難控制，產(chǎn)生的風(fēng)味也比較差[12]。研究發(fā)現(xiàn)，在中性或弱偏堿性的條件下可以得到較好的肉香味和烤香味。

2.4 還原糖的選擇

參加美拉德反應(yīng)有單糖和雙糖[13]。雖然雙糖參加反應(yīng)，但是產(chǎn)生的風(fēng)味比較差，所以反應(yīng)一般用單糖。由于葡萄糖和木糖廉價(jià)易得、反應(yīng)性好，所以常用葡萄糖和木糖作為美拉德反應(yīng)原料。

2.5 氨基酸的影響

不同氨基酸具有不同的反應(yīng)產(chǎn)物，增加氨基酸濃度可以提高美拉德反應(yīng)速率。研究表明，半胱氨酸產(chǎn)生強(qiáng)烈肉香味，胱氨酸味道差，蛋氨酸產(chǎn)生土豆樣風(fēng)味，谷胱氨酸產(chǎn)生出較好的肉味。當(dāng)加熱半胱氨酸與還原糖的混合物時(shí)，便得到一種刺激性“生”味，如有其他氨基酸混合物存在的話，可得到更完全和完美的風(fēng)味，蛋白質(zhì)水解物對(duì)此很合適[14]。

2.6 水分

水分是必須的，但是過多的水分會(huì)抑制反應(yīng)，通常含水量＜90%，水分活度為0.55～0.75時(shí)，美拉德反應(yīng)能夠得到最大反應(yīng)速度[15]。美拉德反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜過程，需要協(xié)調(diào)原料、pH、溫度、時(shí)間等多種因素，才可以取得好的效果。因此在加工中，需要盡量調(diào)節(jié)控制好各種影響因素，使之在合適范圍內(nèi)取得預(yù)期效果。

3 美拉德反應(yīng)與肉味形成途徑

鮮肉味道平淡，微腥略咸，基本上無香味，肉的風(fēng)味是由于加熱過程中化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)了香味物質(zhì)的形成。很多研究的目的在于闡述肉類香味形成的原理以及加熱過程中發(fā)生的反應(yīng)[16]。目前，一般認(rèn)為肉類風(fēng)味的主要前體物質(zhì)可以分為水溶性物質(zhì)和脂質(zhì)。水溶性物質(zhì)是肉類風(fēng)味主要的前體物質(zhì)，主要包括一些相對(duì)分子質(zhì)量較小的水溶性物質(zhì)，如氨基酸、肽、碳水化合物、核苷酸、硫胺素等，而相對(duì)分子質(zhì)量較大的肌原纖維蛋白和肌漿蛋白對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)有限，在加熱的過程中，這些物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)形成芳香性物質(zhì)，揮發(fā)出理想的風(fēng)味。一般認(rèn)為，加熱過程中發(fā)生的主要反應(yīng)是美拉德反應(yīng)和脂質(zhì)的降解。肉類香味物質(zhì)的形成原理一直是研究的熱點(diǎn)。在肉制品加工過程中，發(fā)生多種反應(yīng)，并且相互影響，都會(huì)影響肉風(fēng)味形成。目前認(rèn)為對(duì)肉香味物質(zhì)形成的反應(yīng)主要有美拉德反應(yīng)、硫胺素的降解和脂質(zhì)的降解，而肉類的香味是這些反應(yīng)綜合作用的結(jié)果。

4 美拉德反應(yīng)在動(dòng)物飼料風(fēng)味劑中的應(yīng)用

4.1 提高飼料的誘食性和適口性，增加采食量

動(dòng)物學(xué)家認(rèn)為，動(dòng)物和人類一樣，對(duì)食物的色、香、味有著感觀上的要求。許多動(dòng)物的味覺和嗅覺比人要靈敏得多。如豬的味覺非常靈敏，平均味蕾數(shù)（20 000個(gè)）比狗（1 706個(gè)）高12倍，比貓（473個(gè)）高42倍，比兔（17 000個(gè)）高1.1倍，比人（6 974個(gè)）高3倍。豬的嗅覺也很敏銳，其對(duì)氣味的識(shí)別能力比狗高12倍，比人高2倍。所以許多人不能感覺到的氣味，動(dòng)物卻能感覺到。動(dòng)物在自然條件下的隨意采食量受許多因素制約，主要有種類、生理、飼料質(zhì)量和環(huán)境溫度等。研究表明，中國(guó)地方豬種的生長(zhǎng)速度低于國(guó)外現(xiàn)代豬種的主要原因是前者的采食量低于后者。而制約現(xiàn)代豬生長(zhǎng)速度的主要原因也是采食量的多少。育種選擇生長(zhǎng)速度快的豬，實(shí)際選擇的是采食多者[17]。飼料適口性取決于其顏色、滋味和氣味等。飼料用風(fēng)味劑是利用“香”或“味”刺激嗅覺和味覺器官，再由大腦發(fā)出指令，促使消化液分泌和胃腸蠕動(dòng)，產(chǎn)生食欲，啟動(dòng)采食行為，起到增加食欲的作用。

