肉风味前体物质与风味品质的关系研究进展

李 敬，杨媛媛，赵青余，汤超华，秦玉昌，张军民*

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，农业农村部华北动物遗传资源与营养科学观测实验站，北京 100193）

风味品质是重要的食用品质，是消费者最终评价肉质的关键性指标，影响消费者的长期购买决策[1-3]。肉风味是由人的味觉系统和嗅觉系统感受到的风味物质共同作用形成的。风味物质是肉风味前体物质在烹调过程中发生一系列化学反应产生的[4-5]，包括滋味呈味物质（Taste-Active Compounds）和挥发性风味化合物（Volatile Flavor Compounds）。核苷酸和氨基酸是重要的滋味呈味物质[6]，富含鲜味氨基酸和肌苷酸（Inosine 5´-Monophosphate，IMP）的鸡汤鲜味更浓[7]。添加少量核糖会增强鸡肉香气，减弱不良气味[8]。异亮氨酸经加热生成的2-甲基丁醛具有坚果香气，苯丙氨酸经加热生成的苯乙醛具有甜香味和花香味[5]。烤羊肉香气与葡萄糖、单磷酸腺苷（Adenosine 5´-Monophosphate，AMP）、肌苷和IMP 密切相关[9]。因此，肉风味前体物质是影响风味品质形成的关键性因素。

目前，风味前体物质在肉风味形成中的作用研究主要集中在关键性风味前体物质鉴定[10]、关键性风味物质鉴定[11-12]、添加风味前体物质对肉风味的影响[9,13]及其转化机理[14-15]。本文概述了主要的肉风味前体物质及其与风味品质的关系和风味物质研究现状，为进一步阐释风味差异的形成机理提供理论基础。

1 风味品质概述

生肉只有血腥味，经烹调产生良好的风味。肉的风味包括肉的滋味和肉的香气，分别由肉中滋味呈味物质和挥发性风味化合物构成。滋味呈味物质包括无机盐、游离氨基酸、肌苷酸、核糖、小肽和有机酸等[6]，共同构成甜味、咸味、苦味、酸味和鲜味5 种基本味道；挥发性风味化合物包括醛类、酸类、酮类、烃类、酯类、醇类、杂环化合物和含硫化合物等[16]，共同构成肉的香气。风味物质主要是肉风味前体物质通过美拉德反应、脂质氧化降解、硫胺素热降解以及美拉德反应产物与脂质氧化产物间相互作用产生的[4-5]，其中90%的挥发性风味化合物来自脂质反应，10%来自美拉德反应和硫胺素热降解[17]。肉风味前体物质包括水溶性风味前体物质和脂质，主要的肉风味前体物质见表1。

表1 主要的肉风味前体物质[4]

2 水溶性风味前体物质与风味品质的关系

水溶性风味前体物质包括无机盐、游离氨基酸、核糖、小肽、有机酸和硫胺素等物质，这些物质可通过美拉德反应和硫胺素热降解反应生成挥发性风味化合物[18]。水溶性风味前体物质与香气物质形成关系见表2。同时，水溶性风味前体物质也是重要的滋味呈味物质[6]。L-疏水氨基酸一般呈苦味，而D-疏水性氨基酸一般呈甜味，如甘氨酸和丙氨酸是主要的甜味物质；谷氨酸和天冬氨酸是主要的鲜味物质[19]。水溶性风味前体物质也是风味增强剂，如IMP、鸟苷酸（Adenosine 5´-Monophosphate，GMP）、谷氨酸和乳酸[16]，乳酸含量增加会增强肉的酸味[20]。水溶性风味前体物质主要源于宰前动物体自身合成和宰后肌肉糖原酵解、蛋白质水解和脂质水解[21]，受品种、日粮、屠宰方式、成熟时间和加工方式的影响[16]。

表2 水溶性风味前体物质与香气物质形成关系[18]

