呈味肽研究進展

呈味肽研究進展

食品有三個主要因素：營養(yǎng)、安全和感覺。滋味是食品感官質量最重要的屬性之一,主要是通過舌頭的味蕾感知,其次是自由神經末梢,是水溶性物質刺激味覺感受器再經過味覺神經傳入到大腦的味覺中樞,經分析整合產生的化學感應。滋味一般由甜味、咸味、苦味、酸味和鮮味5種基本味覺構成,它們的味覺感受器分別位于舌頭的不同區(qū)域,同時口腔后部、胃和直腸也有部分能與呈味物質發(fā)生特異性結合的受體,呈味物質與這些受體結合后并不能讓人產生味感,而只是起到加強味感的作用。呈味肽是指從食物中提取或由氨基酸合成得到的對食品風味具有一定貢獻的分子質量低于5000u的寡肽類,包括特征滋味肽和風味前體肽。呈味肽存在于肉類、水果和蔬菜等各種食物中,無論對于加工食品還是未經加工食品的風味都非常重要。呈味肽不但能產生特征滋味,還可以作為揮發(fā)性風味物質的前體物參與美拉德反應,形成特殊的芳香氣味,因此通常所說的各種肽的呈味作用是其綜合效果。Yamasaki等在1978年的研究表明肽可以使食物變得更加美味,并首次從木瓜蛋白酶處理的牛肉中分離出了具有“鮮美”味道的牛肉辛肽,隨后他們合成了一系列結構類似的肽,但卻具有酸味、苦味等性質。隨后Spanier等報道牛肉辛肽存在于天然的、未經酶處理的牛肉中,建議命名為風味增強肽,vanWassenaar等通過高效液相色譜等方法確定了其氨基酸序列為Lys-Gly-Asp-Glu-Ser-Leu-LeuAla,而Wang等合成了牛肉辛肽并測定了其在不同pH值條件下的鮮味閾值,當pH值為6.5時,其鮮味最強。Fujimaki等和Adler-Nissen等分別從經酶處理過的魚中和大豆中提取出來了各種小分子肽,經鑒定從魚中提取的肽具有鮮味、苦味,而大豆中獲得的肽具有苦味、澀味性質,同時研究表明肽鏈的長短不同,味感不同,肽鏈越長,味感越不明顯。研究采用凝膠過濾色譜,反相高效液相色,飛行時間串聯(lián)質譜等方法分別從奶酪、豆?jié){、酪蛋白、大豆蛋白、雞蛋白質酶解物,乳蛋白酶解物和火腿酶解物中分離鑒定出大量呈味肽如Glu-Glu、Glu-Val、Ala-Asp-Glu、Ala-GluAsp、Asp-Glu-Glu、Ser-Pro-Glu、Glu-Glu-Asn和LeuSer-Glu-Arg-Tyr-Pro等,結果表明這些呈味肽大多為混合物,并且單一的肽滋味特征不明顯。目前國內對呈味肽的研究主要停留在發(fā)掘階段,關于呈味肽與味覺感受器相互作用而呈味的機理還不是十分清晰。本文闡述了食品中的呈味肽及其在食品中的作用,綜述了5類呈味肽的呈味機理的研究新進展,以期為食品風味研究及調味品的開發(fā)提供參考依據(jù)。1參與食物中的異丙酮作用1.1發(fā)酵劑和肉肽呈味肽對于發(fā)酵產品、腌制和煙熏產品的特征滋味產生具有重要作用,因為這些產品在加工過程中會產生大量小肽,賦予食品特殊風味。二肽如肌肽(β-丙氨?；M氨酸,carosine)、鵝肌肽(β-丙氨?；?1-甲基組氨酸,anserine)和鯨肌肽(β-丙氨?；?3-甲基組氨酸,balenine)一般存在于魚類、甲殼動物、軟體動物、畜類和禽類中,因含有氨基和羧基兩性基團而在中性pH值附近具有很強的緩沖能力,且味道的濃厚程度與這種緩沖能力密切相關,因此能賦予食品細膩微妙的風味,具有風味增效作用。肌肽不僅可以通過緩沖生理pH值賦予食品圓潤濃郁的味道,而且可以螯合金屬離子,尤其是銅離子,抑制清除自由基達到抑制脂質氧化的作用,同時可以防止肌紅蛋白的形成,從而可以阻止肉類酸敗氣味的形成和顏色的變化,改善肉制品的品質和風味。牛肉和豬肉在解僵成熟期間和烹飪過程中會生成大量肌肽,這些肌肽不但對肉的成熟起著一定的作用,而且能產生特征滋味,如鮮味。蛋白質降解為多肽的過程是火腿風味形成的限速步驟,成熟火腿特征風味的形成與肽類成分密切相關,尤其肌肽對火腿滋味具有很強的緩沖作用,部分含有Glu的小分子肽和火腿的鮮味有關。