美拉德反應是一種普遍的非酶褐變現象，將它應用于食品香精生產之中，我國還是近幾年才開始的。 美拉德反應在香精生產中的應用國外研究比較多,國內研究應用很少,該技術在肉類香精及煙草香精中有非常好的應用。所形成的香精具天然肉類香精的逼真效果,具有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打破了傳統的香精調配和生產工藝的范疇,是一全新的香精香料生產應用技術,值得大力研究和推廣,尤其在調味品行業。 1 美拉德反應機理 1912年法國化學家Maillard發現甘氨酸與葡萄糖混合加熱時形成褐色的物質。后來人們發現這類反應不僅影響食品的顏色,而且對其香味也有重要作用,并將此反應稱為非酶褐變反應(nonenzimicbrowning)1。1953年Hodge對美拉德反應的機理提出了系統的解釋,大致可以分為3階段24。 1.1 起始階段 1.1.1 席夫堿的生成(ShiffBase):氨基酸與還原糖加熱,氨基與羰基縮合生成席夫堿。 1.1.2 N-取代糖基胺的生成:席夫堿經環化生成。 1.1.3 Amadori化合物生成: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)。 1.2 中間階段在中間階段,Amadori化合物通過三條路線進行反應。 1.2.1 酸性條件下:經1,2烯醇化反應,生成羰基甲呋喃醛。 1.2.2 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1deoxysome。它是許多食品香味的前驅體。 1.2.3 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,以進行最后階段反應或與氨基進行Strecker分解反應,產生Strecker醛類。 1.3 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。美拉德反應產物出類黑精外,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5。 2 美拉德反應的影響因素58 2.1 糖氨基結構 還原糖是美拉德反應的主要物質,五碳糖褐變速度是六碳糖的10倍,還原性單糖中五碳糖褐變速度排序為:核糖阿拉伯糖木糖,六碳糖則:半乳糖甘露糖葡萄糖。還原性雙糖分子量大,反應速度也慢。在羰基化合物中,-乙烯醛褐變最慢,其次是-雙糖基化合物,酮類最慢。胺類褐變速度快于氨基酸。在氨基酸中,堿性氨基酸速度慢,氨基酸比蛋白質慢。 2.2 溫度2025氧化即可發生美拉德反應。一般每相差10,反應速度相差35倍。30以上速度加快,高于80時,反應速度受溫度和氧氣影響小。 2.3 水分水分含量在10%15%時,反應易發生,完全干燥的食品難以發生。 2.4 pH值當pH值在3以上時,反應隨pH值增加而加快。 2.5 化學試劑酸式亞硫酸鹽抑制褐變,鈣鹽與氨基酸結合成不溶性化合物可抑制反應。 3 肉類香味形成的機理 3.1 肉類香味的前體物質 生肉是沒有香味的,只有在蒸餾和焙烤時才會有香味。在加熱過程中,肉內各種組織成分間發生一系列復雜變化,產生了揮發性香味物質,目前有1000多種肉類揮發性成分被鑒定出來,主要包括:內酯化合物、吡嗪化合物、呋喃化合物和硫化物。大致研究標明形成這些香味的前體物質主要是水溶性的糖類和含氨基酸化合物以及磷脂和三甘酯等類脂物質9。肉在加熱過程中瘦肉組織賦予肉類香味,而脂肪組織賦予肉制品特有風味,如果從各種肉中除去脂肪則肉之香味是一致的沒有差別10。 3.2 美拉德反應與肉味化合物 并不是所有的美拉德反應都能形成肉味化合物,但在肉味化合物的形成過程中,美拉德反應起著很重要的作用。肉味化合物主要有N.S.O-雜環化合物和其他含硫成分,包括呋喃、吡咯、噻吩、咪唑、吡啶和環乙烯硫醚等低分子量前體物質。其中吡嗪是一些主要的揮發性物質。另外,在美拉德反應產物中,硫化物占有重要地位。若從加熱肉類的揮發性成分中除去硫化物,則形成的肉香味幾乎消失4。肉香味物質可以通過以下途徑分類即氨基酸類(半胱、胱氨酸類)通過Maillard和Strecker降低反應產生的。糖類、氨基酸類、脂類通過降解產生肉香味。脂類(脂肪酸類)通過氧化、水解、脫水、脫羧產生肉香味。硫胺產生肉香味。硫化氫硫醇與其他組分反應產生肉香味。核糖核苷酸類、核糖5磷酸酯、甲基呋喃醇酮通過硫化氫反應產生肉香味。可見,雜環化合物來源于一個復雜的反應體系,而肉類香氣的形成過程中,美拉德反應對許多肉香味物質的形成起了重要作用11。 3.3 氨基酸種類對肉香味物質的影響 對牛肉加熱前后浸出物中氨基酸組分分析,加熱后有變化的主要是甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸等,這些氨基酸在加熱過程中與糖反應產生肉香味物質。吡嗪類是加熱滲出物特別重要的一組揮發性成分,約占50%。另外從生成的重要揮發性肉味化合物結構分析,牛肉中含硫氨基酸、半胱氨酸和胱氨酸以及谷胱甘肽等,是產生牛肉香氣不可少的前體化合物。半胱氨酸及其他含硫化合物。半胱氨酸產生強烈的肉香味,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,蛋白水解物對此很合適。 3.4 還原糖對肉類香味物質的影響 對于反應來說,多糖是無效的,雙糖主要指蔗糖和麥芽糖,其產生的風味差,單糖具有還原力,包括戊糖和己糖。研究標明,單糖中戊糖的反應性比己糖強,且戊糖中核糖反應性最強,其次是阿拉伯糖、木糖。由于葡萄糖和木糖,廉價易得,一反應性好,所以常用葡萄糖和木糖作為美拉德反應原料。 3.5 環境因素對反應的影響1 牛肉香精、需要較長的時間和更濃的反應溶液。豬肉和雞肉香精,需較短加熱時間,較稀的反應溶液,較低的反應溫度。反應混合物pH值低于7(最好在26)反應效果較好;pH大于7時,由于反應速度較快而難以控制,且風味也較差。不同種類的氨基酸比不同種類的糖類對加熱反應生成的香味特征更有顯著影響。同種氨基酸與不同種類的糖,產生的香氣也不同。加熱方式不同,如“煮”、“蒸”、“燒”,不同烹調方式,同樣的反應物質產生不同香味。 4 肉類香精的生產 從1960年開始,就有研究利用各種單體香精經過調和生產肉類香精,但由于各種熟肉香型的特征十分復雜,這些調和香精很難達到與熟肉香味逼真的水平,所以對肉類香氣前體物質的研究和利用受到人們的重視。利用前體物質制備肉味香精,主要是以糖類和含硫氨基酸如半胱氨酸為基礎,通過加