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肉和肉制品中香气构成综述
唐纳德S.莫特拉姆
大学专业，食品科学与工艺，Whitek nights，读RG66AP，英国（1996年12月6日，接受1998年2月27日）
摘要
熟肉制品中的风味物质来自热反应过程，主要是美拉德反应和脂质降解反应。这两种类型的反应涉及到复杂的反应途径，这就导致了产品多样性，以及熟肉制品中挥发性物质的量的增加。杂环化合物，尤其是那些含有硫的物质是美拉德反应中产生的重要香气物质，它们提供咸、肉、烤、煮的气味。脂质降解提供熟肉制品中具有脂肪香气的化合物以及那些用以区别不同品种肉的决定性香气物质。美拉德反应过程中形成的化合物也可能与肉中的其他成分反应，增加整体香气的复杂性。例如，脂质过氧化过程中形成的醛和其他羰基化合物已证实易于美拉德反应中间体反应。这种相互作用会引起香气化合物的增加，但它们也修饰了肉香味化合物的整体香气。特别是，这种相互作用可以控制含硫化合物和其他美拉德反应生成的挥发性物质的形成，以给予了熟肉制品最佳的风味特色。⑤1998年爱思唯尔科技有限公司保留所有权利。
前言
风味是描述肉类食用品质的重要指标，有关肉类风味物质的组成、化学性质及其在生产加工过程中影响风味形成的因素已有许多报道。在加工方便美味食品中模拟肉类特征风味对形成所希望的特征性肉类风味是相当重要的。
肉类风味只有加热以后才能获得，而未烹调的肉类很少或没有香味，而只有血腥味。在烧煮期间，瘦肉和脂肪组织中的非挥发性化合物之间发生了复杂的系列热诱导反应，从而导致大量反应产物生成。尽管熟肉的风味受所形成的味感物质的影响，但在加热期间形成的挥发性化合物(嗅感物质)决定了其香味特征，并大大有助于形成特征性肉类风味。已鉴定出的肉类挥发性化合物有1000多种。与猪肉、羊肉或家禽相比，大部分化合物是从牛肉中鉴别出来的（Maarse与 Visscher，1996年;莫特拉姆，1991年）。
正文
1.1肉风味的前体物质
肉风味前体物主要有两类，水溶性化合物和脂溶性化合物。在加热期间挥发性香味物质的产生源于氨基酸与还原糖之间的美拉德反应以及脂类的热降解反应。肉类风味的早期研究工作(1950~1960年间)是试图评价脂肪和瘦肉组织分别对肉类风味所产生的贡献。（Hornstein与 克洛，1960年; Kramlich和Pearson，1960年，梅西等A /1964年;沃瑟曼和Gray，1965）研究结果表明，脂肪加热后赋予不同种类动物特征性风味，而瘦肉含有所有熟肉的特征性风味前体物质。尽管该观点被认为似乎过于简单，但以脂类挥发性化合物的不同来解释不同种类动物闻风味的不同是可以肯定的。
主要的水溶性风味前体物包括糖类、磷酸糖类、核苷酸糖类、游离氨基酸、肽、核苷酸及其它的含氮化合物，如硫胺素。通过研究发现，在加热期间，糖类和氨基酸的数量减少，尤其是半胱氨酸和核糖损失量最大。在肌肉中，核糖是组成核糖核苷酸特别是三磷酸腺苷的主要糖类之一。而核苷酸对于维持活体肌肉的功能是很重要的，屠宰后可转化为肌苷酸。通过对氨基酸和糖类混台物加热后产生的香气物质的研究，进一步证实了半胱氨酸和核糖在肉类风味形成中起了非常重要的作用。Morton等(1960)对加热这些物质所产生的肉风味申请了有关专利。这些专利所涉及的肉类风味物质主要是含硫的化合物，通常是半胱氨酸、其它的含硫氨基酸或硫化氢（MacLeod和Seyyedain-阿德比利，1981年;麦克劳德，1986年）。
