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热反应畜肉香精的制备研究进展
发布时间:2017-01-16  阅读次数:5077

王文勇、魏丽容

广州市华琪生物技术有限公司
地址:
广州市海珠区荔福路68号三楼
免费电话:4006-844-996


摘 要:就热反应畜肉香精的发展历史与特点、风味物质的形成机理、风味物质形成反应的影响因素与控制、热反应畜肉香精制备的常用原料、蛋白质水解物的制备方法、热反应畜肉香精的评价方法及在食品工业中的应用进行了阐述,并展望了热加工香精的研究开发前景。

随着生活水平的不断提高,人们对于食品的品质除了营养、卫生等需求外,对食品风味的要求也越来越高。与之相对应的是,现代养殖业提倡高效快速养殖,畜禽出栏时间短,风味积累极为不足,同时现代加工条件相较以前更为多元化,原料肉类制作成为最终产品往往经过多次冻结、解冻、加热处理,风味物质流失更为严重,因此亟需相应的风味香精进行风味补充,肉类香精也因此在近几年得到快速发展,它能赋予肉制品良好的风味,补充因加工损失的风味物质,广泛应用于各类肉制品、即食方便食品以及酱料等产品中[1~3]。对热反应畜肉香精影响的因素较多,其特征风味物质也较为复杂,为了提升畜肉肉味热反应香精的定向可操作性、品质稳定性,需要对热反应畜肉肉味香精进行优化。本文综述了畜肉肉味香精发展进程、制备原理、评价方法以及对畜肉肉味香精制备紧密相关的添加剂及反应条件,以为畜肉肉味香精的品质改善提供参考。

作者简介:王文勇(1990 ),男,硕士研究生,主要从事食品加工技术研究。E-mail:531933893@qq.com


畜肉香精发展历程

最早的肉类香精制备是将肉进行煮制,然后将所得肉汤进行浓缩,并将熟肉进行烘干、磨碎,这种肉味香精具有很自然、协调的肉香,但其成本较高,浓度低,所需量大,而到 19 世纪 60 年代则开始利用各种单体香精经过调和产生肉类香精,但其逼真程度较低,从 20 世纪 60 年代才慢慢发展出利用美拉德反应制备香精的技术,其具有生产成本较低,香气浓郁持久、自然,抗氧化性强的特点[4~7]。Unilever 公司研究人员在 1951 就运用了科学手段对牛肉风味进行了研究,分离鉴定出牛肉的特征风味物质,并申请了此风味类型的第一个专利[8]。Morton 和 Herz 等人在 1960 年时就通过还原糖和氨基酸反应得到了系列的浓厚肉香类物质[9,10]。近年来,随着各种准确、快速的检测手段如色谱、光谱、质谱、核磁共振等的发展,分析鉴定肉香味的前体物质和肉香味的香气组分成为研究的重点,并且已经开始人工合成肉类香味料。制备肉类香精主要是以含硫氨基酸和还原糖等为主要前体物质,热反应形成的。

热反应畜肉香精的制备机制及常用原料

2. 1 热反应畜肉香精的制备机制热反应香精之所以能够将没有肉味的原料制备出具有浓厚肉味的物质,主要是利用所添加各原料中的碳水化合物、脂肪、蛋白质、肽和氨基酸的热降解反应;VB1和 VC的热降解反应;美拉德反应,特别是 Strecker 降解反应;脂质氧化、水解、脱水及脱羧等反应,形成醛类、酮类内酯类化合物[11]。食物中的蛋白质肽键断裂,降解成多肽、二肽、游离氨基酸等,一些氨基酸进行 Strecker 降解,产生氨、醛、羰基化合物、硫化氢等。含硫氨基酸如半胱氨酸和胱氨酸加热生成噻唑、噻吩及其衍生物,这些都是香味物质的重要组成成分[12]。原料中的糖会因温度升高不断失水,发生焦糖化反应,戊糖生成糠醛,己糖生成羟甲基糠醛,进一步加热会产生呋喃衍生物、羰基化合物、醇类、脂肪烃和芳香烃类。其中的二羰基化合物和三羰基化合物是香味化合物的重要中间生成物。这两种化合物和氨基酸发生 Streker 降解反应,产生各种香味化合物。其中重要产物糖降解产生的呋喃酮与硫化氢反应会产生强烈的肉香气[13]。同时原料中硫胺素加热时可以分解成多种挥发性物质,如呋喃、呋喃硫醇、噻吩和其它含硫化合物等,对肉香味有很重要的贡献[14],Reinccius[15]发现在 pH =5和 pH =7 时,硫胺素能产生肉香味很浓的 2 - 甲基呋喃 -3 - 硫醇和双(2 - 甲基 - 3 - 呋喃基)二硫以及各种噻吩。但在热反应肉香精的制备中发生的最重要的反应是 Maillard 反应,美拉德反应生成风味物质是一个极其复杂过程,其中包括许多交叉反应和分解反应,生成一系列芳香化合物,有酮、醛、醇、呋喃及其衍生物、噻吩、噻唑、吡咯、吡啶、吡嗪、噁唑啉、

