食品風味化學食品的風味轉化

食品風味化學食品的風味轉化風味前體物質：它本身沒有風味，但是在酶或加熱條件下會生成具有獨特風味的化合物。1、水溶性前體：氨基酸、蛋白質、肽、還原糖、核苷酸、碳水化合物等2、脂溶性前體：甘油三酯、游離脂肪酸、磷脂、糖脂等風味的形成途徑：生物合成、酶促反應、氧化反應、加熱反應第2頁,共48頁，2024年2月25日，星期天食品在熱加工的過程中，將產生大量的風味組分，它們既可由食品的基本成分相互作用而產生，也可由食品成分的自身受熱降解而產生，此兩者統(tǒng)稱為非酶褐變或稱美拉德（Maillard）反應。

除了無香味的焦黑精一類高分子物質外，在食品的燒制過程中例如：咖啡、可可、茶和硬殼果品的烘烤、肉類的燒煮、烤面包、土豆以及燒菜等等都不需要酶催化就可產生雜環(huán)芳香化合物。第3頁,共48頁，2024年2月25日，星期天食品加熱處理方式與氣味

對動、植物性食物進行的熱處理，最為常見的有烹煮、焙烤、油炸等方式。

1、烹煮香氣：食物在烹煮或加熱滅菌時，一般溫度較高，時間較短。這時水果、乳品等主要是原有香氣揮發(fā)散失，反應生成新的風味物質并不多；蔬菜、谷類除原有香氣有部分損失外，也有一定量的新風味物質生成；魚、肉等動物性食物則通過反應形成大量濃郁的香氣。第4頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

2、焙烤香氣：這種熱處理方式通常溫度較高、時間較長。這時各類食品通常都會有大量的風味物質產生。食物在焙烤時發(fā)生的非酶褐變反應，主要有Maillard(羥氨反應）、維生素的降解、油脂、氨基酸和單糖的降解、以及β-胡蘿卜素、兒茶酚等非基本組分的熱降解。第5頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

3、油炸香氣：油炸食品時其誘人的香氣很易勾起食欲。這時產生風味物質的反應途徑除了在高溫下可能發(fā)生的與焙烤相似的反應之外，更多地還與油脂的熱降解反應有關。油炸食品的特有香氣為2，4-葵二烯醛，除此之外，油炸食品的香氣成分還包含有高溫生成的吡嗪類和酯類化合物，以及油脂本身的獨特香氣，例如：用椰子油炸的食品帶有甜感的椰香，用芝麻油炸的食品帶有芝麻酚香等。第6頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

美拉德反應（MaillardReaction）是指氨基化合物和還原化合物之間發(fā)生的反應，在食品中的反應通常是氨基酸、肽、蛋白質和還原糖類，它是食品香味產生的主要來源之一。

第三節(jié)美拉德反應第7頁,共48頁，2024年2月25日，星期天食品中香味雜環(huán)化合物就來源于這樣一個復雜的反應體系；該反應體系中還原糖和氨基酸經過美拉德反應后，不僅生成棕黑色的色素，同時伴隨著形成多種香氣物質，即這個反應所生成的風味物質非常好聞，可以使人聯想起各種食品的香氣，經過熱加工的食品，尤其是經過烹調和烘焙加工的食品都具有形成這種香氣的特征。所以，這個反應在形成“加熱香氣”時特別受到重視。第8頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

Maillard反應可以分為三個反應階段和三條主要反應路線。三個反應階段為初級、中級和第三階段Maillard反應。

初級Maillard反應不引起褐變，也不產生食品香味，其中關鍵的一步是Amadori重排，Amadori重排產物是極為重要的不揮發(fā)的香味前驅物。

中級Maillard反應包括三條主要反應路線，其中二條是從Amadori重排產物開始，另一條是間接地由Amadori重排產物開始。第三階段Maillard反應目前仍不明確。第9頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

第一條反應路線是由1-氨基-1-脫氧-2-酮糖在2—3位置不可逆地烯醇化，從C-1消去胺基生成甲基二羰基中間體，其進一步反應產生如C—甲基—醛類、酮醛類二羰基化合物和還原酮類等裂解產物，反應產物包括乙醛、丙酮、丁二酮和乙酸等香味成分。

第二條反應路線從烯醇式Amadori產物在1—2位置烯醇化，并消去C—3上的羥基而生成3-脫氧-己糖酮，然后脫水生成2-糖醛類香味成分。第10頁,共48頁，2024年2月25日，星期天上述二條路線生成的中間產物及以后發(fā)生的反應是相當復雜的，此過程中包括了醇醛縮合、醛-胺聚合，以及生成諸如吡咯、吡啶類等含氮雜環(huán)化合物，加熱食品具有的烤香、烘焙香和堅果香與此類雜環(huán)化合物有密切關系。