2.1脂类降解产生的挥发性物质
在熟肉风味物质中已发现由脂类降解产生的几百种挥发性化合物，包括脂肪族烃、醛、酮、醇、羧酸及酯。其中的一部分香气化合物，尤其是烃和氧化型杂环化合物如内酯和烷基呋喃，(见图1)。通常，这些化合物来自脂肪酸的氧化。长期贮藏，脂肪酸的氧化可导致酸败异味，但在熟肉中，脂肪酸快速发生氧化并提供所期望风味的挥发性物质。不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸更容易自动氧化，磷脂由于较甘油三酯含有更多的不饱和脂肪酸，所以，在加热期间，磷脂是产生挥发性物质的重要来源。
图（1）、肉类烹调过程中产生的挥发性化合物
瘦肉组织内含有甘油三酯和结构磷脂。因此，在煮肉时，无论是否存在皮下脂肪，所有肉类挥发物中均包含脂类来源挥发物。一般来说，这些脂类来源化合物的气味阈值高于水溶性来源的化合物中的含硫、含氮的杂环化合物。因此，许多脂类挥发物对香味的贡献不如相当低浓度杂环化合物的大。然而含6～10个碳的饱和与不饱和醛类是所有肉类中主要的挥发性物质，因此它们很可能在肉类香气中起重要作用。这些醛类具有生肉的、脂肪的香气，据报道，2，4-癸二烯具有油炸食品香味。因此，脂肪醛类提供了熟肉脂肪风味。
不同种类动物肉的特征风味通常认为由脂类产生。醛类作为脂类主要的降解产物，很可能对形成不同动物种类特征风味具有重要意义。与牛肉和羊肉相比，猪肉和鸡肉甘油三酯中不饱和脂肪酸的比例比较高，从而可产生更多的不饱和挥发性醛类，而且该化合物对于决定不同种类动物特征风味也许是很重要的。纳多与 Toulemonde，1987年;莫特拉姆，1991年发现．羊肉中含有很多甲基饱和脂肪酸(例如4-甲基辛酸和4-甲基壬酸)，而在其它肉中未见报道，它和羊肉的特征性风味(膻味)有关，使很多国家的消费者难以接受。
据Grosch等A /1993;古斯与 Grosch，1993年，1995年最近报道，炖牛肉挥发物中l2-甲基十三烯醛的浓度仅为430μg/ kg，而牛肉、羊肉和鹿肉更低，猪肉、鸡肉、火鸡肉中仅微量。该化合物有脂肪香气及牛肉香气，且在决定牛肉特征风味中起重要作用。许多其它的碳原子数为l1～17的异甲基醛类和反异甲基醛类，在熟牛肉中已见报道，一些也在猪、鸡肉中发现。由此断定，甲基醛类是由缩醛磷脂水解产生的，甘油基团通过与醛烯醚链接。
3.1美拉德反应产生的挥发性物质
氨基酸与还原糖之间的美拉德反应是形成熟肉制品风味最重要途径之一。该反应复杂，产生了大量的风味化合物。反应的初级阶段，还原糖羰基和氨基化合物缩合，形成葡基胺。随后，通过脱水、重排和脱氧生成各种各样的糖脱水和降解产物，如糠醛和呋喃衍生物，羟基酮和二羰基化合物。虽然已有许多探讨反应的研究文献，值得注意的是Hodge在1953年提出的机理为我们理解早阶段的反应提供基础。
在反应的后续阶段，这些化合物与其它活性化合物如胺、氨基酸、醛、硫化氢和氨之间发生作用，产生了熟肉特征性的香气化合物，这已引起了风味化学家的特殊兴趣。伴随美拉德反应产生二羰基化合物的一个重要的辅助反应是氨基酸 Strecker 降解反应。氨基酸经脱羧脱氨基形成醛．而二羰基化合物转化为α-氨基酮或氨基醇。如果氨基酸是半胱氨酸， Strecker 降解也可导致硫化氢、氨及乙醛的形成。这些化合物以及由美拉德反应产生的羰基化合物，为进一步风味形成反应提供了丰富的中间产物。并产生很重要的风味化合物，包括呋喃、吡嗪、吡咯、噻唑、噻吩及其它杂环化合物（见图2）。
