呈味氨基酸和肽對(duì)發(fā)酵食品中風(fēng)味的作用

耿瑞蝶，王金水

(河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，鄭州 450001)

發(fā)酵是食品加工中一種非常重要的生物技術(shù)。發(fā)酵食品運(yùn)用食物中有益菌種的代謝作用，將食物中含有的蛋白質(zhì)、脂肪和糖類等進(jìn)行水解，從而產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物并賦予產(chǎn)品獨(dú)特的發(fā)酵風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)在一定程度上減少了毒性和抗?fàn)I養(yǎng)因子，延長(zhǎng)了食品的保質(zhì)期[1]。蛋白質(zhì)是人體重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)酶促水解后，形成如氨基酸、肽等分子化合物，這些分子化合物除了具有多種生理功能外，其中的某些氨基酸和肽對(duì)食物的風(fēng)味也有較大影響。呈味肽的分子質(zhì)量大都小于3000 u，它們會(huì)與味蕾上的受體結(jié)合，從而賦予產(chǎn)品不同的味道[2]。

食品的風(fēng)味是多種多樣的，味覺(jué)受體在舌頭的味蕾中能夠檢測(cè)到咸味、甜味、鮮味、酸味、苦味和油澀味6種基本味道。其中，鮮味和苦味與食品能否被消費(fèi)者所接受極其相關(guān)。鮮味能夠豐富食品的口味，同時(shí)還可以與其他呈味物質(zhì)共同作用，改善食品的口感。一般而言，含有苦味的食物是不易被接受的，但是，食物中有限的苦味是可取的，而且人們對(duì)苦味的接受程度差異很大。到目前為止，人們從各類生物資源中分離出更加多樣的具有生物活性的氨基酸和肽。這些活性物質(zhì)除了能夠調(diào)節(jié)食品的風(fēng)味和口感外，它們所具有的抗高血壓、抗血栓、抗氧化及抗癌等生理功能作用也越來(lái)越受到關(guān)注[3]。從人類健康角度出發(fā)，將這些氨基酸和肽作為功能性產(chǎn)品的原料，應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)品、保健品等食品中，會(huì)呈現(xiàn)出某些蛋白質(zhì)所不可比擬的一些生理功能。

1 發(fā)酵食品中的呈味氨基酸和肽

1.1 鮮味

一些具有活性的氨基酸和肽是許多發(fā)酵食品中的主要呈味物質(zhì)，使得食品具有不同的滋味及口感。谷氨酸、天門冬氨酸和肌苷酸等是鮮味產(chǎn)品中非常重要的呈味氨基酸，能使食品的總體味感更加柔和、濃厚，具有重要的感官特性。谷氨酸和天門冬氨酸是2種主要的能夠呈現(xiàn)鮮味的游離氨基酸，它們與谷氨酸鈉的作用一致，能夠呈現(xiàn)鮮味。由一種或幾種氨基酸組成的鮮味肽能夠提高食品的鮮香味和美味，有著良好的加工特性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

鮮味肽的呈味特性與其氨基酸組成有關(guān)，一般含有谷氨酸或天門冬酰胺酸性基團(tuán)，或者含有酪氨酸、甘氨酸、天門冬氨酸等親水性氨基酸殘基。鮮味肽的來(lái)源十分廣泛，在大豆、乳酪、肉類等蛋白質(zhì)含量豐富且具有良好風(fēng)味的食物中均存在，不僅可以直接增強(qiáng)食品的口感，還可以與食鹽、谷氨酸鈉等相互作用，提升食品鮮美醇厚的口感。Arai等水解大豆蛋白得到了幾種不同的鮮味肽，并發(fā)現(xiàn)所有的鮮味肽中都含有谷氨酸殘基[4]；Noguchi等酶解魚蛋白得到了9種能夠呈現(xiàn)鮮味的肽，而且這些肽段中都含有谷氨酸殘基[5]；Schlichtherle-Cerny等酶解小麥蛋白得到了幾種鮮味肽，其中有4種肽段中含焦谷氨酸殘基，1種肽段中含谷氨酸殘基[6]；Han等發(fā)現(xiàn)黃酒中具有呈鮮味的三肽存在，其中僅含有谷氨酸殘基[7]。此外，茶葉中的茶氨酸是能夠使茶葉具有鮮味的獨(dú)有的一種氨基酸，其水溶液呈鮮甜味，并且能夠與多種氨基酸協(xié)同作用，在掩蓋苦澀味的同時(shí)增加了茶鮮味[8]。幾種從不同來(lái)源的發(fā)酵食品中發(fā)現(xiàn)的鮮味肽序列見(jiàn)表1。

