美拉德反應在水產制品中的應用

段靜瑤 王禹 王志龍 蘇巖峰 喻佩

摘要：美拉德反應是發生在羰基化合物和氨基化合物之間的一種非酶褐變反應，該反應能賦予水產制品獨特的風味和色澤。文章介紹了美拉德反應的機理、影響反應的因素及其在水產調味料和香料中的應用，同時概述了美拉德反應在改善水產蛋白功能特性方面的作用。

關鍵詞：美拉德反應；水產香精；水產調味料；蛋白質功能特性

中圖分類號：TS254.5????? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2024）02-0199-04

Application of Maillard Reaction in Aquatic Products

Abstract： Maillard reaction is a non-enzymatic browning reaction that occurs between carbonyl compounds and amino compounds， and can give aquatic products unique flavor and color. In this paper， the mechanism of Maillard reaction， the factors affecting reaction， and its application in aquatic seasonings and spices are introduced. At the same time， the effects of Maillard reaction on improving the functional characteristics of aquatic proteins are summarized.

Key words： Maillard reaction; aquatic essence; aquatic seasoning; functional characteristics of proteins

美拉德反應是羰基化合物（如醛類、酮類等）和氨基化合物（如氨基酸、肽、蛋白質）之間發生的非酶褐變反應，也叫作羰氨反應[1]。美拉德反應極其復雜，受反應底物、溫度、反應時間、pH和金屬離子等的影響。美拉德反應是食品中各種風味和色澤的重要來源，對于水產調味料和香精的生產至關重要。雖然美拉德反應會使水產制品中蛋白質等有效成分有所損失，從而降低營養價值，但是可以改善水產制品的色澤和風味，在水產制品的生產中已得到廣泛應用[2]。本文概述了美拉德反應機理、影響因素及其在水產制品中的應用。

1 美拉德反應機理

美拉德反應分為3個階段：初級階段、中間階段和高級階段[3]。

1.1 初級階段

還原糖的羰基化合物與氨基化合物中的游離氨基發生縮合反應生成席夫堿，席夫堿不穩定，隨即環化生成N-取代糖基胺。當還原糖為醛糖時，席夫堿環化生成的N-葡萄糖基胺經Amadori重排生成Amadori化合物（1-氨基-1-脫氧-2-酮糖）；而對于酮糖，其與氨基化合物生成的酮糖基胺則會發生Heynes重排反應，生成Heynes化合物（2-氨基-2-脫氧葡萄糖）。美拉德反應初級階段產物不會影響食品的色澤和香氣，但其可進一步反應生成非揮發性香氣物質[4]。

1.2 中間階段

此階段Amadori化合物有3種降解途徑：在pH≤7時，Amadori重排產物經1，2-烯醇化反應生成羥甲基糠醛（還原糖為己糖）或糠醛（還原糖為戊糖）；在pH＞7時，發生2，3-烯醇化反應生成脫氫還原酮類及還原酮類（食品香氣物質的前體）；繼續裂解形成羰基或二羰基化合物，以進行最后階段反應或與氨基進行Strecker降解反應，形成Strecker醛類，Strecker醛類是食物中不同香氣的主要來源之一[5]。

1.3 高級階段

該階段反應過程繁雜，主要為中間階段的產物與氨基化合物發生醇醛縮合反應、醛基-氨基反應和環化反應，最終生成高分子色素物質類黑精以及吡嗪、咪唑等風味物質。

2 美拉德反應影響因素

2.1 反應底物

2.1.1 氨基化合物

氨基化合物種類和結構的不同導致美拉德反應速率和風味的差異，氨基化合物反應的速率為胺>氨基酸>蛋白質。堿性氨基酸反應速率比酸性氨基酸快，氨基酸中氨基在ε位或末位反應速率比α位快。研究表明，丙氨酸、甘氨酸等和葡萄糖反應能產生焦糖香氣，組氨酸、賴氨酸、脯氨酸能產生烤面包香味，含硫氨基酸（如半胱氨酸、胱氨酸）在肉味香精的生產中發揮著重要作用[6]。

