肌肉蛋白与挥发性风味物质的相互作用机制及影响因素研究进展

风味是衡量肉制品品质特性的主要指标之一，在很大程度上影响着消费者对产品的接受性。人体对风味化合物的感知主要取决于各种挥发性成分的浓度、阈值等，其与挥发性成分的温度、蒸气压和其他食品成分有关。在肉类食品风味形成过程中，肌肉蛋白对风味形成的贡献作用主要表现在两个方面：一是蛋白质的降解作用，在该过程中产生的小肽和游离氨基酸是形成风味化合物的前体物质，这些物质的释放与降解可调节挥发性化合物与非挥发性化合物的组成，进而影响肉制品的整体风味，但是这种作用是非常有限的；更多情况下，蛋白质通过物理或者化学方式实现对挥发性成分的吸附，进而改变风味物质的顶空浓度，通过提高挥发性成分的传质阻力而在不同程度上改变风味的整体平衡，对风味的释放产生很大影响。

随着人们对肉及肉制品品质需求的提升，了解肉类基质（肌肉蛋白）与风味物质之间的相互作用，不仅有利于挥发性成分在加工及贮藏过程中的保持，而且对生产和改进具有良好风味的产品具有重要意义。东北农业大学食品学院的殷小钰、刘昊天和陈倩*等人综合近几年国内外相关研究，简述肌肉蛋白与挥发性风味物质相互作用的机制，综述引起肌肉蛋白质结构发生变化的影响因素以及结构变化对肌肉蛋白与风味物质相互作用的影响，以期为肉制品风味调控提供理论参考及借鉴。

1 肌肉蛋白的组成及结构

根据蛋白质在肌肉组织上位置的不同，肌肉蛋白可以分为肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和基质蛋白。肌原纤维蛋白是影响肌肉食品品质的重要结构蛋白，主要包括肌球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白、肌原蛋白等，其中，肌球蛋白（占肌原纤维肉类蛋白总质量的43%）和肌动蛋白（占肌原纤维肉类蛋白总质量的20%）是肉中两种主要的肌原纤维蛋白。肌球蛋白和肌动蛋白共同参与肌肉的收缩过程，结合形成肌动球蛋白，也可以在体外产生，增加溶液的黏度。作为肉中最易提取的水溶性蛋白，肌浆蛋白中含有肌溶蛋白、肌红蛋白、肌浆酶和肌粒蛋白等。可见，肌肉蛋白质是一种复合体系的蛋白质，并且由于其结构的特殊性，关于肌肉蛋白与风味物质相互作用的研究进展较为缓慢。

2 肌肉蛋白与风味物质的相互作用机制

至今在热加工肉制品中已鉴定出1 000多种挥发性化合物。目前，蛋白质与风味物质相互作用机制研究最多的β-乳球蛋白模型，由于肌肉蛋白质的化学结构（如氨基酸侧链、蛋白质末端基团以及疏水区域）较为复杂，而且传质过程又与黏度和蛋白质的凝胶结构有关，因此肌肉蛋白质与风味物质之间的作用机制具有多样性。蛋白质与风味物质的相互作用主要包括物理结合、化学相互作用和传质效应。在肉及肉制品中，疏水相互作用是维持蛋白质与风味物质相互作用的主要作用力。

2.1 物理结合

蛋白质与风味物质之间的物理结合主要包括范德华力和毛细管吸附作用，为可逆结合。一般情况下，风味化合物被物理截留在蛋白质的毛细管和裂隙中以此来影响它们的风味性质，这主要与蛋白质和风味物质的组成及性质相关，没有统一的结合机制。

2.2 化学相互作用

化学相互作用包括可逆的弱疏水相互作用、强烈的离子效应和不可逆的强共价键。在肉及肉制品中，疏水相互作用是维持蛋白质与风味物质相互作用的主要作用力（图1），这也是多肽链的特殊折叠及蛋白质结构趋向稳定的一种表现。在液体和高水分食品中，风味物质与蛋白质结合的作用机制主要涉及非极性风味化合物与蛋白质表面的疏水区域或空腔的相互作用。一般而言，表面疏水性较强的蛋白也会在分子表面对风味化合物直接进行吸附。

现阶段认为，在蛋白质的结构中具有一些相同的、但又互相独立的结合位点，这些存在于空腔中的位点通常由疏水性残基构成，可以与风味化合物发生相互作用，进而结合风味化合物。对于那些表面疏水性较弱的蛋白质分子，风味物质则会进入到蛋白分子内部与空腔的这些疏水位点发生作用进行结合。此外，含有极性基团（如羟基和羧基）的风味化合物可以通过氢键和离子效应与蛋白质结合。

