呈味氨基酸和肽对发酵食品中风味的作用

耿瑞蝶，王金水

(河南工业大学 生物工程学院，郑州 450001)

发酵是食品加工中一种非常重要的生物技术。发酵食品运用食物中有益菌种的代谢作用，将食物中含有的蛋白质、脂肪和糖类等进行水解，从而产生相应的代谢产物并赋予产品独特的发酵风味和营养价值，同时在一定程度上减少了毒性和抗营养因子，延长了食品的保质期[1]。蛋白质是人体重要的营养物质，经过酶促水解后，形成如氨基酸、肽等分子化合物，这些分子化合物除了具有多种生理功能外，其中的某些氨基酸和肽对食物的风味也有较大影响。呈味肽的分子质量大都小于3000 u，它们会与味蕾上的受体结合，从而赋予产品不同的味道[2]。

食品的风味是多种多样的，味觉受体在舌头的味蕾中能够检测到咸味、甜味、鲜味、酸味、苦味和油涩味6种基本味道。其中，鲜味和苦味与食品能否被消费者所接受极其相关。鲜味能够丰富食品的口味，同时还可以与其他呈味物质共同作用，改善食品的口感。一般而言，含有苦味的食物是不易被接受的，但是，食物中有限的苦味是可取的，而且人们对苦味的接受程度差异很大。到目前为止，人们从各类生物资源中分离出更加多样的具有生物活性的氨基酸和肽。这些活性物质除了能够调节食品的风味和口感外，它们所具有的抗高血压、抗血栓、抗氧化及抗癌等生理功能作用也越来越受到关注[3]。从人类健康角度出发，将这些氨基酸和肽作为功能性产品的原料，应用于营养品、保健品等食品中，会呈现出某些蛋白质所不可比拟的一些生理功能。

1 发酵食品中的呈味氨基酸和肽

1.1 鲜味

一些具有活性的氨基酸和肽是许多发酵食品中的主要呈味物质，使得食品具有不同的滋味及口感。谷氨酸、天门冬氨酸和肌苷酸等是鲜味产品中非常重要的呈味氨基酸，能使食品的总体味感更加柔和、浓厚，具有重要的感官特性。谷氨酸和天门冬氨酸是2种主要的能够呈现鲜味的游离氨基酸，它们与谷氨酸钠的作用一致，能够呈现鲜味。由一种或几种氨基酸组成的鲜味肽能够提高食品的鲜香味和美味，有着良好的加工特性和营养价值。

鲜味肽的呈味特性与其氨基酸组成有关，一般含有谷氨酸或天门冬酰胺酸性基团，或者含有酪氨酸、甘氨酸、天门冬氨酸等亲水性氨基酸残基。鲜味肽的来源十分广泛，在大豆、乳酪、肉类等蛋白质含量丰富且具有良好风味的食物中均存在，不仅可以直接增强食品的口感，还可以与食盐、谷氨酸钠等相互作用，提升食品鲜美醇厚的口感。Arai等水解大豆蛋白得到了几种不同的鲜味肽，并发现所有的鲜味肽中都含有谷氨酸残基[4]；Noguchi等酶解鱼蛋白得到了9种能够呈现鲜味的肽，而且这些肽段中都含有谷氨酸残基[5]；Schlichtherle-Cerny等酶解小麦蛋白得到了几种鲜味肽，其中有4种肽段中含焦谷氨酸残基，1种肽段中含谷氨酸残基[6]；Han等发现黄酒中具有呈鲜味的三肽存在，其中仅含有谷氨酸残基[7]。此外，茶叶中的茶氨酸是能够使茶叶具有鲜味的独有的一种氨基酸，其水溶液呈鲜甜味，并且能够与多种氨基酸协同作用，在掩盖苦涩味的同时增加了茶鲜味[8]。几种从不同来源的发酵食品中发现的鲜味肽序列见表1。