谷胱甘肽能夠改善食品的風味和品質,在肉類、海鮮類食品中添加谷胱甘肽,不僅可大大延長其保鮮期,還可以強化令人喜愛的口感,另外,谷胱甘肽在L-谷氨酸核酸系具有呈味性或與其混合物共存時,具有較強的肉類風味。1.2美拉德反應產物的前體物質肽作為香味形成的重要前體物,可以與還原糖、氨基酸、脂肪酸和硫胺素等風味前體物發(fā)生系列反應,如美拉德反應,產生特征香味。肽類參與的美拉德反應不但能產生特征香味,而且比起其他前體物參與的美拉德反應所產生的揮發(fā)性芳香物質更為豐富。vanLancker等模擬了以賴氨酸的-NH2為N端的二肽與葡萄糖、甲基乙二醛和乙二醛發(fā)生的美拉德反應,反應產生了似堅果香或烤香的氣味,經鑒定為含有吡嗪類的混合芳香物質,而且與游離氨基酸參與的美拉德反應相比,此二肽反應產生的吡嗪更多,香味更濃。Kim等模擬了2mol/L葡萄糖分別與2mol/L的甘氨酸、二甘氨酸、三甘氨酸的混合反應的美拉德反應體系,結果表明含有二甘氨酸的美拉德反應產物最多,葡萄糖消失得最快,其次是三甘氨酸。肽類還是某些特征香味形成所必須的前體物質,這種必須有肽類參與的美拉德反應稱為肽特異性美拉德反應。Chu等、Roscic等利用同位素標記法研究了甘氨酸參與的美拉德反應,結果表明只有在含有肽類物質的模擬體系中才能產生半雜環(huán)化合物咪唑烷-4-酮和3-乙基-2,5-二甲基咪唑烷-4-酮。Oh等發(fā)現(xiàn)肽特異性美拉德反應中只有在Gly-Leu、Leu-Gly存在的情況下,反應產物中才有2(1H)-pyrazinones,即2(1H)-pyrazinones是美拉德專一性產物。2品味引擎2.1轉運氨基酸鹽glast哺乳動物的味覺細胞有4種,分別是暗細胞(TypeⅠ)、亮細胞(TypeⅡ)、中間細胞(TypeⅢ)和基細胞(TypeⅣ)。不同類型味細胞具有不同的功能,TypeⅠ可以與外生三磷酸腺甙水解酶(ecto-ATPase)和外生核苷三磷酸水解酶(NTPDase2)發(fā)生特異性結合,也可以轉運谷氨酸鹽(GLAST);TypeⅡ主要表達GPCR(Gproteincoupledreceptor)、PLCβ2(phospholipaseCbeta2)、IP3R3(inositol1,4,5-trisphosphatereceptortype3)和TRPM5(transientreceptorpotentialchannelM5);TypeⅢ表達突觸小體相關蛋白質25(synaptosome-associatedproteinof25kD,SNAP-25)和神經細胞黏附分子(neuralcelladhesionmolecule);TypeIV是圓形的增殖干細胞,分化產生其他各種味覺細胞。呈味物質刺激相應味覺受體所產生味道的強度及持續(xù)的時間與其溶解度、所受的刺激程度和味覺受體的數(shù)量比例有關,刺激越強,受體越多,則所感受的味道越明顯。5種基本味覺所對應的受體和刺激物如表1所示。2.2五種基本的營養(yǎng)成分2.2.1感悟受體的結構目前對甜味肽的研究比較成熟,如二肽衍生物阿斯巴甜(L-天門冬氨酰-L-苯丙氨酰甲酯,Aspartame)和阿力甜(L-天門冬氨酰-D-丙氨酰胺,Alitame)等因甜度高和熱量低已經作為功能性甜味劑添加入各種食品中。目前各國研究者正在積極探索從天然資源如水果蔬菜中開發(fā)新的低聚肽甜味劑如甜味賴氨酸二肽(N-Ac-PheLys、N-Ac-Gly-Lys)、Monellin、Thaumatin、Pentadin、Curculin、Miraculin、Mabinlin和Brazzien等。甜味受體屬于味覺受體第一家族成員(T1R)。Assadi-Porter等研究表明甜味肽和低分子質量糖類因為具有相同的味覺受體T1R2和T1R3,而使得其能夠產生甜味。