美拉德反应在风味剂中的应用

孔 凌，包清彬，刘 超，罗春发

（1.成都大帝汉克生物科技有限公司，成都 611130；2.西华大学生物工程学院，成都 610039）

美拉德反应即羰氨反应，又称非酶褐变反应，是在食品加工和贮藏过程中，发生在氨基化合物氨基端和还原糖或其他羰基化合物羰基端的缩合反应，其赋予食品诱人的香味和色泽[1]。在肉加工过程中，美拉德反应被认为是产生肉香味的主要反应之一，该反应产生的一种具有特殊香味、口感和颜色的复合物在食品和相关产业中具有积极作用，对于一些气味感知能力差的食品，美拉德反应能形成独特的风味[2]。同时，美拉德反应在饲料工业中也时常发生，如谷物加热及干草和青贮料调制过程中温度过高会出现深褐色，该褐色物质是动物自身消化酶不能降解的氨基-糖复合物，影响氨基酸吸收利用，进而降低蛋白质消化利用率。

近年来，人们利用动、植物水解蛋白和醇母自溶产物作原料，制备出成本低、安全，且更逼真、更接近天然风味的香味料[2]。关于美拉德反应在香精生产中的应用，国外研究较多，国内研究应用很少，该技术在肉类香精及烟草香精中有较好的应用效果[3]。所形成的香精具有天然肉类香精的效果和调配技术无法比拟的作用。美拉德反应技术在香精领域中的应用超出了传统香精调配和生产工艺的范畴，是一种全新的香精香料生产应用技术。美拉德反应所形成的肉味香精无论是原料还是过程均可以视为天然，因此，所得肉味香精可以视为天然香精，其应用广受关注。

1 美拉德反应的机理

美拉德反应是发生在氨基化合物（胺、氨基酸、肽和蛋白质）的氨基端和还原糖或其他羰基化合物的羰基端的缩合反应。热反应和长时间发酵都可以促使美拉德反应发生。目前对该反应产生低分子和中分子的反应机理比较清楚，而对产生高分子聚合物的机理仍不能得到满意的解释。美拉德反应过程可以分为初期、中期和末期3个阶段，每个阶段又可细分为若干反应。该反应是一个复杂反应，包括许多交叉反应和分解反应，生成一系列芳香化合物，如酮、醛、醇、呋喃及其衍生物、吡咯、吡啶、吡嗪、噻吩、噻唑、恶唑、恶唑啉、硫化物。起始阶段：氨基酸与还原糖加热，氨基与羰基缩合生成席夫碱，席夫碱环化生成N-取代糖基胺，N-取代糖基胺经Amiadori重排形成Amadori化合物（1-氨基-1-脱氧-2-酮糖）。中间阶段：Amadori化合物通过3条路线进行反应。酸性条件下，经1,2-烯醇化反应，生成羰基甲呋喃醛；碱性条件下，经2,3-烯醇化反应，产生还原酮类褐脱氢还原酮类，有利于Amadori重排产物形成1-deoxysome，其是许多食品香味的前驱体；Strecker聚解反应：继续进行裂解反应，形成含羰基和双羰基化合物，进行最后阶段反应或与氨基进行Strecker分解反应，产生Strecker醛类。最终阶段：此阶段反应复杂，机制尚不清楚，中间阶段的产物与氨基酸化合物进行醛基-氨基反应，最终生成类黑精。美拉德反应产物除类黑精外，还有一系列中间体还原酮及挥发性杂环化合物，所以并非美拉德反应的产物都是呈香成分[1,4-7]。控制美拉德反应的原料和反应条件，可以产生不同的肉香味，以美拉德反应为基料的肉味香精质量一般较好。

2 影响美拉德反应的因素

2.1 温度

温度越高，褐变速度越快。温度每提高10℃，反应速度约增加300%～500%。一般每相差10℃，反应速度相差300%～500%。温度过高，会使食品中氨基酸和糖类受到破坏，还可能产生致癌物质[8]。