蛋白质与羰基化合物的共价结合主要是通过蛋白质中氨基酸残基（—SH和—NH2）与风味化合物发生作用形成的。半胱氨酸（Cys）和甲硫氨酸（Met）是肉制品中两种主要的含硫氨基酸，其中的巯基可参与蛋白质分子间和分子内的二硫键交联，维持蛋白质结构的稳定。若蛋白质中含硫氨基酸含量较少，则不易与蛋白质中巯基与风味化合物的结合；若蛋白质中含硫氨基酸较多，一部分巯基参与维持蛋白结构稳定的二硫键的形成，尚有一部分有效巯基可与风味化合物发生共价结合，增加蛋白质与其结合程度。另外，蛋白质中赖氨酸（Lys）残基的氨基也会通过共价键作用与风味化合物发生结合，但是与含硫氨基酸残基相比，含氨基的氨基酸残基更容易与风味化合物发生共价结合。

2.3 传质阻力

在食品体系中，蛋白质经常用于提供黏性或发生凝胶化。体系黏度的增大和凝胶结构会阻碍风味化合物的传质过程，影响风味物质的释放。其中，凝胶化作用更为显著，只有当凝胶结构被破坏时，风味物质才能够从食物中释放。肌肉蛋白中，肌原纤维蛋白的热凝胶特性对肉及肉制品的质构特性具有重要影响，其形成热诱导凝胶的能力非常强，质量分数0.5%时就足以使其发生凝胶化。在形成凝胶的过程中，肌球蛋白的作用比较大，而肌动蛋白不具备形成凝胶的能力，但是其比例可以影响所形成凝胶的刚性。肌肉蛋白是一种结构和流变学性质非常复杂的蛋白，因此，其与风味成分的相互作用机制还有待进一步深入研究，特别是作用位点的确定以及这些作用位点各自倾向于与哪种风味成分结合。

3 肌肉蛋白与风味物质相互作用的影响因素

肌肉蛋白质及挥发性化合物的相互作用与蛋白质性质、风味物质类型、离子强度、pH值、蛋白质氧化和加热温度有关，但不存在统一的作用机制。其中蛋白质的浓度、加热温度、pH值以及蛋白质氧化可以诱导蛋白质构象的变化，进而影响蛋白质与风味物质的相互作用。因此，探讨诱导肌肉蛋白质结构发生变化的影响因素以及结构变化是如何影响肌肉蛋白质与风味物质的相互作用对深入研究二者相互作用具有重要的意义。

3.1 肌肉蛋白性质

蛋白质的种类和浓度是影响蛋白质与风味化合物相互作用的重要因素，然而，蛋白质浓度对风味化合物吸附能力的影响机制尚未完全阐明。肌肉蛋白质是一种复合体系的蛋白质，并且由于其结构的特殊性，一般都是在模拟体系中完成。

3.2 风味物质类型

蛋白质并不是以相同的亲和力与所有风味化合物相结合。许多研究表明，肌原纤维蛋白与不同种类风味化合物的作用强度有显著性差异，这与该化合物的碳链长度、分支程度、官能团等密切相关。目前，肌肉蛋白与醇类、酮类、醛类、酯类、一些含硫化合物以及吡嗪类化合物之间的相互作用已经被研究。风味物质的属性在其与肌肉蛋白相互作用机制中起着重要的作用，这些研究结果有助于建立不同分子结构的风味物质对肉制品风味感知的可能贡献模式。

3.3 加热温度

加热对蛋白质的作用及其对风味化合物释放或保留的作用直接影响食品的风味轮廓。加热是肉制品加工过程中最为常见的加工方式，热诱导蛋白聚合是加热过程中改变蛋白质三维空间结构的决定性因素。蛋白质受热后稳定其结构的氢键含量会降低，从而导致多肽链的展开，这种展开会引起许多疏水性风味结合位点暴露。此外，加热后聚合的蛋白质结构不太紧密，促进了其与风味化合物的结合，尤其是与空腔的结合，因为加热后更易使风味化合物从这个空腔进入或出来，从而导致风味化合物包裹于蛋白质分子内部或被再次释放。在加热的过程中，肌肉蛋白质本身也是产生香气的一个来源，这些额外产生的风味化合物也应该考虑进去，以此来深入理解改变蛋白质成分引起的风味感知变化。

3.4 pH值

pH值是影响食品蛋白与风味化合物结合能力的重要因素之一。pH值可以通过改变氨基酸残基的微环境、表面疏水性、蛋白质聚集程度、蛋白质的溶解度、蛋白质分子所带电荷量以及诱导蛋白变性来改变蛋白的二级结构，从而来改变蛋白质分子与风味物质之间的非共价作用（静电作用和疏水相互作用）。关于pH值对二者相互作用的影响，在乳蛋白方面研究地比较多，近年来pH值对肌肉蛋白风味结合能力的影响陆续被报道。