甜味肽和其他甜味物質的甜味產生機制一樣,也符合夏倫貝爾的AH/B的生甜學說,肽分子結構中存在一個能形成氫鍵的基團-AH,如-NH2,同時還存在一個電負性的基團-B,如-COOH,這兩個基團之間的距離大約在0.25~0.4nm,這兩個基團之間還必須存在疏水性氨基酸并滿足立體化學的要求,才能與受體的相應部位匹配。在人的甜味受體GPCRs內,也存在類似AH/B的結構單元,兩個基團之間的距離約為0.3nm,當甜味肽的AH/B結構單元通過氫鍵與甜味受體的AH/B的結構單元結合時,便對味覺神經產生刺激,從而產生了甜味。研究也表明甜味肽產生甜味與其所帶電荷及基團的親疏水性相關,大多數(shù)的甜味肽在中性pH值時帶正電荷,其帶正電荷的殘基可能是某些甜味受體專一性的靶分子。甜味肽表面豐富的側鏈殘基,如賴氨酸和精氨酸殘基,對于其甜味的產生非常重要,帶正電荷殘基減少,甜味降低。XueWeifeng等研究Monellin等甜味蛋白的表面電荷與甜味的關系表明:當甜味蛋白表面所帶負電荷減少時,甜味增強,反之亦然;同時,甜味蛋白表面的疏水基團會掩蓋甜味蛋白與受體的結合位點,從而使得甜味蛋白的甜味減弱。研究發(fā)現(xiàn)二肽衍生物要具有甜味,其構成二肽的氨基酸必須均為L型,它的ω-COOH和α-NH2均為游離基,且二肽衍生物的甜度隨其分子質量的增大而降低。2.2.2痛苦肽t1r1結構苦味肽包括有二肽、三肽、六肽、八肽乃至幾十個氨基酸組成的肽,存在于很多的天然食品和豆餅、醬油、乳酪和魚子醬等發(fā)酵產品中,尤其在發(fā)酵過程中會產生大量的苦味肽(表2),因此發(fā)酵產品的苦味往往與其發(fā)酵過程中蛋白質降解所形成的苦味肽有關?？辔峨m然一般被認為是不好的風味,但在啤酒、咖啡或干酪等食品上卻是非常重要的呈味特性,而且有些苦味肽還具有一定的生理功能,起到預防慢性疾病的作用。Upadhyaya、Pripp等研究表明某些二肽和三肽(PhePhe-Phe,EC50微量)與血壓調節(jié)蛋白血管緊張素轉化酶(ACE)具有相同靶受體,即苦味受體(T2R1),屬于味覺受體第二家族成員,能競爭性抑制血管緊張素轉化酶的作用,具有抗高血壓的作用。研究表明,肽的苦味來源于肽中的疏水性氨基酸,如Arg、Leu、Gly、Phe和Pro,其疏水殘基是苦味受體的結合位點。肽鏈中的疏水性氨基酸不像完整蛋白質分子中的疏水性氨基酸被包藏在分子內部,而暴露在外,接觸味蕾,產生苦味,疏水性氨基酸側鏈暴露越多,苦味強度越大。疏水性氨基酸對苦味肽苦味的形成起至關重要的作用,苦味肽分子中均含有一個或多個疏水性氨基酸,如Leu、Pro、Phe和Val等,且這些疏水性氨基酸一般位于肽鏈末端。另外,氨基酸排列順序有時對苦味產生也起重要作用,如在肽鏈中殘留一定量Pro或其羧基末端含有芳香族及支鏈氨基酸時,其苦味明顯增強。多肽中疏水性氨基酸置于C端或側鏈基團較大的疏水氨基酸殘基靠近C端,而親水性氨基酸置于N端是產生苦味的主要原因之一。Upadhyaya等利用同源分子模擬法確定了苦味肽與T2R1的結合部位,圖1A從側面觀察T2R1的結構,T2R1是一種螺旋狀的跨膜分子,與苦味肽疏水性氨基酸的結合部位位于細胞表面的網(wǎng)狀結構。從圖1B可以看出,Phe-PhePhe、Iso-Glu-Trp中疏水性氨基酸的結合位點位于分別位于藍色和綠色肽鏈區(qū)域,而Gly-Phe、Iso-Phe結合位點分別位于粉紅色和黃色肽鏈區(qū)域,并且與二肽相比,三肽與T2R1的結合能力更強,苦味更濃,可能是因為三肽疏水性氨基酸的疏水相互作用更強的緣故。2.2.3酸與氫離子的關系目前關于酸味肽的報道較少,主要有γ-谷氨酰肽類如Glu-γ-Gly、Glu-γ-A1a、G1u-γ-G1u和γ-Glu-Tyr等。肽的酸味往往與鮮味有關,如Gly-Asp、Ala-Glu和Glu-Leu等同時具有酸味和鮮味的特性,因此常把酸味肽看作為鮮味肽的一部分。