鲜味物质间的相互作用研究进展

吴 娜，顾赛麒，陶宁萍，王锡昌

（上海海洋大学食品学院，上海201306）

味觉是食物刺激口腔中的味觉器官后由舌头产生的感觉。从生理学的角度，以是否直接刺激味蕾为标准，公认的基本味觉只有五种：酸、甜、苦、咸、鲜，其中鲜味是复合味，属于第五种味觉[1-2]。

“鲜味”这个词来源于日本语“Umami”，鲜味感觉并不是一种简单的味觉，具有酸、甜、苦、咸的平衡作用和风味增强作用。例如，谷氨酸钠随着pH的改变，可产生咸、鲜、酸的风味变化；5’-肌苷酸二钠的鲜味阈值为0.025g/100g，但当5’-肌苷酸二钠与5’-鸟苷酸二钠等量混合时，其鲜味阈值降低为0.0063g/ 100g，即核苷酸类鲜味剂之间的配合使用，可以明显降低阈值，提高增味效果。鲜味感觉并不简单，至今对于如何识别鲜味以及如何编码和解释鲜味感觉的研究较少。因此，当食品中存在多个鲜味刺激时，鲜味物质是如何相互作用而改变食品鲜味，有待进一步研究。

1 鲜味感受生理学

图1 人舌功能剖析Fig.1 Function analysis of tongue

味感产生的基本途径是：首先呈味物质刺激口腔内的味觉感受受体，然后通过收集和传递信息的神经感觉系统传导至大脑的味觉中枢，最后通过大脑的综合神经中枢系统分析[3-4]，产生味感。图1显示了精确的基本味觉区域分布。人的舌头具有四种乳突，数量最多的丝状乳突没有味蕾，即没有味觉功能，而环状乳突、片状乳突和菌状乳突有味觉功能。味蕾通常由20～250个味细胞组成，聚集依附在乳突上，味蕾的味孔口与口腔相通。味细胞表面由蛋白质、脂质及少量的糖类、核酸和无机离子组成。不同的味感物质在味细胞的受体上会与不同的组分作用，将味蕾分为甜味、酸味、苦味和咸味区，虽然不同的区域更偏向于负责某些味觉特征，但是在区域间还是有相当部分的重合。

根据Hening味觉四面体学说认为仅有酸、甜、苦、咸四种基本味觉。1908年日本学者提出鲜味是独立而不同的滋味，而这主要取决于鲜味受体的性质[5]。Tilak[6]根据鲜味剂在受体上的特点，提出了一个鲜味受体模式：四种基本味的感受位置是在一个四面体边缘、表面、内部或邻近四面体之处，而鲜味则是独立于外部的位置。

目前，鲜味感知的生化途径还未明确，但可确定的是呈鲜物质先结合在位于细胞壁隔膜的感受器上，从而激活α-味蛋白的活性，α-味蛋白是一种鸟苷酸结合蛋白（称为G-蛋白）。通过α-味蛋白的传递促发了与呈味物质相关的反应，这些反应最终导致了细胞内Ca2+含量的增加并使传入神经元的兴奋达到高潮。现已发现至少有2种GPCRs（Guanosinebinding Protein Coupled Receptors）[7-8]在鲜味感知过程中发挥着重要作用，它们分别是味型代谢性谷氨酸受体（taste metabotropic glutamate receptor 4，tastem GluR4）和味觉受体异源二聚体。