2.2 反应时间

反应时间对风味形成影响较大，时间过短，不能形成足够的风味物质，容易产生过度的焦糖化，产生苦味，影响整体风味。同时反应时间对产品的影响也较大[9]。反应的产物含量和产物种类会因反应时间的长短而有所差异。随着反应时间的增加，反应产生的香味中间体也会越来越多，其香味也就越浑厚浓郁，但是反应时间不宜太长，因为时间过长会产生一些不利于风味的致癌物质[10]。

2.3 pH

袁媛等研究发现，美拉德反应产物含量随着初始pH的上升而增加[11]。pH＞8时反应进行较快，并且很难控制，产生的风味也比较差[12]。研究发现，在中性或弱偏碱性的条件下可以得到较好的肉香味和烤香味。

2.4 还原糖的选择

参加美拉德反应有单糖和双糖[13]。虽然双糖参加反应，但是产生的风味比较差，所以反应一般用单糖。由于葡萄糖和木糖廉价易得、反应性好，所以常用葡萄糖和木糖作为美拉德反应原料。

2.5 氨基酸的影响

不同氨基酸具有不同的反应产物，增加氨基酸浓度可以提高美拉德反应速率。研究表明，半胱氨酸产生强烈肉香味，胱氨酸味道差，蛋氨酸产生土豆样风味，谷胱氨酸产生出较好的肉味。当加热半胱氨酸与还原糖的混合物时，便得到一种刺激性“生”味，如有其他氨基酸混合物存在的话，可得到更完全和完美的风味，蛋白质水解物对此很合适[14]。

2.6 水分

水分是必须的，但是过多的水分会抑制反应，通常含水量＜90%，水分活度为0.55～0.75时，美拉德反应能够得到最大反应速度[15]。美拉德反应是一个复杂过程，需要协调原料、pH、温度、时间等多种因素，才可以取得好的效果。因此在加工中，需要尽量调节控制好各种影响因素，使之在合适范围内取得预期效果。

3 美拉德反应与肉味形成途径

鲜肉味道平淡，微腥略咸，基本上无香味，肉的风味是由于加热过程中化学反应促进了香味物质的形成。很多研究的目的在于阐述肉类香味形成的原理以及加热过程中发生的反应[16]。目前，一般认为肉类风味的主要前体物质可以分为水溶性物质和脂质。水溶性物质是肉类风味主要的前体物质，主要包括一些相对分子质量较小的水溶性物质，如氨基酸、肽、碳水化合物、核苷酸、硫胺素等，而相对分子质量较大的肌原纤维蛋白和肌浆蛋白对风味的贡献有限，在加热的过程中，这些物质之间发生反应形成芳香性物质，挥发出理想的风味。一般认为，加热过程中发生的主要反应是美拉德反应和脂质的降解。肉类香味物质的形成原理一直是研究的热点。在肉制品加工过程中，发生多种反应，并且相互影响，都会影响肉风味形成。目前认为对肉香味物质形成的反应主要有美拉德反应、硫胺素的降解和脂质的降解，而肉类的香味是这些反应综合作用的结果。

4 美拉德反应在动物饲料风味剂中的应用

4.1 提高饲料的诱食性和适口性，增加采食量

动物学家认为，动物和人类一样，对食物的色、香、味有着感观上的要求。许多动物的味觉和嗅觉比人要灵敏得多。如猪的味觉非常灵敏，平均味蕾数（20 000个）比狗（1 706个）高12倍，比猫（473个）高42倍，比兔（17 000个）高1.1倍，比人（6 974个）高3倍。猪的嗅觉也很敏锐，其对气味的识别能力比狗高12倍，比人高2倍。所以许多人不能感觉到的气味，动物却能感觉到。动物在自然条件下的随意采食量受许多因素制约，主要有种类、生理、饲料质量和环境温度等。研究表明，中国地方猪种的生长速度低于国外现代猪种的主要原因是前者的采食量低于后者。而制约现代猪生长速度的主要原因也是采食量的多少。育种选择生长速度快的猪，实际选择的是采食多者[17]。饲料适口性取决于其颜色、滋味和气味等。饲料用风味剂是利用“香”或“味”刺激嗅觉和味觉器官，再由大脑发出指令，促使消化液分泌和胃肠蠕动，产生食欲，启动采食行为，起到增加食欲的作用。