图（2）、一些风味美拉德反应在肉类中的重要中间体
由核糖和半胱氨酸产生的含硫化合物对肉类特征香气似乎更重要。肉中的核糖主要来源于次肌苷酸和其它的核糖核苷酸。
4.1烧烤和煮肉香味的化合物
食品中的烧烤味，通常与吡嗪、噻唑及恶唑等杂环化合物的存在有关。Flament等人1976年，1977年发现在肉类挥发物中有各种烷基吡嗪和两类有趣的二环化合物(如6,7-二羟基-5(H)-环戊吡嗪和吡咯吡嗪) 后者在其它食品中未见报道。通常，烷基噻唑和吡嗪在肉中含量很低．而且烷基噻唑较吡嗪有更低的气味阈值。两类化合物含量随热处理程度的加剧而显著增加，据报道，在烤肉当中，吡嗪是主要的挥发性物质。
形成烷基吡嗪的一个可能途径是，由 Strecker 降解产生的2个 氨基酮分子间的聚合反应形成的（见图3）。噻唑形成机理也涉及a-二羰基化合物或羟基酮（见图4），及其与通过半胱氨酸和醛的水解或 Strecker 降解形成的硫化氢及氨间发生的反应。
图（3）Strecker降解，呈现出烷基溴化季铵盐形成的路线，并形成氨，硫化氢与 乙醛从半胱氨酸的氨基酸
图（4）噻唑啉(翁)离子与 噻唑羟酮基正缬氨酸，醛，氨和硫化氢的反应，美拉德反应形成的路线
熟肉挥发性物质的一个显著特征是以含硫化合物为主体。大多数发生在低浓度条件下，但它们非常低的气味阈值使它们成为有效力的香味化合物和熟肉香味重要的贡献者。与烤牛肉相比，煮牛肉中含有更多的脂肪硫醇、硫化物和二硫化物，也含有更多的带有1，2，3个硫原子的五元、六元杂环化合物，例如噻吩、三硫醇、三噻烷。许多这些含硫化合物气味阈低，具有硫磺香气、洋葱似的香气、有时具有肉香，它们很可能是通过提供形成煮肉的部分硫磺香气来形成总体风味。
4.2熟肉的肉香味
所有的熟肉具有一个适宜的肉香气味，这种特征性化合物的鉴定已成为研究的主要目标。由于在加工美味食品中模拟肉类风味的要求，大部分已被鉴定出来。众所周知，在3号位上带有硫醇基的呋喃和噻吩，及其二硫化物，具有强烈的肉香味和异常低的气味阈值。然而，肉中这类化合物直到最近才被埃弗斯（1970年，范登Ouweland与同行，1972年;埃弗斯等A）1976年首次报道。Macleod和AmeS鉴定出了熟牛肉中的2-甲基-3-(甲硫基)呋喃，其气味阈值低 (0．05μg/ kg)， 当低于1μg/ kg时具有肉香味。Gasser和Grosh(1988)鉴定了2-甲基-3-呋喃硫醇及其相应的二硫化物，双(2-甲基-3-呋喃基)二硫化物，是熟牛肉香味的主体物。据报道，二硫化物的气味阈值是0．02μg/ kg，是已知的最低气味阈值化合物之一。这些香气化合物可由气相色谱柱分离出来，然后通过嗅觉检查（见图5），结果显示，含2-甲基-3-呋喃基的化合物具肉味特征，而含2-甲基呋喃基的化合物有烘烤香味，坚果味及焦香味。这与早期的观察结果一致，环3位上含硫醇或硫醚基的呋喃，具有肉香味。这些香气化合物在低于1μg/ kg时具有肉香味和坚果香气，但在更高浓度时，香味为硫磺和反感。
