综述：能否从植物源前体设计出多感官的鸡肉和牛肉风味香气用于下一代植物基肉类类似物？

《Future Foods》：Can multisensory chicken- and beef-like aromas be designed from plant-derived precursors in next-generation plant-based meat analogues?

　　

随着对植物基肉类类似物（PBMA）需求的增长，复现肉类的复杂风味仍然是利用植物资源开发肉类类似物的关键挑战。本综述重点介绍了鸡肉和牛肉中贡献风味的香气物质，以及通过气相色谱（GC）和感官方法确定的化学和感官特征。研究人员评估了这些香气成分在植物物种中的存在情况，以及利用它们为PBMA设计特定肉类风味的潜力，并详细概述了肉类香气形成机制的最新进展。总结了提取、分离、鉴定、定量和描述香气化合物的创新分析方法组合。讨论了诸如前体原料谱差异、异味和基质相互作用等挑战，以及新兴创新，包括发酵和风味工程在PBMA肉类风味复制中的应用。此外，强调了植物基成分在PBMA中产生复杂美拉德反应的潜力，这些反应对整体肉类风味感知至关重要。本综述提出了未来PBMA中牛肉和鸡肉风味设计的新概念，并包括实际实施过程中的现实挑战。该综述论文概述了未来方向，即整合植物源香气库和先进分析方法，以在下一代PBMA中创造真实的多感官风味体验。

论文主体部分总结如下：

**2. Overview of meat aroma components**

**2.1. Flavor-contributing aroma compounds in meat**

肉类香气中的主要化学类别包括醛类、含硫化合物、醇类、呋喃类、酮类和吡嗪类。研究人员总结了这些类别中贡献鸡肉和牛肉香气的具体化合物。醛类是煮熟的牛肉和鸡肉中最丰富的化学类别，贡献脂肪、青草和柑橘香气，其中壬醛（nonanal）和庚醛（heptanal）最常被检测到，主要来自脂肪酸氧化。含硫化合物由含硫氨基酸（如半胱氨酸和甲硫氨酸）的热降解产生，是熟牛肉香气的主要贡献者，具有低气味阈值，其中甲硫基丙醛（methional）、2-糠硫醇（2-furfurylthiol）和二甲基硫醚（dimethyl sulfide）最常见。醇类通常起次要作用，增加果香、青草和花香等柔和层次，例如1-辛烯-3-醇（1-octen-3-ol）贡献蘑菇样气味，在鸡肉中比牛肉中更突出。呋喃类如2-戊基呋喃（2-pentylfuran）在煮制和烘烤过程中产生，贡献烤香和焦糖样香气，其形成由烹饪条件驱动，而非肉类类型。酮类通过不饱和脂肪酸的氧化降解形成，提供黄油、奶油和甜味背景香气，在牛肉和鸡肉中均起次要作用。吡嗪类主要通过美拉德反应形成，主要贡献烤香，尤其在高温烹饪的牛肉中更为显著，如2-乙基-3,6-二甲基吡嗪（2-ethyl-3,6-dimethylpyrazine）仅在烤牛肉中检测到。

**2.2. Meat aroma formation mechanisms**

熟肉特征香气的形成源于热加工过程中复杂化学反应网络，主要包括美拉德反应、脂质氧化及其相互作用，以及斯特雷克尔降解、硫胺素和核苷酸降解。美拉德反应涉及氨基酸与还原糖在加热下反应，经历初始、中间和最终阶段，产生吡嗪、呋喃和噻吩等化合物，贡献烤香、焦糖和咸鲜香气。脂质氧化通过多不饱和脂肪酸的链式反应生成挥发性醛类和酮类，贡献脂肪香气，构成肉类风味的基础，且在不同肉类类型间产生物种特异性气味差异。脂质-美拉德相互作用使美拉德产物与脂质降解物反应，生成含硫和含氮杂环化合物，增强风味强度。斯特雷克尔降解是美拉德过程的次级途径，α-二羰基化合物使氨基酸降解为高度气味活性的斯特雷克尔醛，如3-甲基丁醛（3-methylbutanal）和甲硫基丙醛（methional）。硫胺素（维生素B₁）加热降解产生硫醇、硫化物、噻唑和噻吩；核苷酸降解中，三磷酸腺苷（ATP）分解为肌苷酸（IMP），增强鲜味并调节整体风味感知。

**3. Replicating meat aromas from plant-derived components**

**3.1. Recreating the Maillard reaction from plant components: a need for innovation**

在PBMA中重建美拉德反应仍具挑战性。利用植物蛋白降解产生的氨基酸/肽与酵母提取物（富含游离氨基酸）混合还原糖，可部分解决这一问题。例如，豌豆、大豆或小麦面筋中的半胱氨酸、甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸分别贡献肉味、烤甜味和鲜味。葡萄糖和核糖是产生肉类风味的关键还原糖，核糖+半胱氨酸组合在工业中用于产生“牛肉”香气。美拉德反应中间体（MRI）如阿马多尔重排产物（ARP）有潜力增加PBMA的肉味香气。富含半胱氨酸的小麦面筋蛋白与糖结合可促进美拉德反应。脂质包裹（如亚油酸和α-亚麻酸）及利用AI工具优化香气化合物是很有前景的方法。