第三條反應路線是氨基酸的斯特勒克氧化（Strecker）降解反應，這是Maillard反應最重要的步驟之一。這個反應導致醛和α-氨基酮的形成，雜環(huán)化合形成吡嗪衍生物，食品焙烤時形成的香氣大部分是由吡嗪類產生的。第11頁,共48頁，2024年2月25日，星期天影響Maillard反應的因素：

Maillard反應非常強調反應條件，其中溫度的影響可能最為重要。一般該反應的速率是隨著溫度的上升而增大；反應產生的香味物質主要是在較高溫度時形成，是在中級Maillard反應階段產生的。反應產物既與參與反應的氨基酸及單糖的種類有關，也與受熱時間的長短、體系的pH值、水分等因素有關。一般說來，當受熱時間較短、溫度較低時，反應主要產物除了醛類以外，還有特征香氣的內酯類和呋喃類化合物等；當受熱時間較長、溫度較高時，生成的風味物質種類有所增加，還有焙烤香氣的吡嗪類、吡咯類、吡啶類等化合物形成。第12頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

參與Maillard反應的糖類和氨基酸的結構不同，對生成的產物影響很大。

首先、不同種類的糖與氨基酸作用時，將降解產生不同的風味。例如，麥芽糖與苯丙氨酸反應能產生令人愉快的焦糖甜香；而果糖與苯丙氨酸反應卻產生一種令人不快的焦糖味，但有二羥丙酮存在時，則產生紫羅蘭香氣。二羥丙酮和甲硫氨酸作用形成類似烤土豆的氣味，而葡萄糖和甲硫氨酸反應，則呈現烤焦的土豆味。第13頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

葡萄糖與不同氨基酸加熱時產生的氣味

氨基酸100℃180℃甘氨酸麥焦氣味烤糖氣味丙氨酸柔和麥焦香味甜麥芽焦糖味精氨酸爆玉米味焦糖味亮氨酸甜巧克力味焦干酪味異亮氨酸不快的芳香味烤奶酪味纈氨酸不快的甜味（黑面包味）烤巧克力味蛋氨酸馬鈴薯味煮馬鈴薯味第14頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

氨基酸100℃180℃天冬氨酸冰糖味焦糖味谷氨酸微甜肉香，有后味烤肉香氣苯基丙氨酸尖辣的花香紫丁香味色氨酸油膩的糖甜味油膩的甜味賴氨酸焦黃氣味面包氣味胱氨酸煮硬的雞蛋黃味硫化氫臭氣蘇氨酸巧克力味焦臭味第15頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

其次，不同種類的氨基酸參與發(fā)生Maillard反應的難易也不一樣。一般說來，不同氨基酸降解速率次序為：羥基氨基酸、含硫氨基酸、酸性氨基酸、堿性氨基酸、芳香族氨基酸、脂肪族氨基酸。不同類型的還原糖參加反應的速率是不相同的，一般來講，五碳糖比六碳糖反應活性強，在37℃，含水量為15%時，反應的順序是：木糖＞阿拉伯糖＞葡萄糖＞乳糖＞麥芽糖＞果糖，葡萄糖的反應活性是果糖的10倍。第16頁,共48頁，2024年2月25日，星期天Maillard反應香味的分類：根據其香氣特征、結構、分子形狀及其形成路線等分為4個主要類別。

第一大類是含氮雜環(huán)化合物，如吡嗪、吡啶、吡咯、噻唑類等，它們主要產生堅果香、烘烤香或面包香；

第二大類是環(huán)狀烯醇酮結構化合物，如麥芽酚、脫氫呋喃酮等，主要產生焦糖香；

第三大類是多羰基化合物，產生的是焦香；

第四大類是單羰化合物，產生各種酮、醛類香氣。第17頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

加熱食品中存在的Maillard香味物質：咖啡、可可、面包、花生、豬肉、牛肉、雞肉、魚類、馬鈴薯等加熱食品中的香味物質大多是由Maillard反應產生的。

通過不同的加熱方式，食品會呈現不同的香味物質，如煮馬鈴薯和大麥時被鑒定出的香味物質分別是125種和75種，但當烘烤這二種食物時鑒定出的香味物質分別是250種和150種，正好增加了1倍。第18頁,共48頁，2024年2月25日，星期天（一）、以氨基酸為前體的風味（二）、以脂肪酸為前體的風味（三）、以糖苷為前體的風味（四）、以色素為前體的風味

第四節(jié)水果、蔬菜中的風味前體第19頁,共48頁，2024年2月25日，星期天☆1、含硫氨基酸☆2、芳香族氨基酸（一）、以氨基酸為前體的風味產生第20頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