2.1.2 還原糖

在美拉德反應中，美拉德風味物質的形成與糖的種類密不可分。按照發生美拉德反應的難易程度對糖進行排序，順序為雙糖＜己酮糖＜己醛糖＜戊糖，環狀的核糖比開環的核糖反應要慢[7]。美拉德反應中常用的原料為木糖和葡萄糖，木糖相比于葡萄糖褐變程度較高，醬香味稍強，但其價格遠高于葡萄糖。

2.2 溫度

當美拉德反應的溫度較高時，會生成吡咯類、吡嗪類、吡啶類化合物，帶有燒烤的香氣；當反應溫度較低時，會生成呋喃類、醛類等化合物，導致香氣不濃郁。若溫度過高，會使反應產物碳化，同時還可能形成大量有毒有害物質。當溫度低于80 ℃時，無法達到理想的效果；當溫度在80～110 ℃時，香味濃郁，褐變程度增加；當美拉德反應溫度超過110 ℃時，生成物的香氣中會摻入其他雜氣，還伴有焦臭味。利用美拉德反應制取香味物質時，溫度通?？刂圃?00～110 ℃之間[8]。

2.3 反應時間

美拉德反應產物的形成與反應時間息息相關。反應時間過長，反應物顏色加深，可能出現焦糊味，甚至產生丙烯酰胺、雜環胺、羥甲基糠醛等有毒有害物質；反應時間太短也不利于美拉德反應，會導致反應不完全，從而使香味不夠濃厚，顏色較淺。王智勇[9]在利用美拉德反應生產調味品時，發現反應時間對美拉德反應有較明顯的影響，當反應時間控制在15～25 min時，產物顏色較淺，香氣不夠濃郁；當反應時間為45～55 min時，香氣濃厚，顏色較深；當反應時間超過90 min時，香氣中帶有雜氣并伴有焦臭氣味，且反應物顏色過深。

2.4 pH

當pH＜7.0時，美拉德反應不易發生，且易生成羥甲基糠醛或糠醛等物質；當pH＞7.0時，會促進美拉德反應的發生，有利于風味化合物的生成，且pH越高，生成的風味物質越多。張鋒[10]研究發現，在較低的pH下利用鯰魚頭生產魚味香精時，美拉德反應速度緩慢，未產生大量香味物質；當pH＞5.0時，反應物風味得到明顯改善，pH在7.0左右時最佳，而pH進一步增加，綜合感官評分有所下降[11]。

3 美拉德反應在水產制品中的應用

3.1 在水產香精中的應用

目前，市場上出售的水產類香精產品大多是通過美拉德反應而生成的。水產類香精香氣成分豐富，包含醛類、醇類、呋喃類、酮類、含氮化合物、含硫化合物、酯類、烴類和酚類等。水產香精在烹飪過程中的使用彌補了因烹制而導致的特征香氣損失，同時解決了某些水產品價格高的難題，雖然不能完全代替海鮮成分，但在一定程度上提升了產品的口感和香氣，降低了生產成本，同時可使產品的口味和香氣保持一致，滿足了消費者的多重需求。

劉紅等[12]以低值鰱魚為原料，稱取魚肉50 g，水和魚肉的比例為1∶10，加入2.4%的復合酶液（復合蛋白酶∶風味蛋白酶為1∶3），在50 ℃條件下酶解6 h，隨后將pH調為7.0，在95 ℃下滅酶5 min，以6 000 r/min離心15 min后得到蛋白酶水解液。在此水解液中添加3%葡萄糖、5%氯化鈉、0.5%鹽酸硫胺，通過美拉德反應制備得到一種新型魚味香精。制得的香精沒有魚類的腥味，具有特殊的醬香味、肉香味。

