鮮味肽與增鮮肽及其加工特性研究進展

張佳男， 王華陽， SUN-WATERHOUSE Dongxiao， 蘇國萬，2， 趙謀明*

（1. 華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州 510641； 2. 廣東天企生物科技有限公司，廣東 佛山 528000）

鮮味是區別于酸、甜、苦、咸味之外的第5種基本滋味，也是我國許多傳統食品的特色滋味，具有協調其他滋味、使人產生愉悅感等特點，深受消費者的喜愛[1]。 鮮味劑作為食品鮮味最重要的調配者，其應用領域中涉及相關食品產值超千億元，對食品品質的影響較大、范圍較廣。 為了滿足消費者對鮮味調味品在來源、安全、方便、營養等方面的需求，以來源天然的動植物水解蛋白和酵母抽提物等為主要成分的新型復合鮮味劑成為大家推崇的產品，其不僅可以提升食品鮮味強度， 減少食鹽使用量，還能賦予食品濃郁飽滿的口感，改進食品可口性[2]。

鮮味肽和增鮮肽是新型鮮味劑的關鍵滋味物質，在增強食品風味的同時也具有良好的吸收性和營養價值，具有初代鮮味劑（味精）不可比擬的風味和健康優勢[3]。 工業生產鮮味肽和增鮮肽主要由動植物蛋白經酶解制備得來，但由于蛋白質原料結構復雜及酶制劑酶切位點廣泛等因素的影響，依舊面臨著酶解過程調控精準度低、產物成分復雜、有效鮮味肽或增鮮肽類物質含量少、整體鮮味強度不足以及加工穩定性差等問題[1，4]；除此之外，目前有關鮮味的基礎研究仍不夠深入，難以建立完善的鮮味物質構效關系模型。 因此，實現鮮味肽和增鮮肽的定向高效制備，深度開發天然鮮味肽和增鮮肽是調味品行業亟待解決的重要問題。

作者系統總結了已報道鮮味肽和增鮮肽的結構特點，探討了其構效關系及與鮮味受體的作用機制；并基于不同加工方式闡述了鮮味肽和增鮮肽在食品加工過程中的正向變化及其對食品呈味特性的影響；簡要討論了有關鮮味肽與增鮮肽在研究過程中存在的問題和解決方案，并對其未來的研究和行業發展進行了展望。

1 鮮味及增鮮物質概述

鮮味具備所有基本滋味的基礎共性，即非其他滋味的組合、獨特唯一且普遍存在，以及有基于神經生理學研究的特異性與獨立性（鮮味受體）[5-6]。 當鮮味物質與鮮味受體結合釋放出的信息經味覺神經傳入系統傳遞至大腦，大腦皮層特定區域參與對信號的處理形成鮮味味覺[7]。 目前發現約有8種不同類型受體與鮮味感知相關，均隸屬于G 蛋白偶聯受體（GPCRs）家族[2]。其中異源型二聚體T1R1/T1R3是最主要的鮮味受體，對多種鮮味物質都有較高親和力，同時還能體現鮮味的協同增效作用[8]。 鮮味物質與受體結合后其結構發生改變從而轉變為活躍構象是產生鮮味的主要原因，協同增效作用的產生則主要是因為這種活躍構象受增鮮物質的影響被進一步強化或穩定[9]。 其他鮮味受體不受T1R1/T1R3 影響，可以獨立感知鮮味物質（但是物質種類和協同增效作用均有差別）， 并且連接大腦中樞的味覺神經傳入系統也并不完全相同， 因此為T1R1/T1R3 的補充[2]。 整體而言，鮮味的感知由多種受體共同介導，這同時也體現了鮮味物質的豐富性。

