苦味物質(zhì)的呈味機(jī)理及苦的抑制技術(shù)

疼痛是一種廣泛分布的味道?？喾蛛x的閾值很低?？辔痘衔锛词刮⒛栆部杀粰z測(cè)到,而且苦味的感覺也比甜味、咸味及酸味持續(xù)的時(shí)間長,因此單純的苦味是消費(fèi)者拒食苦味物質(zhì)的根本原因。然而苦味在調(diào)味和生理調(diào)節(jié)上又不可缺少,當(dāng)它與甜、酸或其他味感調(diào)節(jié)得當(dāng)時(shí),能起著某種改進(jìn)食品風(fēng)味的特殊作用。膳食中的苦味成分特別是植物性酚、黃酮類、萜和硫苷等化合物雖很苦,但卻具有抗氧化、降低腫瘤和心血管疾病發(fā)病率的作用,常被稱為植物性營養(yǎng)素。那么如何使這些具有生物活性的苦味成分在食品中保存,又能使此類食品的口味被消費(fèi)者所接受,也就是說,既要保證苦味物質(zhì)的生理功能,又要減輕或改善苦味感覺,研究苦味修飾技術(shù)就成為一個(gè)重要課題。鑒于此,文章就苦味進(jìn)行一些探討。主要有苦味呈味機(jī)理、苦味物質(zhì)特性及苦味抑制技術(shù)。1個(gè)興趣受體苦味感覺的生物學(xué)效應(yīng)是很難解釋的。長期以來的困惑是,為何結(jié)構(gòu)上毫不相干的化合物能產(chǎn)生相同的苦味。這與苦味受體有關(guān)。一般而言,感受苦味的味蕾大部分是在舌頭的后部?？辔妒荏w本身具有疏水性,同時(shí)又能吸附極性基。它由少數(shù)蛋白質(zhì)的磷脂、特別是多烯磷酯、肌醇磷脂等構(gòu)成,但苦味物質(zhì)與苦味受體之間的關(guān)系究竟如何呢?當(dāng)苦味受體受到苦味物質(zhì)刺激后又是如何轉(zhuǎn)換成苦味感覺的呢?綜合現(xiàn)有文獻(xiàn)資料,有以下幾種學(xué)說。1.1脂質(zhì)層的分子排列Brand等提出味感受器對(duì)苦味物質(zhì)的識(shí)別有專一性,而此專一性與味感受器上的脂質(zhì)層的分子排列或結(jié)構(gòu)有關(guān)。Glenn則認(rèn)為在味感受器膜上的脂質(zhì)單層的表面壓力,會(huì)因與苦味物質(zhì)的結(jié)構(gòu)形成復(fù)合物,從而造成期表面壓力的增加,因此推論在味感受器的脂質(zhì)單層也會(huì)牽涉到苦味刺激的感受,而非僅僅是由味蕾接受器單獨(dú)參與作用。1.2ah與b配合的分子內(nèi)氫鍵Kubota在研究延命草雙萜烯化合物時(shí)發(fā)現(xiàn)苦味的呈現(xiàn)需要AH和B基團(tuán),只是兩者之間的距離為0.15nm時(shí)可形成分子內(nèi)氫鍵,內(nèi)氫鍵能增加分子的疏水性,且易與過渡金屬離子形成螯合物,合乎一般苦味分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律。1.3甜/味感受器的晶體結(jié)構(gòu)許多學(xué)者提出關(guān)于苦味的化學(xué)呈味模式與甜味相似。這個(gè)模式包括三個(gè)部分:分別為AH(親電性基團(tuán))、B(親核性基團(tuán))、X(疏水基團(tuán)),若呈味物質(zhì)的這三個(gè)基團(tuán)分別與味感受器的A’B’X’三點(diǎn)結(jié)合則產(chǎn)生甜味。對(duì)于苦味,Tamura等認(rèn)為,苦味分子中的親電性基團(tuán)AH與味感受器的A’結(jié)合,疏水性基團(tuán)X與X’結(jié)合,而味感受器上的第三個(gè)B’位置必須是空的,才能產(chǎn)生苦味。Temussi認(rèn)為呈味物質(zhì)的分子中AH-B的位置在立體結(jié)構(gòu)上相反時(shí),也會(huì)有甜味和苦味的差異,即AH于右方時(shí)是苦的,AH于左方時(shí)是甜的。Belitz等用三維空間坐標(biāo)圖顯示親電性基團(tuán)(P+)、親核性基團(tuán)(P-)和非極性疏水性基團(tuán)(a)的三維空間相對(duì)位置,指出何種物質(zhì)是甜的,何種物質(zhì)是苦的。