表1 發(fā)酵食品中的鮮味肽[9]Table 1 The umami peptides in fermented foods

鮮味肽的呈味特性不僅和氨基酸的種類相關(guān)，也和它們的空間排列緊密相關(guān)。含有相同氨基酸組成的鮮味肽，改變氨基酸在肽鏈中的位置，其呈味特性也會(huì)發(fā)生改變。 Tamura等研究了鮮味肽分子結(jié)構(gòu)中酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)的位置對(duì)鮮味的影響，結(jié)果表明：當(dāng)帶負(fù)電的酸性氨基酸在C端，帶正電的堿性氨基酸在N端時(shí)，鮮味二肽才有呈味特性[10]。谷氨酸鈉是L-谷氨酸呈現(xiàn)鮮味的主要形式，當(dāng)大量的Na+與HOOC-(CH2)2-CHNH2-COO-相遇并相互作用時(shí)，對(duì)舌頭味蕾的刺激明顯加強(qiáng)，顯著提升了谷氨酸鈉的鮮美口感。Schiffman的研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)，并且他發(fā)現(xiàn)Na+和K+會(huì)降低谷氨酸的閾值，而不會(huì)降低谷氨酸鈉的閾值。

1.2 苦味

在杏仁、柑橘、蕎麥等天然食品以及豆豉、醬油、奶酪等發(fā)酵食品中都有苦味肽的存在。食品的苦味通常與蛋白質(zhì)酶解所形成的能夠呈現(xiàn)苦味的短肽相關(guān)(見(jiàn)表2)。脯氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸等疏水性氨基酸是發(fā)酵食品的苦味肽序列中主要的呈味氨基酸，其中脯氨酸是肽的苦味的主要貢獻(xiàn)者。含有脯氨酸的肽的結(jié)構(gòu)有利于與苦味受體結(jié)合，增強(qiáng)食品的苦味[11]。一般而言，苦味是不容易被接受的味道，但是在啤酒、洋酒或咖啡等發(fā)酵型產(chǎn)品中卻是一種不可或缺的風(fēng)味。

表2 發(fā)酵食品中的苦味肽[12]Table 2 The bitter peptides in fermented foods

注：“/”表示未能檢測(cè)到的結(jié)果。

蛋白質(zhì)的酶解過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些苦味，苦味肽序列中的疏水性氨基酸對(duì)苦味的產(chǎn)生有較大貢獻(xiàn)。一般而言，肽段中所含的疏水性氨基酸越多，苦味越強(qiáng)。1971年Ney提出的Q值定則可用來(lái)判斷肽能否呈現(xiàn)苦味。以Q值表示肽的平均疏水性，當(dāng)Q值大于1400 cal/mol時(shí)肽具有苦味，當(dāng)Q 值小于1300 cal/mol時(shí)肽不具有苦味，當(dāng)Q值位于1300～1400 cal/mol之間無(wú)法確定肽有無(wú)苦味[13]。有研究指出，苦味的強(qiáng)弱也與肽的立體參數(shù)和空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。Ishibashi等合成了含有亮氨酸和苯丙氨酸的多肽，并分析了苦味與其一級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)亮氨酸或苯丙氨酸在肽鏈的兩端時(shí)肽的苦味更顯著，且在C端時(shí)肽的苦味明顯比在N端時(shí)的更強(qiáng)。但是研究中也發(fā)現(xiàn)，肽的苦味與疏水性氨基酸的數(shù)目不是完全呈固定比例的關(guān)系，比如由2個(gè)亮氨酸組成的肽，它的苦味是單個(gè)亮氨酸所呈現(xiàn)的苦味的8倍；由3個(gè)亮氨酸組成的肽，它的苦味是單個(gè)亮氨酸所呈現(xiàn)的苦味的15倍；由4個(gè)亮氨酸組成的肽，它的苦味是單個(gè)亮氨酸所呈現(xiàn)的苦味的30倍[14]。

