肉香味物质研究进展

于亚辉，杨亚平，方婷*

(1.福建农林大学 食品科学学院，福州 350002；2.福建农林大学 艺术学院园林学院(合署)，福州 350002)

1 肉香味物质的研究发展

肉类香味是生肉通过热反应产生的挥发性风味物质，包括发现的大多数香味化合物如醇、醛、羧酸、脂、呋喃、吡啶、吡嗪、噻唑、噻吩、恶唑及含氧、氮、硫的杂环化合物等，因此对肉类香味产生机理的研究较为艰难，进展也较为缓慢，目前还不能完全洞悉其机理。生肉中包括游离的氨基酸、糖类、肽类、脂类等香味前体物质，在加热中这些前体物质通过发生分解、氧化等化学反应产生了各种复杂的香味物质。

肉香味物质的研究可追溯到20世纪50年代，但由于当时研究条件的限制，研究内容仅限于肉类风味中非挥发性的、水溶性的前体物质。自20世纪60年代起，随着研究方法及条件的改善，研究者们逐渐发现肉香味物质种类的繁多，形成机制的复杂，并且开始分离鉴定这些物质，探索肉类风味化合物的形成机制。如今，人们已经发现肉香味的形成主要来自于氨基化合物与还原糖之间复杂的相互作用，特别是含硫氨基酸、硫胺素所参与产生的挥发性含硫化合物和杂环化合物，构成了肉的主体香味；脂质氧化降解产生的小分子的醛、酮、酸等羰基化合物，在贡献香味的同时也参与到与氨基化合物的热反应中，构成复杂的美拉德反应体系，从而使肉具有独特香味[1]。目前，在畜禽肉中存在并研究的挥发性香味物质已超过了1100种，这些物质的种类涵盖了大多数香味化合物包括醇、醛、羧酸、脂、烃、酮、呋喃、吡啶、吡嗪、噻唑、噻吩、恶唑及含氧、氮、硫的杂环化合物等[2]。这些化合物对肉香味的形成起着重要作用，在咸味香精的加香调香中也得到了具体应用，通过添加特征香味物质使咸味香精产品变得更丰富多样，品质也得到了极大提升。

1.1 肉类特征香气

肉类挥发性香味的物质种类与数量呈现显著的种间差异，对比从猪、牛、鸡、羊等畜禽肉中所检测到的挥发性风味物质，可发现各挥发物在肉中的浓度不同，对肉香味形成所做的贡献也是不同的[3]，一般可用“呈香值”，即其浓度与阈值之比来表示。在这些香味物质中，杂环化合物对肉基本肉香味的形成起到重要作用，特别是含硫化合物包括2-甲基-3-呋喃硫醇、二甲基硫及一些巯基化合物等，对其贡献较大,因此有关含硫化合物与前体物质及其他风味化合物之间的影响关系也是未来食品风味研究的方向之一。而关于肉的特征香味的研究可追溯到20世纪60年代，Hornstein，Crowe，Pearson 等人发现加热不同的动物脂肪产生的肉香味不同，研究发现肉品特征香气的形成与脂肪氧化降解的产物有关[4-6]。

动物脂肪都是混合甘油酯，包括饱和及不饱和脂肪酸，其中不饱和烃基链的氧化分解涉及到一系列游离基反应，遵循自由基反应机理，产生氢过氧化物。这些氢过氧化物在酸性或者有裂解酶存在的情况下，会进一步参与游离基反应历程中，可以产生挥发性的香味化合物如醇、醛、酸、酯、酮、呋喃等，这些物质对肉特征香味的产生具有重要作用。Mottram等人做了脂质在牛肉风味形成中的研究，发现脂质及其衍生物氧化降解产生的酮、醛、醇等对牛肉风味的形成具有重要作用，如2-己酮、2-甲基十三醛等是牛肉特有香气物质[7]；Noleau等人做了脂质在鸡肉风味形成中的相关研究，发现鸡肉香气的特有香气物质为2，4-癸二烯醛、癸醛、2，4-壬二烯醛等[8]；Wong，Caporaso，Buttery等人在羊肉特征香气的研究中发现羊肉的“膻味”来自于4-甲基辛酸和4-甲基壬酸等物质，而这些物质的产生来源于脂肪酸，早在研究者对羊脂进行加热时就发现了其特征风味[9-11]，由此也可以确定脂肪对不同肉味香精特征香气的产生起着至关重要的作用，目前在脂肪氧化调控技术上有诸多研究，未来可以在脂肪对肉类香味化合物的产生机理及影响因素方面多加研究。

