美拉德反應在風味劑中的應用

孔 凌，包清彬，劉 超，羅春發

（1.成都大帝漢克生物科技有限公司，成都 611130；2.西華大學生物工程學院，成都 610039）

美拉德反應即羰氨反應，又稱非酶褐變反應，是在食品加工和貯藏過程中，發生在氨基化合物氨基端和還原糖或其他羰基化合物羰基端的縮合反應，其賦予食品誘人的香味和色澤[1]。在肉加工過程中，美拉德反應被認為是產生肉香味的主要反應之一，該反應產生的一種具有特殊香味、口感和顏色的復合物在食品和相關產業中具有積極作用，對于一些氣味感知能力差的食品，美拉德反應能形成獨特的風味[2]。同時，美拉德反應在飼料工業中也時常發生，如谷物加熱及干草和青貯料調制過程中溫度過高會出現深褐色，該褐色物質是動物自身消化酶不能降解的氨基-糖復合物，影響氨基酸吸收利用，進而降低蛋白質消化利用率。

近年來，人們利用動、植物水解蛋白和醇母自溶產物作原料，制備出成本低、安全，且更逼真、更接近天然風味的香味料[2]。關于美拉德反應在香精生產中的應用，國外研究較多，國內研究應用很少，該技術在肉類香精及煙草香精中有較好的應用效果[3]。所形成的香精具有天然肉類香精的效果和調配技術無法比擬的作用。美拉德反應技術在香精領域中的應用超出了傳統香精調配和生產工藝的范疇，是一種全新的香精香料生產應用技術。美拉德反應所形成的肉味香精無論是原料還是過程均可以視為天然，因此，所得肉味香精可以視為天然香精，其應用廣受關注。

1 美拉德反應的機理

美拉德反應是發生在氨基化合物（胺、氨基酸、肽和蛋白質）的氨基端和還原糖或其他羰基化合物的羰基端的縮合反應。熱反應和長時間發酵都可以促使美拉德反應發生。目前對該反應產生低分子和中分子的反應機理比較清楚，而對產生高分子聚合物的機理仍不能得到滿意的解釋。美拉德反應過程可以分為初期、中期和末期3個階段，每個階段又可細分為若干反應。該反應是一個復雜反應，包括許多交叉反應和分解反應，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、惡唑、惡唑啉、硫化物。起始階段：氨基酸與還原糖加熱，氨基與羰基縮合生成席夫堿，席夫堿環化生成N-取代糖基胺，N-取代糖基胺經Amiadori重排形成Amadori化合物（1-氨基-1-脫氧-2-酮糖）。中間階段：Amadori化合物通過3條路線進行反應。酸性條件下，經1,2-烯醇化反應，生成羰基甲呋喃醛；堿性條件下，經2,3-烯醇化反應，產生還原酮類褐脫氫還原酮類，有利于Amadori重排產物形成1-deoxysome，其是許多食品香味的前驅體；Strecker聚解反應：繼續進行裂解反應，形成含羰基和雙羰基化合物，進行最后階段反應或與氨基進行Strecker分解反應，產生Strecker醛類。最終階段：此階段反應復雜，機制尚不清楚，中間階段的產物與氨基酸化合物進行醛基-氨基反應，最終生成類黑精。美拉德反應產物除類黑精外，還有一系列中間體還原酮及揮發性雜環化合物，所以并非美拉德反應的產物都是呈香成分[1,4-7]?？刂泼览路磻脑虾头磻獥l件，可以產生不同的肉香味，以美拉德反應為基料的肉味香精質量一般較好。

2 影響美拉德反應的因素

2.1 溫度

溫度越高，褐變速度越快。溫度每提高10℃，反應速度約增加300%～500%。一般每相差10℃，反應速度相差300%～500%。溫度過高，會使食品中氨基酸和糖類受到破壞，還可能產生致癌物質[8]。