图（5），熟肉（MacLeod和艾姆斯，1986年;加塞与 Grosch，1988年农民与 帕特森，1991年; Madruga，1994年; Madruga与 莫特拉姆，1995年）的挥发物中发现的一些硫醇，硫化物和二硫化物
呋喃硫化物和二硫化物的形成途径很可能是硫化氢与二羰基化合物、呋喃酮或糠醛之间相互作用产生的硫醇和巯基酮。这些化合物可在含有硫化氢或半胱氨酸和戊糖或其它来源的羰基化合物模拟系统中形成，也可由硫氨素的热降解形成。有人（VAN DER林德等/1979年; Werkhof等/，1990年。Guntert等A /，1993）提出具有硫磺味和不愉快味。在肉中由核糖核苷酸产生的磷酸核糖是呋喃和噻吩硫醇的主要前体物。磷酸核糖经过脱磷酸脱水形成重要的中间产物4-羟基-5-甲基-3(2H)-呋喃酮，该产物容易与硫化氢反应产生肉香味（见图6）。
图（6）形成2 - 甲基- 3 -呋喃妥因，二（2 - 甲基- 3 -呋喃西林 ）二硫化碳和2 - 甲基-3 - （甲硫基）呋喃核糖磷酸路线（范登Ouweland与 同行，1975年）
5.1脂类与美拉德反应产物间的相互作用
脂类自动氧化产生的饱和与不饱和醛类是熟肉挥发性风味组成的主要贡献者。羰基化合物与氨基或硫醇基问的反应是美拉德初级反应和形成香气化合物的后期阶段的重要步骤（见图7），因此，可以认为烹调期间由脂类产生的羰基化合物也许参与了美拉德反应。
图（7）烷基3 - 噻唑啉与 孤立的三唑熟牛肉（埃尔莫尔等A /1997）
脂类与美拉德反应产物问相互作用产生的挥发物肉中已被鉴定的挥发物中，有很多化合物是由脂类和美拉德反应产物之间相互作用形成的。在烤牛肉、炸鸡中发现几个2位置上带有n-烷基取代物 (c4-c8 )的噻唑。在加热的牛肉、鸡肉挥发物中发现其它的2-烷基噻唑带有更长n一烷基取代物(c13-c15 )（见图8），该化合物在牛心肌中浓度最高。近年来，50多种3号位烷基噻唑和烷基噻唑已从熟牛肉中分出来 (饲喂过鱼油的牛)。这些物质在压力蒸煮肉中比烤肉中更易形成。尽管噻唑和3-噻唑啉也存在于正常采食的牛肉中，但3-噻唑啉的浓度在饲喂鱼油的牛肉中比对照组更高。与对照组相比，饲喂鱼油的家畜熟肉也有相当高浓度的饱和与不饱和醛。
脂肪族醛类为这些化合物提供长链的n 烷基，食品加热时噻唑形成过程中涉及到醛类、羟基酮、氨和硫化氢，所以有理由认为脂类氧化产生的醛能参与这些反应产生长链2-烷基噻唑。含C13 - C15 烷基的烷基噻唑需要C14- C16 醛，其最可能的来源是含长链烯基酯取代物的缩醛磷脂，其水解可产生脂肪醛。心脏肌肉中含有更高浓度的缩醛磷脂，这就解释了熟牛心脏肌肉中含较多烷基噻唑的原因。
据报道，在烤羔羊脂肪中含有烷基吡咯，也含有已在所有其它动物肉中发现的2-戊基吡啶。2，4-癸二烯和氮之间的反应很可能是形成戊基吡啶的途径。二烯和硫化氢相关的反应也能形成已在压力煮牛肉中报道的带有C4-C8烷基取代物2-烷基噻吩(见图8)。有人认为，肉中发现的其它带有长n-烷基取代杂环化合物(包括丁基和戊基吡嗪)来自戊醛或己醛与二氢吡嗪间(2个氨基酮分子聚合形成的)的反应。（见图9）据报道，油炸的鸡肉和猪肉中戊醛或己醛也参与了5-丁基，3-甲基，1，2，4-三硫杂环戊烷及5-戊基同系物的形成。三硫杂环戊烷由硫化氢与乙醛、戊醛或己醛的反应所形成，并认为是形成丁基或戊基三硫杂环戊烷(见图10)的途径。
