植物苦味物質(zhì)概況及其在食品工業(yè)的應(yīng)用

代麗鳳 羅理勇，2 羅江瓊 常 睿 柳 巖 曾 亮，2*

（1 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院 重慶400715 2 西南大學(xué)茶葉研究所 重慶400715 3 重慶市中藥研究院藥理門診部 重慶400035）

中國(guó)古代流行“五味說(shuō)”，即基本味，包括咸、甘、酸、苦、辛五種[1]。從味覺(jué)生理角度來(lái)看，國(guó)際公認(rèn)的基本味為咸、甜、酸、苦、鮮五種[2]。苦作為基本味之一，最突出的特征是閾值極低，易被人感知[3]。

“良藥苦口利于病”，含有苦味成分的草藥和食品在肝臟和膽汁代謝、胃腸道消化及免疫等方面具有重要作用[1]。中藥學(xué)認(rèn)為苦“能泄、能燥、能堅(jiān)”，意為苦具有清熱瀉火、降氣平喘、降逆止嘔、通泄大便、清熱燥濕、瀉火存陰等作用[3]。同時(shí)，苦味在調(diào)味上也不可或缺，與其它滋味搭配得當(dāng)時(shí)，能起到豐富甚至改善食品風(fēng)味的作用[4]。作為苦瓜、紅酒、巧克力等食品的特征性滋味，苦被視為美味、健康的象征，得到大眾喜愛(ài)。

目前食品工業(yè)對(duì)苦味的研究大多集中在除去食品中的苦味物質(zhì)，使滋味和諧，然而這會(huì)造成食品營(yíng)養(yǎng)流失；分離出的苦味物質(zhì)也未被合理利用，造成資源浪費(fèi)。市場(chǎng)對(duì)苦味產(chǎn)品的開發(fā)還存在很大空白，若能正確認(rèn)識(shí)苦味，了解苦味物質(zhì)的特質(zhì)，將對(duì)其開發(fā)利用起到推動(dòng)作用。本文闡述植物苦味物質(zhì)的分類、來(lái)源和含量，食品中影響苦味的因素，苦味滋味的形成途徑和機(jī)制，苦味物質(zhì)在食品中的運(yùn)用等，以期為苦味物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及其開發(fā)利用提供參考。

1 苦味物質(zhì)的組成和來(lái)源

大部分苦味物質(zhì)存在于植物中，少部分來(lái)源于動(dòng)物，還有一些苦味物質(zhì)形成于食品加工、老化及變質(zhì)過(guò)程中[5]，如美拉德反應(yīng)中糖和氨基酸在高溫作用下大量減少[6]，形成豐富的苦味物質(zhì)。

植物中存在的苦味物質(zhì)主要分為多酚類、生物堿類、氨基酸及多肽類、皂甙類以及無(wú)機(jī)鹽類[7-9]五大類。動(dòng)物性苦味物質(zhì)主要來(lái)源于膽汁，主要成分為膽汁酸[8]。

根據(jù)植物苦味物質(zhì)的分類，將其在植物中的分布狀況總結(jié)列表，見(jiàn)表1。

苦味物質(zhì)最廣泛的結(jié)構(gòu)特征是作為配基形成金屬離子螯合物[8]?？辔段镔|(zhì)的分子大多含有-NO2、N≡、=N≡、-SH、-S-、-S-S-、=C=S 等官能團(tuán)或CH2-CO-O-N 環(huán)狀基團(tuán)。von Skramlik[68]將以上基團(tuán)定為苦味定位基，然而苦味物質(zhì)種類繁多、結(jié)構(gòu)各異，僅憑基團(tuán)不足以確定物質(zhì)呈苦特性，還應(yīng)考慮疏水性、立體異構(gòu)性以及各基團(tuán)的組合效應(yīng)等多種因素[69]。

表1 植物中的苦味物質(zhì)種類和含量Table 1 The kinds and contents of bitter substances in plants