除此以外，辅料包括辛香料、调味品及其提取物等的添加以及加工方式的不同而引入的香味，也使肉香味具有特殊味道，比如腊肠、培根、酱卤肉等产品具有的风味。现如今在咸味香精的制备上，也将辛香料提取物应用到反应中，并开发及运用高新技术，使产品香味变得更加丰富和谐。

1.2 肉香味前体物质

生肉一般无味或具有一些特有的腥膻味，在加热后有香味产生说明肉香味前体物质的存在，前体物质参与一系列复杂反应，赋予肉香味。在生肉中参与反应的一般是分子量较小的水溶性前体物质和脂质，包括游离的氨基酸、糖类、肽类、核苷酸、维生素、脂类以及其他含硫及氮的化合物等。

1.2.1 脂类前体物质

正如上文所述，脂类对肉类特征香味的形成起着重要作用，脂肪在受热环境中降解为游离脂肪酸，其中不饱和脂肪酸随着氧化过程的进行而发生过氧化，产生氢过氧化物，这些氢过氧化物的分解形成挥发性的醇、醛、烯、烃、酮、羧酸、酯等物质[12]，在贡献香味的同时也可以进一步参与美拉德反应。另一方面脂类物质的存在也使脂溶性挥发性物质的产生变得较为柔和，随着加热过程的进行，使肉香味缓缓飘出。

1.2.2 水溶性前体物质

水溶性的前体物质为分子量较小的小分子化合物，其他分子量较大的蛋白质对风味则无作用，不能参与反应。而这些游离的小分子化合物也具有透析性，在加热的过程中能够产生香气并挥发出来，在水煮液中会有肉汤风味产生。其中游离的还原糖类包括果糖、葡萄糖、木糖等参与焦糖化及美拉德反应。美拉德反应是产生肉香味物质的重要反应之一，肉中含有的羰基化合物(来源于糖类或油脂氧化后产生的醛类或酮类物质)与氨基化合物(游离氨基酸、肽类等)发生反应，能够产生包括醛、酮、醇、呋喃、吡啶、吡嗪、噻唑、噻吩、咪唑及含氮或硫的杂环化合物在内的一系列香味化合物[13]。在温度过高(一般是140 ℃以上)或反应时间过长时，便会发生焦糖化反应，在糖分子裂解产生一些醛类、酮类物质的同时脱水形成焦糖色，使产品具有特殊的色泽与风味。游离的氨基酸及肽类除了参与美拉德反应外，在热处理过程中也会发生热降解，提供香味物质。特别是含硫氨基酸及脯氨酸、组氨酸等杂环氨基酸、赖氨酸、苏氨酸等热分解后可以产生醛类、氨类、硫化氢、噻唑、噻吩、吡咯、吡啶以及其他含硫化合物，这些物质可起到基本肉香的作用。而硫胺素是含硫、氮、氧的双杂环化合物，本身无香气，在热降解时可以产生多种复杂的产物包括呋喃、嘧啶、噻吩以及其他含硫化合物等，这些香味物质对肉香味的产生具有重要意义，也需要对香味化合物形成机制进行不断地研究。而其他诸如核苷酸的存在也起到增香的作用，与呋喃酮等物质的生成有关，其具体反应机制还需进一步研究。

2 肉香味物质的形成机制

肉香味物质主要是依靠其前体物质参与一系列热反应之后产生的，包括美拉德反应、硫胺素的降解、脂质的氧化降解、糖类与氨基酸及多肽蛋白质等多种物质的降解等。本文将简要介绍产香的典型途径即美拉德反应。

2.1 美拉德反应

美拉德反应是一个非常复杂的反应体系，自20世纪初被发现以来，已过去100余年[14]，目前人们还不能完全理解香味物质的形成途径，因此对美拉德反应过程的研究仍在继续。它的本质是还原糖等羰基化合物与氨基酸等氨基化合物之间发生的缩合、聚合反应，最终可产生类黑精或类黑素及风味物质，是食品香味物质形成的主要途径之一[15]。如今我们通常将其反应历程分为三个阶段：初级阶段、中间阶段以及最后阶段[16]。

2.1.1 初级阶段

羰基化合物与氨基化合物发生脱水反应生成席夫碱(Schiff base)，席夫碱的不稳定性使得环化反应随即发生，生成N-葡萄基胺(醛糖)或N-果糖基胺(酮糖)，这两种化合物均不稳定，极易发生重排反应(Amiadori/Heyns)，其中Amiadori重排是N-葡萄基胺经过烯醇化与异构化后形成的1-氨基-1(2)-脱氧-1(2)-酮糖，而Heyns重排得到2-氨基-1(2)-脱氧-1(2)-醛糖，初级阶段的产物并没有产生什么风味及色泽，但其作为美拉德反应的中间产物，可为下面反应的进行提供前体物质[17]。