3.5 离子强度

在肉制品加工过程中，腌制是一个重要的工艺环节。腌制的目的已从过去单纯的防腐贮藏，发展到改善肉的色泽、质构以及风味等，其中主要的腌制剂为氯化钠（NaCl）。目前，在模拟体系中已有研究表明，添加不同浓度NaCl会导致介质离子力的改变，发生“盐析效应”，从而增加风味化合物的顶空浓度，促进与蛋白质作用的风味成分释放。

除了“盐析效应”，为了阐明NaCl浓度对肌肉蛋白风味吸附特性的影响，许多研究人员研究了不同浓度的NaCl对肌原纤维蛋白风味结合能力的影响。近年来，随着人们健康意识的加强，肉制品企业和消费者越来越多地青睐于低钠盐食品。MgCl2和CaCl2对选择的挥发性化合物并没有产生盐析作用，但在高离子强度下，MgCl2对肌浆蛋白与支链醛吸附作用的影响较大。对于其他化合物，即使在高离子强度下，MgCl2和CaCl2对肌浆蛋白与风味吸附作用的影响也很小。因此，在研究其他氯化物部分替代NaCl时，不仅要考虑到它们的盐析作用，还要考虑到它们对蛋白质风味结合能力的影响。

3.6 蛋白质氧化

蛋白质氧化通常是在自由基及其他相关氧化产物的作用下，某些特定的氨基酸残基发生反应引起蛋白质二级和三级结构的变化。在肉及肉制品的加工和贮藏过程中，肌肉蛋白不可避免地会受到活性氧基团的氧化攻击，造成氧化损伤，进而诱导蛋白质的结构发生变化。由于蛋白质的结合能力在很大程度上依赖于蛋白质的构象，因此建立蛋白氧化程度与两者相互作用的相关性，从蛋白氧化的角度研究其与风味物质相互作用，可为肉制品风味调控提供一定的理论依据。目前已有研究表明，肉品风味与凝胶品质之间存在明显的相关性，然而蛋白氧化诱导的凝胶性质的变化对其与风味物质结合/释放的影响仍有待进一步探究。

3.7 其他加工工艺条件

目前，各种加工工艺都被证明会影响蛋白质的结合能力。作为一种新型的加工技术，家用微波炉在肌肉食品中的应用越来广泛。关于肌肉蛋白与挥发性化合物的相互作用，一些研究人员还考虑到了酶解肌肉蛋白对其结合能力的影响。众所周知，在干腌肉制品风味形成中，内源酶对肌肉蛋白降解产生游离氨基酸和其他低分子质量的化合物作用明显。随着肉制品产业的发展，研究肌肉蛋白和风味物质相互作用的影响因素，了解肉类加工过程中肌肉蛋白与风味物质的变化，可以用来避免肉及肉制品在生产加工过程中处理不当而造成的肌肉食品的风味损失，对改善肉制品质量和提高肉制品风味具有重要意义。

结 语

蛋白质可逆或不可逆地与挥发性物质结合会影响最终产品的风味品质。了解这种相互作用有助于食品生产者获得关键性信息，利用可逆结合（离子键、氢键、疏水相互作用）降低肉制品加工过程的风味损失，利用不可逆结合（共价键结合）除去肉及肉制品的异味，以开发出具有理想风味属性的肌肉产品。然而，肌肉蛋白与风味物质的相互作用机制还有待进一步深入研究，特别是作用位点的确定及相互作用前后蛋白质构象的变化，因此，有必要借助一些目前比较先进和新颖的研究手段（如二维核磁共振光谱技术、脉冲梯度核磁共振技术、荧光光谱技术和等温滴定量热技术等）来测定蛋白质的吸附常数、共价结合位点以及结合比例等，达到有效分析。

目前，由于肌肉食品组织结构的复杂性，关于肌肉蛋白与风味物质相互作用的研究，一般都是在模拟体系中完成。肉及肉制品是一个复杂体系，在实际加工过程中，肌肉蛋白结构的变化对其与风味物质相互作用的影响并不简单。因此，在研究单一蛋白的基础上进一步研究复合蛋白体系和多组分食品基质与风味化合物的相互作用是未来研究的发展趋势之一。此外，随着低脂肪肉制品的不断发展，深入研究肌肉蛋白质与风味化合物的作用，了解它们在肉类加工到食用过程中的变化，对制定出种类丰富、可被广泛接受的低脂风味配方以及改善肉品风味具有极大意义。

本文《肌肉蛋白与挥发性风味物质的相互作用机制及影响因素研究进展》来源于《食品科学》2020年41卷15期288-294页，作者：殷小钰，刘昊天，邹汶蓉，孔保华，陈倩。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190815-158。点击下阅读原文即可查看文章相关信息。

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