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熱反應畜肉香精的制備研究進展
發布時間:2017-01-16  閱讀次數:6730

王文勇、魏麗容

廣州市華琪生物技術有限公司
地址:
廣州市海珠區荔福路68號三樓
免費電話:4006-844-996


摘 要:就熱反應畜肉香精的發展歷史與特點、風味物質的形成機理、風味物質形成反應的影響因素與控制、熱反應畜肉香精制備的常用原料、蛋白質水解物的制備方法、熱反應畜肉香精的評價方法及在食品工業中的應用進行了闡述,并展望了熱加工香精的研究開發前景。

隨著生活水平的不斷提高,人們對于食品的品質除了營養、衛生等需求外,對食品風味的要求也越來越高。與之相對應的是,現代養殖業提倡高效快速養殖,畜禽出欄時間短,風味積累極為不足,同時現代加工條件相較以前更為多元化,原料肉類制作成為最終產品往往經過多次凍結、解凍、加熱處理,風味物質流失更為嚴重,因此亟需相應的風味香精進行風味補充,肉類香精也因此在近幾年得到快速發展,它能賦予肉制品良好的風味,補充因加工損失的風味物質,廣泛應用于各類肉制品、即食方便食品以及醬料等產品中[1~3]。對熱反應畜肉香精影響的因素較多,其特征風味物質也較為復雜,為了提升畜肉肉味熱反應香精的定向可操作性、品質穩定性,需要對熱反應畜肉肉味香精進行優化。本文綜述了畜肉肉味香精發展進程、制備原理、評價方法以及對畜肉肉味香精制備緊密相關的添加劑及反應條件,以為畜肉肉味香精的品質改善提供參考。

作者簡介:王文勇(1990 ),男,碩士研究生,主要從事食品加工技術研究。E-mail:531933893@qq.com


畜肉香精發展歷程

最早的肉類香精制備是將肉進行煮制,然后將所得肉湯進行濃縮,并將熟肉進行烘干、磨碎,這種肉味香精具有很自然、協調的肉香,但其成本較高,濃度低,所需量大,而到 19 世紀 60 年代則開始利用各種單體香精經過調和產生肉類香精,但其逼真程度較低,從 20 世紀 60 年代才慢慢發展出利用美拉德反應制備香精的技術,其具有生產成本較低,香氣濃郁持久、自然,抗氧化性強的特點[4~7]。Unilever 公司研究人員在 1951 就運用了科學手段對牛肉風味進行了研究,分離鑒定出牛肉的特征風味物質,并申請了此風味類型的第一個專利[8]。Morton 和 Herz 等人在 1960 年時就通過還原糖和氨基酸反應得到了系列的濃厚肉香類物質[9,10]。近年來,隨著各種準確、快速的檢測手段如色譜、光譜、質譜、核磁共振等的發展,分析鑒定肉香味的前體物質和肉香味的香氣組分成為研究的重點,并且已經開始人工合成肉類香味料。制備肉類香精主要是以含硫氨基酸和還原糖等為主要前體物質,熱反應形成的。