（續(xù)表1）

1.1 多酚類

植物多酚是一類多羥基酚類化合物的總稱，作為植物次生代謝產(chǎn)物廣泛存在于蔬菜、水果和其它衍生產(chǎn)品中，是苦澀味的重要來(lái)源。一般將苦味多酚分為類黃酮、酚酸、香豆素和單寧四大類[70]。根據(jù)分子質(zhì)量的不同，酚類的呈味特性略有不同；通常來(lái)說(shuō)，低分子質(zhì)量的酚類物質(zhì)，如類黃酮單體往往苦味較強(qiáng)，而高分子質(zhì)量的酚類物質(zhì)，如單寧，相較于苦味，其澀味更強(qiáng)[71-72]。酚類能降低慢性疾病所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，人們通過(guò)膳食攝入的酚類，約有2/3 是類黃酮物質(zhì)，1/3 為酚酸[70]。

類黃酮是一類具有C6-C3-C6基本母核的多酚類化合物，多以糖苷形式存在，糖苷鏈的類型決定苦味的強(qiáng)、弱。兒茶素是自然界中最豐富的類黃酮之一，也是茶葉中的主要化學(xué)成分，約占茶葉干重的12%～24%，對(duì)茶葉滋味有著至關(guān)重要的作用，在茶湯中主要呈苦味和澀味；且表型兒茶素較非表型兒茶素，苦澀味強(qiáng)度更高、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)[73]，這可能與表兒茶素親脂性更強(qiáng)有關(guān)[74]。兒茶素常被用作果醬、油炸堅(jiān)果、糕點(diǎn)、加工肉類及植物蛋白飲料等食品的抗氧化劑，用量一般為0.01%～0.08%[75]?；ㄇ嗨厥且环N不含糖基的水溶性類黃酮色素，以2-苯基苯并吡喃陽(yáng)離子為母核，能賦予植物鮮艷的顏色，如葡萄、藍(lán)莓、桑葚的紫色均與花青素有關(guān)，因而常被用作天然食品色素。目前被允許且已投入商業(yè)生產(chǎn)的花青素有葡萄皮色素、漿果類色素、紫甘薯色素等[76]。紫甘薯色素作為著色劑，被廣泛運(yùn)用于糕點(diǎn)、糖果、冷凍飲品及果蔬汁飲料等食品中，添加量一般為0.01%～0.02%[75]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類每天攝入類黃酮的量為100～650 mg[70]。

酚酸是一類分子中具有羧基和羥基的芳香族化合物，其存在形式復(fù)雜，極少量為游離態(tài)，大多以結(jié)合態(tài)存在于液泡中[77]。動(dòng)物與人自身不能合成酚酸，主要通過(guò)食用蔬菜、水果等獲得?？Х戎泻写罅糠铀?，以綠原酸類為主，約占咖啡豆干重的4%～14.4%[39]，對(duì)咖啡滋味及生理活性均有重要貢獻(xiàn)。沒(méi)食子酸作為活性酚酸，廣泛存在于石榴、大黃等植物中，在食品工業(yè)中常用于制備抗氧化劑沒(méi)食子酸丙酯（PG）[78]。PG 是食品工業(yè)中常用的抗氧化劑，對(duì)油脂、堅(jiān)果、油炸食品等具有良好的抗氧化效果，可防止出現(xiàn)異味、變色等情況。PG 在食品中的添加量一般為0.01%（以油脂中的含量計(jì)）[75]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人每天攝入的酚酸為25 mg～1 g。

香豆素是一類以苯駢α-吡喃酮為基本母核的芳香族化合物[79]，具有類似新鮮干草的香氣，因而可作為香料添加于食品中。歐盟將香豆素在食品中的容許殘留量定為2 mg/kg[80]。我國(guó)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[75]規(guī)定，能作為香料添加于食品中的香豆素有二氫香豆素、八氫香豆素和6-甲基香豆素，未明確其用量；我國(guó)臺(tái)灣不允許將香豆素添加于任何食品，只有在飲料中使用天然香料時(shí)，香料自身包含的香豆素不應(yīng)超過(guò)2 mg/kg。