在香味特征物中，仅报道了几种烷基取代杂环化合物，但被检测出的化合物也许可用于形成脂肪的、油炸的肉香味。最近在牛肉中发现的3-烷基噻唑经气相色谱分析显示，它们的气味阈值较高，因此，也许是对气味形成不很重要的化合物。然而，这些化合物的形成能够与美拉德反应的中间产物产生竞争性反应，因此，可以缓和控制理想香味化合物的产生。
图（8）、2 戊柳胺，2 - 己基噻吩与 2 - 戊基- 2H - 噻喃形成2,4- 左旋多巴，氨气和硫化氢（改编自农民与 莫特拉姆，1990年）
图（9）从脂质衍生醛与美拉德反应的相互作用产生烷基二甲基吡嗪路线（Ho等A /，1987年改编）
图（10）醛类和硫化氢形成烷基三硫磷的反应（改编Boelens等A /1974年）
5.2磷脂和肉风味
磷脂是所有细胞必需的结构化合物，与甘油醣相比，含有较高比例的不饱和脂肪酸，包括相当数量的多不饱和脂肪酸如花生四烯酸(20，4)。这使磷脂在加热期间更易氧化．因此，它们与经二次加热的熟牛肉中熟味的形成有关。然而，肉在初热期间也会产生脂类氧化产物．以形成理想风味。
加热期闻脂类对肉风味形成贡献的检测中。磷脂显得尤为重要。用己烷脱除瘦肉中肌间和肌内甘油三酯，烹调后与未处理的原料比较．在感官上无差别，并能判断出两样品均是肉；然而，当使用一个更强的极性溶剂(三氯甲烷．甲醇)抽提所有脂类时，肉香味被烤饼干香味代替，以上结果表明，磷脂和甘油酯在肉香味形成上的贡献是明显不同的
6.1脂类对美拉德反应模拟体系中挥发物的作用
磷脂对热水溶液中氨基酸糖反应产生挥发性物质的作用结果表明，美拉德反应产物受磷脂的影响，同时也进一步证实了脱脂肉的早期观察结果。这个最有趣的结果是由含有半胱氨酸和糖的反应体系，在几种不同的脂类制备物(包括蛋黄卵磷脂、蛋黄脑磷脂以及牛肉提出物磷脂和甘油三酯)存在的情况下获得的。这个反应系统所产生的复杂的挥发性物质，主要有含硫的杂环化合物如噻吩、噻吩并噻吩、二硫代环己醇、二噻环己醇、三硫代环己醇和三噻烷，另外还有2-甲基-3-呋喃硫醇、2-呋喃甲基硫醇和2-甲基-3-噻吩硫醇。
与不含脂类的系统比较，脂类的存在会导致挥发性物质数量的减少。这证实了肉中观察到的，磷脂对美拉德反应形成的杂环化合物数量产生了抑制作用。总体来说，与磷脂配制剂相比，牛三酰甘油对美拉德挥发物产生很少影响(见表2)。
表（2）、一些选定杂环的相对多环维管组织氰乙酰肼半胱氨酸和核糖之间形成的化合物存在不同血脂
首旅集团，牛肉甘油三酯;英超，牛肉磷脂，PE，磷酸牙槽（蛋黄）; PC，磷脂酰胆碱酶线（蛋黄）。
不添加任何脂质的反应香气被描述为硫磺样，似橡胶气味，但也有独特的潜在的肉香味。添加牛肉甘油三酯后其肉香味并未发生明显变化；而当添加牛肉磷脂后，肉香味更浓了，而燃烧的硫磺气味则很少产生。同样，添加磷脂酰胆碱(卵磷脂)或磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)可使肉味增强。但含有磷脂的反应系统中肉香味化合物如2-甲基-3-呋喃硫醇的浓度更低。该现象被解释为脂类对风味具有缓和作用，高浓度呋喃硫醇衍生物有浓烈的硫磺味，而只有在低浓度时才具有肉香味。据推测，是脂类限制了这些硫化物的总生成量，并将其维持在合适的浓度水平上。这种风味缓和与控制的假设可进一步解释磷脂在熟肉香气形成中有着特殊作用。