4.2 引诱幼畜提早采食，促进消化器官发育

风味剂可刺激动物唾液、胃液和胰液等消化液的分泌，有利于固体饲料的咀嚼、吞咽和消化吸收。这对幼小动物是重要的，其不仅可以尽早开食，还可促进各种腺体的生长发育。

4.3 缓解应激，维持动物在应激状态下的采食量

动物特别是幼畜，由于饲养条件改变，例如断奶、高温、惊吓、运输震动、疾病等都会产生应激反应，导致食欲下降，采食量下降，身体抵抗力下降，产生各种疾病，严重的会导致死亡。实践证明，断奶到11周龄仔猪的生长和健康状况是肉猪生产的关键，对以后猪体增重和屠宰后肉的质量有很大影响，特别是仔猪断奶引起应激反应，使其断奶后第1周生长缓慢，容易发生病变，如腹泻等，导致死亡率升高。饲料中添加风味剂，可使动物在应激反应或疾病状况下保持良好的食欲，保证其对加药饲料的采食量，从而有利于动物健康，减少死亡，有利于体质和生产性能的全面恢复。

4.4 掩盖饲料风味

现代养殖业和饲料工业一方面要求最大限度地提高动物生产性能，另一方面又要求尽可能地降低饲料成本。饲料工业已由传统的利用谷物原料逐渐向开发各种廉价易得的饲料代用品来配制饲料的方向发展，再加上各种生长促进剂如矿物质、药物的使用，使饲料的色、香、味更加不符合动物的习性和要求，适口性严重下降。在饲料中添加适宜的风味剂，可以在一定程度上掩盖饲料异味，改善饲料适口性，为进一步开发利用饲料资源、降低饲料成本创造了条件。研究表明，添加风味剂可以淡化菜粕苦味，结果发现，添加菜粕5%、10%和15%可显著降低肥育猪采食量（P＜0.05），但分别添加香味剂后，采食量提高9%、7%和8%（P＜0.05）[18]。

4.5 保持饲料风味一致性，免除更换饲料对动物的影响

在生产中，根据动物不同生长阶段、季节变化以及市场情况等来调整或修改饲料配方，改变饲料原料种类或用量。由于动物对已经熟悉的饲料风味有记忆，如果原料调整不当，势必引起动物厌食，产生应激反应。添加风味剂可使饲料保持其原有的色、香、味，遵循动物对原有饲料风味的记忆特性，动物感觉不到饲料的变更，从而免除更换饲料对动物产生的不良影响。

4.6 印记效应

“印迹效应”是指在哺乳动物母体产前及整个泌乳期饲粮中加入一种特殊香味剂，使幼畜建立这种香味剂与母乳的联系，因此，当在哺乳和断奶幼畜饲粮中也添加同样的香味剂时，能促进其提早采食和提高生产性能。其实印迹效应不只是在猪上，在人、兔、狗等动物上都有报道[19]。