表1 发酵食品中的鲜味肽[9]Table 1 The umami peptides in fermented foods

鲜味肽的呈味特性不仅和氨基酸的种类相关，也和它们的空间排列紧密相关。含有相同氨基酸组成的鲜味肽，改变氨基酸在肽链中的位置，其呈味特性也会发生改变。 Tamura等研究了鲜味肽分子结构中酸性基团和碱性基团的位置对鲜味的影响，结果表明：当带负电的酸性氨基酸在C端，带正电的碱性氨基酸在N端时，鲜味二肽才有呈味特性[10]。谷氨酸钠是L-谷氨酸呈现鲜味的主要形式，当大量的Na+与HOOC-(CH2)2-CHNH2-COO-相遇并相互作用时，对舌头味蕾的刺激明显加强，显著提升了谷氨酸钠的鲜美口感。Schiffman的研究证实了这一观点，并且他发现Na+和K+会降低谷氨酸的阈值，而不会降低谷氨酸钠的阈值。

1.2 苦味

在杏仁、柑橘、荞麦等天然食品以及豆豉、酱油、奶酪等发酵食品中都有苦味肽的存在。食品的苦味通常与蛋白质酶解所形成的能够呈现苦味的短肽相关(见表2)。脯氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸等疏水性氨基酸是发酵食品的苦味肽序列中主要的呈味氨基酸，其中脯氨酸是肽的苦味的主要贡献者。含有脯氨酸的肽的结构有利于与苦味受体结合，增强食品的苦味[11]。一般而言，苦味是不容易被接受的味道，但是在啤酒、洋酒或咖啡等发酵型产品中却是一种不可或缺的风味。

表2 发酵食品中的苦味肽[12]Table 2 The bitter peptides in fermented foods

注：“/”表示未能检测到的结果。

蛋白质的酶解过程中不可避免地会产生一些苦味，苦味肽序列中的疏水性氨基酸对苦味的产生有较大贡献。一般而言，肽段中所含的疏水性氨基酸越多，苦味越强。1971年Ney提出的Q值定则可用来判断肽能否呈现苦味。以Q值表示肽的平均疏水性，当Q值大于1400 cal/mol时肽具有苦味，当Q 值小于1300 cal/mol时肽不具有苦味，当Q值位于1300～1400 cal/mol之间无法确定肽有无苦味[13]。有研究指出，苦味的强弱也与肽的立体参数和空间结构有关。Ishibashi等合成了含有亮氨酸和苯丙氨酸的多肽，并分析了苦味与其一级结构的关系，发现当亮氨酸或苯丙氨酸在肽链的两端时肽的苦味更显著，且在C端时肽的苦味明显比在N端时的更强。但是研究中也发现，肽的苦味与疏水性氨基酸的数目不是完全呈固定比例的关系，比如由2个亮氨酸组成的肽，它的苦味是单个亮氨酸所呈现的苦味的8倍；由3个亮氨酸组成的肽，它的苦味是单个亮氨酸所呈现的苦味的15倍；由4个亮氨酸组成的肽，它的苦味是单个亮氨酸所呈现的苦味的30倍[14]。

2 发酵食品中呈味氨基酸和肽的生理功能

2.1 抗高血压性

用蛋白水解酶水解酱油、纳豆等传统发酵食品，可产生具有抗高血压、抗血栓等生理功能的活性肽。除此之外，能够抑制血管紧张素转化酶(angiotensin converting enzyme, ACE)发挥活性的生物活性肽也可用于预防高血压。有研究表明，在牛奶发酵过程中，使用酶水解乳酸菌能够产生ACE抑制肽，有效降低中度高血压症状[15]。另外，在红酒、白酒、清酒等发酵型酒精饮料中也发现了ACE抑制肽的出现。在对葡萄酒肽ACE抑制活性的研究中，Takayanagi和Yokotsuka已经确定了红葡萄酒中ACE的抑制活性高于白葡萄酒，随后红葡萄酒中的肽具有最高的ACE抑制活性这一事实也被验证[16]。Perrot等在正常大鼠和具有慢性高血压大鼠的研究中证明，香槟酒的低分子量提取物在高血压大鼠中具有抗高血压活性，但对正常大鼠没有影响。