2.1 氨基酸 氨基酸主要通过美拉德反应和Strecker 降解反应生成挥发性风味化合物。氨基酸与还原糖在高温条件下发生美拉德反应生成糠醛、呋喃酮和二羰基化合物，如呋喃酮是熟肉产生焦糖味的关键挥发性风味化合物；这些产物可与活性物质（如胺、硫化氢、硫醇和氨）反应生成气味阈值较低的杂环化合物（如吡嗪、噻吩、噻唑和恶唑），2-乙酰基-1-吡咯啉是熟肉产生爆米花味和烤肉香气的关键挥发性风味化合物；蛋氨酸与木糖发生美拉德反应生成具有土豆香气、洋葱味、肉香味的3-甲硫基丙醛[5,22]。氨基酸与α-二羰基化合物通过脱氨基和脱羧作用生成醛和氨基酮的过程称为Strecker 降解反应，产生的Strecker 醛是肉香气的重要贡献者，如亮氨酸生成的3-甲基丁醛具有桃子香味和脂肪香气[5,23]。氨基酸通过Strecker 降解反应生成的醛及其香气特征见表3[5]。含硫氨基酸对肉香气的形成发挥着重要作用，主要是通过热降解产生硫化氢、氨和乙醛，再进一步反应生成含硫化合物，如蛋氨酸可生成具有大蒜味的甲硫醇以及具有洋葱味的二甲基二硫醚[5,19]。

表3 氨基酸通过Strecker 降解反应生成的醛及其香气特征[5]

2.2 还原糖 还原糖是重要的肉风味前体物质，主要包括葡萄糖、6-磷酸葡萄糖、核糖、5-磷酸核糖、果糖和甘露糖等。其中，核糖和5-磷酸核糖主要来源于腺苷三磷酸（Adenosine triphosphate，ATP）降解；葡萄糖和6-磷酸葡萄糖主要来源于糖酵解[13]。还原糖不仅是熟肉的甜味物质，而且可与氨基酸发生美拉德反应生成大量挥发性风味化合物。核糖和半胱氨酸反应生成含硫化合物（如噻唑和噻吩），葡萄糖和赖氨酸反应生成醛[6]。Aliani 等[8]研究发现，核糖是鸡肉风味形成的关键性风味前体物质，添加少量核糖会增加鸡肉中2-呋喃甲硫醇、2-甲基-3-巯基呋喃和3-甲硫基丙醛的含量，增强烤肉香气。据报道，烹调前向猪肉中添加少量还原糖会增加熟肉中挥发性风味化合物含量，添加葡萄糖和6-磷酸葡萄糖会比添加甘露糖和核糖产生更多的挥发性风味化合物[13]。此外，磷酸化单糖比非磷酸化单糖更易发生美拉德反应[24]。

2.3 核苷酸 核苷酸主要包括次黄嘌呤、肌苷、IMP、AMP 和GMP，不仅可与谷氨酸钠、鲜味氨基酸共同形成肉的鲜味[6]，而且可通过提供还原糖影响肉的香气的形成。IMP 和核糖核苷酸通过去磷酸化或三磷酸腺苷脱氨基作用降解产生核糖、肌苷和次黄嘌呤，核糖参与美拉德反应产生风味物质[5]；核糖可与半胱氨酸通过Strecker 降解产生的硫化氢或胺生成含硫化合物[25]。Madruga 等[25]研究发现，烹调过程中IMP、GMP、肌苷含量减少约三分之一，AMP 含量增加了17 倍，表明烹调过程中核苷酸发生降解参与了风味物质合成过程。

2.4 硫胺素 硫胺素是一种水溶性维生素，牛肉中含硫胺素0.08～0.11 mg/100g，羊肉中含 0.17～0.18 mg/100g，猪肉中含0.81～0.88 mg/100g。硫胺素经热降解可生成含硫化合物和杂环化合物[6]，主要产物包括2-甲基呋喃甲醇、2-甲基-3-甲基二硫代呋喃、双（2-甲基-3-呋喃基）二硫化物、4-甲基-5-（2-羟乙基）噻唑和2-甲基-3-呋喃基-2-糠基二硫化物[4-6]。硫胺素热降解反应相当复杂，易受温度、时间和pH 等因素影响。当pH 为5.0和7.0 时，硫胺素热降解主要生成2-甲基-3-呋喃甲醇、双（2-甲基-3-呋喃基）二硫化物和噻吩，产生浓郁的肉香气；当pH 为 9.0 时，熟肉中这些挥发性风味化合物含量降低，风味减弱；碱性条件下硫胺素热降解过程如图1 所示[4]。

图1 碱性条件下硫胺素热降解过程[4]