1、含硫氨基酸：百合科蔬菜如洋蔥、大蒜、韭菜、細香蔥以及蘆筍均含有特殊的香辣氣味，尤其以蒜最強。它們都是以含硫氨基酸（半胱氨酸）為風味前體的。

作用過程如下：

烴基次磺酸不穩(wěn)定，在酶的催化下可以發(fā)生縮合、降解、重排、環(huán)化等反應，生成各種蔥屬植物的特征風味物質（主要是硫化物）。第21頁,共48頁，2024年2月25日，星期天前體品種S-丙烯基-L—半胱氨酸洋蔥S-烯丙基-L—半胱氨酸大蒜韭菜S-甲基-L—半胱氨酸香蔥甲硫氨酸（蛋氨酸）蘆筍第22頁,共48頁，2024年2月25日，星期天2、芳香族氨基酸：

很多水果的風味成分中包含有酚、醚類化合物。如香蕉內的欖香素和5-甲基丁香酚，葡萄和草莓中的桂皮酸酯以及某些果蔬中的香草醛等。目前普遍認為這些風味物質的前體是芳香族氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸等。

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在水果和一些瓜果類蔬菜如黃瓜、番茄、西瓜、馬鈴薯、蠶豆、草莓等，風味成分中常發(fā)現有C和C的醇、醛類（包括飽和或不飽和化合物）以及由C、C的脂肪酸所形成的酯。這些香氣物質大多以脂肪酸為前體通過生物合成。

1、由脂肪氧合酶產生的風味物質2、由β-氧化產生的風味物質（二）、以脂肪酸為前體的風味產生第24頁,共48頁，2024年2月25日，星期天1、由脂肪氧合酶產生的風味物質：

由脂肪酸經酶促反應生物合成的風味物質通常具有獨特的芳香。作為前體物的脂肪酸多為亞油酸和亞麻酸。

水果的香氣也隨時間而發(fā)生改變，一般說來，C6化合物產生青草氣味，C9化合物往往呈現出甜瓜和黃瓜的香氣。這些物質除了可以由亞油酸為前體通過上述途徑合成外，還可用亞麻酸為前體進行生物合成。第25頁,共48頁，2024年2月25日，星期天2、由β-氧化產生的風味物質梨、杏、桃等水果在成熟時都會產生令人愉快的果香，這些香氣成分很多由長鏈脂肪酸經過β-氧化衍生而成的中碳鏈化合物。如由亞油酸通過β-氧化途徑生成的（2E，4Z）-葵二烯酸乙酯，就是梨的特征風味化合物。第26頁,共48頁，2024年2月25日，星期天經過β-氧化衍生成的C8～C12的內酯具有明顯的椰子和桃子的特征芳香。通常自然成熟的水果比人工催熟的要芳香，如自然成熟的桃子中內酯（尤其γ-內酯）的含量增加很快，其酯類和苯甲醛的含量比人工催熟的桃子要多3-5倍。這與相關酶的活性有關。第27頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

十字花科蔬菜有卷心菜、花椰菜、水芹菜、四季蘿卜、芥菜等，其風味前體都是糖苷類，即芥子油中的黑芥子素（黑芥子硫苷酸）。它們的特征風味物質含有異硫氰酸酯、硫氰酸酯及一些腈類化合物，當其破碎或烹調時相互作用產生特殊風味。（三）、以糖苷為前體的風味產生第28頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

某些蔬菜的風味物質也能以色素為前體進行生物合成。例如番茄中的6-甲基-5-庚烯-2-酮和法尼基丙酮是由番茄紅素在酶催化下裂解生成。（四）、以色素為前體的風味產生第29頁,共48頁，2024年2月25日，星期天＊1．α--氨基酸和糖類＊2．含硫氨基酸類＊3．硫胺素（VB1）＊4．核糖-5’-磷酸酯＊5．不飽和脂肪酸類＊6．其他羰基化合物和含氮化合物肉類中的風味前體第30頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

1．α--氨基酸和糖類：它們參與各步美拉德反應。在這類反應中，氨基酸分子氧化脫氨形成醛，在焙燒條件（220-227℃）下，氨基酸發(fā)生熱降解，產生極復雜混合物。糖類加熱到225℃生成呋喃類，有呋喃、2-乙酰呋喃、2-羥基呋喃等共百種以上。

第31頁,共48頁，2024年2月25日，星期天2．含硫氨基酸類：在雞和牛肉的貯存和燉制過程中，半胱氨酸、胱氨酸、蛋氨酸產生NH3、H2S、甲硫醇和甲硫醛。這些化合物與乙醛、β-疏基乙胺等是許多揮發(fā)香氣化合物的重要前體。3．硫胺素（VB1）：硫胺素熱解產生呋喃類和硫化氫、噻吩類以及具有似肉香味的噻唑類。第32頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