**3.2. Availability of plant-based components for design of meat aroma**

在植物物种中已发现多种贡献肉类香气的代表性化合物，涵盖醛类、呋喃类、吡嗪类、醇类、含硫化合物等。例如，不饱和烯醛如（E）-2-壬烯醛（（E）-2-nonenal）、（E,E）-2,4-癸二烯醛（（E,E）-2,4-decadienal）等常见于肉类，也可通过植物脂质中亚油酸和α-亚麻酸的氧化降解及美拉德相互作用产生。这些化合物在植物中的存在表明植物是开发PBMA的宝贵前体来源，但香气感知取决于浓度、相对比例、挥发性化合物相互作用及食品基质，仍需进一步研究优化组合方式。

**4. Methods for extracting and analyzing aroma compounds**

**4.1. Extraction techniques**

香气提取方法的选择取决于目标化合物的理化性质和植物基质。传统方法包括溶剂萃取、溶剂辅助风味蒸发（SAFE）、索氏提取、浸渍与消化、浸渍与煎煮、渗滤和蒸汽蒸馏。现代方法包括超临界流体萃取（SFE）、微波辅助萃取（MAE）、超声波辅助萃取（UAE）、酶辅助萃取（EAE）、静态顶空（SHS）与动态顶空（DHS）、搅拌棒吸附萃取（SBSE）与顶空吸附萃取（HSSE）、固相萃取（SPE）与固相微萃取（SPME）、加压热水萃取（PHWE）。每种方法在提取效率、选择性、溶剂使用和适用性方面各有优缺点。

**4.2. Analytical techniques**

分析技术包括气相色谱-质谱联用（GC-MS）、气相色谱-嗅闻联用（GC-O）和感官分析。GC-MS用于分离、鉴定和定量挥发物；GC-O结合人类嗅觉评估气味活性化合物；感官分析（如定量描述分析）通过训练评鉴员提供感官属性的定性和定量数据。定量方法包括内标法、外标法和稳定同位素稀释分析。

**5. Challenges and limitations in replicating meat aromas with plant-derived compounds**

主要挑战在于肉类与植物原料香气谱的显著差异。植物原料中前体库（氨基酸、脂质、次级代谢物）多样性高，导致不同反应路径和高度变异的风味结果。异味（如豆腥味、青草味、苦味、土腥味、金属味、涩味）常见，源于游离脂肪酸、生物碱、皂苷、酚类化合物等。脂质氧化产生的正己醛（n-hexanal）等化合物是异味来源之一。解决方案包括使用香气封装电纺纳米纤维以阻断氧化，以及通过精确发酵、酶处理、抗氧化剂和基因编辑等手段调控异味。香气感知还受食品基质中高分子与香气化合物相互作用的影响，蛋白质类型、水分含量等因素可调节香气释放。

**6. Current applications and innovations in PBMA aroma replication**

**6.1. Flavor engineering**

风味工程借鉴香水调配中的前调、中调和基调概念，用于构建食品风味。PBMA常以大豆、豌豆、小麦、大米等为基础，其固有风味和异味（如皂苷）需通过风味掩蔽、精细加工和精心配制的香气混合物（来自不同植物）来模拟肉味。非血红素铁（来自水果和蔬菜）可替代血红素铁产生金属味。精确发酵利用特定微生物（如基因工程菌）高精度生产目标风味化合物。

**6.2. Emerging technologies**

传统风味化合物提取自植物材料，成本高且劳动密集。新兴技术包括利用微生物生物合成或生物转化（如发酵培养）、植物细胞培养增加风味化合物产量，以及酶催化反应生成特定风味化合物。

**7. Future directions**

未来需使用GC-MS/O和质子转移反应质谱（PTR-MS）等先进工具深入剖析肉类香气化合物，并建立标准化数据库，包含香气描述符和气味阈值，且针对不同肉类类型和烹饪方法。应扩大对植物来源中肉类香气化合物的搜索，尤其关注大豆以外的植物。需研究多种挥发性化合物之间的协同效应，而不仅仅是单一化合物贡献。结合仪器分析和感官方法（如时间强度TI、时间主导感觉TDS）以及AI驱动的香气预测模型，以整合感官和化学数据。

**8. Concluding remarks**

消费者接受PBMA的关键在于风味。通过分析鸡肉和牛肉的关键香气成分，并在植物基材料中识别等效化合物，结合感官方法和GC-MS/GC-O等技术，可设计出类似肉类的风味。还需考虑不同肉类类型的特定香气谱，以及质地等额外因素。