多种化合物的组合重现酱油独特风味，“人工酱油”打开分子调味学的大门

2022-06-29 16:29:31  信息编号：K221926  浏览次数：61

我们常说的五味指的是酸、甜、苦、咸、鲜。浓厚味「Kokumi」，是继传统五原味后的第六味，常被形容为一种令人愉悦、产生幸福感、可以形成美味记忆的味道，逐渐成为一个全新的食品基本风味描述词。酱油是十分常见的亚洲调味料，具有特殊的咸鲜味道及浓厚味。酿造酱油的过程涉及不同微生物的多种酶系作用，大豆等原料中的蛋白质在蛋白酶和肽酶相继作用下，经一系列水解过程，生成分子量不同的肽。游离氨基酸，核苷酸，核苷，糖类和无机盐对酱油的最终味道起着决定性的作用。一般认为酱油的鲜味与L-谷氨酸、L-天冬氨酸及多种核苷酸的组合有关。氯化钠等无机盐则被认为与酱油中的咸味有关，且一直以来被认为是酱油中唯一的盐味源头。但是最新研究表明，酱油的咸味并不完全来自无机盐。

慕尼黑工业大学食品化学和分子感官科学系主任Thomas Hofmann及其同事全面评估了酱油风味特征背后的化学物质，并通过使用多种化合物的组合重现了酱油的独特风味。另类“人工酱油”打开了分子调味学的大门。研究内容以Sensoproteomic Discovery of Taste-Modulating Peptides and Taste Re-engineering of Soy Sauce为题发表在农林科学顶刊Journal of Agricultural and Food Chemistry上。

【定量分析酱油中的化学物质】

目前对酱油咸、鲜及Kokumi味道的了解仍然十分有限，本文从分子水平上确定了酱油的整体风味特征。研究人员将两种市售的酱油A和酱油B通过冷冻干燥和甲醇萃取操作进行脱盐脱去大部分盐分。酱油的主要咸味会扭曲人类对苦味，酸味，甜味，鲜味或浓厚味的感知。接着将酱油溶解在水中进行感官分析。两种酱油表现出了浓烈的苦味（平均强度1.9），咸味（平均强度3.3）和鲜味（平均强度2.7）。其余的味道由于被关键味道掩盖，因此给人的印象并不突出（甜味：平均强度1.0，酸味：平均强度1.3，kokumi：平均强度1.7）。研究人员还分别将核苷酸和核苷、矿物、)、碳水化合物、有机酸、季铵化合物等溶解在甲醇/水中进行测评，明确了文献中已知的味觉化合物对酱油整体风味的影响。接着还使用HP-IC，UHPLC-MS/MS和qNMR等表征方法量化分析了酱油中阳离子，阴离子，L-氨基酸，核苷酸/核苷，碳水化合物，有机酸和季铵化合物的含量，进一步探明了各种化合物浓度对特定味道的影响。

图1.不同酱油的感官评价记录表

【增盐肽的作用】

一些短肽（主要是二肽和三肽）对发酵制品的最终味道影响很大。发酵食品的咸味可以被脯氨酰和精氨酸肽强化，而鲜味则与γ谷氨酰和焦谷氨酰肽有关。食品的kokumi味和咸味可以通过引入γ谷氨酰，焦谷氨酰，脯氨酰和精氨酸肽来调节。研究人员通过新开发的UHPLC-DMS-MS/MS方法分析了酱油中脯氨酰肽的作用，并通过对比发酵和非发酵制品，证实了脯氨酰肽主要在发酵过程中形成。在酱油和鱼露中，检测到了高浓度的脯氨酰肽，在非发酵食品中，仅检测到少量的二肽。发酵过程越长，降解的蛋白质越多，二肽或游离氨基酸含量就会越高。