4．核糖-5’-磷酸酯：核糖核酸酶解生成核糖-5’-磷酸酯。牛肉湯中這類化合物在加熱時生成4-羥基-5-甲基-2，3-二氫呋喃酮[3]，它與HS反應生成各種3-巰基呋喃類和3-巰基噻吩類。

5．不飽和脂肪酸類：容易降解為較小分子的醛，在燒雞香味中有重要作用。α--氨基酸也可降解得到醛。醛類進一步發(fā)生硫化和氨化反應生成重要的香味化合物。例如甲基硫代乙硫醇是燒牛肉香味的一個關鍵化合物。2第33頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

6．其它羰基化合物和含氮化合物：糖類（己糖類和戊糖類）的熱解與氨基酸的降解是肉中羰基化合物的主要來源。含氮產物來源于氨基糖、α--氨基酸和胺類。雜環(huán)化合物及其它香味化合物是從這些不同的直接前體與硫化氫形成的。第34頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

因此，這些風味前體經烹調后可產生相關的肉類風味化合物，它們是醇類、醛類、酮類、醚類、苯的衍生物類、酯類、內酯類、含氮化合物（吡嗪類）、呋喃類、含硫化合物（噻吩類、噻唑類）。另外，動物喂養(yǎng)的時間、動物性別、飼料（養(yǎng)）條件、動物品種以及加工部位和加工方式等都對肉類的風味有影響。正因如此才使其構成了各自獨特的風味。總之，肉類風味主要由羰基化合物反應的產物和含硫化合物所組成。

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肉類的加熱方法不同，生成的香氣成分雖有類似之處，但也會顯示出各自的特征。煮肉香氣的特征成分以硫化物、呋喃類化合物和苯環(huán)型化合物為主體；烤肉香氣的特征成分，主要是吡嗪類、吡咯類、吡啶類化合物等堿性組分以及異戊醛的羰化物，以吡嗪類化合物為主?？救獾南銡獬巳獾钠贩N外，還與受熱溫度、時間等因素有關。炒肉香氣的特征成分介于煮肉與烤肉之間。微波加熱產生的香氣特征成分中，以醇類和吡嗪類化合物含量較多。第36頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

◆①糖類◆②淀粉

◆③脂類

◆④鹽類

◆⑤酚酸類烘焙食品的風味前體-面包第37頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

①糖類：對面包香味有影響的糖類有三個來源，一是天然存在于面粉中糖類；另一是發(fā)酵階段從低聚糖和多糖類形成的糖類；再有就是為了增加甜味而加入的糖類。這些糖類主要是葡萄糖、果糖、半乳糖、麥芽糖和蔗糖。當在空氣中長時間貯存時，還原糖類和氨基糖類參與Maillard反應。2第38頁,共48頁，2024年2月25日，星期天在發(fā)酵過程中，糖類與一系列生化反應有關，形成有機酸、醇類、羰基化合物和酯類。在這些產物中，主要有乙醇、乙醛、丙酮酸等物質，其中最容易揮發(fā)的在烘烤過程中被排除了，而其它的則參與各種反應。在焦糖化和褐變反應中，糖類起主要作用，獲得的雜環(huán)化合物和羰基化合物構成面包香味。同時在面包皮呈現的褐色素類是通過醛亞胺和酮亞胺的聚合作用形成的。第39頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

②淀粉：對面包的拉伸，可以用淀粉的結構和機械性能加以解釋。唾液α-淀粉酶能使淀粉水解，且速度越快，影響越大。人們咀嚼面包瓤時甜滋滋的味道便是證明。面包的陳化主要與淀粉有關。面包硬化及其它物理變化的原因是支鏈淀粉分子的老化。淀粉酶可導致有各種香氣和香味組分的復合體產生，這些復合體加熱時可分裂，這就是為何干硬面包，經過加熱又恢復了新鮮面包的味道。第40頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

③脂類：當進行捏合及發(fā)酵時，在脂肪氧化酶作用下酯類被氧化。如果把脂肪或植物油加到面包配方中，香味可改善，而且產生皮柔瓤松的新型面包。當烘烤時，脂肪氧化產生有香味的羰基化合物。其中最顯著的是己醛，它是由于脂肪氧化酶使亞油酸氧化產生的。第41頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

④鹽類：用于面包配方中的增味化合物。面包的香味既依賴于陽離子的性質，也依賴于陰離子的性質。在很多情況下使用氯化鈉，它對香味和揮發(fā)化合物香氣有一種增味效應。它似乎還有一種作用，就是在發(fā)酵過程中，借助于干涉酶的活性或微生物的功能來形成中間前體。第42頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

⑤酚酸類：已知有：對羥基苯甲酸，水楊酸，香草酸，阿魏酸，異阿魏酸，咖啡酸，原兒茶酸，丁香酸，綠原酸，異綠原酸等，它們具有各自的收斂性和感官性。在面包的烘烤過程中，其中某些酸熱解生成簡單