2.2 反應時間

反應時間對風味形成影響較大，時間過短，不能形成足夠的風味物質，容易產生過度的焦糖化，產生苦味，影響整體風味。同時反應時間對產品的影響也較大[9]。反應的產物含量和產物種類會因反應時間的長短而有所差異。隨著反應時間的增加，反應產生的香味中間體也會越來越多，其香味也就越渾厚濃郁，但是反應時間不宜太長，因為時間過長會產生一些不利于風味的致癌物質[10]。

2.3 pH

袁媛等研究發現，美拉德反應產物含量隨著初始pH的上升而增加[11]。pH＞8時反應進行較快，并且很難控制，產生的風味也比較差[12]。研究發現，在中性或弱偏堿性的條件下可以得到較好的肉香味和烤香味。

2.4 還原糖的選擇

參加美拉德反應有單糖和雙糖[13]。雖然雙糖參加反應，但是產生的風味比較差，所以反應一般用單糖。由于葡萄糖和木糖廉價易得、反應性好，所以常用葡萄糖和木糖作為美拉德反應原料。

2.5 氨基酸的影響

不同氨基酸具有不同的反應產物，增加氨基酸濃度可以提高美拉德反應速率。研究表明，半胱氨酸產生強烈肉香味，胱氨酸味道差，蛋氨酸產生土豆樣風味，谷胱氨酸產生出較好的肉味。當加熱半胱氨酸與還原糖的混合物時，便得到一種刺激性“生”味，如有其他氨基酸混合物存在的話，可得到更完全和完美的風味，蛋白質水解物對此很合適[14]。

2.6 水分

水分是必須的，但是過多的水分會抑制反應，通常含水量＜90%，水分活度為0.55～0.75時，美拉德反應能夠得到最大反應速度[15]。美拉德反應是一個復雜過程，需要協調原料、pH、溫度、時間等多種因素，才可以取得好的效果。因此在加工中，需要盡量調節控制好各種影響因素，使之在合適范圍內取得預期效果。

3 美拉德反應與肉味形成途徑

鮮肉味道平淡，微腥略咸，基本上無香味，肉的風味是由于加熱過程中化學反應促進了香味物質的形成。很多研究的目的在于闡述肉類香味形成的原理以及加熱過程中發生的反應[16]。目前，一般認為肉類風味的主要前體物質可以分為水溶性物質和脂質。水溶性物質是肉類風味主要的前體物質，主要包括一些相對分子質量較小的水溶性物質，如氨基酸、肽、碳水化合物、核苷酸、硫胺素等，而相對分子質量較大的肌原纖維蛋白和肌漿蛋白對風味的貢獻有限，在加熱的過程中，這些物質之間發生反應形成芳香性物質，揮發出理想的風味。一般認為，加熱過程中發生的主要反應是美拉德反應和脂質的降解。肉類香味物質的形成原理一直是研究的熱點。在肉制品加工過程中，發生多種反應，并且相互影響，都會影響肉風味形成。目前認為對肉香味物質形成的反應主要有美拉德反應、硫胺素的降解和脂質的降解，而肉類的香味是這些反應綜合作用的結果。

4 美拉德反應在動物飼料風味劑中的應用

4.1 提高飼料的誘食性和適口性，增加采食量

動物學家認為，動物和人類一樣，對食物的色、香、味有著感觀上的要求。許多動物的味覺和嗅覺比人要靈敏得多。如豬的味覺非常靈敏，平均味蕾數（20 000個）比狗（1 706個）高12倍，比貓（473個）高42倍，比兔（17 000個）高1.1倍，比人（6 974個）高3倍。豬的嗅覺也很敏銳，其對氣味的識別能力比狗高12倍，比人高2倍。所以許多人不能感覺到的氣味，動物卻能感覺到。動物在自然條件下的隨意采食量受許多因素制約，主要有種類、生理、飼料質量和環境溫度等。研究表明，中國地方豬種的生長速度低于國外現代豬種的主要原因是前者的采食量低于后者。而制約現代豬生長速度的主要原因也是采食量的多少。育種選擇生長速度快的豬，實際選擇的是采食多者[17]。飼料適口性取決于其顏色、滋味和氣味等。飼料用風味劑是利用“香”或“味”刺激嗅覺和味覺器官，再由大腦發出指令，促使消化液分泌和胃腸蠕動，產生食欲，啟動采食行為，起到增加食欲的作用。