图2.脯氨酰二肽的化学结构。

【结论】

该研究团队首先尝试用已知对酱油风味有贡献的多种化学物质的混合物来重现酱油的味道，但结果不尽如人意。风味专家发现这种“人造”酱油的味道不太对劲——它不像正宗产品那样咸或苦。接着研究团队用多种化学和感官分析方法全面评估了酱油的特色风味物质，最终发现一些小蛋白质起着关键作用。他们鉴定了一组脯氨酸修饰的二肽和其他更大的蛋白质，这些蛋白质增强了酱油的鲜味和其他风味，其中几种蛋白质还有助于产生咸味。最终该团队通过调配50多种化学物质成功复现了酱油的复杂味道。对酱油风味物质的理解有助于生产商优化发酵条件，并对最终产品的味道进行个性化。

酱油风味形成及影响因素

酱油，又称为豉汁、豉油，起源于我国。酱油酿造技术的发明追溯于两千多年前，是我们祖先对人类饮食文化的智慧结晶。从古到今，酱油都是我国老百姓餐桌上厨房里必备的调味品，由于酱油中风味物质中含有多种人体需要的营养成分，也成为东南亚人们乃至欧美地区饮食文化中不可替代的调味品。为了迎合不同地域人们对酱油口味的不同追求，随着人们对酱油风味的不断提高，市场上出现了风味不同的各类酱油。

影响酱油风味形成的因素很多，主要影响因素是原料的选择、酿造工艺以及发酵过程中微生物作用是否达到要求。酱油的酿造过程，其实就是微生物的反应过程。微生物通过生长繁殖，使用原料中的碳源与氮源，将高分子物资分解为低分子化合物。这些分解物经过微生物的重复分解及相互反应，生成的种类多样的风味物资。呈现给人们鲜、甜、咸、酸、苦的味觉感受及特殊香气风味。

1.风味的形成

酱油的风味是吸引消费者的重要因素，为了生产出适合消费者口味的酱油，了解酱油风味物资的形成机理必不可少。

1.1色泽的形成

1）酶促褐变

有氧气接触的条件下，酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程，称为酶促褐变。在酱油酿造过程中，酚酶为多酚氧化酶，由发酵过程中曲霉生成。酚类物资由面粉等碳源转化产生。在发酵过程，酚酶催化酚类物质与空气中的氧气反应产生酶促褐变，酶促褐变主要发生在发酵后期。

2）非酶棕色化反应

它又称美拉德反应，是羰基化合物和氨基化合物发生的反应，经过多种反应最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，所以又称羰氨反应。羰基与氨基分别由淀粉原料和蛋白质原料水解而来。充分的美拉德反应能够给物料带来厚重的色泽。为了提高美拉德反应速度，可以提高其反应温度。美拉德反应是一个吸热的过程，随温度升高，反应程度会显著提高。

3）焦糖化反应

糖类在没有氨基化合物存在的情况下，当加热温度超过它的熔点时，发生脱水作用，再缩合生成粘稠状的黑褐色物质，这类反应称为焦糖化反应。焦糖化反应生成两类物质一类是糖脱水聚合物，俗称焦糖或酱色；一类是降解产物，主要是一些挥发性的醛、酮等。它们给食品带来悦人的色泽和风味。该反应主要发生在酱油保温发酵阶段。

1.2香气的形成

酱油的香气组成成分约有300种，可分为脂肪族化合物和芳香族化合物两大类，主要是羰基、醇类、酸类、酯类、酮类、酚类和呋喃类等。其中，醇类以乙醇及酒精为代表，糖类物质在耐盐酵母代谢作用下生成，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味。酚类主要有4-乙基愈创木酚(4-EG)，其有酱香味，是由小麦中的木质素经米曲霉、后熟球拟酵母作用生成。羧酸类主要包括乙酸，乙醇氧化生成乙酸，乙酸具有刺激性气味，酱油中少量的乙酸能调和酱油风味。酯类以乙酸乙酯、乳酸乙酯为主，酯是酱油香气的主要成分。乙酸乙酯有水果香，易挥发。在高盐稀态发酵酱油中脂类香味较明显。羰基化合物主要包括乙醛，微量的乙醛能调和酱油风味。呋喃类主要为4-羟基-2-乙基-5-甲基-3-呋喃酮(HEMF)和4-羟基-2，5-二甲基-3-呋喃酮(HDMF)，它们的味阈值很低，能给予酱油的鲜味和焦糖风味。