鮮味物質是指本身具有鮮味的化合物。 目前常見的鮮味物質包括谷氨酸及其鈉鹽（味精/MSG）、天門冬氨酸及其鈉鹽、肌苷酸二鈉、鳥苷酸二鈉、琥珀酸及其鈉鹽和鮮味肽等[2]。 味精是第一代鮮味劑的主要成分，其鮮味強度高、刺激性強，但味感較為單薄；呈味核苷酸和琥珀酸分別是肉類、香菇類和水產制品的主要鮮味物質，具有代表性食物特有的呈味特點，如賦予鮮味更加寬廣、豐潤的感覺，呈現貝類鮮腥一體的風味[10-12]。 鮮味肽為具有鮮味的肽類物質（由氨基酸通過肽鏈組合而成的化合物），是許多高端食材和調味基料鮮美味的主要來源之一，能給予食物醇厚、鮮美、協調的味感[13]。 與其他鮮味物質不同，鮮味肽往往還具有其他基本滋味，呈現多維的滋味特性，增加食物味感的豐富度[14]。 1978 年日本科學家首次報道了從牛肉湯中分離出的八肽Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala 可能對肉湯鮮味有貢獻作用，盡管后期通過合成手段發現牛肉八肽并不具有鮮味，但開啟了人們對肽類物質呈鮮特性的研究熱潮[15-16]。 隨后各研究人員分別從火腿、臘肉、醬油、大豆蛋白和花生蛋白等多種動植物水解液中分離得到了多種鮮味肽，并被證實是食品風味的主要貢獻者之一[2]。

1.1 鮮味肽

如圖1 所示， 目前已報道鮮味肽數量約為208條（截止到2021 年），其中短肽（二肽和三肽）占比38%，中長肽占比62%；四肽~七肽（相對分子質量主要為400~1 000）與八肽~十六肽（相對分子質量主要為1 000~1 600）占比分別約為32%和30%。 統計結果還發現， 僅2019—2021 年鮮味肽報道數量已增長一倍，說明鮮味肽是目前食品風味領域的研究熱點之一[2]。 同時，隨著研究的不斷深入，具有鮮味特性的中長鏈多肽數量超過短肽數量 （據2019年之前文獻數據短肽占比超60%），但鮮味氨基酸（谷氨酸和天冬氨酸）依舊是組成鮮味肽的代表性氨基酸，據統計含有鮮味氨基酸的鮮味肽數量占比約為79%（見圖2），與前期統計數據基本一致[2]。

從結構上來講，鮮味肽的呈味特性與其組成氨基酸的性質、順序、序列以及肽的空間結構等都密切相關。 Arai 等合成了12種含有谷氨酸殘基的二肽，發現當谷氨酸C 端連接的氨基酸疏水性較小時才具有肉湯鮮味[17]。 鮮味肽組成氨基酸的側鏈基團（如羥基和巰基等）變化可直接影響其對口腔味覺感受器上的作用而引起對無味、鮮味、甜味、濃厚味或苦味等滋味的感知[18]。 在基于八肽Lys-Gly-Asp-Glu-Glu-Ser-Leu-Ala 的鮮味肽構效關系研究中發現，八肽分子必須同時含有帶正電荷和負電荷的親水性基團以及疏水性基團才具有鮮味，但是這一結論并不適用于其他長度的鮮味肽[19]。 同時上述八肽存在多種穩態結構 （一種為環狀結構， 其余3種為S型結構）， 在與受體的結合過程中雙方存在一個動態誘導的變化過程[20]，因此對于具有一定空間結構的鮮味肽來說表面電荷特性決定了與鮮味受體的結合情況。 Yu 等構建了鮮味六肽的3DQSAR 模型， 并研究了鮮味六肽與鮮味受體的相互作用，結果顯示在特定區域引入適當的電荷和合適大小的基團可能會改善六肽的鮮味強度[21]。 但很難從簡單的一級結構或特定鮮味肽空間結構清楚解釋、預測鮮味肽結構和呈味特性的關系。從統計結果可知（見圖1 和圖2），短鏈鮮味肽（二肽和三肽）氨基酸組成可能主要決定了其鮮味特性，其中鮮味氨基酸為必需氨基酸；隨著肽鏈的延長，空間結構對鮮味特性的影響逐漸加深[2]， 組成氨基酸種類、數量、序列以及分布等均為決定性因素[14，22-24]。 由圖3可知，鮮味氨基酸、親水性氨基酸、脯氨酸以及丙氨酸是中長鏈鮮味肽的主要組成氨基酸，而疏水性氨基酸殘基比例較低且大多位于肽鏈中部，堿性氨基酸殘基主要分布在肽鏈兩端（主要是C 端），因此鮮甜味氨基酸比例、疏水性氨基酸和堿性氨基酸序列及位置可能是影響中長鏈鮮味肽鮮味特性的重要因素。