方杰等[13]以紫蛤為原料，得到通過美拉德反應制備紫蛤調味液的最佳工藝參數：pH為7.5，反應溫度為120 ℃，反應時間為3.5 h，木糖∶葡萄糖為1∶2，半胱氨酸鹽酸鹽添加量為1%，反應時間為30 min。在此條件下生成的風味物質帶有焦香味，同時掩蓋了紫蛤本身的腥味。

董志儉等[14]以低值海蝦酶解液為基料，得出美拉德反應的最優工藝條件：還原糖（木糖∶葡萄糖為1∶4）添加量為6%，氨基酸（精氨酸∶丙氨酸為2∶1）添加量為2%，將pH調節到8.0，反應溫度為115 ℃，反應時間為20 min，制得的蝦味香精澄清透明，蝦肉香味和燒烤味濃郁。

3.2 在水產調味料中的應用

水產調味料因含有豐富的核苷酸、氨基酸、有機酸、多肽等呈味成分和?；撬岬裙δ艹煞衷絹碓绞艿较M者的喜愛。水產調味料是以水產品為原料，經抽出、分解、加熱、濃縮、干燥、造粒等步驟生產而成的[15]。利用美拉德反應生產水產調味料，通常先將魚、蝦、貝類等水產原料加酶水解，在水解液中添加糖類和其余輔料，控制好反應溫度、時間和pH等因素，從而制得品質較佳的水產調味料。

生產水產調味料的主要原料通常為低值雜魚、蝦和水產加工下腳料（皮、骨、頭、尾）、副產物（煮汁、蒸煮液）等，其中不僅含有大量呈味物質，而且含有豐富的營養成分。若直接將其排放掉不僅會造成環境污染，而且會造成營養物質的損失。用其生產水產調味料不僅能增加水產原料的附加值，充分利用其所含的營養物質，而且解決了廢棄物排放造成的環境污染問題，是有效的水產品綜合利用方法[16]。

于亞輝等[17]以鮑魚蒸煮液為反應基料，通過美拉德反應確定了最佳工藝條件為 pH 8.0、葡萄糖添加量6.0%、精氨酸添加量0.4%、半胱氨酸添加量0.16%、甘氨酸添加量1.5%、組氨酸添加量1.2%、反應時間75 min、反應溫度110 ℃，在此條件下制備的海鮮調味品鮮味濃郁，幾乎不存在澀味和苦味等不良味道。

張滿等[18]將8%葡萄糖加入到牡蠣水解液中，在L-半胱氨酸鹽質量分數0.15%、VB1質量分數0.50%、體系初始pH 8.0、反應時間130 min的條件下進行美拉德反應，反應產物具有良好的肉香味，有效改善了牡蠣酶解產物的風味。王茵等[19]利用花蛤蒸煮液制備水產調味料，得出美拉德反應的最佳反應條件為木糖添加量10%、反應溫度110 ℃、反應時間70 min，在此條件下感官評分最高，鮮味提升，苦味減少。

張迪[20]以南極磷蝦為原料，確定美拉德反應的最優試驗條件為起始pH 8.5、D-木糖添加量40 g/L、氨基酸添加量30 g/L、食鹽添加量20 g/L、反應溫度105 ℃、反應時間90 min，制得的海鮮調味品兼具營養、保健與風味。

3.3 改善水產蛋白功能特性

水產蛋白的獲取來源較多，并且其所含氨基酸種類豐富，營養較均衡，其他陸地蛋白資源無法取代。雖然水產蛋白具有較好的功能特性，如乳化性和凝膠性等，但水產原料的易腐特性易引起蛋白質分解[21]，使得水產蛋白的化學穩定性和熱穩定性低于脊椎動物蛋白和植物蛋白，水產蛋白的功能特性也會隨著蛋白質的變性而降低，導致水產蛋白的應用受限。研究表明，美拉德反應是改善水產蛋白功能特性的有效方法，對于拓展水產蛋白在食品工業中的應用具有重要作用[21]。糖基化反應對水產蛋白的功能特性產生影響。

