在含有核糖和半胱氨酸的热稳定植物油-水乳液模型中，芳香性强硫醇的形成

《Food Research International》：Formation of aroma-potent thiols in heat-stable vegetable oil-in-water emulsion models containing ribose and cysteine

本研究通过制备含蔗糖酯PS750的乳液模型，探究热处理对关键肉香物质（MFT、FFT、3M2B）生成的影响，发现100℃加热4小时时香味物质浓度最高，且PS750能稳定乳液界面促进反应。该成果为降低植物基肉类替代品香味剂成本提供了新策略。

　　

Suleyman Yiltirak|Dimitris P. Balagiannis|Jan Koek|Jens Koch|J. Stephen Elmore

雷丁大学食品与营养科学系，Whiteknights，雷丁 RG6 6DZ，英国

摘要

为了改善肉类替代品的香气特性，通常会在植物基基质中加入 savory 工艺调味料作为顶层香气，以增强其类似肉类的风味。然而，添加香气仍然是一个重要的成本因素，而且要实现真实的肉类香气仍然很困难，这导致了消费者的不满。生肉中的大理石状结构形成了一个乳化界面，可能在增强理想肉类香气方面起着关键作用。本研究调查了 2-糠基硫醇（FFT）、2-甲基-3-呋喃硫醇（MFT）和 3-巯基-2-丁酮（3M2B）在乳化模型中对煮熟肉类香气的重要贡献。首先，在加热前后对乳液和乳化剂的特性进行了评估。结果表明，3% 的蔗糖酯 PS750 是制备热稳定乳液的最佳乳化剂。通过高压均质化制备了含有核糖和半胱氨酸的水缓冲液、菜籽油（10%）以及蔗糖酯（3%）的乳液，然后分别在 100°C、110°C、120°C 和 130°C 下加热 4 小时、2 小时、1 小时和 0.5 小时。总体而言，在 100°C 下加热 4 小时后，肉类硫醇的浓度最高，而更高温度和更短的加热时间会降低其含量。一个关键发现是，在 100°C 和 110°C 下，乳液中的 MFT 和 FFT 含量几乎翻倍（与不含乳化剂的相同成分相比）。这项工作为增强植物基肉类类似品的肉类香气提供了具有成本效益的策略。

引言

近年来，由于环境破坏、动物权利以及与心脏病相关的健康问题等伦理问题，肉类及其产品的消费成为一个经常被讨论的话题（van der Sluis 等，2026）。然而，植物基肉类替代品在加热时缺乏肉类香气。因此，需要添加相对较高比例（3–10%）的肉类香气成分，这显著增加了原材料成本（Ahmad 等，2022）。为了对消费者具有价格吸引力，这些产品的价格应至少与肉类相当，最好更便宜（Warner，2024）。业界寻求更具成本效益的香气成分，使其更接近真实的肉类体验，因为目前的煮熟肉类替代品的香气未能满足消费者的感官期望（Appiani 等，2023）。

典型的肉类香气来源于热加工过程，其中包括美拉德反应、脂质氧化和维生素降解（Parker，2017）。肉类香气的主要前体是半胱氨酸和还原糖，特别是戊糖核糖和木糖（Parker，2017）。在加热过程中，这些前体通过美拉德反应生成多种挥发性化合物（Bleicher 等，2022；Zamora & Hidalgo，2005）。尽管产生的挥发性化合物种类繁多，但只有少数对香气的发展有显著贡献（Dunkel 等，2014）。在半胱氨酸/戊糖模型系统中加热过程中形成的三种化合物——2-甲基-3-呋喃硫醇（MFT）、2-糠基硫醇（FFT）和 3-巯基-2-丁酮（3M2B）——对整体肉类香气至关重要（Cerny，2012；Cerny & Davidek，2003）。MFT 和 FFT 的气味阈值很低，空气中浓度可低至 0.0025–0.01 ng/L，而 3M2B 的气味阈值在 0.2 至 0.8 ng/L 之间，这突显了它们在煮熟肉类香气中的关键作用（Hofmann & Schieberle，1995）。

乳液系统中的胶束由于其两亲性质可以在液滴界面形成独特的区域。早期关于微乳液界面的研究考察了肉类混合物中的强香气化合物，特别是 FFT（Vauthey 等，2000；Yaghmur 等，2002, 2005）和 MFT（Vauthey 等，2000）及其形成机制。这些研究表明，反应物在界面的积累可以增加反应速率（微乳液催化作用），并可能导致新的香气生成途径（Sagalowicz 等，2006；Yaghmur, Aserin 和 Garti，2002；Yaghmur, Aserin, Abbas 和 Garti，2005）。二元自组装微乳液（Blank 等，2006；Sagalowicz 等，2016；Vauthey 等，2000）和多组分/U 型微乳液（Fanun 等，2001；Lutz & Garti，2005；Yaghmur, Aserin 和 Garti，2002；Yaghmur, Aserin, Abbas 和 Garti，2005）由于其非常小的颗粒尺寸，可能会引发美拉德反应。最近的研究集中在使用高压均质化技术在加热前生成更小的乳液液滴，从而促进早期糖基化产物（Troise 等，2016；Troise, Fogliano 等，2020）、斯特雷克醛（Troise, Fogliano 等，2020）和风味活性分子（Troise, Berton-Carabin 等，2020）的形成，这些过程使用了植物油或中链甘油三酯。