有一些报道表明ACE抑制肽也存在于谷物蛋白中。比如，在小麦酸面团发酵时，使用对谷物蛋白具有特异性的蛋白酶和肽酶对酵母乳酸杆菌进行发酵，能够产生ACE抑制肽，并且鉴定出了14种完整的肽序列[17]。另外，有研究从不同的玉米品种中发现了3种抗高血压肽(LQP、LRP和LSP)，在所有玉米品种中都能检测到LQP和LSP多肽，而且LRP肽的含量非常低；在不同的玉米品种中，LQP肽和LSP肽的含量存在显著差异。此外，使用不同酸碱性的蛋白酶水解大豆蛋白，会产生不同的能够降低高血压的肽。用红色曲霉中的酸性蛋白酶水解大豆球蛋白会产生SPYP肽和WL肽；而用相同的酶水解大豆β-伴大豆球蛋白时则产生另外2种抗高血压肽(LAIPVNKP肽和LPHF肽)；但是用碱性蛋白酶水解大豆蛋白又得到了DLP和DG 2种ACE抑制肽[18]。

2.2 抗氧化性

具有抗氧化性的生物活性肽多来自动物或植物体内，主要用于抵抗因氧化而发生的食品变色和变质。具有抗氧化作用的肽通常是2～20个氨基酸残基组成的，且它们的分子量都低于6.0 kDa，其活性强弱与氨基酸组成、构象和疏水性有关。最早在乳酸菌发酵过程中发现了具有抗氧化特性的肽，后来在大豆发酵食品中也发现了具有抗表面活性和抗氧化性的肽。起初，Markus、Hem和Heinz提出，豆豉的抗氧化活性与大豆中的生育酚以及水解产生的氨基酸密切相关，随后Fan又从豆豉中分离出了具有活性的抗氧化肽[19]。也有研究利用溶解度的差异提取可可种子中的白蛋白、球蛋白和谷蛋白级分，结果发现，发酵后的种子中的蛋白肽段有着最大抗氧化能力。在制作面包时通常用酵母来稳定脂肪酶活性，并保持或改善小麦胚芽中的化学成分和营养物质，因此在发酵过程中也会产生抗氧化物质。经过酸面团发酵的小麦胚芽中的脂肪酶的活性约比生小麦胚芽中的活性低2.6倍，且在小麦胚芽储存40 d后，发酵过的小麦胚芽中的脂质氧化状态已经非常低[20]。

2.3 抗癌性

有报道指出，蛋白质、多肽和氨基酸可能在不同程度上预防不同类型的癌症。抗癌活性肽(anti-cancer bioactive peptide，ACBP)最初被苏秀兰等从山羊脏器中提取出来。后来有研究发现，发酵的小麦胚芽提取物在各种人类恶性肿瘤中具有有效的抗转移活性，因此证明发酵的小麦胚芽也具有预防或者治疗癌变的潜力[21]。最近几年，越来越多的实验室通过对大豆的研究发现大豆制品可用于预防癌症。从大豆制品中分离出的抗癌肽能够抑制肿瘤生长，对肿瘤治疗具有增敏作用，而且分子量为5000～10000 u的大豆多肽的抑癌活性最高[22]。

Gonzalez de M E等发现，天然大豆中含有一种能够预防癌症的物质Lunasin，它能够抑制核心组蛋白的乙酰化，从而达到使癌细胞凋亡的目的[23]。Lunasin是由43个氨基酸组成的肽，其分子量为5 kDa，其结构与染色质结合蛋白的产生保守区域相似。Rizzello等研究了使用乳酸菌发酵谷物时产生Lunasin的能力。由于不同的乳酸菌菌株中包含不同活性的酶，因此选择不同的乳酸菌菌株作为发酵剂来发酵全麦小麦、大豆、大麦和黑麦粉。结果发现，经乳酸菌发酵过的面粉与未处理的面粉相比，发酵过程中产生的Lunasin浓度增加了2～4倍。其中，弯曲乳杆菌SAL33和短乳杆菌AM7中非特异性氨肽酶活性最高，其产生的Lunasin浓度也最高[24]。

3 展望

发酵食品中呈味活性化合物的产生主要源于蛋白质的酶促水解，产生了某些能够呈现不同风味的氨基酸和肽。目前，能够使食品呈现鲜味和苦味的氨基酸及肽已被很好地阐述，但对其他风味的研究还不够深入。所以，进一步发掘不同的呈味氨基酸和肽并将其应用于食品中，不仅可以改善食品的品质，而且可以提高味觉感知度，增进消费者的食欲，具有较大的发展空间和潜在的经济价值。另外，呈味氨基酸和肽所具有的生理特性对高血压、癌症等疾病具有预防作用。因此，将其应用于功能性食品的开发，将会为人类的健康做出贡献。