硫化物等等[16~18]。

2. 2 热反应畜肉香精的制备常用原料用于热反应畜肉香精制备的原辅料种类较多,


主要有还原糖类、氨基酸类、含硫化合物、风味增强剂等。热反应畜肉香精制备常用的原料种类如表 1所示。表 1 肉类香精生产中常用的原料


Table 1 Materials for meat flavors production

类别

具体来源

氨基酸

谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸、色氨酸、缬氨酸、脯氨酸、天门冬氨酸、谷胱甘肽、HVP、HAP、酵母自溶物、酵母提取物、肉类提取物等

还原糖类物质

果糖、半乳糖、乳糖、蔗糖、5'- 磷酸糖、HVP、核苷酸、糊精、果胶、核糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等

含硫化合物

胱氨酸、半胱氨酸(及其盐酸盐)、蛋氨酸、硫胺素(VB1)、牛磺酸、无机硫化物、有机硫醇及硫化物、2 - 巯基乙醇衍生物、5 - 羟基 3 - 巯基戊酮、3 - 巯基 -1 - 丙醇、4,5 - 取代噻唑、硫代碳酸酯、硫代酰胺、2- 巯基链烷基酸/酰胺、巯基烷基胺、氨基硫化物、S - 乙酰巯基琥珀酸、酵母提取物、酵母自溶物等

α- 二酮及潜在 α- 二酮物质

3,4 - 二酮庚烷 2,5 - 二乙酸盐、5 - 羟甲基糠酮、抗坏血酸、5- 酮基葡糖酸、麦芽酚乳酸、羟基乙酸、苹果酸、酒石酸、丁二酮、2,3- 戊二酮、丙酮醛、丙酮酸、甘油醛、乙二醛、二羟基丙酮、A - 酮基丁酸等

风味增强剂

谷氨酸单钠盐、呈味核苷酸二钠、鸟苷酸、肌苷酸、酵母提取物、酵母自溶物、HVP、2 - 糠醛 - 硫代肌苷 - 5,- 磷酸盐、2 - 烯丙氧基肌苷 -5,- 磷酸盐等

脂肪

猪脂肪、牛脂肪、鸡脂肪、三甘油酯、椰子油、脂肪酸或酯等

其他原料香辛料、如五香粉、精油、洋葱、大蒜、生姜等


3 蛋白水解物的制备方法

各种畜肉下脚料均可作为相应畜肉香精的极佳制备原料,但需通过一定方法将畜肉下脚料降解至一定分子量的多肽或者氨基酸才能方便利用,这样制备出来的畜肉香精香气自然,厚实度佳,应用效果较好。蛋白水解物的制备方法较多,各有其优劣。

3. 1 蛋白质的酸法水解酸水解法制备蛋白质水解物是应用最早及最成熟的方法,且多用于植物蛋白的水解。酸水解法其水解速率相对较快,且水解程度较高,成本较低。但其水解方式属于不规则水解,水解专一性较差,且容易造成环境污染。同时,其水解程度较难以把控,活性肽含量偏低,水解过程中容易产生具有异味的杂质。