3 脂质与风味品质的关系

美国国立卫生研究院（NIH）2003 年所资助的“脂质代谢途径研究计划”（Lipid Metabolites and Pathways Strategy，LIPID MAPS）旨在提供脂质命名、数据库、分析工具、协议、标准、教程、会议、出版物及其他资源，该项目提出的脂质分类系统将脂质分为8 类：脂肪酰类（Fatty Acyls）、甘油脂类（Glycerolipids）、甘油磷脂类（Glycerolphospholipids）、鞘脂类（Sphingolipids）、糖脂类（Saccharolipids）、聚酮类（Polyketides）、固醇脂类（Sterol Lipids）和孕烯醇酮脂类（Prenol Lipids）[26]。肌肉组织中脂质主要包括甘油脂类、磷脂类、糖脂类和脂肪酰类，约占肌肉组织的2.5%[5]。

脂质主要以皮下脂肪和肌内脂肪2 种形式存在[27]，对猪肉风味形成具有重要作用[19]。其中，几乎完全由相对饱和的三酰基甘油组成的皮下脂肪有利于肉风味的形成，但贡献相对较小[19,27]；富含不饱和脂肪酸（Unsaturated Fatty Acid，UFA）的肌内脂肪与风味形成密切相关，是肉风味形成的重要物质基础[19,28]。烹饪时，脂质在无氧条件下通过脱水、脱羧、水解、脱氢和碳-碳裂解反应发生热降解，产生游离脂肪酸、饱和烃、不饱和烃、β-酮酸、甲基酮、内酯和酯类等物质；脂质在有氧条件下发生自动氧化反应，产生醛类和酮类等物质；具有2 个或2 个以上双键的非共轭脂质易发生自动氧化反应产生氢过氧化物，进一步分解产生脂质氧自由基和羟基自由基，脂质氧自由基进一步反应生成醛类或酮类等物质[19]。

3.1 磷脂 磷脂是肌肉组织中重要的脂质成分，羊肉中磷脂约占脂质的2%，牛肉中约占6%，猪肉中约占19%，鸡肉中约占21%，犊牛肉中约占21%[27]。肌肉组织主要含有4 种磷脂，即磷脂酰胆碱（Phosphatidylcholine，PC）、磷脂酰乙醇胺（Phosphatidylethanolamine，PE）、缩醛磷脂酰胆碱（Choline Plasmalogen，plas-PC）和缩醛磷脂酰乙醇胺（Ethanolamine Plasmalogen，plas-PE）；PC 和PE 是二酰基磷脂，即具有2 个脂肪酸链，而plas-PC 和plas-PE 是烷基-1-烯基酰基磷脂，即具有1个脂肪酸链和1 个脂肪醛链[27]。

肌肉组织中甘油三酯和磷脂的脂肪酸组成见表4[5]。甘油三酯中主要脂肪酸是油酸、棕榈酸和硬脂酸，占甘油三酯总脂肪酸的75%～80%；磷脂中主要脂肪酸是亚油酸、花生四烯酸、油酸、二十碳五烯酸、棕榈油酸和亚麻酸，约占磷脂总脂肪酸的63%。据报道，烹调后中华绒螯蟹性腺[29]和鸭肉[30]中甘油三酯和磷脂含量均有所下降，烹调后肌内游离脂肪酸主要来源于磷脂降解。此外，磷脂对牛肉[31]和猪肉[32]风味形成有显著贡献。王道营等[33]研究发现，南京板鸭加工过程中PE 比PC 减少的多，且加工后肌内多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acid，PUFA）含量与加工前肌内PE 含量呈正相关。Wu 等[10]报道，中华绒螯蟹蟹膏的良好风味主要源于肝胰腺中PE 分子受热发生氧化降解产生的庚醛、壬醛、2-壬酮和2-戊基呋喃等挥发性风味化合物。

表4 猪、绵羊、牛背最长肌中甘油三酯和磷脂的脂肪酸组成[5] %

3.2 脂肪酸 UFA 氧化降解是肉风味形成的主要途径。脂质中UFA 组成是影响脂质热降解和氧化降解的重要因素。油酸通过氧化降解反应产生庚醛、辛醛、壬醛、2-癸二烯醛和2-壬烯醛5 种醛类物质[19,34]，这些化合物能产生令人愉悦的香气，如水果香气、脂肪香气、甜香味和清香气。亚油酸通过氧化降解反应产生戊醛、己醛、2-庚烯醛、2-辛烯醛、2-壬烯醛、2,4-癸二烯醛和2-戊基呋喃。其中，亚油酸第9 位羟基自由基裂解产生的共轭二烯基团与氧反应生成的乙烯基氢过氧化物经环化反应生成的2-戊基呋喃是产生豆油味的关键挥发性风味化合物[19,35]。亚麻酸氧化降解的产物是戊醛、1-戊醇和苯甲醛，其中苯甲醛能产生令人不愉快的气味，如苦杏仁味、焦糖味[34-35]。具有蘑菇香气的1-辛烯-3-醇是由花生四烯酸第12 位碳上的氢过氧化物裂解产生的辛烯基团与氧反应生成辛烯基氧自由基再进一步反应生成的[19]。

