第六章食品加工中风味的产生和变化

知识点回顾一天然/人造调味香辛料概念香辛料粉碎过程的影响常用的植物调味料来源香辛料的灭菌处理香草特征风味精油水蒸馏、水和蒸汽蒸馏、蒸汽蒸馏A压榨精油去萜烯的方法C水果、水果汁和浓缩物防止果汁发酵或变质方法E树脂油常用的溶剂、CO2超临界萃取B薄荷油薄荷种类D香子兰收获后发酵和加工中产生F知识点回顾香辛料的衍生物咖啡、可可和茶调味料可可风味产生的主要反应、茶三种类型GWhatisyourfavoritefood?Andsimplytalkaboutwhatisthecharacteristicflavorcomponentsinthefood?第六章食品加工中风味的产生与变化ChangesinFoodFlavorDuetoProcessingCONTENTS1美拉德反应及应用2脂肪降解产生的风味3肉类风味的加工4酶反应产生的风味5高温分解产生的风味：烟熏味教学目标1、掌握美拉德反应含义；掌握影响美拉德反应的条件；掌握脂肪降解产生的风味原理及风味物质；2、理解酶反应产生风味的原理；烟熏风味产生的机理及风味物质；3、了解美拉德反应在食品工业中的应用。LOREMd发酵产品。a产品的天然原料缺乏，只有在加工后才能达到预期风味。c可控制的酶促反应产生的。b氨基酸与糖发生美拉德反应或其他相关反应产生的。e脂类高温产品。加工风味的分类第一节美拉德反应及应用一Maillard反应及应用Maillard反应是非酶褐变的一种，在风味形成中起重要作用。是氨基化合物和羰基化合物发生的复杂化学反应。食品中的还原糖和氨基酸或蛋白质可发生复杂的Maillard反应，形成类黑精和非挥发性物质，同时产生超过3500种挥发性物质，这些物质具有很低的感官阈值，对食品风味十分重要。二Maillard反应机理12羰基缩合缩合，聚合分子重排Strecker降解2,3-烯醇化生成还原酮1,2-烯醇化生成HMFAmadori（醛糖）重排、Heyenes（酮糖）重排风味前体物质的形成，包括形成Amdor重排产物、Heyns重排产物和脱氧糖酮。风味物质的形成，包括脱氧糖酮脱水、碳水化合物裂解、氨基酸降解、碳水化合物和氨基酸碎片的缩合反应。蛋白黑素（melanoidins）的形成广泛存在于食品工业的一种非酶褐变经过复杂的反应历程又称羰氨反应三影响美拉德反应的因素加热温度加热时间缓冲液/盐pH水分活度13影响因素体系组分氧化还原状态（一）加热温度对美拉德反应的影响•加热温度是美拉德反应中影响风味形成的一个重要因素。与普通的化学反应类似，美拉德反应速度会随着温度的上升而加快。在一定的时间范围内，反应体系温度升高10°C，美拉德反应速度会加倍。但过高的温度又会使氨基酸和糖类遭到破坏，甚至产生致癌物质。因此温度通常控制在180°C以下，以100-150°C为佳。•不同的温度条件下会产生不同的风味。氨基酸100°C180°C缬氨酸苏氨酸亮氨酸天冬氨酸脯氨酸苯丙氨酸甘氨酸谷氨酸黑麦面包巧克力果香、甜巧克力烤甜香、糖香爆米花香清香气、类玫瑰花香焦糖味焦糖、苦杏仁味沁巧克力烧糊味烧糊干酪烧糊的糖烤面包类紫丁香焦糊的糖烧糊的糖•炖肉缺乏烤肉特有的风味，主要因为炖肉的水分活度接近于1.0，在处理过程中温度没有超过100°C。而烤肉表面干燥，水分活度低于1.0。此外，由于表面是干的，表面温度有可能超过100°C。低水分活度和高的表面温度有助于烧烤风味化合物的产生，从而赋予烤肉特有的风味。呋喃硫醇具有较高的活化能(活化能等于气体常数R除以线的斜率)，其次是吡嗪和糠醛。表明在高温度下呋喃硫醇具有最高的反应速率(或最高的生成率)，其次是吡嗪和糠醛。当温度降低到典型的储藏温度时，糠醛将有最高的反应速率，而呋喃硫醇的反应速率最慢。（二）加热时间对Maillard反应的影响加热时间是决定风味特性的关键因素。大多数情况下，延长反应时间可以获得更多的产物。然而增加美拉德反应的时间并不会增加风味的强度而是改变风味化合物的最终平衡，从而改变风味特性。