3. 2 蛋白质的碱法水解国内对于碱法水解蛋白质的研究还较少。碱法水解是利用碱溶液对蛋白质进行分解,分解液再使用酸进行中和。碱水解的成本较低,操作简单,但其水解程度不高,水解不规则,产物难以控制,且经碱水解产生的氨基酸会部分消旋化,进而失去部分营养价值。

3. 3 蛋白质的酶法水解蛋白质的酶解技术在畜肉热反应香精中应用极为广泛,畜肉、骨素、骨油等物质经酶解后产生大量的游离氨基酸、酶分解产物和糖类物质、水解动物蛋白等原料发生产生香气的 Maillard 反应,可制得肉味香精的前体物质。水解蛋白质的酶主要分为 3 种,如动物性来源的胃蛋白酶、胰蛋白酶等;植物来源的木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等;微生物来源的米曲霉蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白质的酶解与酸水解、碱水解相比,具有条件温和、副反应少,水解程度易控制,营养成分保留极高。目前在食品工业中常用的蛋白酶有碱性蛋白酶(Alcalase)、中性蛋白酶(Neutrase)和复合风味蛋白酶(Flavourzyme)。

4 反应条件对香味形成的影响

4. 1 底物种类对香味反应物生成的影响在香气生成的热反应过程中,一般参与反应的糖类为双糖、五碳糖或六碳糖,双糖则一般使用乳糖和蔗糖。五碳糖主要有木糖、核糖和阿拉伯糖,六碳糖主要有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等[19]。反应的速度为五碳糖 > 己醛糖 > 己酮糖 > 双糖,开环的核糖比环状的核糖反应要快[20]。

其中风味方面,双糖产生的风味较差,五碳糖中反应最快的是核糖,但成本高,且难以购买,所以通常使用葡萄糖和木糖。而且 Boekel 研究发现,若没有蛋白质、肽和氨基酸的存在,Strecker 降解也不可能发生,风味物质也不能形成[18]。一些糖与氨基酸的模式混合体系的加工特征风味见表 2。表 2常用糖类与氨基酸的反应特征风味

Table 2 Reaction characteristic flavor of common sugars and amino acids

碳水化合物种类 氨基酸种类

反应温度/℃

特征风味

葡萄糖 半胱氨酸

100~140

肉味、牛肉风味

核糖 半胱氨酸

100

肉、烤牛肉

抗坏血酸 苏氨酸

140

肉、牛肉提取物

抗坏血酸 半胱氨酸

140

鸡肉

核糖 赖氨酸

140

烧烤

4. 2 反应温度对香味物质形成反应的影响反应温度对香味物质形成的影响主要通过对美拉德反应的影响进行,美拉德反应的各个骤对温度的敏感性均不相同,反应的路线及产生的香气产物很大程度上取决于反应的温度。Chen 等研究发现,在 45℃时,葡萄糖反应的速度比半乳糖要快,产生的褐色物质要多,但是在 60℃ 时,两者的情况恰恰相反[21]。而且温度还影响反应物的活性,糖的活性形式是否处于开链状态,活性开链式的糖的浓度随着温度的上升而增加,另外温度还影响反应物的旋光性。而与温度最为相关的是反应速度,通常随着温度的升高,反应速率大大加快。在肉味香精的制备中,反应温度通常控制在 100 ~160℃。

4. 3 pH 值和水分活度对香味形成反应的影响香味物质生成的反应很多都是由酸碱催化进行的,因此 pH 值对于香味形成具有重要的影响。pH 值主要通过影响活性的开链式的糖的浓度、氨基类反应物的质子化、特征风味物的形成以及整个香气形成反应可控制性几个方面对反应进行影响。香味物质形成的反应一般随着 pH 值的升高而加剧[22] 。反应混合物的 pH 值一般不超过 8,pH 值过高反应速度过快,反应难以控制,氨基态氮存在亦会减少,产品的整体风味较差,但 pH 值低于 7 时吡嗪类物质较难以形成;当 pH 值进一步降低至 2 以下时,氨基处于质子化状态,反应难以进行。因此,香味物质形成的反应应维持在中性至弱偏碱性条件下进行,在此 pH 值条件下可以得到较好烤香味和焦糖风味的产品。而水分活度主要通过影响香味形成反应的速度对整个反应体系进行干预,水分含量在 10% ~ 15% 范围内时,反应速度会随着水分含量的提高而加快,完全干燥的原料会使香味形成的反应难以进行。在畜肉类香精的热反应中,水分活度在 0. 65 ~ 0. 75 范围内最为合适,水分活度过高或过低反应均会进行缓慢。