1.3滋味的形成

酿造酱油滋味鲜美，咸甜适口，味醇厚柔，酱油风味的好坏很大程度反映在滋味这方面。酱油的味道主要由甜、酸、苦、咸、鲜互相调和而成。在酱油感官时，甜、咸、鲜表现明显，比较容易给人们感觉出来。酸、苦味给予人味觉上独特的口感。甜味物质主要是葡萄糖及丝氨酸等微甜氨基酸。葡萄糖由淀粉原料水解而成。鲜味主要成分是谷氨酸和天冬氨酸，谷氨酸由淀粉原料经三羧酸循环生成。同时，谷氨酰胺也可在谷氨酰胺酶作用下生成谷氨酸。咸味来自发酵过程中的盐水，咸味能够更加凸显出鲜味。酸味来自发酵过程中葡萄糖通厌氧产生的乳酸、乙酸等。酱油中的苦味物质来源于小麦、大豆的单宁物质。

1.4体态的形成

酱油体态包括浓度、粘稠度、沉淀物及悬浮物。酱油浓度指标对酱油体态起决定作用，主要构成为食盐、多肽、氨基酸、糖分、色素及维生素等。优质酱油浓度较高，滋味醇厚绵长。粘稠性物质有可溶性蛋白、糊精等，优质酱油其粘稠性较大，因此流动稍慢，有利于食品上色。优质酱油在存放较长时间后，酱油仍澄清、无沉淀、而且可以看到酱油表面有一层很亮的反光面。生抽呈浅红褐色，澄清透明、稍有挂壁为佳；老抽呈深红褐色或棕褐色，稠度适中，挂壁明显为佳。

2.影响酱油风味形成的因素

2.1原材料

优质的原料决定优质的产品。古人云巧妇难为无米之炊。酱油中的风味物资来源于原料，原料的选取对酱油风味的形成起着关键作用。传统酱油酿造采用大豆小麦作为原料。大豆发酵产生出的酱油营养丰富，味道醇厚。大豆含有丰富的油脂，在发酵过程中生成高级酯类与脂肪酸。如用豆粕等原料代替大豆，节约成本的同时也降低了酱油原油的风味。小麦作为微生物发酵的碳源，也是微生物发酵风味物质产生的基质。小麦的淀粉含量高，满足微生物生长繁殖的同时能够被各种酶水解生成各种糖、醇、酸和酯物质，这些物质构成风味物质及风味物质前体物。经烘焙的小麦更能产生麦芽酚等芳香成分。如使用麸皮代替小麦酿造出的糖、醇、酸和酯物质明显减少，风味物质明显不足。所以，酿造酱油中原料的选择对酱油的质量影响很大。为了生产出优质的酱油，可以调整原料用量比例及增加原料预处理工序。

2.2发酵工艺选择

1)多菌种制曲

酱油中的风味物质都是在微生物酶的的生化反应下将原料中的高分子物质分解而成的。酱油经过发酵后，产生出的微量成分超过300种。这300种成分的合成作用需要多种微生物多种不同性能的酶参与反应。单菌纯种发酵需然缩短了发酵周期，提高了产量，但不具备产生多营养多芳香物质的能力,单菌纯种发酵产品的风味和香气比多菌种发酵的酱油差。在米曲霉酱醪中添加黑曲霉发酵，氨基酸态氮和还原糖含量都比单菌种发酵高很多。