乳液稳定性通常被描述为抵抗随时间和加工过程中的物理变化的能力（McClements & Jafari，2018）。一个重要参数是颗粒大小，因为相分离与较大的液滴数量密切相关（通过絮凝、聚结和重力分离实现）（McClements & Jafari，2018）。乳化剂的性质及其与油的比例影响乳液的动力学稳定性，机械力产生的能量屏障使乳液保持在一个相中（McClements & Gumus，2016；Rao & McClements，2011）。通常，乳化剂应在油水界面上具有快速吸收能力，并降低界面张力，从而防止液滴聚集。此外，乳化剂还应具有耐热性，以在烹饪或巴氏杀菌过程中保持其物理状态，并支持美拉德类型香气的生成。

在这项研究中，准备了不同的乳液系统并对其进行加热，以研究关键香气化合物（包括 MFT、FFT 和 3M2B）的形成。这些乳液可能为获得更浓郁的风味提供方法上的见解，从而在应用于植物油基产品时降低配方成本。先前的研究主要使用单甘酯基微乳液模型，其中单甘酯同时充当脂质和表面活性剂，或者使用 R-(+)-柠檬烯（一种具有强烈柑橘风味的化合物）为基础的多组分微乳液来生成肉类香气。然而，这类系统对温度变化和成分比例变化敏感，容易发生结构变化。

本研究的目的是分析旨在增强肉类香气的乳液基系统，并探讨将其应用于缺乏肉类香气的植物基产品中的潜力。本研究使用菜籽油作为油相，蔗糖酯作为植物基乳化剂。通过均质器制备了纳米级颗粒的乳液，使其更适用于食品系统，同时避免过度使用表面活性剂/辅助表面活性剂。因此，仅包含食品级成分的模型系统设计如下：(i) 含有缓冲液/油/乳化剂的乳液，(ii) 仅含缓冲液/菜籽油的乳液（不含乳化剂），(iii) 含有缓冲液/乳化剂的乳液，以及 (iv) 仅含缓冲液的乳液，所有这些系统都含有半胱氨酸和核糖。样品在 100°C 下加热 4 小时、110°C 下加热 2 小时、120°C 下加热 1 小时和 130°C 下加热 0.5 小时。在加热过程中测试了乳液的稳定性和乳化剂，确保乳液颗粒保持单相结构和热稳定性。

部分摘录

化学品和耗材

L-半胱氨酸（≥97%）、D-(-)-核糖（≥98%）、2-甲基-3-呋喃硫醇（99%）、2,3,4,5,6-五氟苯基溴化物（99%）和 Tween 20（聚氧乙烯（20）山梨醇单月桂酸酯 – HLB 16.7）由 Sigma-Aldrich 公司（英国 Gillingham）提供。2-糠基硫醇（99%）和 3-巯基-2-丁酮（99%）从 Tokyo Chemical Industry UK Ltd.（英国 Oxford）购买。2-(Methyl-d_{3)-3-呋喃硫醇（MFT-d3）和 2-糠基-α,α-d2硫醇（FFT-d3）从 aromaLAB GmbH（德国 Martinsried）获得。}

乳化剂的选择

测试了三种不同的乳化剂（Tween 20 以及蔗糖酯 PS750 和 SP50）在 100°C 下加热 4 小时前后形成合适乳液的能力。这些模型乳液由缓冲液（87%）、菜籽油（10%）和相应的乳化剂（3%）组成。均质化后/加热前观察到，Tween 20 的 Span 值低于 SP50 和 PS750，这意味着 Tween 20 的颗粒大小更均匀（表 1）。

结论

本研究分析了使用不同乳化剂配制的乳液在热处理前后的物理化学特性。还评估了含有半胱氨酸和核糖（缓冲液/菜籽油/蔗糖酯）的加热乳液系统以及相应的对照系统（缓冲液、缓冲液/菜籽油和缓冲液/蔗糖酯）中 MFT、FFT 和 3M2B 作为强硫醇化合物的形成。

CRediT 作者贡献声明

Suleyman Yiltirak：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、验证、方法论、研究、数据分析、概念化。Dimitris P. Balagiannis：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法论、概念化。Jan Koek：撰写 – 审稿与编辑、可视化、监督、项目管理、概念化。Jens Koch：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、概念化。

资助

Suleyman Yiltirak 由生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）以及工业赞助商 Unilever 和 Symrise AG 通过 UKRI BBSRC 协同培训合作伙伴关系（资助编号：BB/W510592/1）提供资助。

未引用的参考文献

国际药品技术要求协调委员会，2023年

Sagalowicz, Michel, Blank, Schafer 和 Leser, 2017

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢 Unilever 的 Donny Merkx 和 Symrise AG 的 Christopher Sabater 对我们的支持。