3.3.1 熱穩定性

熱穩定性是蛋白質主要的功能特性之一，在食品加工過程中，熱穩定性直接影響蛋白質的其他功能特性。因此，提高水產蛋白的熱穩定性十分必要。

Fujiwara等[22]利用葡聚糖作為糖基供體將鯉魚肉肌原纖維蛋白糖基化，研究結果表明，在7

3.3.2 乳化性

乳化性作為蛋白質的主要功能特性之一，對形成食品中穩定的泡沫體系和乳濁度起著主要作用。

Saeki等[24]將糖基化前、后的肌原纖維蛋白的乳化特性進行對比，發現未糖基化的肌原纖維蛋白乳化后，其乳濁度迅速降低，在8 min之內能明顯看到分離層；而糖基化的肌原纖維蛋白在60 min后仍保持渾濁，并未出現明顯的分層現象。葡萄糖、葡聚糖與鯉魚肉肌原纖維蛋白發生糖基化反應均可以改善鯉魚肉肌原纖維蛋白的乳化特性。蘆晶等[25]詳細研究了糖基化水產蛋白的乳化特性，選用不同種類的糖（天然和基因重組海藻酸裂解酶制備的海藻低聚糖）與鯉魚肉肌原纖維蛋白發生美拉德反應，結果表明，鯉魚肉肌原纖維蛋白的乳化特性經糖基化后均得到有效改善。

3.3.3 溶解性

Matsudomi等[26]報道表明糖基化反應可以提高水產蛋白的溶解度，特別是在低離子濃度的溶液中，肌原纖維蛋白與葡萄糖在40 ℃條件下反應12 h，在0.1 mol/L NaCl溶液中溶解性最高，可達到63%，而未經糖基化的肌原纖維蛋白在同樣條件下溶解性只達到11%。Sato等[27-28]以海藻低聚糖為糖基供體對鯉魚肉肌原纖維蛋白的功能特性進行改善，結果表明，肌原纖維蛋白與海藻低聚糖偶聯后在低離子強度溶液（0.16 mol/L NaCl溶液）中溶解性有很大提高。

3.3.4 過敏反應

李慶麗等[29]選用麥芽糖、葡萄糖等還原糖作為糖基與蝦過敏原進行美拉德反應，研究其對蝦過敏原免疫活性的影響。結果表明，蝦過敏原與葡萄糖發生美拉德反應后，其免疫活性降低約10%，與麥芽糖發生美拉德反應后蝦過敏原的免疫活性降低60%，蝦過敏原與還原糖發生美拉德反應后可有效降低其免疫活性。

張敏[30]用鱈魚小清蛋白作為研究對象，并選擇糖基化的方法對其進行降敏研究，使用間接競爭ELISA方法研究糖基化修飾對鱈魚小清蛋白致敏性的影響，得出糖基化修飾結合胃腸道消化是降低鱈魚小清蛋白致敏性較有效的方法。

4 展望

美拉德反應能夠有效改善水產制品風味和水產蛋白功能特性，在水產制品生產中展現出巨大的應用潛力。但美拉德反應復雜，反應產物種類繁多，可能會生成一些有毒有害物質，如5-羥甲基糠醛、晚期糖基化終末產物等，因此應合理控制反應進程，使反應向期望的方向發展，避免有毒有害物質的生成。今后伴隨著美拉德反應機理研究的不斷深入，美拉德反應在水產加工業中的應用將越來越廣泛。

水產制品加工過程中會產生大量廢棄物，如果可以合理利用這些廢棄物，對于海洋資源的綜合利用具有重要作用。此外，隨著社會的發展，消費者對調味品的要求也越來越高，不僅要求色、香、味俱全，而且要求兼具營養、健康等特點，而水產制品廢棄物中富含營養物質和功能成分（活性多糖、膠原蛋白、硫酸軟骨素等），對改善人體生理機能有一定作用。合理利用水產制品廢棄物，不僅能增加水產原料附加值，而且可以保護生態環境，對于推動我國水產業的健康可持續發展具有重要意義。

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