4.2 引誘幼畜提早采食，促進(jìn)消化器官發(fā)育

風(fēng)味劑可刺激動(dòng)物唾液、胃液和胰液等消化液的分泌，有利于固體飼料的咀嚼、吞咽和消化吸收。這對(duì)幼小動(dòng)物是重要的，其不僅可以盡早開食，還可促進(jìn)各種腺體的生長(zhǎng)發(fā)育。

4.3 緩解應(yīng)激，維持動(dòng)物在應(yīng)激狀態(tài)下的采食量

動(dòng)物特別是幼畜，由于飼養(yǎng)條件改變，例如斷奶、高溫、驚嚇、運(yùn)輸震動(dòng)、疾病等都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致食欲下降，采食量下降，身體抵抗力下降，產(chǎn)生各種疾病，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致死亡。實(shí)踐證明，斷奶到11周齡仔豬的生長(zhǎng)和健康狀況是肉豬生產(chǎn)的關(guān)鍵，對(duì)以后豬體增重和屠宰后肉的質(zhì)量有很大影響，特別是仔豬斷奶引起應(yīng)激反應(yīng)，使其斷奶后第1周生長(zhǎng)緩慢，容易發(fā)生病變，如腹瀉等，導(dǎo)致死亡率升高。飼料中添加風(fēng)味劑，可使動(dòng)物在應(yīng)激反應(yīng)或疾病狀況下保持良好的食欲，保證其對(duì)加藥飼料的采食量，從而有利于動(dòng)物健康，減少死亡，有利于體質(zhì)和生產(chǎn)性能的全面恢復(fù)。

4.4 掩蓋飼料風(fēng)味

現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)和飼料工業(yè)一方面要求最大限度地提高動(dòng)物生產(chǎn)性能，另一方面又要求盡可能地降低飼料成本。飼料工業(yè)已由傳統(tǒng)的利用谷物原料逐漸向開發(fā)各種廉價(jià)易得的飼料代用品來配制飼料的方向發(fā)展，再加上各種生長(zhǎng)促進(jìn)劑如礦物質(zhì)、藥物的使用，使飼料的色、香、味更加不符合動(dòng)物的習(xí)性和要求，適口性嚴(yán)重下降。在飼料中添加適宜的風(fēng)味劑，可以在一定程度上掩蓋飼料異味，改善飼料適口性，為進(jìn)一步開發(fā)利用飼料資源、降低飼料成本創(chuàng)造了條件。研究表明，添加風(fēng)味劑可以淡化菜粕苦味，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加菜粕5%、10%和15%可顯著降低肥育豬采食量（P＜0.05），但分別添加香味劑后，采食量提高9%、7%和8%（P＜0.05）[18]。

4.5 保持飼料風(fēng)味一致性，免除更換飼料對(duì)動(dòng)物的影響

在生產(chǎn)中，根據(jù)動(dòng)物不同生長(zhǎng)階段、季節(jié)變化以及市場(chǎng)情況等來調(diào)整或修改飼料配方，改變飼料原料種類或用量。由于動(dòng)物對(duì)已經(jīng)熟悉的飼料風(fēng)味有記憶，如果原料調(diào)整不當(dāng)，勢(shì)必引起動(dòng)物厭食，產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。添加風(fēng)味劑可使飼料保持其原有的色、香、味，遵循動(dòng)物對(duì)原有飼料風(fēng)味的記憶特性，動(dòng)物感覺不到飼料的變更，從而免除更換飼料對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生的不良影響。

4.6 印記效應(yīng)

“印跡效應(yīng)”是指在哺乳動(dòng)物母體產(chǎn)前及整個(gè)泌乳期飼糧中加入一種特殊香味劑，使幼畜建立這種香味劑與母乳的聯(lián)系，因此，當(dāng)在哺乳和斷奶幼畜飼糧中也添加同樣的香味劑時(shí)，能促進(jìn)其提早采食和提高生產(chǎn)性能。其實(shí)印跡效應(yīng)不只是在豬上，在人、兔、狗等動(dòng)物上都有報(bào)道[19]。

4.7 刺激消化液分泌，提高營(yíng)養(yǎng)消化吸收率

蘇聯(lián)生物化學(xué)家巴甫洛夫說:“食欲即消化液”。有了消化液，食品中各種營(yíng)養(yǎng)成分就能得到充分消化吸收。人追求美食是與生俱來的，這里既包括生理需求，又涉及心理需求。在這種需求上，食物色、香、味、形顯得很重要，特別是“香”和“味”的作用尤為突出。倘若食品具有誘人的香氣和可口的滋味，那么只要見到或聞到這種食品，甚至只要想到就會(huì)引起條件反射，人體的消化器官就能從準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，分泌較多的消化液。因此，吃對(duì)于人來說首先是生理需求的滿足，接踵而來的便是心理需求、嗜好需求的滿足。Platel研究表明，在鼠飼糧中添加一些香料物質(zhì)（姜黃、辣椒堿、苯呱丙烷、姜）可提高小腸黏膜脂肪酶、雙糖蔗糖酶和麥芽糖酶的活性，而添加小茴香、葫蘆巴、芥菜可降低小腸黏膜磷酸酶和蔗糖酶的活性，表明有些香料成分可以刺激動(dòng)物的消化能力[20]。