酸味一般是氫離子引起的,肽類中酸性或堿性氨基酸殘基電離出足夠的氫離子通過TRP離子通道進入味蕾細胞,從而使得肽類具有酸味?，F(xiàn)在研究普遍認為酸味肽(HA)的受體通道為磷脂,肽本身的分子結構對酸味感覺非常重要,其電離出H+是定味基,陰離子A-是助味基。肽的酸味與氫離子的濃度和酸味肽電離出陰離子有關。定味基H+在受體的磷脂頭部相互發(fā)生交換,同時肽中疏水性氨基酸吸附在磷脂膜上,增加膜對H+的親和力,從而引起酸味。肽電離出的陰離子不同,酸味的強度也不一樣,陰離子對酸的強度的影響是由于其對味細胞的吸附方式不同導致膜磷脂對H+親和力改變所引起。雖然這種酸味模式也能解釋肽的酸味現(xiàn)象,但目前所得到的研究數(shù)據(jù)尚不足以說明咸味肽的受體通道是否只有磷脂,咸味肽的結構極性對酸味的影響模式亦未弄清楚,有關酸味肽的呈味機理還有待進一步的發(fā)展。2.2.4味覺肽的發(fā)現(xiàn)目前已研究報道出來的咸味肽數(shù)量較少,主要是二肽類,如Orn-Tau·HCl、Lys-Tau·HCl、Orn-Gly·HCl、Lys-Gly·HCl和Orn-β-Ala。這些二肽如γ-GluTyr和γ-Glu-Phe不是具有咸味、鮮味和酸味等多重滋味特性。咸味和酸味一樣主要是陽離子起作用,陽離子易被位于細胞膜上的味覺受體的磷酸基吸附而呈咸味。咸味肽味覺通道受體是不與蛋白相鄰的脂質,其咸味與其氨基的解離程度以及是否有對應的陰陽離子有關。咸味肽中電離出來的陽離子通過位于細胞膜的鈉通道進入味覺細胞使鈣離子去極化。當細胞內部帶正電時,會形成一股小電流,接著釋放出傳導介質,初級傳入神經元興奮增強給大腦發(fā)出一個“咸”的味道。阿米洛利分子(EnaC)通道是咸味的感受器,但對于人類來說,EnaC通道并不能解釋我們對咸味的完全敏感性,這表明還可能存在還沒有被確認的其他味覺通道,如瞬時受體電位香草酸亞型1(TRPV1)通道。在功能性食品的開發(fā)上,咸味肽的發(fā)現(xiàn),對于糖尿病、高血壓患者等需要低鈉食品的特殊人群有著潛在的利用價值。ZhuXiaolin等研究無鹽醬油發(fā)現(xiàn)AlaPhe、Phe-Ile、Ile-Phe這3種二肽不但具有咸味,而且Ala-Phe、Ile-Phe能抑制血管緊張素轉化酶的活性(IC50=165.3μmol/L,IC50=65.8μmol/L),具有抗高血壓的作用。2.2.5牛肉辛肽的氨基酸序列及功能牛肉辛肽(beefymeatypeptide,BMP)最初是由Spanier等從牛肉的木瓜蛋白酶消化液中分離出的辛肽,經鑒定其一級結構為Lys-Gly-Asp-Glu-Ser-Leu-LeuAla。相關報道也指出辛肽存在于天然的、未經酶處理的牛肉中。因其具有增強牛肉風味的功能,故被稱為牛肉風味肽、美味提升肽或強化肽。國外報道了化學合成法合成的BMP的一些性質如有很強的鮮味,與食鹽、MSG、IMP和GMP有較好的協(xié)同作用。鮮味肽的氨基酸序列中一般含有Glu或Asp等親水性氨基酸。鮮味肽不影響其他味覺(酸、甜、苦、咸),且增強其各自的風味特征,因此它們在各種蔬菜、肉、禽、乳類、水產類乃至酒類增味方面都有良好的效果。鮮味受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族(GPCRs,T1R1+T1R3)。鮮味的通用結構式為-O-(C)n-O-,n=3~9,鮮味分子需要有一條相當于3至9個碳原子長的脂鏈,而且兩端都帶有負電荷,但n=4~6時鮮味最強,保持分子兩端的負電荷對鮮味至關重要。鮮味肽的定味基是其分子兩端帶負電的功能團-COOH,助味基是具有一定親水性的α-L-NH2、-OH等。肽具有鮮味大多是因為含有酸性或堿性的氨基酸所致,研究表明肽的酸性和堿性部分是產生鮮味的主體部分,推測陽離子和陰離子處于緊密相鄰的位置。鮮味