2 鲜味物质间相互作用

2.1 常见鲜味物质种类及其呈味特性

食品中的鲜味物质从广义上来说包括两大类：呈鲜成分和增鲜成分。根据化学成分可将呈鲜成分分为氨基酸类、核苷酸类、有机酸类和肽类四大类。氨基酸类的鲜味代表是谷氨酸一钠盐，而核苷酸类的主要呈鲜味物是其二钠盐；有机酸类的鲜味物质主要是琥珀酸、琥珀酸一钠和琥珀酸二钠，其鲜味阈值分别为0.39、0.15、0.10mg/mL[9]，可见琥珀酸钠盐的鲜味阈值相对较低，目前对其呈味特性也鲜有研究；在一些小分子肽的鲜味研究报道方面，最具影响力的是牛肉汤中的八肽化合物Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala，称为“牛肉辛肽”，它具有强烈的鲜味，同时能增强牛肉汤的肉味[10-11]。此外，一些报道证实，Na+、Cl-等无机离子存在时能显著提高样品的整体鲜味强度[12]，其中Na+的鲜味阈值为1.80mg/mL[13]；而当某些无机离子缺乏时（如不存在Cl-），样本整体鲜味强度甚至降低为零。由此可见，无机离子虽然本身不呈鲜，但其可协助形成鲜味，在鲜味的形成中起着重要的作用，故称其为“增鲜物质”。

常见的几类鲜味物质及其呈味特性详见表1。

2.2 鲜味物质间的相互作用

2.2.1 核苷酸与氨基酸 对相同程度鲜味的谷氨酸钠（MSG）和核苷酸（MP）而言，当MSG浓度增大时，鲜味增大，但MP浓度增大，其鲜味又变化不大，若将二者混合后，鲜味成倍增大。鲜味的相乘效果的产生，是由于5’-核苷酸存在时，鲜味的受容蛋白质与核苷酸结合而产生变构后更易与MSG结合，其相乘效用也会因溶液中所含物质的不同而有所不同。

除此之外，不同的氨基酸类鲜味物质或核苷酸类鲜味物质之间也存在相互作用。Kirmura等[21]指出，几种氨基酸并不具有牛肉的特征味道，而当所有游离氨基酸共同存在时才给人以肉的味感。Gasser等[22]研究发现，肉汁中的呈味物质浓度大多低于其阈值，因此各呈味物质的协同作用是决定肉滋味的重要因素。

图2 鲜味受容蛋白Fig.2 Umami receptor protein

表1 常见鲜味物质及其呈味特性Table 1 Umami substances and their flavor characteristics

2.2.2 无机离子与氨基酸 缺少Na+的水产品合成抽提物的甜味、鲜味和特征风味明显下降；缺少Cl-的合成抽提物几乎无味；而缺少K+的合成抽提物味道变淡，但还是有鲜味和特征风味。鲜味剂要在有食盐存在的情况下才能充分体现出其鲜美滋味，可能是鲜味剂与水溶液中由食盐电离产生的正负离子之间的相互作用有关。只有当大量的Na+与HOOC-（CH2）2-CHNH2-COO-相遇在一起而相互作用时，对味觉受体的刺激才能大大增强，因此明显地提高了谷氨酸钠的鲜味感。

最适于利用的呈鲜味氨基酸是一钠型的谷氨酸盐，而其他离子形式几乎不具有活性，即谷氨酸一钠是L-谷氨酸呈现鲜味的唯一的形式。谷氨酸一钠的鲜味与其解离度有关。在pH5.5～8.0时鲜味最强，当pH小于4.0时鲜味较小，当pH大于8.0时由于形成二钠盐而鲜味消失。

2.2.3 有机酸与氨基酸 琥珀酸及其钠盐与氨基酸类鲜味剂合用时，增鲜效果明显。琥珀酸与味精一起使用具有相乘效果，但用量不能超过味精的10%，否则两者将产生消杀作用。这是因为琥珀酸酸性较强，它可以使味精变成谷氨酸而减低呈味能力，同时自身变成钠盐亦减少了自身的鲜味。虽然琥珀酸与核苷酸类增味剂也有协同效应，但效果不太明显。

2.2.4 核苷酸与无机离子 核苷酸与无机离子之间不存在明显的相互作用，只有核苷酸二钠盐才有鲜味，主要是因为核苷酸第5’位碳上的磷酸酯的两个羟基-OH在解离时才呈现鲜味，如果这两个羟基-OH被酯化或酰胺化，则鲜味消失。

2.2.5 有机酸和无机离子 有机酸和无机离子之间也不存在明显的作用，但在使用特性上，琥珀酸一钠的呈味能力是琥珀酸的四分之一，而只有二钠盐的八分之一，即琥珀酸二钠是其呈鲜味的最佳形式。