4.2 引誘幼畜提早采食，促進消化器官發育

風味劑可刺激動物唾液、胃液和胰液等消化液的分泌，有利于固體飼料的咀嚼、吞咽和消化吸收。這對幼小動物是重要的，其不僅可以盡早開食，還可促進各種腺體的生長發育。

4.3 緩解應激，維持動物在應激狀態下的采食量

動物特別是幼畜，由于飼養條件改變，例如斷奶、高溫、驚嚇、運輸震動、疾病等都會產生應激反應，導致食欲下降，采食量下降，身體抵抗力下降，產生各種疾病，嚴重的會導致死亡。實踐證明，斷奶到11周齡仔豬的生長和健康狀況是肉豬生產的關鍵，對以后豬體增重和屠宰后肉的質量有很大影響，特別是仔豬斷奶引起應激反應，使其斷奶后第1周生長緩慢，容易發生病變，如腹瀉等，導致死亡率升高。飼料中添加風味劑，可使動物在應激反應或疾病狀況下保持良好的食欲，保證其對加藥飼料的采食量，從而有利于動物健康，減少死亡，有利于體質和生產性能的全面恢復。

4.4 掩蓋飼料風味

現代養殖業和飼料工業一方面要求最大限度地提高動物生產性能，另一方面又要求盡可能地降低飼料成本。飼料工業已由傳統的利用谷物原料逐漸向開發各種廉價易得的飼料代用品來配制飼料的方向發展，再加上各種生長促進劑如礦物質、藥物的使用，使飼料的色、香、味更加不符合動物的習性和要求，適口性嚴重下降。在飼料中添加適宜的風味劑，可以在一定程度上掩蓋飼料異味，改善飼料適口性，為進一步開發利用飼料資源、降低飼料成本創造了條件。研究表明，添加風味劑可以淡化菜粕苦味，結果發現，添加菜粕5%、10%和15%可顯著降低肥育豬采食量（P＜0.05），但分別添加香味劑后，采食量提高9%、7%和8%（P＜0.05）[18]。

4.5 保持飼料風味一致性，免除更換飼料對動物的影響

在生產中，根據動物不同生長階段、季節變化以及市場情況等來調整或修改飼料配方，改變飼料原料種類或用量。由于動物對已經熟悉的飼料風味有記憶，如果原料調整不當，勢必引起動物厭食，產生應激反應。添加風味劑可使飼料保持其原有的色、香、味，遵循動物對原有飼料風味的記憶特性，動物感覺不到飼料的變更，從而免除更換飼料對動物產生的不良影響。

4.6 印記效應

“印跡效應”是指在哺乳動物母體產前及整個泌乳期飼糧中加入一種特殊香味劑，使幼畜建立這種香味劑與母乳的聯系，因此，當在哺乳和斷奶幼畜飼糧中也添加同樣的香味劑時，能促進其提早采食和提高生產性能。其實印跡效應不只是在豬上，在人、兔、狗等動物上都有報道[19]。

4.7 刺激消化液分泌，提高營養消化吸收率

蘇聯生物化學家巴甫洛夫說:“食欲即消化液”。有了消化液，食品中各種營養成分就能得到充分消化吸收。人追求美食是與生俱來的，這里既包括生理需求，又涉及心理需求。在這種需求上，食物色、香、味、形顯得很重要，特別是“香”和“味”的作用尤為突出。倘若食品具有誘人的香氣和可口的滋味，那么只要見到或聞到這種食品，甚至只要想到就會引起條件反射，人體的消化器官就能從準備狀態進入工作狀態，分泌較多的消化液。因此，吃對于人來說首先是生理需求的滿足，接踵而來的便是心理需求、嗜好需求的滿足。Platel研究表明，在鼠飼糧中添加一些香料物質（姜黃、辣椒堿、苯呱丙烷、姜）可提高小腸黏膜脂肪酶、雙糖蔗糖酶和麥芽糖酶的活性，而添加小茴香、葫蘆巴、芥菜可降低小腸黏膜磷酸酶和蔗糖酶的活性，表明有些香料成分可以刺激動物的消化能力[20]。