圖2 組成氨基酸含有鮮味氨基酸的鮮味肽占比Fig. 2 Proportion of umami peptides with the amino acids composition containing umami amino acids

數字代表鮮味肽的數量。

圖3 已報道鮮味肽的組成氨基酸指紋圖譜[2，23-43]Fig. 3 Amino acid fingerprints of identified umami peptides

值得注意的是鮮味肽是否具有鮮味一直存在爭議[16]，因為部分合成肽無法完全重現分離肽的呈味特性，這也可能與肽的立體結構變化有關。 此外，鮮味肽往往具有多種味道，其鮮味味感與谷氨酸鈉并不完全一致，因此對于感官人員的要求較高。 而如何準確測定鮮味肽的鮮味強度也是評判鮮味肽鮮味特性的關鍵問題之一。 目前有關鮮味肽滋味的評價方法主要包括感官評價法[44]、電子舌[14]和細胞受體實驗[45]等。 感官評價需要專業、穩定的品評人員， 不同區域和評價團隊的評價結果有一定差異，費時費力；電子舌雖能準確反映部分鮮味物質的鮮味強度，但對于新型鮮味劑和復雜物質之間的協同增效作用適用性還有待提升；細胞受體實驗最接近人體感官機制，但與人類復雜的感知系統仍有較大差距。 可見，缺乏客觀、統一、能真實反映鮮味肽呈味特性的評價手段限制了鮮味肽在構效關系方面的研究進展。

1.2 增鮮肽

谷氨酸鈉與呈味核苷酸之間的鮮味協同增效作用是鮮味科學領域的重大發現，即當呈味核苷酸與谷氨酸鈉按同等質量比（1∶1）混合后，混合體系的鮮味強度可提升近7 倍，提升強度遠高于呈味核苷酸與谷氨酸鈉鮮味強度的簡單加和[9]。 基于這一發現，復合鮮味劑逐漸成為食品工業領域最重要的鮮味調味料。 此外，鮮味存在多種協同增效模式，這可能與增鮮類物質的結構和鮮味底物有關。 研究表明多肽是一類重要的增鮮化合物，作為高端調味基料的特色滋味成分， 對食品的鮮味強度有重要貢獻，而那些具有增鮮作用的肽又被稱為增鮮肽，其本身不一定具有鮮味，但與其他鮮味化合物（如谷氨酸鈉、鮮味肽等）混合時能與之發生協同增效作用，從而提升混合體系的鮮味強度[14]。

表1中總結了文獻中已報道增鮮肽的基本信息，其數量僅為60 條，遠低于鮮味肽和其他生物活性肽的鑒定數量。 由表1 可知，大部分鮮味肽同時具有增鮮作用，能在低于鮮味閾值下發揮增鮮作用[14]；少部分增鮮肽本身無味或者帶有酸味、澀味，但能在極低濃度下顯著提高谷氨酸鈉或肌苷酸的鮮味強度[14]。 此外，在相同濃度下，多種增鮮肽的混合物比一種增鮮肽可能具有更強的增鮮特性[46]。 而肽的增鮮能力還與濃度有關，濃度過高不僅不會進一步提升鮮味物質的鮮味強度，反而還會抑制其鮮味強度[14]。因此，鮮味增強肽的增鮮模式具體跟增鮮肽種類、組合方式、濃度以及鮮味底物等相關。 從微觀層面來講，鮮味受體（一種G 蛋白偶聯受體）具有更豐富的別構調節位點，增加了增鮮肽構效關系的復雜性[2]。