2.3 鲜味物质间相互作用研究方法

2.3.1 滋味活性值（Taste Activity Value，TAV） 食品中的呈鲜成分较为复杂，较难直接求出样品的鲜味强度。目前，国内外学者一般依据其滋味活性值（Taste Activity Value，TAV）[23-25]来大致估算该样品的鲜味强度值。滋味活性值（TAV）是各个呈味物质在样品中的浓度（C）与它对应的味道阈值（T）之比，即TAV=C/T。通常认为，当TAV大于1时，该物质对样品有重要影响。TAV是个比较客观的评价方法，广泛用于各种食品风味的研究，但它的缺陷在于并没有考虑到各个物质之间的相互影响关系，如协同效应和相抵作用等。

陈德慰等[26]通过测定大闸蟹蟹肉中非挥发性风味成分（游离氨基酸、风味核苷酸、盐类、琥珀酸和小分子肽等）的含量，确定蟹肉的味精当量为4.2gMSG/100g，其TAV值高达140，从而阐明蟹肉具有强烈鲜味的原因。

2.3.2 滋味稀释分析（Taste Dilution Analysis，TDA）Hofmann等[27-28]在2001年建立一种测定苦味活性物质的方法，它是把人的舌头作为生物感受器，检测食品中存在的滋味化合物的阈值，然后通过计算其滋味活性值（TAV）与滋味稀释值（Taste Dilution，TD值）来评价其滋味贡献，贡献率（%）=（TAV/总TD稀释值）× 100。其中，总TD稀释值指的是将混合物溶解于1mL水中，按1∶1的体积比稀释，采用3点测定进行评定，当某个稀释水平的溶液与2个空白之间的滋味差异刚好能被识别出来时的稀释倍数。TDA分析方法虽然能较好地计算出滋味活性物质对风味的贡献，但它是基于滋味强度是风味物质浓度的线性函数为假设，并未考虑食品基质和风味物质的相互作用。

王春叶等[29]采用TDA方法检测蘑菇中呈鲜滋味活性物质，检测到谷氨酸、天冬氨酸和琥珀酸几种呈鲜成分。Harald Ottinger等[30]运用TDA在牛肉汤中首次分离出来增味剂Alapyridaine，证明它对牛肉汤整个滋味都有很大的影响。

2.3.3 减除实验（Omission Tests） 尽管传统的方法均能确定食品中的滋味活性物质，但其结论均限制于假定食品中风味物质的活性不被混合影响。不少实验中发现，食品混合物中一个或多个成分的感官性质不足以解释食品的整体风味。减除实验是通过感官实验比较混合物和缺少其中一种成分的混合物的感官特性，从而确定某一成分对整体风味的贡献。此方法主要包括4个关键步骤：a.确定食品水提物的浓度；b.合成混合物的建立；c.感官验证建立的合成混合物；d.感官评价减除实验并最终选择可减除的化合物。减除实验考虑到滋味活性物质和食品基质间的相互作用，从而建立成分与感官性状之间的关系。

Engel等[31]运用减除实验分别测定了脂相和水相的风味成分，从而确定了导致奶酪酸味、苦味和咸味的风味贡献成分。Hayashi等[32]运用减除实验对煮蟹进行分析，发现谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、IMP、NaCl等按比例混合物很好地呈现出蟹肉的特征风味，其中IMP、谷氨酸是鲜味的主要贡献者，甘氨酸、丙氨酸对鲜味也有贡献，而缺少NaCl，蟹肉的风味大大降低。Konosu等[33]对蟹肉、鲍鱼肉等的提取物进行分析，结果显示谷氨酸不但呈鲜味，也提高风味的醇厚，甘氨酸在所有的合成抽提物中呈甜味，对鲜味也有贡献。