含磷脂的美拉德反应混合物中包括脂类来源的挥发物，如烃类、饱和醇、不饱和醇、醛和酮。反应混合物中也包括脂类来源的醛与美拉德中间产物相互作用时产生的化合物，其中含量最丰富的是2-戊基吡啶、2-戊基噻吩、2-己基噻吩和2-戊基-2H-噻吩。也包括更少量的其它n-烷基(C4-C8)取代的2-烷基噻吩，及2-(1-乙烯基)噻吩 所有这些杂环化合物是通过不饱和醛与硫化氢或氨(由半胱氨酸产生的)发生反应而形成的。而在含有甘油三酯的美拉德反应体系中只发现微量该化合物。这可被解释为，在模似系统中结构磷脂比甘油三酯中含有更高比例的多不饱和脂肪酸，比单不饱和脂肪酸更易发生热氧化。
据报道，当卵磷脂存在时，在半胱氨酸与核糖反应的挥发物中含有来源于卵磷脂胆碱支链的化合物。在含有半胱氨酸、核糖和磷脂的系统中鉴定出三种硫化物，2-甲基-3-(甲硫)呋喃、2(或3)-(甲硫)噻吩和2-甲基-3-(甲硫)噻吩，但在不含磷脂的系统中未检测出来。2-甲基3-(甲硫)呋喃是肉中重要的香味特征性效应化合物，而且具有非常低的气味阈值。硫胺素与甲硫氨酸反应产生的相应的噻吩最近也有报道，它也有肉香味和低阈值。2-和3-(甲硫)噻吩在熟肉和模拟肉风味中已实验性地鉴别出来。这些硫化物的产生途径与相应的硫醇的形成具有同样的起始步骤。美拉德反应中2-甲基-3-呋喃硫醇的形成来自核糖脱水产物与硫化氢的反应。同样，杂环化合物中硫取代氧解释了2-甲基-3-噻吩硫醇呋喃的形成。shu等(1985)指出2-和3-噻吩硫醇在半胱氨酸降解期间由2个分子的巯基乙醛缩合形成，并伴随着与硫化氢反应及相应脱水和硫化氢损失（见图11）。甲基硫醚的形成需要有活性的甲硫基(比如，甲硫醇)能代替硫化氢参与这些反应的最后阶段。有人认为，在这个含有半胱氨酸、核糖、及磷脂酰胆碱的反应系统中，胆碱支链与硫化氢反应形成了甲硫醇。
图（11）、形成2 - （甲硫基）噻吩的卵磷脂涉及半胱氨酸在美拉德反应的相互作用
（改编莫特拉姆与 惠特菲尔德，1995年）
7.1总结
熟肉中含有的挥发性化合物来源于脂溶性前体物和水溶性前体物。这些提供了烤、煮脂肪的不同种类的风味，及所有熟肉特征性肉香味。脂类热降解产生的化舍物使熟肉具有脂肪味，并形成不同种类动物肉特征性风味。已在熟肉挥发物中发现的大部分杂环化合物主要是由美拉德反应产生的，并形成了烤、煮风味。肉中的戊糖(尤其核糖核苷酸产生的核糖)和含硫氨基酸、半胱氨酸是该反应的重要前体物。由此产生的呋喃硫醇和呋喃硫化物和二硫化物是很重要的风味化合物，具相当低的气味阈值，赋予特征肉香味。为阐明荚拉德反应在肉类风味中所起的作用，糖和氨基酸的初级阶段反应可认为是糖脱水产物的主要来源，尤其糠醛、呋喃和二羰基化合物。相关的反应(如 Strecker 降解反应)产生其它简单化合物，如醛、氨和硫化氢。风味是由这些中间产物之间多种不同的反应产生的。其它的肉类化合物也可以与美拉德反应产物作用。研究表明，脂类氧化形成的醛可与美拉德中间产物(尤其是硫化物和氨)反应，产生其它的挥发性化合物。而磷脂是这些脂类氧化产物的重要来源。脂类是通过参与该反应控制了肉在烹调期间含硫化合物的生成量，同时也将熟肉制品中重要含硫化合物的浓度维持在适宜的水平上。
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