对于咖啡豆烘焙的研究很好地说明这个观点。如下图：随着烘烤时间的改变，咖啡豆中风味化合物的数量也在改变，因此感官特性随着加热时间而发生变化。也有研究表明，反应时间过长，产物的香气会发生恶化，让人难以接受；另外反应时间延长，美拉德反应会向着生成聚合物方向进行，褐变加剧。一般反应型香料反应时间不超过4h。5-甲基糠醛糠醛乙酸糠醇嘧啶环戊酮苯酚吡嗪（三）体系组分对美拉德反应的影响氨基酸和糖的类型都影响着反应的速率；一般来说，糖对反应速率大小的影响：戊糖(木糖和阿拉伯糖)已糖(葡糖糖或果糖)二糖(乳糖或麦芽糖)三糖淀粉糖浆干粉麦芽糊精淀粉；在很多反应中，反应速率也依赖于氨基酸是否带有氨基乙酸，其反应活性强。脂肪对美拉德反应也有很大影响，后续知识章节会讲述。决定美拉德风味形成的反应速率糖种类氨基酸种类决定美拉德反应风味的风味特性在风味形成反应中，糖的种类对反应速率的影响大于对风味特性的影响。反应速率是通过反应物损失和色泽形成的速率来反应的。糖的类型对风味特性有一定的影响，但是氨基酸在这方面更重要。当制备一种风味时，糖种类的选择对风味特性的产生是次要的，氨基酸的选择才是重要的。（四）水分活度对美拉德反应的影响水分活度将影响大多数美拉德反应途径的速率，也会影响整个风味的形成速率和风味特性。水分活度对烷基吡嗪形成速率及形成量都有关。当水分活度为0.75时加热产生的吡嗪数量最多，大于或小于这个水分活度含量都将减少。生成物还原糖+氨基酸→产物+H2O反应途径受到水的抑制。反应物还原糖+氨基酸+H2O→产物反应途径受到水的促进。水水分活度高美拉德反应快？水分活度低美拉德反应快？在高水分含量的食品中，反应物稀释后分散于高水分含量的介质中，不容易发生美拉德反应。低水分含量的食品中，尽管反应物浓度增加，但是反应物流动转移受到限制。美拉德反应在中等程度水分含量的食品中最容易发生。美拉德反应适宜的水分含量为15-80%。美拉德反应具有实际应用价值的是在较低水分食品中。(五)pH对美拉德反应的影响pH也影响美拉德反应中某些途径的反应速率，从而改变挥发性物质形成的平衡。在pH3-10之间时，美拉德反应随pH增加而加快，色泽会加深。在偏酸环境中，反应速率降低，因为在酸性条件下，N-葡萄糖胺容易水解，N-葡萄糖胺是美拉德特征风味形成的前体物质。在偏碱的环境中，美拉德中间产物与NH3快速产生类黑精，体系颜色就会很快变深。pH对吡嗪的形成有很大影响，pH9.0加热体系比相同条件下pH5.0的体系产生的吡嗪多近500倍。一些挥发性物质或产物的形成都有最佳pH，不断增加pH，产物可能增加或减少。在加热模型体系中，pH极大影响芳香化合物的平衡，因此食品中pH微小变化就可能明显改变加热后食品的风味特征。（六）缓冲液/盐对美拉德反应的影响缓冲液的种类和浓度也会有影响反应速率。不同的缓冲液对美拉德反应的影响有所不同，普遍认为磷酸盐是最好的催化剂。pH在5-7的磷酸盐缓冲液有最好的催化效应。有研究表明，谷物食品添加常量盐（NaCl）和低量盐后分别进行热处理，然后通过气相色谱分析两种情况下的挥发性物质。发现低量盐分产生的挥发性物质较少。（七）氧化还原状态对美拉德反应的影响氧化还原状态对美拉德反应有一定的影响。氧气不能催化吡嗪的形成。没食子酸丙酯在100°C短时间反应2h对吡嗪的形成有显著影响，但在长时间18h时抑制了反应。但是在充满氧的情况下，反应产物会微量降低。当反应体系中加入CuCl2和ZnCl2同样减少吡嗪产量，但同时增加了褐变。四美拉德反应的动力学和风味通过不同温度下加热模型体系足够长的时间来获得可靠的动力学数据。零级动力学：指单位时间内吸收或消除等量的药物，也称恒量吸收或消除动力学。不同于一级动力学过程，零级动力学反应速率与底物浓度无关。一级动力学：药物的转运或消除速率是与血药浓度成正比，即单位时间内转运或消除恒定比例的药物，故有时也称为恒比转运或消除。零级动力学：指单位时间内吸收或消除等量的药物，也称恒量吸收或消除动力学。