热反应畜肉香精的评价方法

肉类食品配料   2016 年第 9 期总第 425 期

5. 1 人工感官评价人工感官评价一直以来都作为一种极重要的香精质量感官评价方法,人工感官评价要求评价人员对产品的感官属性具有较好的认知,拥有较强的感官评价能力 ,能够归纳香精料的各方面特点。现如今感官评价已经广泛应用于多种食品的风味品质评价 Dyubele 等[23]对南非土著鸡肉的风味进行感官质量评定及风味描述。Sampaio 等[24]对加入抗氧化剂组合的冷冻鸡肉的风味品质进行感官评价。与人工感官评价应用广泛不相适应的是感官评价的主观性较高,具有较差的重复性,且较易受到感官评价人员的心里状况,身体状况等因素影响。

5. 2 电子鼻感官评价电子鼻是用于检测挥发性成份的人工嗅觉装置,因为气味的构成成分非常复杂,人工往往不能快速且准确的检测到气味的整体信息,而电子鼻技术则能够打破这种限制,能够对综合气味进行整体信息的评价。目前电子鼻技术在肉制品、水果及其他食品风味检测中已经成功应用。Zhang 等[25]利用电子鼻技术对中国醋进行鉴定辨别分析进而控制其质量品质。Liu 等[26]、熊敏等[27]、阎红等[28]运用电子鼻技术研究了胡椒以及花椒调味料的风味轮廓。田怀香等[29]调用电子鼻技术分析了鸡肉香精的风味,为鸡肉香精的开发提供了依据。电子鼻等新技术在肉类香精中的应用,对肉类香精的质量具有重大的促进作用。

热反应畜肉香精的应用和发展前景

6. 1 热反应畜肉香精的应用热反应的畜肉香精广泛应用于酱卤肉制品,如盐焗鸡翅、周黑鸭、酱卤牛肉、酱卤猪肉产品的增香增厚味中;速冻调理食品,如台湾烤肠、牛肉丸、猪肉丸等产品的底味丰富中;以及休闲食品,如休闲鱼仔、休闲鱼豆腐、休闲豆干等产品中。热反应畜肉香精的加入方式对产品的质量具有较大的影响,通常有以下几种添加方式。

(1)简单混合。这种方式主要适用于各种方便食品,如方便汤料食品等,加入之后无需再进行加热处理的产品。

(2)产品外撒外涂。该方式主要适用于即食休闲食品中,具有风味直接、风味强劲的优势,只需在即食产品主体加工完成包装前喷涂于表面即可,加工便利,且风味料损失少。


(3)产品加工过程加入。该种方式主要适用于需斩拌、卤制或者挤压加工的食品,采用此种添加方式,香精的风味能够更好的渗透进入产品内部,促使产品内外风味一致。热反应畜肉香精的添加方式还有很多,比如以上几种方式的结合,具体添加方式还需根据产品本身加工工艺及畜肉香精本身的耐加工性质进行探讨。


6. 2 热反应畜肉香精的发展前景目前,我国的香精行业产值早已超过 20 亿元,

且每年以超过 20% 的增速进行增长。随着科学技术的不断发展,将会有越来越多的高新技术如 GC- MS、LC - MS、电子鼻、电子舌等应用在肉类香精中,对香精质量的提升起到极大的促进作用,肉类香精将成为技术密集型的企业。现在国外的香精香料大企业,诸如美国的 IFF 公司、英国的 BBA 公司、瑞士的芬美意、奇华顿公司、日本的 Takasago 公司主要采用合成技术、催化技术、近代高精分析技术、生物工程技术、新型分离与加工技术进行畜肉香精的研发,这给我国的畜肉香精合成提供了很好的参考。

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( 收稿日期 2016 -08 -05)


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( 收稿日期 2016 -07 -01)


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