單寧是指分子質(zhì)量在500～3 000 u，能沉淀生物堿、明膠及其它蛋白質(zhì)的水溶性多酚化合物。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，通常將植物單寧分為水解單寧和縮合單寧兩類[81]。單寧是葡萄酒苦澀味的主要來(lái)源，且多為縮合單寧，來(lái)源于果皮、果籽和果梗，少量為水解單寧，來(lái)源于橡木桶陳釀[82]。單寧常被作為凍奶制品、肉類制品或飲料（如汽水、茶、酒）的配料。在配制酒的加工和發(fā)酵過(guò)程中，固化單寧能作為澄清劑，除去混濁狀態(tài)的蛋白質(zhì)等懸浮物質(zhì)[83]。單寧酸具有辛香氣味，可用作食品用天然香料[75]。此外，單寧還可作為增澀劑、油脂脫色劑用于食品工業(yè)。

1.2 皂甙類

皂甙是一類結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的糖苷類化合物，普遍存在于植物體內(nèi)，由糖鏈與三萜類、甾體或甾體生物堿通過(guò)碳氧鍵相連構(gòu)成，通常將皂甙分為三萜皂甙和甾體皂甙兩類[84]。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)酯、內(nèi)縮醛、內(nèi)氫鍵、糖苷基等結(jié)構(gòu)是皂甙類物質(zhì)具有苦味的主要原因[68，85]。

皂甙具有良好的乳化、發(fā)泡性能[86]，因而可用作天然香精和其它脂溶性物質(zhì)的乳化劑，以及奶油、飲料等食品的發(fā)泡劑[87]。皂樹皮提取物在食品工業(yè)中常被用作飲料的乳化劑，如果蔬汁飲料、蛋白飲料、碳酸飲料等，最大添加量為0.05 g/kg（以皂甙含量計(jì)）[75]。此外，皂甙還具有良好的抗菌活性，可作為防腐劑添加于食品中，同時(shí)皂甙也是制造甾體激素藥物的中間體。

1.3 氨基酸及多肽類

氨基酸呈味復(fù)雜，多數(shù)L 型氨基酸具有苦味，呈味特性主要與側(cè)鏈基團(tuán)的疏水性相關(guān)。當(dāng)側(cè)鏈基團(tuán)的疏水性較小時(shí)，主要呈甜味，如蘇氨酸、絲氨酸；當(dāng)側(cè)鏈基團(tuán)的疏水性較大時(shí)，主要呈苦味，如亮氨酸、組氨酸。人體必需氨基酸，除蘇氨酸外，均呈現(xiàn)苦味，其中又以苯丙氨酸和色氨酸的苦味最強(qiáng)[88]。

苦味肽分子中均含有一個(gè)或多個(gè)疏水性氨基酸，這些疏水性氨基酸位于肽鏈末端[89]。多肽呈現(xiàn)苦味是由于蛋白質(zhì)經(jīng)酶水解，其疏水性氨基酸殘基暴露，且疏水性氨基酸比例越高多肽苦味越強(qiáng)。多肽呈味以平均疏水值Q 判斷，當(dāng)Q ＞5.8 kJ/mol時(shí)呈苦味，Q ＜5.44 kJ/mol 時(shí)則不苦。此外，大豆多肽的苦味強(qiáng)、弱還與分子質(zhì)量的大小相關(guān)，當(dāng)分子質(zhì)量為1 000～4 000 u 時(shí)呈苦味，分子質(zhì)量小于1 000 u 時(shí)無(wú)苦味[3，85]。呈苦味的多肽，閾值比具有相同游離氨基酸的混合物低，因此蛋白酶解物中苦味主要由多肽貢獻(xiàn)[90]。

多數(shù)非谷物植物蛋白中蛋氨酸為第一限制氨基酸[91]，因而苦味氨基酸可作為營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑強(qiáng)化食品中的氨基酸，以滿足人體日常所需。此外，苦味氨基酸還可作為調(diào)味劑、增香劑添加于食品中[75]。