4.7 刺激消化液分泌，提高营养消化吸收率

苏联生物化学家巴甫洛夫说:“食欲即消化液”。有了消化液，食品中各种营养成分就能得到充分消化吸收。人追求美食是与生俱来的，这里既包括生理需求，又涉及心理需求。在这种需求上，食物色、香、味、形显得很重要，特别是“香”和“味”的作用尤为突出。倘若食品具有诱人的香气和可口的滋味，那么只要见到或闻到这种食品，甚至只要想到就会引起条件反射，人体的消化器官就能从准备状态进入工作状态，分泌较多的消化液。因此，吃对于人来说首先是生理需求的满足，接踵而来的便是心理需求、嗜好需求的满足。Platel研究表明，在鼠饲粮中添加一些香料物质（姜黄、辣椒碱、苯呱丙烷、姜）可提高小肠黏膜脂肪酶、双糖蔗糖酶和麦芽糖酶的活性，而添加小茴香、葫芦巴、芥菜可降低小肠黏膜磷酸酶和蔗糖酶的活性，表明有些香料成分可以刺激动物的消化能力[20]。

5 美拉德反应在宠物风味剂中的应用效果

宠物风味剂可提高或改善宠物食品的味觉和嗅觉风味[21]。宠物风味剂是根据宠物采食需要，特别设计的一种能够引诱宠物采食、增加宠物食品适口性、增进宠物食欲的营养性添加剂。宠物风味剂是以刺激宠物嗅觉、味觉、神经性等器官为基础的营养物质。根据宠物种类不同，其生活环境、生理特点、感受器官及传播介质不同，结合宠物食品的不同种类而专门制成液体、粉状、膏状等物质形态[22]。宠物风味剂对宠物无任何副作用，仅对宠物采食、适口性和食欲有显著的提高效果。宠物食品的适口性是指宠物食品对宠物的进食吸引程度。不同的宠物食品在风味、口感、结构等方面的差异会有不同的适口性。适口性是宠物食品的核心要素之一，没有良好的适口性，宠物不愿意采食，食品再好也是浪费。喷涂风味剂对宠物食品的异味进行修复、去除，让宠物食品变成宠物的美味佳肴，突显宠物食品的不同风味[23]。

宠物风味剂有牛肉味、鸡肉味、奶酪味和鱼味等。目前这些风味剂大多通过美拉德反应呈香、呈味、呈色进行的。大多用动物下脚料及废弃物经过酶解和美拉德反应而制成宠物风味剂[24]。不仅提高了动物废弃物的利用率，也提升了价值。牛肉味是宠物食品中普遍喜欢的风味，尤其在狗粮中。食品咸味香精生产中，利用美拉德反应制备肉味香精的非常多，而肉味宠物风味剂主要是源于食品牛肉香精生产技术，利用下脚料进行生产。有大量关于利用美拉德反应制备肉味反应物的报道。宋诗清等利用5种不同的牛肉酶解物通过热反应制备牛肉香，通过科学评价后，确定水解度为29.13%的牛肉酶解液是赋予牛肉风味最合适的风味前体[25]。夏玲君等通过美拉德反应制备牛肉香精，得到了风味好的牛肉香精配方[26]。黄师荣等利用还原糖及氨基酸，通过美拉德反应制备香味较好的鸡肉味香精[27]。安广杰等利用鸡骨架酶解液，通过美拉德反应制备鸡肉味香精[28]。任艳艳等利用对虾虾头为原料进行酶解之后再发生美拉德反应，得到了虾味浓郁的虾味香料[29]。祖道海等利用鲅鱼酶解液进行美拉德反应制备海蟹味香精[30]。刘安军等以带鱼下脚料酶解液为反应基液，添加一些氨基酸和还原糖进行美拉德反应，得到美拉德反应液为红褐色澄清透明液体，具有典型带鱼香气，而无苦味、硫化物味等不良气味[31]。吴爽用谷朊粉酶解物通过美拉德反应生产出肉味香精[32]。

目前，我国有关利用美拉德反应制备宠物风味剂的研究和报道很少，美拉德反应在食品中应用非常成熟，但宠物风味剂不同于食品香精，要研究宠物到底喜欢哪种风味，比如犬的嗅觉很强，能感受到极其微弱的风味，对甜味有特殊喜好，偏好烤或煮的风味，再利用动物下脚料的丰富资源，通过美拉德反应制备天然的宠物风味剂，让宠物吃的健康、安全。

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