熱反應畜肉香精的制備機制及常用原料

2. 1 熱反應畜肉香精的制備機制熱反應香精之所以能夠將沒有肉味的原料制備出具有濃厚肉味的物質,主要是利用所添加各原料中的碳水化合物、脂肪、蛋白質、肽和氨基酸的熱降解反應;VB1和 VC的熱降解反應;美拉德反應,特別是 Strecker 降解反應;脂質氧化、水解、脫水及脫羧等反應,形成醛類、酮類內酯類化合物[11]。食物中的蛋白質肽鍵斷裂,降解成多肽、二肽、游離氨基酸等,一些氨基酸進行 Strecker 降解,產生氨、醛、羰基化合物、硫化氫等。含硫氨基酸如半胱氨酸和胱氨酸加熱生成噻唑、噻吩及其衍生物,這些都是香味物質的重要組成成分[12]。原料中的糖會因溫度升高不斷失水,發生焦糖化反應,戊糖生成糠醛,己糖生成羥甲基糠醛,進一步加熱會產生呋喃衍生物、羰基化合物、醇類、脂肪烴和芳香烴類。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間生成物。這兩種化合物和氨基酸發生 Streker 降解反應,產生各種香味化合物。其中重要產物糖降解產生的呋喃酮與硫化氫反應會產生強烈的肉香氣[13]。同時原料中硫胺素加熱時可以分解成多種揮發性物質,如呋喃、呋喃硫醇、噻吩和其它含硫化合物等,對肉香味有很重要的貢獻[14],Reinccius[15]發現在 pH =5和 pH =7 時,硫胺素能產生肉香味很濃的 2 - 甲基呋喃 -3 - 硫醇和雙(2 - 甲基 - 3 - 呋喃基)二硫以及各種噻吩。但在熱反應肉香精的制備中發生的最重要的反應是 Maillard 反應,美拉德反應生成風味物質是一個極其復雜過程,其中包括許多交叉反應和分解反應,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 熱反應畜肉香精的制備常用原料用于熱反應畜肉香精制備的原輔料種類較多,


主要有還原糖類、氨基酸類、含硫化合物、風味增強劑等。熱反應畜肉香精制備常用的原料種類如表 1所示。表 1 肉類香精生產中常用的原料


Table 1 Materials for meat flavors production

類別

具體來源

氨基酸

谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸、組氨酸、精氨酸、色氨酸、纈氨酸、脯氨酸、天門冬氨酸、谷胱甘肽、HVP、HAP、酵母自溶物、酵母提取物、肉類提取物等

還原糖類物質

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

含硫化合物

胱氨酸、半胱氨酸(及其鹽酸鹽)、蛋氨酸、硫胺素(VB1)、?;撬?、無機硫化物、有機硫醇及硫化物、2 - 巰基乙醇衍生物、5 - 羥基 3 - 巰基戊酮、3 - 巰基 -1 - 丙醇、4,5 - 取代噻唑、硫代碳酸酯、硫代酰胺、2- 巰基鏈烷基酸/酰胺、巰基烷基胺、氨基硫化物、S - 乙酰巰基琥珀酸、酵母提取物、酵母自溶物等

α- 二酮及潛在 α- 二酮物質

3,4 - 二酮庚烷 2,5 - 二乙酸鹽、5 - 羥甲基糠酮、抗壞血酸、5- 酮基葡糖酸、麥芽酚乳酸、羥基乙酸、蘋果酸、酒石酸、丁二酮、2,3- 戊二酮、丙酮醛、丙酮酸、甘油醛、乙二醛、二羥基丙酮、A - 酮基丁酸等

風味增強劑

谷氨酸單鈉鹽、呈味核苷酸二鈉、鳥苷酸、肌苷酸、酵母提取物、酵母自溶物、HVP、2 - 糠醛 - 硫代肌苷 - 5,- 磷酸鹽、2 - 烯丙氧基肌苷 -5,- 磷酸鹽等

脂肪

豬脂肪、牛脂肪、雞脂肪、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、洋蔥、大蒜、生姜等


3 蛋白水解物的制備方法

各種畜肉下腳料均可作為相應畜肉香精的極佳制備原料,但需通過一定方法將畜肉下腳料降解至一定分子量的多肽或者氨基酸才能方便利用,這樣制備出來的畜肉香精香氣自然,厚實度佳,應用效果較好。蛋白水解物的制備方法較多,各有其優劣。

3. 1 蛋白質的酸法水解酸水解法制備蛋白質水解物是應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對較快,且水解程度較高,成本較低。但其水解方式屬于不規則水解,水解專一性較差,且容易造成環境污染。同時,其水解程度較難以把控,活性肽含量偏低,水解過程中容易產生具有異味的雜質。

3. 2 蛋白質的堿法水解國內對于堿法水解蛋白質的研究還較少。堿法水解是利用堿溶液對蛋白質進行分解,分解液再使用酸進行中和。堿水解的成本較低,操作簡單,但其水解程度不高,水解不規則,產物難以控制,且經堿水解產生的氨基酸會部分消旋化,進而失去部分營養價值。