當(dāng)P+基團(tuán)和P-基團(tuán)分別位于X軸和Y軸,而疏水性基團(tuán)a位于X或Z軸時(shí),該化合物就會(huì)產(chǎn)生苦味,當(dāng)缺少P-基因時(shí),也會(huì)產(chǎn)生苦味,此時(shí)無須考慮疏水性基團(tuán)的位置,針對(duì)多種苦味物質(zhì),他們P+和P-之間的距離大概為0.25~0.80nm。2有機(jī)物濃度存在于食物中的苦味物質(zhì)可分為無機(jī)鹽和有機(jī)物,在無機(jī)鹽中,分子量越大,越具苦味。有機(jī)物中的苦味物質(zhì)類別較多,主要有生物堿、萜類、糖苷類和苦味肽類。2.1堿與堿的配比對(duì)鹽堿土的影響生物堿的分子中都含有氮,可分為59類,已知約有6000種,幾乎全都具有苦味,且生物堿的堿性越強(qiáng)則越苦,成鹽后仍苦。如常見茶的苦味,來自于茶堿和咖啡因,咖啡的苦味來自于咖啡因,可可與巧克力的苦味則來自于可可因,這三者皆具有興奮作用。2.2啤酒的痛苦物質(zhì)萜類化合物種類繁多,達(dá)萬種以上,它們一般含有內(nèi)酯、內(nèi)縮醛、內(nèi)氫鍵、糖苷羥基等能形成螯合物的結(jié)構(gòu)而有苦味,如某些柑橘汁的放置或加工時(shí)會(huì)逐淅變苦,這是由于柑橘汁中存在一種檸檬苦素的物質(zhì)。其濃度為2~7ppm時(shí)就感覺到苦味,其濃度達(dá)15ppm以上就會(huì)變得非常之苦。而啤酒中的苦味成分與啤酒花的苦味物質(zhì)α-酸、β-酸及其氧化產(chǎn)物有關(guān)。在啤酒釀造過程中這些苦味物質(zhì)會(huì)進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)變化,最后形成一些產(chǎn)物殘留在啤酒中,因此啤酒的重要苦味物質(zhì)為異α-酸、草酮、副草酮及蛇麻酮等達(dá)三十多種。從靈芝提取物中分離出的百余種三萜類成分及相關(guān)化合物,依基本骨架碳數(shù)不同,可分為碳數(shù)30的靈芝酸類、碳數(shù)27的赤芝酸類及碳數(shù)27的赤芝酮類,其中靈芝A、C1、J,赤芝酸A、C具有強(qiáng)烈的苦味,而赤芝酸D的苦味最強(qiáng),其苦味閾值達(dá)5.0×10-10(M),是硫酸奎寧的苦味閾值濃度的16000倍。2.3黃酮類化合物以苦味酚類為例,食物和飲料中的異味大多與此相關(guān),目前大約發(fā)現(xiàn)15類以上的膳食酚類化合物,從單分子到高分子聚合物,黃酮類化合物是其中最重要的一類。包括黃烷酮、黃酮醇、黃酮、異黃酮、黃烷(兒茶素)及花色素苷可分為13種,達(dá)5000多個(gè)苦味酚類,均存在于柑橘、茶、大豆、巧克力、紅酒等中,它們各自發(fā)揮其特定的作用。2.4疏水性氨基酸比例對(duì)低聚肽口感及肽內(nèi)口感的影響蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物多有苦味,大豆蛋白水解物的苦味尤為顯著,蛋白水解物的苦味主要來自于水解物中的低聚肽,其鏈長從2、3個(gè)到十幾個(gè)氨基酸不等。而低聚肽苦味的定性目前多以Nay等人所提出的平均疏水值Q為標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)Q<5.44kJ/mol時(shí)不苦,Q>5.8kJ/mol則呈苦味。疏水性氨基酸比例越高則肽的苦味越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),大豆蛋白水解物的苦味大小與肽分子量大小顯著相關(guān),當(dāng)分子量為1000~4000Da時(shí)具有苦味,而小于1000Da的肽幾乎沒有苦味。3要清除痛苦成分食物中的苦味被認(rèn)為是口感上的一大缺憾,消費(fèi)者一般拒食苦味食物,當(dāng)然并不是所有苦味食品都被拒絕。某些食物、飲料,一定程度的苦味還是為人們所期望的,如咖啡、啤酒等,但過苦還是被拒絕,如常見的蔬菜苦瓜就并非人人能接受。鑒于此,食品加工就必須考慮除去苦味成分。