2)低温制醪天然发酵

天然发酵,形成春曲、夏酱、秋油的生产规律，就是说从春季制曲、制醪,夏季发酵到秋后成熟放油的过程。在春季制曲，温度偏低时能使乳酸菌等产酸菌得到抑制，中性的基质能使中性蛋白酶与淀粉酶的活性提高。到了夏季，气温逐渐上升,微生物生命活动旺盛,酱油进入主发酵期,基质内微生物利用原料生成各种醇类、酸类、脂类等多种风味物质。直至秋季到来,气温下降明显,酱油进入后熟阶段,微生物产生的酶继续与原料成分及各种代谢产物进行分解反应,能够充分利用酶活性及提高原料的利用率，能争取在放油前提高酱油中风物质的含量。

3)适量添加微生物与酶制剂

在很长一段时期，酱油酿造都是以天然晒露发酵为主，随着酿造工艺的改良，发酵方式逐步转变为菌种发酵，这有效解决发酵周期长、酶活力低的问题，酱油的品质获得了显著提升。

然而，目前使用的酶系较为单一，原材料得不到充分利用，原材料中很多成分无法分解为酱油的有效成分，从而影响了酱油的风味。淀粉质分解后产生的葡萄糖和麦芽糖等能增加酱油的甜味和固形物，且糖化后易被酵母发酵产生酒精，而酒精是酱油香气物质的重要组成部分。通过添加活力较高的淀粉酶，能够使淀粉质的利用获得显著提高。在酱油发酵的后期，可适量添加耐盐乳酸菌，其生长活动会产生多种芳香物质的前体物。

4)增加酱油的发酵时间

现如今，消费者都对酱油的色泽提出了较高的要求，各大生产厂商为了满足消费者的需要，都纷纷通过提高酱油的发酵温度，来改善产品的色泽，缩短发酵周期。有些厂商甚至将温度提高至60-70℃，在如此高的温度下，虽然可以使酶的反应速度加快，但却会对制曲时各种酶的作用发挥形成抑制，从而影响酱油风味物质的积累。通常情况下，发酵时间过短会造成微生物产生的各种酶无法与原料完全反应，导致分解效果变差，分解出的各类风味物质减少，而延长发酵的后熟时间可以使剩余酶的活力得以充分发挥，这有助于提高各种原料的利用效率以及酱油的色、香、味。在对酱醅进行保温发酵的过程中，为了充分发挥蛋白酶的作用，应当将温度保持在42-46℃左右，过低或是或高的温度均会对酵母菌等微生物的作用造成影响，从而会影响到酱油的风味，现代固态低盐发酵工艺周期至少为一个月，这样才能使酱油的色、香、味获得有效调和，有利于风味和产品质量的提高。

2.3控制原油储存周期

曲醪在晒场发酵完成后进入放油过程，原油放出时间与使用时间间隔不宜过长。原油在储存放置过程中微生物会反应剧烈，特别是酵母菌等菌类繁殖速度较快。酵母菌的繁殖导致原油出现酒味，影响酱油风味，所以原油储存过程中抑菌措施需要做足。

2.4通过调配改善风味

根据不同酱油产品的质量标准，配制成品酱油时需将发酵生产的不同原油进行不同比例的搭配。此外，也可根据各地地理位置不同、针对人们喜爱的口味，对酱油的风味作出调整。可以在原来酱油的基础上，增加砂糖、甘草等甜味剂，肌苷酸、鸟苷酸等助鲜剂，及其他香辛料(丁香、花椒、桂皮、茴香)等，以增加酱油的花色品种，改善酱油的风味。

3.结语

酱油风味的形成是多种风味物资相互协调的结果，是色泽、香气、滋味、体态综合后给予人的感官印象。酱油的风味物质是由原料经过多种微生物生命代谢为基础的生化反应产生的。为了改善酱油的风味，必须选取优质的原料、以及成熟的工艺。随着社会不断发展，人们对酱油调味品的风味提出了更多的要求，这要求生产企业不断生产出具有不同风味的酱油产品。特色酱油成为我们现阶段研究的新课题。