2.3.4 味精当量（Equivalent Umami Concentration，EUC） 日本科学家Yamaguchi和Yoshikawa[34]于1971年提出游离氨基酸和呈味核苷酸之间的协同作用可用味精当量（Equivalent Umami Concentration，EUC）表示，它是表示两类鲜味物质混合物协同作用所产生的鲜味强度相当于多少浓度的单一的味精所产生的鲜味强度。它们之间的关系可用公式EUC=∑aibi+ 1218（∑aibi）（∑ajbj）表示。其中：EUC是味精当量（gMSG/100g）；ai是鲜味氨基酸（Asp或Glu）的浓度（g/100g）；bi是鲜味氨基酸相对于MSG的相对鲜度系数（Glu：1；Asp：0.077）；aj是呈味核苷酸（5’-IMP，5’-GMP，5’-AMP，5’-XMP）的浓度（g/100g）；bj是呈味核苷酸相对于IMP的相对鲜度系数（5’-IMP：1；5’-GMP：2.3；5’-AMP：0.18；5’-XMP：0.61）；1218是协同作用常数。

陈德慰等[35]采用TAV和EUC的方法评价了广西三种贝类的非挥发性呈味物质，证明呈味核苷酸AMP、GMP和IMP与谷氨酸和天冬氨酸能产生协同效应，且三种贝类味精当量的TAV值均大于1，是其具有强烈鲜味的原因。Fuke等[11]在研究人工模拟合成对虾混合物时，测定滋味活性物质的味精当量及其TAV值，也得出相似的结论。

3 展望

鲜味在水产品、肉类等食品的整体风味中有着重要作用，国内外对食品中关键风味物质的研究多集中于鲜味物质的含量检测方面，对其中呈味物质间的相互作用的研究较少。鲜味物质是具有代表性的滋味感觉，其呈味物质相对简单。因此，结合鲜味物质相互作用的研究方法，分析其他几种味觉呈味物质间的相互作用，以期探讨呈味物质的相互作用是如何影响食品整体滋味的，并为调味品行业的发展提供理论基础。

[1]GHIRRI A，BIGNETTI E.Occurrence and role of umami molecules in foods[J].International Journal of Food Sciences and Nutrition，2012，63（7）：871-881.

[2]ZHANG F，KLEBANSKY B，Fine R M，et al.Molecular mechanism for the umami taste synergism[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2008，105（52）：20930-20934.

[3]NELSON G，CHANDRASHEKAR J，HOON M A，et al.An amino-acid taste receptor[J].Nature，2002，416（6877）：199-202.

[4]SAKO N，HARADA S，YAMAMOTO T.Gustatory information of umami substances in three major taste nerves[J].Physiology& Behavior，2000，71（1）：193-198.

[5]SMRIGA M，MIZUKOSHI T，IWAHATA D，et al.Amino acids and minerals in ancient remnants of fish sauce（garum）sampled in the“Garum Shop”of Pompeii，Italy[J].Journal of Food Composition and Analysis，2010，23（5）：442-446.

[6]NAGODAWITHANA T W，HOFMANN T.Savory flavors[J]. Trends in Food Science and Technology，1996，7（10）：342.

[7]LI X.T1R receptors mediate mammalian sweet and umami taste[J].The American Journal of Clinical Nutrition，2009，90（3）：733S-737S.

[8]CHAUDHARI N，PEREIRA E，ROPER S D.Taste receptors for umami：the case for multiple receptors[J].The American Journal of Clinical Nutrition，2009，90（3）：738S-742S.

[9]冯容保.有机酸鲜味剂[J].发酵科技通讯，2002，31（2）：29.

[10]YAMASAKI Y，MAEKAWA K.A peptide with delicious taste[J].Agricultural and Biological Chemistry，1978，42（9）：1761-1765.

[11]刘甲.呈味肽的研究及其在调味品中的应用[J].肉类研究，2010（5）：88-92.

[12]邓捷春，王锡昌，刘源.鱼肉风味研究进展[J].食品工业科技，2010，31（6）：375-378.

[13]ROTZOLL N，DUNKEL A，HOFMANN T.Quantitative studies，taste reconstitution，and omission experiments on the key taste compounds in morel mushrooms（Morchella deliciosa Fr.） [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（7）：2705-2711.

[14]Shallenberger R S.Taste chemistry[Z].Springer，1993.