4 肉风味前体物质向风味物质的转化机理

挥发性风味化合物主要是通过美拉德反应和脂质氧化降解反应2 种途径产生。美拉德反应是烹调过程中肉中还原糖与游离氨基化合物（如氨基酸、胺、肽、蛋白质和氨）发生的一系列复杂的非酶促褐变反应，主要包括3 个阶段。初始阶段，还原糖和氨基脱水缩合生成席夫碱（Schiffbase），再经环化生成N-糖胺；中间阶段，N-糖胺进行Amadori 重排和分解，生成氨基、酮和呋喃等；第三阶段，中间阶段的产物与氨基化合物反应生成类黑素和杂环化合物；美拉德反应生成的挥发性风味化合物主要包括吡嗪、烷基吡嗪、烷基吡啶、吡咯、呋喃、呋喃酮、噻唑和噻吩等[34]。烹调过程中，脂质首先水解生成饱和脂肪酸（Saturated Fatty Acid，SFA）和PUFA，PUFA 通过自动氧化、光敏氧化和酶促氧化生成氢过氧化物，氢过氧化物再进一步分解成醛类、酮类和内酯类等化合物；SFA 通过热降解生成烃类等化合物，这一过程称为脂质氧化降解反应；脂质氧化降解反应生成的挥发性风味化合物主要包括醛类、酮类、烃类、乙醇类和内酯类等化合物[23,36]。

目前，关于美拉德反应的机理研究主要通过模式反应分析美拉德反应中间体[14]、热处理方式[37]及低分子量肽[15,37]对美拉德反应产物的影响。Wang 等[14]运用碳标记技术研究谷胱甘肽-木糖反应体系中挥发性风味化合物的形成机理，结果表明糠醛、2-糠硫醇、噻吩、2-甲基-3-呋喃硫醇、2-甲基噻吩和2-戊基噻吩等化合物的碳骨架来源于木糖碎片；谷胱甘肽可在谷氨酰基和半胱氨酰基发生肽键的断裂，形成焦谷氨酸、半胱氨酸、半胱氨酸-甘氨酸。Liu 等[37]研究发现，鸡肉肽-木糖反应体系中，高温（>100℃）能显著增强肉香味，低温（80～100℃）长时间加热会增强肉汤鲜味；低分子量肽（＜500 u）可能是美拉德反应体系中坚果香气和肉香气形成的主要肉风味前体物质；高分子量肽（>3 000 u）可能是美拉德反应体系中苦味形成的主要来源。Zhou 等[15]研究发现，在鸡肉低分子量肽（＜1 000 u）-核糖反应体系中，肌肽是含氮杂环化合物的主要贡献者，而谷胱甘肽和半胱氨酸-甘氨酸是含硫化合物的主要贡献者。

关于脂质氧化降解的机理研究主要通过模式反应对比分析磷脂和三酰基甘油对挥发性风味化合物形成的贡献差异。Zhou 等[38]运用模式反应研究热处理时三酰基甘油（Triacylglycerol，TAG）和PC 中油酸和亚油酸的氧化稳定性，结果表明，与TAG 相比，PC 中UFA更稳定，可能是由于极性脂质中极性基团影响甘油链脂类的热氧化能力。Wu 等[10]以中华绒螯蟹肝胰腺为研究对象，发现PE（16:0/18:2）、PE（18:0/18:2）、PE（18:0/20:4）、PE（16:0/22:6）、PE（18:0p/22:6）、PE（18:2/20:4）、PE（16:0/20:5）、PE（16:0/20:4）和PE（20:5/18:2）是对肝胰腺风味形成具有重要作用的关键性PE 分子；PE 分子中sn-2 位UFA 热降解特性受sn-1 位SFA 的影响。