由于苦味成分復(fù)雜,加之對(duì)苦味呈味機(jī)理的認(rèn)識(shí)有限,故沒有一個(gè)通用的較為成熟的苦味抑制技術(shù),目前還處于探索之中。3.1不同研磨劑的作用對(duì)于一些有苦味的食物和口服藥物,人們最常用的辦法是添加甜味劑來掩蓋或消除。此外,食鹽(NaCl)對(duì)很多苦味物質(zhì)(奎寧、咖啡因、尿素等)皆有抑制作用。Gleen利用比例估計(jì)法進(jìn)行不同苦味劑與食鹽的苦味品評(píng),發(fā)現(xiàn)高濃度的食鹽水溶液可抑制大約78%的氯化鉀、尿素的苦味強(qiáng)度,而對(duì)奎寧和咖啡因則只能抑制48%的苦味強(qiáng)度,對(duì)硫酸鎂的苦味無抑制作用,說明其抑制作用依不同苦味劑而不同。Desimone等用十二烷基磺酸鈉來降低奎寧的苦味。Prescott等則利用一種辣味物質(zhì)的辣椒素來達(dá)到降低苦味的作用。Nissen等發(fā)現(xiàn)添加檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸能有效降低蛋白水解物的苦味。用鮮味氨基酸天冬氨酸(Asp)谷氨酸(Glu)也能有效的抑制苦味,Glu-Glu效果更好。Calvino等利用羧甲基纖維素(CMC)和明膠來改變?nèi)芤赫吵矶?以達(dá)到降低苦味的作用。Martin等報(bào)道酒精的加入會(huì)增強(qiáng)苦味,因此對(duì)一些含酒精的物質(zhì)可以利用降低酒精含量來達(dá)到降低產(chǎn)品苦味的目的。3.2巴甜與蔗糖的抑制能力2-(4-甲氧基.苯氧基)丙酸(2,4-MPP)可用來抑制過量的甜度效果較好。該化合物對(duì)苦味的抑制如在奎寧、咖啡因、氯化鉀、阿斯巴甜與蔗糖的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)其對(duì)奎寧和咖啡因的抑制能力較差,但對(duì)氯化鉀、阿斯巴甜與蔗糖的抑制能力較高,這主要是利用與味感受器競爭的原理抑制苦味和甜味。另一抑制劑2,4-二羥基苯甲酸(2,4-DHB)其抑制原理同2,4-MPP,對(duì)蔗糖與阿斯巴甜的甜味均有抑制效果。但對(duì)氯化鉀的苦味和糖精的后苦味則有明顯的抑制作用。在Katsuragi等文獻(xiàn)中提到同樣是利用競爭味感受器的機(jī)制,來達(dá)到苦味抑制的效果,使用的是脂蛋白類的化合物,包括磷脂(PA)、β-乳球蛋白(LG)和PA-LG等,這些苦味抑制劑主要是抑制疏水性物質(zhì)。Ugawa等報(bào)告了3%的PA-LG對(duì)咖啡因、奎寧、異丙嗪鹽酸鹽、甘氨酰L-亮氨酸、L-苯丙氨酸、柚皮苷和茶堿也有較好的苦味抑制效果,但PA的成本相當(dāng)高,其應(yīng)用受到限制。3.3外切多肽酶及蛋白質(zhì)水解對(duì)于大多數(shù)苦味肽含有較多的疏水性氨基酸,而且主要位于苦味肽的末端,如果切除此類疏水性氨基酸,則苦味肽的苦味明顯降低,故采用外切多肽酶切除苦味肽兩端的疏水性氨基酸而達(dá)到脫苦的目的。另外通過蛋白質(zhì)水解用酶來精選可以使疏水性氨基酸不在肽末端,使蛋白質(zhì)水解后不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生苦味肽。以柑橘類的苦味物質(zhì)檸檬苦素也可用一種檸檬酸脫氫酶將檸檬苦素分子中的D環(huán)打開而脫去苦味。3.4使用超濾膜脫苦方法該法主要用于苦味肽的除去,采用活性炭、葡聚糖、瓊脂、玻璃纖維等的吸附作用脫除苦味。也可利用一些有機(jī)溶劑,如乙醇、丙醇等提取苦味肽。利用疏水性多肽在水溶液中的不穩(wěn)定性,可以調(diào)節(jié)水解液的pH使其先沉淀除去。此外采用超濾技術(shù)處理也是大豆肽脫苦的有效方法。通過使用幾種不同分子量截留范圍的超濾膜即可將苦味肽脫除。除以上一些苦味抑制方法外,對(duì)于植物性食物中苦味的除去,現(xiàn)采用選擇性培育新的無苦味或苦味的品種方法去除植物中的苦味化學(xué)物質(zhì)。有文獻(xiàn)報(bào)道已有不含檸檬苦素的轉(zhuǎn)基因柑橘。這種方法可能帶來的負(fù)面影響是