2 發(fā)酵食品中呈味氨基酸和肽的生理功能

2.1 抗高血壓性

用蛋白水解酶水解醬油、納豆等傳統(tǒng)發(fā)酵食品，可產(chǎn)生具有抗高血壓、抗血栓等生理功能的活性肽。除此之外，能夠抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin converting enzyme, ACE)發(fā)揮活性的生物活性肽也可用于預(yù)防高血壓。有研究表明，在牛奶發(fā)酵過(guò)程中，使用酶水解乳酸菌能夠產(chǎn)生ACE抑制肽，有效降低中度高血壓癥狀[15]。另外，在紅酒、白酒、清酒等發(fā)酵型酒精飲料中也發(fā)現(xiàn)了ACE抑制肽的出現(xiàn)。在對(duì)葡萄酒肽ACE抑制活性的研究中，Takayanagi和Yokotsuka已經(jīng)確定了紅葡萄酒中ACE的抑制活性高于白葡萄酒，隨后紅葡萄酒中的肽具有最高的ACE抑制活性這一事實(shí)也被驗(yàn)證[16]。Perrot等在正常大鼠和具有慢性高血壓大鼠的研究中證明，香檳酒的低分子量提取物在高血壓大鼠中具有抗高血壓活性，但對(duì)正常大鼠沒(méi)有影響。

有一些報(bào)道表明ACE抑制肽也存在于谷物蛋白中。比如，在小麥酸面團(tuán)發(fā)酵時(shí)，使用對(duì)谷物蛋白具有特異性的蛋白酶和肽酶對(duì)酵母乳酸桿菌進(jìn)行發(fā)酵，能夠產(chǎn)生ACE抑制肽，并且鑒定出了14種完整的肽序列[17]。另外，有研究從不同的玉米品種中發(fā)現(xiàn)了3種抗高血壓肽(LQP、LRP和LSP)，在所有玉米品種中都能檢測(cè)到LQP和LSP多肽，而且LRP肽的含量非常低；在不同的玉米品種中，LQP肽和LSP肽的含量存在顯著差異。此外，使用不同酸堿性的蛋白酶水解大豆蛋白，會(huì)產(chǎn)生不同的能夠降低高血壓的肽。用紅色曲霉中的酸性蛋白酶水解大豆球蛋白會(huì)產(chǎn)生SPYP肽和WL肽；而用相同的酶水解大豆β-伴大豆球蛋白時(shí)則產(chǎn)生另外2種抗高血壓肽(LAIPVNKP肽和LPHF肽)；但是用堿性蛋白酶水解大豆蛋白又得到了DLP和DG 2種ACE抑制肽[18]。