3. 3 蛋白質的酶法水解蛋白質的酶解技術在畜肉熱反應香精中應用極為廣泛,畜肉、骨素、骨油等物質經酶解后產生大量的游離氨基酸、酶分解產物和糖類物質、水解動物蛋白等原料發生產生香氣的 Maillard 反應,可制得肉味香精的前體物質。水解蛋白質的酶主要分為 3 種,如動物性來源的胃蛋白酶、胰蛋白酶等;植物來源的木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等;微生物來源的米曲霉蛋白酶、黑曲霉蛋白酶等。蛋白質的酶解與酸水解、堿水解相比,具有條件溫和、副反應少,水解程度易控制,營養成分保留極高。目前在食品工業中常用的蛋白酶有堿性蛋白酶(Alcalase)、中性蛋白酶(Neutrase)和復合風味蛋白酶(Flavourzyme)。

4 反應條件對香味形成的影響

4. 1 底物種類對香味反應物生成的影響在香氣生成的熱反應過程中,一般參與反應的糖類為雙糖、五碳糖或六碳糖,雙糖則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]。反應的速度為五碳糖 > 己醛糖 > 己酮糖 > 雙糖,開環的核糖比環狀的核糖反應要快[20]。

其中風味方面,雙糖產生的風味較差,五碳糖中反應最快的是核糖,但成本高,且難以購買,所以通常使用葡萄糖和木糖。而且 Boekel 研究發現,若沒有蛋白質、肽和氨基酸的存在,Strecker 降解也不可能發生,風味物質也不能形成[18]。一些糖與氨基酸的模式混合體系的加工特征風味見表 2。表 2常用糖類與氨基酸的反應特征風味

Table 2 Reaction characteristic flavor of common sugars and amino acids

碳水化合物種類 氨基酸種類

反應溫度/℃

特征風味

葡萄糖 半胱氨酸

100~140

肉味、牛肉風味

核糖 半胱氨酸

100

肉、烤牛肉

抗壞血酸 蘇氨酸

140

肉、牛肉提取物

抗壞血酸 半胱氨酸

140

雞肉

核糖 賴氨酸

140

燒烤

4. 2 反應溫度對香味物質形成反應的影響反應溫度對香味物質形成的影響主要通過對美拉德反應的影響進行,美拉德反應的各個驟對溫度的敏感性均不相同,反應的路線及產生的香氣產物很大程度上取決于反應的溫度。Chen 等研究發現,在 45℃時,葡萄糖反應的速度比半乳糖要快,產生的褐色物質要多,但是在 60℃ 時,兩者的情況恰恰相反[21]。而且溫度還影響反應物的活性,糖的活性形式是否處于開鏈狀態,活性開鏈式的糖的濃度隨著溫度的上升而增加,另外溫度還影響反應物的旋光性。而與溫度最為相關的是反應速度,通常隨著溫度的升高,反應速率大大加快。在肉味香精的制備中,反應溫度通??刂圃?nbsp;100 ~160℃。

4. 3 pH 值和水分活度對香味形成反應的影響香味物質生成的反應很多都是由酸堿催化進行的,因此 pH 值對于香味形成具有重要的影響。pH 值主要通過影響活性的開鏈式的糖的濃度、氨基類反應物的質子化、特征風味物的形成以及整個香氣形成反應可控制性幾個方面對反應進行影響。香味物質形成的反應一般隨著 pH 值的升高而加劇[22] 。反應混合物的 pH 值一般不超過 8,pH 值過高反應速度過快,反應難以控制,氨基態氮存在亦會減少,產品的整體風味較差,但 pH 值低于 7 時吡嗪類物質較難以形成;當 pH 值進一步降低至 2 以下時,氨基處于質子化狀態,反應難以進行。因此,香味物質形成的反應應維持在中性至弱偏堿性條件下進行,在此 pH 值條件下可以得到較好烤香味和焦糖風味的產品。而水分活度主要通過影響香味形成反應的速度對整個反應體系進行干預,水分含量在 10% ~ 15% 范圍內時,反應速度會隨著水分含量的提高而加快,完全干燥的原料會使香味形成的反應難以進行。在畜肉類香精的熱反應中,水分活度在 0. 65 ~ 0. 75 范圍內最為合適,水分活度過高或過低反應均會進行緩慢。