表1 文獻報道具有增鮮作用的多肽[2，25，29，41，43]Table 1 Peptides showing umami-enhancing property

續表1

1.3 鮮味肽與鮮味受體的相互作用

目前有關鮮味肽或增鮮肽與鮮味受體的相互作用機制研究主要基于分子對接技術，并發現鮮味肽主要通過與T1R1/T1R3 在細胞外的捕蠅結構域結合產生鮮味，這一過程涉及的作用力主要包括氫鍵、范德華力、疏水作用力和靜電作用，但未發現明顯的作用規律[47-48]。 顯然，肽的相對分子質量以及氨基酸組成等因素增加了相關規律探討的復雜性，而根據這些參數分類討論鮮味肽的呈鮮機制可能有助于逐步發現其內在規律。 其他受體雖然也能被蛋白水解物激活（如受體GPR92），但并未明確與鮮味肽之間的詳細作用情況[49]。

與常見增鮮物質呈味核苷酸類似，增鮮肽主要通過與鮮味受體活性結合位點附近的別構調節位點結合以穩定受體的激活構象，從而表現出增鮮特性[47-48]。 但每種增鮮肽的結合位點和結合強度并不相同， 且與核苷酸不同的是， 多數增鮮肽主要與T1R3 的別構調節位點結合（核苷酸主要與T1R1 的別構調節位點結合），進一步穩定了T1R3 捕蠅結構域的開口構象[9，47-48，50]。綜上所述，鮮味肽與增鮮肽基于分子層面的呈味機制還有待進一步加強和驗證。然而，不管是從增鮮肽的定義還是從鮮味受體上可供增鮮物質結合的位點數量來看，可以推測增鮮肽種類應大于鮮味肽。

2 不同加工方法對鮮味肽和增鮮肽的影響

鮮味肽和增鮮肽是許多加工食品 （肉制品、發酵產品等）和調味品（酵母抽提物和醬油等）的重要組成成分， 在加工過程中可作為活潑底物參與反應，直接影響食品的風味特性。 但加工處理不當也可能會降低鮮味物質的鮮味強度或產生焦苦味，從而影響食品的風味品質。 因此，明晰鮮味肽和增鮮肽在加工過程中呈味特性的變化規律對提升產品品質有重要指導作用。

2.1 酶解

鮮味肽和增鮮肽的制備方法主要包括酸解法、生物酶解法以及化學合成法等[4]。 生物酶解法生產過程可控、反應條件溫和、酶解產物安全、生產效率高，是制備富含鮮味肽與增鮮肽呈味基料的主要生產方法。 根據底物蛋白結構特點，調控酶切位點，提高蛋白酶活性可有效提升酶解產物中鮮味肽與增鮮肽的含量。

目前，商業上常見的蛋白酶主要包括微生物發酵蛋白酶（酸性、堿性、中性蛋白酶等）、動植物提取蛋白酶（木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、胰蛋白酶等）、復合蛋白酶（風味蛋白酶）等。 蛋白酶具有不同的酶切位點和酶解特性，大量研究發現多酶聯合酶解或分段酶解等方法結合一定的原料前處理往往可獲得更好的效果， 包括更高的原料回收率和鮮味強度等。 Gao 等通過7種不同蛋白酶組合方式酶解羊肚菌發現，中性蛋白酶與風味蛋白酶復合酶解所得產物鮮味最強且苦味最弱，普遍優于單酶酶解效果[22]。作者所在研究團隊利用多種蛋白酶結合原料預處理（超聲波與TG 酶處理）開發出一種低值高鮮調味料[51]；還利用中性蛋白酶和氨基肽酶建立了一種兩段控制酶解法，可顯著提高酶解產物中目標鮮味肽和增鮮肽的含量[52]。除了商業蛋白酶，利用生物發酵工程技術產生蛋白酶進行酶解也是一種有效的鮮味肽和增鮮肽制備方式[4]。 研究顯示，通過米曲霉發酵產生的蛋白酶具有更好的酶解效率，且產物鮮味強度更高，主要是因為微生物在發酵過程中會根據原料蛋白質特點分泌特異性酶，這些誘導酶往往具有更高的酶解效率和良好的風味效果。