不同于一级动力学过程，零级动力学反应速率与底物浓度无关。一级动力学：药物的转运或消除速率是与血药浓度成正比，即单位时间内转运或消除恒定比例的药物，故有时也称为恒比转运或消除。（二）含氧杂环化合物水相模拟体系加热（80-150°C）时含有氧化杂环化合物形成的动力学的研究表明，挥发性物质形成和加热时间之间呈线性关系，可以用零级动力学来处理研究。（一）吡嗪水分活度Aw和pH对吡嗪的形成有很大影响。当水分活度增加到0.75前吡嗪随着水分活度的增高线性增加；水分活度在0.75-0.84范围内，根据吡嗪种类的不同，其含量或下降或不变。吡嗪的生成速率和pH（5-9）同样成线性关系。（四）混杂化合物异戊酸、苯乙醛、2-乙酰基-1-吡咯啉等芳香族化合物的动力学研究得知，这些挥发性物质在反应开始阶段均符合零级反应动力学。（三）含硫化合物在75-115°C，含硫芳香化合物随加热时间或温度的增加而增加，但是在更长的时间和更高的温度的范围内，浓度趋于一个平衡值。•风味的形成是有体系依存性的，对于一些挥发性物质而言，较复杂的模型体系与简单模型体系相比有完全不同的反应动力学。这提醒我们在根据模型体系预测真实食品体系的风味时必须谨慎。•反应速率一般受模型体系的pH和水分活度的影响。pH的影响是不一定的，在较高pH下有些挥发性物质形成较慢，而其他一些则生成较快。再者，次级反应也可能消耗一些挥发性物质，因此其最终的浓度同样依赖于体系中的次级反应动力学。五美拉德反应形成的风味物质（一）羰基化合物主要途径是Strecker降解。这个反应发生在二羰基化合物和游离氨基酸之间。Strecker降解的最终产物是CO2、胺、脱氨基、脱羰基的氨基酸所对应的醛。（二）含氮杂环化合物烷基吡嗪一般具有烘烤的、类似坚果的风味，甲氧基吡嗪通常具有粗糙的、蔬菜风味特性。2-甲酸基吡咯有甜玉米风味，2-乙酰基吡咯有焦糖风味，吡咯内酯有辣椒风味。五美拉德反应形成的风味物质（三）含氧杂环化合物呋喃酮和吡喃酮都是焦糖化、美拉德反应风味中的含氧杂环化合物，呈现出的风味为焦糖味、甜味、水果味、黄油味、坚果味或烧焦味。嘧啶化合物在褐变食物中不如吡咯和吡嗪分布广泛，但它们具有很多风味特征，清新气味最为普遍。五美拉德反应形成的风味物质（五）含氧化合物氧䂳和氧䂳啉只有在美拉德反应体系中出现，氧䂳呈现清味新味、甜味、花香味或似蔬菜味。（四）含硫杂环化合物2-异丁基噻䂳对番茄风味，2-乙酰基噻䂳有坚果、谷物、爆米花的风味。噻吩存在于酸果蔓中，烧烤中也存在。六美拉德反应的应用美拉德的反应在我们日常生活中经常存在，通过美拉德反应可以产生很多风味物质和颜色，其中有些是期望的，有些是不期望的。比如肉类香精或者面包生产过程需要就利用美拉德反应；焦香糖果的生产中要有程度的控制美拉德反应；果蔬饮料加工中避免美拉德反应。（一）肉类香精肉类香精主要以糖类和含硫氨基酸，通过加热发生的一系列反应合成的，这些反应主要是包括脂肪酸的氧化分解，糖和氨基酸的热降解、羰基反应以及各种生物合成的二次三次反应等。包括牛肉香精、猪肉香精、鸡肉香精等。香精分类，按风味可分为：猪肉香精、鸡肉香精、牛肉香精、海鲜香精；按香型风格可分为：炖肉风格香精、烧烤风味香精、肉汤风味香精、纯天然肉香风味香精。（二）烟用香精安全烟要求降低烟中焦油和烟碱的含量，但是这会导致烟味不足和香味减弱。因此需要给烟草加香：具有相似或接近天然烟香且色泽较浅的烟香物质；有多种烟香前驱物的美拉德反应产物；能对刺激性及烟杂气具有良好的抑制和掩盖作用。•在抽烟过程中，烟头最高温度可达到700-800°C，在这样高的温度下，美拉德反应物将分解，自身的香气已不易被闻到。而加香的作用，是使其裂解的产物能引起消除烟杂气，增加香烟吸味，从而达到提高烟叶质量的目的。（三）抗氧化剂美拉德反应的产物中，类黑精具有螯合金属抗氧化性。其抗氧化作用是破坏自由基链并延缓其生成。美拉德反应物能抑制酯类氧化，用较高浓度的美拉德反应生成物来获取较低浓度的酯类氧化。吡嗪