熱反應畜肉香精的評價方法

肉類食品配料   2016 年第 9 期總第 425 期

5. 1 人工感官評價人工感官評價一直以來都作為一種極重要的香精質量感官評價方法,人工感官評價要求評價人員對產品的感官屬性具有較好的認知,擁有較強的感官評價能力 ,能夠歸納香精料的各方面特點。現如今感官評價已經廣泛應用于多種食品的風味品質評價 Dyubele 等[23]對南非土著雞肉的風味進行感官質量評定及風味描述。Sampaio 等[24]對加入抗氧化劑組合的冷凍雞肉的風味品質進行感官評價。與人工感官評價應用廣泛不相適應的是感官評價的主觀性較高,具有較差的重復性,且較易受到感官評價人員的心里狀況,身體狀況等因素影響。

5. 2 電子鼻感官評價電子鼻是用于檢測揮發性成份的人工嗅覺裝置,因為氣味的構成成分非常復雜,人工往往不能快速且準確的檢測到氣味的整體信息,而電子鼻技術則能夠打破這種限制,能夠對綜合氣味進行整體信息的評價。目前電子鼻技術在肉制品、水果及其他食品風味檢測中已經成功應用。Zhang 等[25]利用電子鼻技術對中國醋進行鑒定辨別分析進而控制其質量品質。Liu 等[26]、熊敏等[27]、閻紅等[28]運用電子鼻技術研究了胡椒以及花椒調味料的風味輪廓。田懷香等[29]調用電子鼻技術分析了雞肉香精的風味,為雞肉香精的開發提供了依據。電子鼻等新技術在肉類香精中的應用,對肉類香精的質量具有重大的促進作用。

熱反應畜肉香精的應用和發展前景

6. 1 熱反應畜肉香精的應用熱反應的畜肉香精廣泛應用于醬鹵肉制品,如鹽焗雞翅、周黑鴨、醬鹵牛肉、醬鹵豬肉產品的增香增厚味中;速凍調理食品,如臺灣烤腸、牛肉丸、豬肉丸等產品的底味豐富中;以及休閑食品,如休閑魚仔、休閑魚豆腐、休閑豆干等產品中。熱反應畜肉香精的加入方式對產品的質量具有較大的影響,通常有以下幾種添加方式。

(1)簡單混合。這種方式主要適用于各種方便食品,如方便湯料食品等,加入之后無需再進行加熱處理的產品。

(2)產品外撒外涂。該方式主要適用于即食休閑食品中,具有風味直接、風味強勁的優勢,只需在即食產品主體加工完成包裝前噴涂于表面即可,加工便利,且風味料損失少。


(3)產品加工過程加入。該種方式主要適用于需斬拌、鹵制或者擠壓加工的食品,采用此種添加方式,香精的風味能夠更好的滲透進入產品內部,促使產品內外風味一致。熱反應畜肉香精的添加方式還有很多,比如以上幾種方式的結合,具體添加方式還需根據產品本身加工工藝及畜肉香精本身的耐加工性質進行探討。


6. 2 熱反應畜肉香精的發展前景目前,我國的香精行業產值早已超過 20 億元,

且每年以超過 20% 的增速進行增長。隨著科學技術的不斷發展,將會有越來越多的高新技術如 GC- MS、LC - MS、電子鼻、電子舌等應用在肉類香精中,對香精質量的提升起到極大的促進作用,肉類香精將成為技術密集型的企業。現在國外的香精香料大企業,諸如美國的 IFF 公司、英國的 BBA 公司、瑞士的芬美意、奇華頓公司、日本的 Takasago 公司主要采用合成技術、催化技術、近代高精分析技術、生物工程技術、新型分離與加工技術進行畜肉香精的研發,這給我國的畜肉香精合成提供了很好的參考。

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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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