5 美拉德反應在寵物風味劑中的應用效果

寵物風味劑可提高或改善寵物食品的味覺和嗅覺風味[21]。寵物風味劑是根據寵物采食需要，特別設計的一種能夠引誘寵物采食、增加寵物食品適口性、增進寵物食欲的營養性添加劑。寵物風味劑是以刺激寵物嗅覺、味覺、神經性等器官為基礎的營養物質。根據寵物種類不同，其生活環境、生理特點、感受器官及傳播介質不同，結合寵物食品的不同種類而專門制成液體、粉狀、膏狀等物質形態[22]。寵物風味劑對寵物無任何副作用，僅對寵物采食、適口性和食欲有顯著的提高效果。寵物食品的適口性是指寵物食品對寵物的進食吸引程度。不同的寵物食品在風味、口感、結構等方面的差異會有不同的適口性。適口性是寵物食品的核心要素之一，沒有良好的適口性，寵物不愿意采食，食品再好也是浪費。噴涂風味劑對寵物食品的異味進行修復、去除，讓寵物食品變成寵物的美味佳肴，突顯寵物食品的不同風味[23]。

寵物風味劑有牛肉味、雞肉味、奶酪味和魚味等。目前這些風味劑大多通過美拉德反應呈香、呈味、呈色進行的。大多用動物下腳料及廢棄物經過酶解和美拉德反應而制成寵物風味劑[24]。不僅提高了動物廢棄物的利用率，也提升了價值。牛肉味是寵物食品中普遍喜歡的風味，尤其在狗糧中。食品咸味香精生產中，利用美拉德反應制備肉味香精的非常多，而肉味寵物風味劑主要是源于食品牛肉香精生產技術，利用下腳料進行生產。有大量關于利用美拉德反應制備肉味反應物的報道。宋詩清等利用5種不同的牛肉酶解物通過熱反應制備牛肉香，通過科學評價后，確定水解度為29.13%的牛肉酶解液是賦予牛肉風味最合適的風味前體[25]。夏玲君等通過美拉德反應制備牛肉香精，得到了風味好的牛肉香精配方[26]。黃師榮等利用還原糖及氨基酸，通過美拉德反應制備香味較好的雞肉味香精[27]。安廣杰等利用雞骨架酶解液，通過美拉德反應制備雞肉味香精[28]。任艷艷等利用對蝦蝦頭為原料進行酶解之后再發生美拉德反應，得到了蝦味濃郁的蝦味香料[29]。祖道海等利用鲅魚酶解液進行美拉德反應制備海蟹味香精[30]。劉安軍等以帶魚下腳料酶解液為反應基液，添加一些氨基酸和還原糖進行美拉德反應，得到美拉德反應液為紅褐色澄清透明液體，具有典型帶魚香氣，而無苦味、硫化物味等不良氣味[31]。吳爽用谷朊粉酶解物通過美拉德反應生產出肉味香精[32]。

目前，我國有關利用美拉德反應制備寵物風味劑的研究和報道很少，美拉德反應在食品中應用非常成熟，但寵物風味劑不同于食品香精，要研究寵物到底喜歡哪種風味，比如犬的嗅覺很強，能感受到極其微弱的風味，對甜味有特殊喜好，偏好烤或煮的風味，再利用動物下腳料的豐富資源，通過美拉德反應制備天然的寵物風味劑，讓寵物吃的健康、安全。

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