2.1.2 中间阶段

以初级阶段的产物为底物进行反应，经过脱氨基、烯醇化、降解等过程产生呋喃类、糖醛类、氨基酮类、酮醛类等化合物，在氨、硫化氢、氨基酸、醛、醇等化合物的存在下可以进一步反应，最终可生成吡啶、吡嗪、咪唑、吡咯、噻嗪、呋喃、酮、醛等风味物质。整个反应阶段可分为三条路径，分别是1-氨基-1(2)-脱氧-1(2)-酮糖在酸性条件下脱氨基后发生1,2-烯醇化反应，生成羟甲基呋喃醛、呋喃醛等化合物；1-氨基-1(2)-脱氧-1(2)-酮糖及2-氨基-1(2)-脱氧-1(2)-醛糖在碱性条件下脱氨基后发生2,3-烯醇化反应，降解后生成羟甲基糖醛、丙酮醛和丁二酮等化合物；Strecker降解(Strecker degradation)是产生风味物质的重要途径，本质是氨基酸与二羰基化合物发生反应，经过脱氨、缩合、脱羧降解后形成醛类、氨基酮类及氨基醇类物质，这些物质是形成吡嗪类、咪唑类、噻吩类等杂环化合物的前体物质。

2.1.3 最后阶段

美拉德反应的最后阶段反应较为复杂，对其反应机制的研究还在继续，在这一阶段各种中间产物包括醇类、醛类、氨基酮类、胺类、糖醛类、酮醛类、呋喃类等物质相互间或与氨基酸、蛋白质等继续反应，包括环化合反应、醇醛缩合、降解、交联等，最后生成类黑精及香味物质。

2.2 美拉德反应历程的研究方法

美拉德反应历程是一个较为复杂的体系，由于肉中氨基化合物与羰基化合物种类的多样性，其他成分的存在以及反应产物间的相互作用，使反应途径变得异常复杂，最终的反应产物也包括挥发性风味物质、类黑精物质、抗氧化物质等。之前研究者对美拉德反应的中间产物及最终产物的分离与鉴定并不能完全透彻诠释其反应途径，但自20世纪后期开始，人们使用同位素示踪法对目标分子进行标记，通过检测反应过程中生成的化合物可结合动力学模型来推断复杂的反应历程，使得对美拉德反应机制的研究更进一步[18]。通过用2H及13C等标记前体物质，在反应过程中利用质谱及核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)分析所得产物的结构，从而有助于推断反应途径，其中用13C标记化合物的方法叫做碳原子标记技术(carbon module labeling,CAMOLA)[19,20]。使用同位素示踪法进行产物分析，也有助于研究前体物质对香味物质的贡献，Lee等使用碳原子标记技术推断了几种含硫化合物的形成途径[21]；Davidek等采用同位素示踪法研究了木糖-甘氨酸美拉德反应体系中乙酸的形成途径[22]；Tressl等用13C标记还原糖(葡萄糖或阿拉伯糖)与含硫氨基酸(甲硫氨酸和半胱氨酸)进行美拉德反应，通过测定呋喃、噻吩、呋喃内酯等风味物质，推断了中间产物1(3)-脱氧酮糖的形成途径[23]；Cerny等通过此方法发现丙三醇参与到果糖和丙氨酸美拉德反应体系中，形成了吡嗪类风味物质，在另一篇文章里通过标记物[13C5]-木糖揭示了前体物质木糖及硫胺素对形成呋喃类及其他含硫化合物的贡献，研究还发现在半胱氨酸存在时，木糖和硫胺素共同作用产生了2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糖硫醇及3-硫基-2-戊酮，而半胱氨酸不存在时，3-巯基-2-丁酮、4,5-二羟基-2-甲基-3(2H)-呋喃酮以及其他含硫化合物则来自于硫胺素[24-27]。

并且2H及13C等同位素，是稳定性同位素，也具有对人体无伤害、对环境无污染等优点。将同位素示踪法运用到肉香味形成机制的研究中并结合反应动力学模型，能够揭示前体物质与反应产物之间的生成关系，但研究者所采用的反应体系较为单一，需要继续研究的是在复杂反应体系中前体物质与反应产物之间的关系，从而透彻诠释肉香味化合物的形成机制。

3 挥发性肉香味物质的研究方法

肉香味物质的形成过程极其复杂且种类繁多，其中具有挥发性的香味物质对肉的风味起主导作用。因此对挥发性肉香味物质的深入研究，不仅能够帮助研究者探寻肉香味物质的形成机制，还能对比模拟出相似或相同的肉味特征香气，为咸味香精的后续开发研制提供了香味数据参数，对混合香精基料的仿香和调香提供了香味支持等。随着检测仪器的展，人们从食品中检测出大量的挥发性物质种类超过了8000种，而通过实验表明其中对食品香味起到重要贡献的挥发性香味物质大概是三四十种，这也使对香味化合物的定性定量性分析得以实现[28]。