2.2 抗氧化性

具有抗氧化性的生物活性肽多來(lái)自動(dòng)物或植物體內(nèi)，主要用于抵抗因氧化而發(fā)生的食品變色和變質(zhì)。具有抗氧化作用的肽通常是2～20個(gè)氨基酸殘基組成的，且它們的分子量都低于6.0 kDa，其活性強(qiáng)弱與氨基酸組成、構(gòu)象和疏水性有關(guān)。最早在乳酸菌發(fā)酵過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了具有抗氧化特性的肽，后來(lái)在大豆發(fā)酵食品中也發(fā)現(xiàn)了具有抗表面活性和抗氧化性的肽。起初，Markus、Hem和Heinz提出，豆豉的抗氧化活性與大豆中的生育酚以及水解產(chǎn)生的氨基酸密切相關(guān)，隨后Fan又從豆豉中分離出了具有活性的抗氧化肽[19]。也有研究利用溶解度的差異提取可可種子中的白蛋白、球蛋白和谷蛋白級(jí)分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后的種子中的蛋白肽段有著最大抗氧化能力。在制作面包時(shí)通常用酵母來(lái)穩(wěn)定脂肪酶活性，并保持或改善小麥胚芽中的化學(xué)成分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此在發(fā)酵過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)。經(jīng)過(guò)酸面團(tuán)發(fā)酵的小麥胚芽中的脂肪酶的活性約比生小麥胚芽中的活性低2.6倍，且在小麥胚芽?jī)?chǔ)存40 d后，發(fā)酵過(guò)的小麥胚芽中的脂質(zhì)氧化狀態(tài)已經(jīng)非常低[20]。

2.3 抗癌性

有報(bào)道指出，蛋白質(zhì)、多肽和氨基酸可能在不同程度上預(yù)防不同類型的癌癥?？拱┗钚噪?anti-cancer bioactive peptide，ACBP)最初被蘇秀蘭等從山羊臟器中提取出來(lái)。后來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵的小麥胚芽提取物在各種人類惡性腫瘤中具有有效的抗轉(zhuǎn)移活性，因此證明發(fā)酵的小麥胚芽也具有預(yù)防或者治療癌變的潛力[21]。最近幾年，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)大豆的研究發(fā)現(xiàn)大豆制品可用于預(yù)防癌癥。從大豆制品中分離出的抗癌肽能夠抑制腫瘤生長(zhǎng)，對(duì)腫瘤治療具有增敏作用，而且分子量為5000～10000 u的大豆多肽的抑癌活性最高[22]。

Gonzalez de M E等發(fā)現(xiàn)，天然大豆中含有一種能夠預(yù)防癌癥的物質(zhì)Lunasin，它能夠抑制核心組蛋白的乙?；瑥亩_(dá)到使癌細(xì)胞凋亡的目的[23]。Lunasin是由43個(gè)氨基酸組成的肽，其分子量為5 kDa，其結(jié)構(gòu)與染色質(zhì)結(jié)合蛋白的產(chǎn)生保守區(qū)域相似。Rizzello等研究了使用乳酸菌發(fā)酵谷物時(shí)產(chǎn)生Lunasin的能力。由于不同的乳酸菌菌株中包含不同活性的酶，因此選擇不同的乳酸菌菌株作為發(fā)酵劑來(lái)發(fā)酵全麥小麥、大豆、大麥和黑麥粉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵過(guò)的面粉與未處理的面粉相比，發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的Lunasin濃度增加了2～4倍。其中，彎曲乳桿菌SAL33和短乳桿菌AM7中非特異性氨肽酶活性最高，其產(chǎn)生的Lunasin濃度也最高[24]。

3 展望

發(fā)酵食品中呈味活性化合物的產(chǎn)生主要源于蛋白質(zhì)的酶促水解，產(chǎn)生了某些能夠呈現(xiàn)不同風(fēng)味的氨基酸和肽。目前，能夠使食品呈現(xiàn)鮮味和苦味的氨基酸及肽已被很好地闡述，但對(duì)其他風(fēng)味的研究還不夠深入。所以，進(jìn)一步發(fā)掘不同的呈味氨基酸和肽并將其應(yīng)用于食品中，不僅可以改善食品的品質(zhì)，而且可以提高味覺(jué)感知度，增進(jìn)消費(fèi)者的食欲，具有較大的發(fā)展空間和潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。另外，呈味氨基酸和肽所具有的生理特性對(duì)高血壓、癌癥等疾病具有預(yù)防作用。因此，將其應(yīng)用于功能性食品的開(kāi)發(fā)，將會(huì)為人類的健康做出貢獻(xiàn)。