5 风味品质研究现状

5.1 肉风味前体物质的研究现状 水溶性风味前体物质对肉风味有显著贡献，其组成和含量受品种影响。Piao等[39]研究发现，与荷斯坦牛和安格斯牛相比，韩国本地牛背最长肌中还原糖含量较高，且与感官特性极显著相关；Koutsidis 等[40]研究发现，亚伯丁安格斯牛×荷斯坦-弗里斯牛与荷斯坦-弗里斯牛的背最长肌中还原糖、氨基酸和核苷酸含量差异较小。山羊和绵羊羊排中水溶性风味前体物质无差异[41]。品种影响猪肉中氨基酸、乳酸、IMP、肌苷、甘油和胆碱类化合物含量[42-45]。

脂肪酸是脂质氧化降解形成挥发性风味化合物的关键性物质，其组成和含量受品种影响。不同品种鸡肉脂肪酸沉积速率和脂肪酸组成存在差异。与商品鸡相比，Leghorn 和Ancona 鸡肉含有较多硬脂酸和PUFA[46]。品种也显著影响羊肉[41,47]、猪肉[44-45]脂肪酸组成。Lu等[42]研究发现，与三元杂交猪（杜洛克猪× 长白猪×大白猪）相比，中国地方品种猪肉中性脂质中肉豆蔻酸和棕榈酸含量较高，亚油酸和PUFA 含量显著较低；Meinert 等[48]研究发现，携带RN-基因猪肉极性脂质主要的脂肪酸是亚油酸、花生四烯酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸，三酰基甘油主要的脂肪酸是油酸、亚油酸、棕榈油酸、硬脂酸和棕榈酸，但是与不携带RN-基因猪肉相比，其脂肪酸含量不存在显著差异。

目前，肉风味前体物质的检测主要是基于食品代谢组学技术实现的。Straadt 等[43]基于代谢组学技术鉴定到5 个杂交品种猪肉间存在11 种差异代谢物，即6种氨基酸、乳酸、IMP、肌苷、甘油和胆碱类化合物。Trivedi 等[49]基于代谢组学技术鉴定到10 种与猪肉直接相关的脂质代谢物。此外，代谢组学技术还可有效鉴定不同部位鸡肉[50-51]和猪肉不同组织（脂肪组织和肌肉组织）间差异代谢物[52]。代谢组学技术也被广泛应用于研究加工过程中熟肉代谢物变化。Yang 等[53]基于代谢组学技术鉴定到不同炖煮时间点酱油炖猪肉间存在25 种差异代谢物，包括10 种氨基酸、3 种糖、6 种有机酸、4 种核苷酸、肌酸酐和烟酰胺。

5.2 风味物质研究现状 挥发性风味化合物是风味物质的重要组成成分，其组成和含量受品种影响。不同品种熟制牛肉中挥发性风味化合物存在一定差异[12,34,39]，Ba等[34]报道，Hanwoo 牛肉中油酸降解产生醛的含量显著高于安格斯牛肉，且牛肉香味更强。Madruga 等[41]研究发现，Saanen 羊肉和Suffolk 羊肉间挥发性风味化合物种类相同，但是含量存在差异，其中C6-C9 醛、C4-C5 醇、1-辛烯-3-醇和2-丁酮含量差异最大，这可能是造成Saanen 羊肉和Suffolk 羊肉风味差异的主要原因。不同品种熟制猪肉间也存在差异挥发性风味化合物[42,54-55]。Yang 等[55]研究发现，1-辛醛、1-辛烯-3-醇和壬醛是能有效区分安庆六白猪、皖南花猪、定远猪和三元杂交猪4 个品种猪肉的挥发性风味化合物。

6 结 语

肉风味前体物质是风味品质形成的物质基础。水溶性风味前体物质主要通过美拉德反应和硫胺素热降解反应生成挥发性风味化合物，是肉香气的重要贡献者；同时，核苷酸、氨基酸和糖类等是重要的滋味呈味物质，对肉滋味的形成具有重要作用。脂质主要通过脂质氧化降解反应生成挥发性风味化合物，是肉香气形成的关键性物质。因此，鉴定关键性风味前体物质、研究肉风味前体物质与风味品质的关系以及肉风味前体物质向风味化合物转化的机理非常重要。风味形成过程是一个复杂的反应体系，肉风味前体物质向风味物质的转化机理仍需深入研究，为阐释风味品质差异形成机理提供理论依据。