2.2 生物發酵

我國許多傳統鮮美食品可通過發酵制備獲得，如醬油、魚露以及腐乳等[53]。 在發酵過程中，大分子的蛋白質會被降解為小分子的肽類和氨基酸，而這些氨基酸和肽類物質又會作為底物參與各種酶促反應， 產生可呈現強烈鮮味和飽滿感的風味產物，有利于風味的提升。 從發酵食品中發現的乳?；暮顽牾；目梢詾榘l酵產品帶來飽滿感和突出的鮮味， 其主要是由參與發酵的微生物分泌的酶（如乳糖酶、轉琥珀酸酶）或其他內源性酶催化產生[54-55]。 一些微生物產生的焦谷氨酸環化酶可以促進焦谷氨?；牡纳?，這種衍生物在低閾值下可增強食品其他成分的滋味強度（如可提升谷氨酸鈉的鮮味強度）， 從而對食品的整體風味有貢獻作用[56]。 利用細菌發酵產生的γ-谷氨酰基轉肽酶以谷氨酰胺為供體合成γ-谷酰胺基化合物， 如γ-谷氨酰基化的苯丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和組氨酸不僅苦味減弱，同時還可增強食物的風味特性和鮮味強度[57]。 Kuroda 等發現了一種新型γ-谷氨?；?，即γ-Glu-Val-Gly，與谷胱甘肽結構相似，只有一種氨基酸不同， 但其鮮味和厚味強度是谷胱甘肽的12.8 倍[58]。圖4 列出了鮮味氨基酸（谷氨酸和天門氨酸）、鮮味肽Glu-Glu 和Glu-Pro 及其相關衍生物的化學結構，這些衍生物均可經由發酵產生，并已證實具有良好的增味作用， 有利于發酵產品鮮味、飽滿感和持久感的提升[2]。

圖4 鮮味氨基酸和鮮味二肽（EP 和EE）及其部分酶促衍生物結構Fig. 4 Molecular structures of umami amino acids, umami dipeptides (EP and EE) and their enzymatic derivatives

2.3 加熱處理

在加熱過程中，鮮味肽和增鮮肽會發生分子內衍生化反應和美拉德反應[59]。 分子內衍生化反應又可分為肽的水解、 肽鏈環化以及氨基酸殘基修飾等，例如谷氨酸和谷氨酰胺是焦谷氨酸的直接前體化合物，在室溫下可通過脫水制得（高溫會加速這一過程）， 因此焦谷氨?；囊部梢酝ㄟ^含有谷氨酸或谷氨酰胺的肽類物質經分子內脫水縮合產生，從而對食品體系鮮味提升產生積極影響[2，44，60]。 但過度熱反應會導致鮮味肽和增鮮肽的裂解，產生不良風味，破壞原有鮮味物質結構。

2.4 美拉德反應

美拉德反應是食品加工和儲藏過程中最常見的化學反應，會直接影響食物的顏色、氣味、滋味和營養特性等，同時美拉德反應技術在香精香料和呈味基料加工領域有著廣泛應用[61-62]。 鮮味肽和增鮮肽主要作為氨基反應物與碳水化合物（羰基化合物）發生美拉德反應。 多項研究表明（見圖5），氨基酸和肽類物質的部分美拉德反應產物是一類新型鮮味化合物，具有改善食品鮮味強度、強化原有風味物質風味特性以及增強食品飽滿感等作用[2]。 與鮮味肽類似，這些氨基酸或肽的衍生物兼具多種滋味特性， 與鮮味肽同為高端調味品的重要組成成分，彌補了鮮味肽鮮味強度弱和谷氨酸鈉呈味單薄等缺點[53]。 適度的美拉德反應是一種能有效提升多肽類呈味基料鮮味特性的重要方法，Ogasawara 等在研究中發現美拉德反應可以增強大豆蛋白水解產物中相對分子質量為1 000~5 000 肽段的風味特性[63]。