3.1 挥发性香味物质的提取

在对挥发性肉香味物质进行分析研究之前，其首要任务是尽可能地将香味物质从食品中提取出来，并应尽可能避免对原有风味化合物产生损伤。目前对食品中挥发性香味物质的萃取方法主要有同时蒸馏提取法(simultaneous distillation-extraction,SDE)、直接溶剂萃取法(direct solvent extration,DSE)、固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)、动态顶空-吹扫捕集技术(dynamic headspace-purge and trap,DHS-P & T)、超临界流体萃取法(supercritical fluid extraction,SFE)、溶剂辅助风味蒸发技术(solvent assisted flavor evaporation,SAFE)等。但研究表明，单一的提取方法都不能很好地提取出食品中的香味物质，因此需要根据不同的样品类型、研究目的以及实验条件来选择合适的提取方法[29]。

其中，直接溶剂萃取法是使用溶剂进行香气提取的代表方法。使用有机溶剂进行萃取，可以同时处理大量样品，浓缩程度较高，检测范围大，但溶剂对环境及人体有害。而同时蒸馏提取法利用溶剂萃取与水蒸气蒸馏法相结合的方式，减少了溶剂的使用量，但对水溶性较强的香味化合物效果不佳，结合水蒸气蒸馏法还可能会破坏香味化合物的原有结构，可采用低温真空条件进行提取，溶剂辅助风味蒸发技术对此进行了改进，但提取装置较为复杂。

相较而言，在肉香味物质的提取技术上，现在比较常用的是固相微萃取技术及动态顶空-吹扫捕集技术。固相微萃取技术发展于1990年，依靠萃取头上所涂布的固定相/吸附剂膜进行吸附，通过使用不同类别及厚度的吸附膜，有选择地从样品中萃取出风味化合物，操作简单，无需溶剂参与，萃取装置也较为简便，萃取是一个平衡吸附的过程，一般采取顶空(headspace,HS)或浸入样品的方式来进行萃取，其中顶空固相微萃取可重点分析样品顶空的挥发性物质，可以较为真实地反映样品的香味成分，萃取完成后可进行气相色谱仪的解析[30，31]。动态顶空-吹扫捕集技术利用动态顶空制样法(DHS)与吹扫捕集(P & T)相结合，使用惰性气体连续将挥发性物质吹扫至具有吸附浓缩的补集器里，从而进行样品分析,其过程无需有毒溶剂，且检出限较低[32]。

3.2 挥发性香味物质的分离及鉴定

色谱及质谱技术通常作为对挥发性香味物质分离及鉴定的首选方法，气相色谱具有很强的分离能力，而质谱能够用来测定化合物的分子量及结构，两者联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)对食品风味分析起着重要作用，但存在因香味化合物含量较低造成无法检出的情况。因此气味检测仪的应用可以尽可能弥补这一缺陷，即气相色谱-嗅闻法(gas chromatography-olfactrometry,GC-O)，通过气相色谱的分离能力，加上人类敏感的嗅觉，达到分析风味物质的能力，但在闻香之前需要对闻香人员进行培训[33,34]。而电子鼻作为一种仿生技术的研究，也可以辅助人类进行风味物质的分析鉴定，得到风味指纹图谱，达到对挥发性物质的分析目的。目前出现的气相色谱-嗅闻-质谱联用即GC-O-MS是对以上两种方法的综合利用，既可以鉴定化合物，又可以得到其风味特征，还可以尽可能提高鉴定结果的准确性[35，36]。

4 结语

本文主要介绍了基于肉香味物质及其形成机制制备咸味香精的研究进展，其中对肉香味物质的研究与咸味香精香味的持久性、稳定性、逼真性、应用性紧密相关。目前，我国正处于咸味香精产业发展的机遇期，进一步加大对肉香味前体物质、特征香气、反应机理、高新生产技术的研究对研发、完善及生产咸味香精具有重要意义。因此，以此为契机研发及生产出风味独特、香味浓厚、品种丰富、品质较高的咸味香精对于食品工业的发展也具有重要的现实意义。如今，人们对食品安全问题也越发重视，研究者也可深入研究热反应中有害物质产生的反应机理，再通过建立反应动力学模型使其反应历程更具有可调控性，并将其应用到生产中。最后在提高产品风味的前提下如何更好关注消费者的健康，这在未来食品风味的研究中将是重点问题。