5 美拉德反應(yīng)在寵物風(fēng)味劑中的應(yīng)用效果

寵物風(fēng)味劑可提高或改善寵物食品的味覺和嗅覺風(fēng)味[21]。寵物風(fēng)味劑是根據(jù)寵物采食需要，特別設(shè)計(jì)的一種能夠引誘寵物采食、增加寵物食品適口性、增進(jìn)寵物食欲的營(yíng)養(yǎng)性添加劑。寵物風(fēng)味劑是以刺激寵物嗅覺、味覺、神經(jīng)性等器官為基礎(chǔ)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。根據(jù)寵物種類不同，其生活環(huán)境、生理特點(diǎn)、感受器官及傳播介質(zhì)不同，結(jié)合寵物食品的不同種類而專門制成液體、粉狀、膏狀等物質(zhì)形態(tài)[22]。寵物風(fēng)味劑對(duì)寵物無任何副作用，僅對(duì)寵物采食、適口性和食欲有顯著的提高效果。寵物食品的適口性是指寵物食品對(duì)寵物的進(jìn)食吸引程度。不同的寵物食品在風(fēng)味、口感、結(jié)構(gòu)等方面的差異會(huì)有不同的適口性。適口性是寵物食品的核心要素之一，沒有良好的適口性，寵物不愿意采食，食品再好也是浪費(fèi)。噴涂風(fēng)味劑對(duì)寵物食品的異味進(jìn)行修復(fù)、去除，讓寵物食品變成寵物的美味佳肴，突顯寵物食品的不同風(fēng)味[23]。

寵物風(fēng)味劑有牛肉味、雞肉味、奶酪味和魚味等。目前這些風(fēng)味劑大多通過美拉德反應(yīng)呈香、呈味、呈色進(jìn)行的。大多用動(dòng)物下腳料及廢棄物經(jīng)過酶解和美拉德反應(yīng)而制成寵物風(fēng)味劑[24]。不僅提高了動(dòng)物廢棄物的利用率，也提升了價(jià)值。牛肉味是寵物食品中普遍喜歡的風(fēng)味，尤其在狗糧中。食品咸味香精生產(chǎn)中，利用美拉德反應(yīng)制備肉味香精的非常多，而肉味寵物風(fēng)味劑主要是源于食品牛肉香精生產(chǎn)技術(shù)，利用下腳料進(jìn)行生產(chǎn)。有大量關(guān)于利用美拉德反應(yīng)制備肉味反應(yīng)物的報(bào)道。宋詩(shī)清等利用5種不同的牛肉酶解物通過熱反應(yīng)制備牛肉香，通過科學(xué)評(píng)價(jià)后，確定水解度為29.13%的牛肉酶解液是賦予牛肉風(fēng)味最合適的風(fēng)味前體[25]。夏玲君等通過美拉德反應(yīng)制備牛肉香精，得到了風(fēng)味好的牛肉香精配方[26]。黃師榮等利用還原糖及氨基酸，通過美拉德反應(yīng)制備香味較好的雞肉味香精[27]。安廣杰等利用雞骨架酶解液，通過美拉德反應(yīng)制備雞肉味香精[28]。任艷艷等利用對(duì)蝦蝦頭為原料進(jìn)行酶解之后再發(fā)生美拉德反應(yīng)，得到了蝦味濃郁的蝦味香料[29]。祖道海等利用鲅魚酶解液進(jìn)行美拉德反應(yīng)制備海蟹味香精[30]。劉安軍等以帶魚下腳料酶解液為反應(yīng)基液，添加一些氨基酸和還原糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)，得到美拉德反應(yīng)液為紅褐色澄清透明液體，具有典型帶魚香氣，而無苦味、硫化物味等不良?xì)馕禰31]。吳爽用谷朊粉酶解物通過美拉德反應(yīng)生產(chǎn)出肉味香精[32]。

目前，我國(guó)有關(guān)利用美拉德反應(yīng)制備寵物風(fēng)味劑的研究和報(bào)道很少，美拉德反應(yīng)在食品中應(yīng)用非常成熟，但寵物風(fēng)味劑不同于食品香精，要研究寵物到底喜歡哪種風(fēng)味，比如犬的嗅覺很強(qiáng)，能感受到極其微弱的風(fēng)味，對(duì)甜味有特殊喜好，偏好烤或煮的風(fēng)味，再利用動(dòng)物下腳料的豐富資源，通過美拉德反應(yīng)制備天然的寵物風(fēng)味劑，讓寵物吃的健康、安全。

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