圖5 美拉德反應途徑示意圖及對鮮味有貢獻的代表反應產物Fig. 5 Schematic diagram of Maillard reaction pathways and representative compounds contributing to umami

美拉德反應可在一定條件下生成具有強鮮味和增鮮特性的產物來提高肽和氨基酸的呈味特性。作者所在研究團隊在探究美拉德反應提升花生蛋白酶解產物鮮味特性機制過程中發現，花生肽Glu-Pro 在美拉德反應過程中主要形成了兩種化合物，即焦谷氨酰基脯氨酸和Glu-Pro 與葡萄糖的Amadori 重排產物， 前者是發酵食品中常見的增鮮類化合物， 后者比肽本身具有更強的增鮮作用，且兩類化合物均能為食物帶來強烈的飽滿感[44]。Beksan 等則利用化學合成法結合感官分析直接證明了谷氨酸的美拉德反應中間產物具有強烈的與谷氨酸鈉相似的鮮味[64]。 肌肽與葡萄糖的美拉德反應中間產物是一種滋味增強劑，可以顯著提升肉類湯汁濃稠鮮美的味感[65]。 有研究者還從熱牛肉湯中分離出了一種美拉德反應產物alapyridaine，能同時增強食品的甜味、鮮味和咸味[66-67]。

美拉德反應還可生成特定揮發性化合物，與其他非揮發性滋味成分或感官器官發生相互作用從而提升食品鮮味強度[68-69]。 一些揮發性化合物即使在亞閾值水平上也能夠使得某些非揮發性化合物的呈味閾值大幅度降低[70]。 日本科學家通過細胞實驗和分子對接模擬技術深入研究了風味化合物3-甲硫基丙醛的鮮味協同增效作用機理，在谷氨酸鈉存在的基礎上，3-甲硫基丙醛可與鮮味受體中T1R1 跨膜結構域的別構位點結合， 從而對受體T1R1/T1R3 產生正向調節作用[45]。 雖然美拉德反應有助于食品風味的提升，但也會引入不良風味（苦味與焦味），甚至造成食品營養價值的損失，因此如何有效調控美拉德反應對富含鮮味肽呈味基料的工業化生產具有重要意義。

2.5 其他

其他食品加工方法主要通過影響熱反應途徑或者酶解和提取效率從而對食品中的鮮味肽和增鮮肽產生不同影響[71]。 例如球磨加工可通過機械加工的方式賦予食品體系更多能量，從而快速、高效地誘導化學反應，指向性地促使鮮味肽和增鮮肽等反應底物生成有益風味化合物（美拉德反應中間產物等）[72]；擠壓加工可影響美拉德反應的速率[73-75]，而微波[76]和超聲輔助[77]加工會不同程度的改變化學反應進程或者提升酶解效率從而促進或消減食品中的鮮味肽和增鮮肽含量。

3 展 望

鮮味肽與增鮮肽是高品質調味料的重要組成成分，可賦予食品獨特的味感，增強滋味豐富度和協調性，兼具營養與風味特性。 目前有關鮮味肽和增鮮肽的呈味機理、物質基礎、構效關系、應用與制備調控機制等方面的研究都還有待進一步加深，而如何基于不同感官評價手段客觀反映肽類物質呈鮮及增鮮特性，構建相關呈味構效關系并明確其在不同加工過程中呈味特性的變化情況是目前調味品行業亟待解決的關鍵問題。 同時，通過改性手段提升弱呈味特性小分子肽風味，或從天然傳統美食中發現新型肽衍生物并提升其生產效率是促進食品風味工業化發展的基礎。 而基于滋味和風味的跨通道交互作用研究是提升富含鮮味肽呈味基料呈味效果的另一發展趨勢。 隨著分析檢測技術以及感官生理學和心理學的不斷發展，人們對于鮮味感知機制認知的加深有利于高端調味品產業的升級與調控。