[15]宋钢.鲜味剂生产技术[M].北京：化学工业出版社，2009：13.

[16]FUKE S，UEDA Y.Interactions between umami and other flavor characteristics[J].Trends in Food Science&Technology，1996，7（12）：407-411.

[17]Shahidi F.Flavor of meat and meat products[M].Blackie Academic&Professional，1994.

[18]DUBOIS G E，DESIMONE J A，LYALL V.Chemistry of gustatory stimuli[J].Olfaction and taste.Amsterdam（The Netherlands）：Elsevier，2008：27-74.

[19]LOPEZ CASCALES J J，OLIVEIRA COSTA S D，de GROOT B L，et al.Binding of glutamate to the umami receptor [J].Biophysical Chemistry，2010，152（1）：139-144.

[20]SPANIER A M，BLAND J M，MILLER J A，et al.BMP：a flavor enhancing peptide found naturally in beef.Its chemical synthesis，descriptive sensory analysis，and some factors affecting its usefulness[J].Developments in Food Science，1995，37：1365-1378.

[21]KIRIMURA J，SHIMIZU A，KIMIZUKA A，et al.The contribution of peptides and amino acids to the test of food stuffs [J].J Agric Food Chem，1969，17：689.

[22]GASSER U，WARENDORF T，GROSCH W，et al. The flavor of bouillon.Bireh G G，Campbell-Platt G Synergy[J]. Intercept Ltd：Andover，1994：129-144.

[23]刘敬科.鲢鱼风味特征及热历史对鲢鱼风味的影响[D].武汉：华中农业大学，2009.

[24]SCHLICHTERLE-CEMY H，GROSCH W.Evaluation of taste compounds ofstewed beefjuice[J].ZeitschriftFur Lebensmittel Untersuchung und Forschung，1998，207：369-376.

[25]WARMKE R，BELITZ H D，GROSCH W.Evaluation of taste compounds of Swiss cheese（Emmentaler）[J].Zeitschrift Fur Lebens-mittel Untersuchung und Forschung，1996，203：230-235.

[26]CHEN Dewei，ZHANG Min.Non-volatile taste active compounds in the meat of Chinese mitten crab（Eriocheir sinensis）[J].Food Chemistry，2007，104（3）：1200-1205.

[27]HOFMANN T，OTTINGER H，FRANK O.The taste activity concept：a powerful tool to trace the key tastants in foods，In Challenges in taste chemistry and biology[C]//.ACS Symposium Series 867，American Chemieal Soeiety，Washington D.C.，2004：104-124.

[28]HOFMANN T.Taste-Active Maillard Reaction Products：The“Tasty”World of Nonvolatile Maillard Reaction Products[J]. Annals of the New York Academy of Sciences，2005，1043（6）：20-29.

[29]王春叶，童华荣.滋味稀释分析及其在食品滋味活性成分分析中的应用[J].食品与发酵工业，2007，33（12）：117-121.

[30]OTTINGER H，HOFMANN T.Identification of the taste enhancer aiapyridaine in beef broth and evaluation of its sensory impact by taste reconstitution experiments[J].Agric Food Chem，2003，51（23）：6791-6796.

[31]ENGEL E，NICKLAUS S，SALLES C，et al.Relevance of omission tests to determine flavour-active compounds in food：application to cheese taste[J].Food Quality and Preference，2002，7-8（13）：505-513.

[32]HAYASHI T，YAMAGUCHI K，KONOSU S.Sensory Analysis of Taste-Active Components in the Extract of Boiled Snow Crab Meat[J].Journal of Food Science，1981，46（2）：479-483.

[33]KONOSU S.The flavor components in fish and shellfish[J]. Chemistry and biochemistry of marine food products，1982：367-404.

[34]YAMAGUCHI S.The Synergistic Taste Effect of Monosodium Glutamate and Disodium 5’-Inosine[J].Journal of Food Science，1967，32：473.

[35]陈德慰，苏键，颜栋美，等.广西北部湾常见水产品中甜菜碱含量测定及呈味效果评价[J].现代食品科技，2011，27（4）：468-472.