1.4 生物堿類

生物堿是一類含氮的有機(jī)堿性化合物，代表物質(zhì)主要有吡啶、嘌呤、吲哚、甾體等[92]。所有生物堿都具有味苦的特點(diǎn)，且堿性越強(qiáng)滋味越苦，即使以鹽的形式存在也無(wú)法掩蓋其苦味。生物堿的堿性與氮原子雜化程度相關(guān)，隨著氮原子雜化程度升高，堿性也增強(qiáng)[93]，因而生物堿苦味可能與氮原子雜化程度相關(guān)。

咖啡堿、可可堿是茶葉、咖啡豆、可可等植物中的主要生物堿，屬嘌呤堿，與腺嘌呤受體存在競(jìng)爭(zhēng)性關(guān)系，因而對(duì)中樞神經(jīng)具有興奮作用[9]。在飲料工業(yè)中，咖啡堿常被作為功能成分添加于可樂(lè)型碳酸飲料和能量飲料中[94]，以起到抗疲勞等功效，其最大添加量為0.15 g/kg[75]。在食品工業(yè)中，可可堿常被作為苦味劑以增強(qiáng)食品風(fēng)味。

1.5 無(wú)機(jī)鹽

許多無(wú)機(jī)鹽都具有苦味，且苦味隨著陰離子和陽(yáng)離子直徑的增大而逐漸增強(qiáng)，例如碘化物比溴化物苦。一般來(lái)說(shuō)，在中性鹽中，鹽的正離子和負(fù)離子的相對(duì)質(zhì)量越大，苦味越大。植物體中所含的苦味無(wú)機(jī)鹽是含堿金屬離子的化合物[95]，如鈣鹽、鎂鹽等。在人體中，鎂可作酶的激活劑，穩(wěn)定DNA 和RNA 的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)流通的鈣元素[96]。鈣能促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)發(fā)育，維持肌肉的正常興奮性，能調(diào)節(jié)鎂離子，緩解鎂鹽中毒時(shí)的癥狀[97]。

氯化鈣，味咸、苦，在食品工業(yè)中常被用作豆類制品、水果罐頭、奶油等食品的穩(wěn)定劑和凝固劑，以及調(diào)味糖漿、果醬的增稠劑[75]。氯化鈣在面包發(fā)酵過(guò)程中可增強(qiáng)酵母活性，增加二氧化碳釋放量，使面包結(jié)構(gòu)更疏松。在啤酒釀造過(guò)程中，氯化鈣除了增強(qiáng)酵母菌活性、促進(jìn)發(fā)酵外，還起到澄清啤酒、穩(wěn)定膠體的作用[98]。

2 食品中苦味的影響因素

2.1 影響苦味物質(zhì)呈苦的因素

影響苦味的因素主要有食品的溫度、水分含量、黏稠度及滋味之間的相互作用[99]。

同一食品，在不同溫度下品嘗會(huì)有味覺(jué)強(qiáng)、弱的差別。味覺(jué)神經(jīng)對(duì)味覺(jué)刺激的感知，在10～40 ℃時(shí)最為敏感，其中又以30 ℃時(shí)效果最佳；在低溫（0 ℃）和常溫（25 ℃）時(shí)，鹽酸奎寧的閾值分別為0.0003%和0.0001%，這可能是因?yàn)闇囟壬?，苦味分子運(yùn)動(dòng)加快，與味蕾的接觸機(jī)會(huì)更多，進(jìn)入味孔的苦味分子增多，導(dǎo)致味覺(jué)神經(jīng)感知的刺激更強(qiáng)，味覺(jué)中樞判斷出的苦味更強(qiáng)[100]。

Fechner 規(guī)律R=k·Cn顯示，味覺(jué)強(qiáng)度R 與呈味物質(zhì)本身的特性k 和呈味物質(zhì)的濃度C 有關(guān)[101]。同一食物，若水分含量高，則呈味物質(zhì)的濃度低；若水分含量低，則呈味物質(zhì)的濃度高，在品嘗時(shí)舌頭單位表面積上的呈味物質(zhì)含量相對(duì)較高，這些分子進(jìn)入味孔的機(jī)會(huì)也相對(duì)較大，從而提高味覺(jué)強(qiáng)度。

黏稠度也是影響苦味感知的因素，它與呈味物質(zhì)在口腔內(nèi)停留的時(shí)間有關(guān)。黏稠度高可以延長(zhǎng)苦味物質(zhì)在口腔內(nèi)的停留時(shí)間，加強(qiáng)苦味的感受時(shí)間，同時(shí)也能延緩苦味分子從食品中釋放的速率，因此某種程度上也能抑制一部分苦味[102]。

2.2 苦味與其它滋味的相互作用

不同滋味混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)，總體遵循以下規(guī)律：滋味在低強(qiáng)度/濃度時(shí)相互增強(qiáng)；在中等強(qiáng)度/濃度時(shí)呈線性影響；而在高強(qiáng)度/濃度時(shí)通常發(fā)生抑制作用。國(guó)外有學(xué)者對(duì)滋味間的關(guān)系做了整理[103]，未涉鮮味。本文在該研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合其它文獻(xiàn)[99，101，104-108]，總結(jié)得出圖1。

苦味與咸味通常相互作用，咸味可以抑制苦味，如在苦味溶液中添加食鹽可使苦味降低，而咸味不受其影響[99]。

在苦味中加入適量甜味，可抑制部分苦味，使整體滋味變得溫和細(xì)膩；反之，在甜味中加入少許苦味，可使甜味變得醇厚、不輕薄，還能使味感豐富、有層次。例如：巧克力醇厚的苦味是其品質(zhì)特征，若要在加工過(guò)程中保持這種苦味，可加入適量糖，以使苦味平和而又不去除苦味[105，109]。

圖1 味覺(jué)相互作用原理圖[99，101，104-108]Fig.1 Schematic review of taste interactions[99，101，104-108]

苦味與酸味的關(guān)系取決于濃度大小以及試驗(yàn)方法等因素，低強(qiáng)度/濃度條件下，苦味與酸味互相增強(qiáng)；中等強(qiáng)度/濃度條件下，酸味能夠抑制苦味，而苦味使酸味更明顯；高強(qiáng)度/濃度條件下，苦味與酸味互相抑制[103，107]。在苦味中加入少許酸味，不僅可以豐富苦味的口感，而且能使食品更加清鮮爽口；在酸味菜肴中略加一點(diǎn)苦味，可使酸味更加明顯，突出[109]。

有研究認(rèn)為鮮味是一種獨(dú)立于苦、甜、酸、咸的基本味，鮮味不會(huì)影響它們對(duì)味覺(jué)受體的刺激，然而也有研究表明鮮味能夠抑制苦味，如醬油中除去鹽后，分離出谷氨酸鈉，溶液則呈現(xiàn)苦味[106]。

3 苦味的感知與形成

味覺(jué)是指動(dòng)物口腔內(nèi)的味覺(jué)感受系統(tǒng)受到呈味物質(zhì)的刺激，對(duì)之產(chǎn)生的一種生理感覺(jué)。動(dòng)物對(duì)苦味的感知，被認(rèn)為是對(duì)抗?jié)撛谟卸疚镔|(zhì)的一種防御機(jī)制[69]。植物中天然存在的部分苦味物質(zhì)不僅能改善食品風(fēng)味，還具有保健功效，如兒茶素可有效清除體內(nèi)的氧自由基，具有抗氧化作用；咖啡堿能減輕疲勞，同時(shí)也作為苦味劑添加于飲料中，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。

研究表明，苦味的感知與苦味受體相關(guān)，苦味感知的主要環(huán)節(jié)包括苦味物質(zhì)與受體結(jié)合、受體激活、信號(hào)傳導(dǎo)等[110]。

3.1 味覺(jué)感受器

味蕾是口腔內(nèi)主要的味覺(jué)感受器，由受體細(xì)胞、支持細(xì)胞和基底細(xì)胞組成，形似洋蔥[111]，如圖2所示。味覺(jué)受體細(xì)胞形態(tài)細(xì)長(zhǎng)，屬于雙極細(xì)胞，頂端有味纖毛，集合形成味孔，味覺(jué)受體蛋白集中在味孔并暴露于口腔。味蕾分布于舌表皮、軟腭以及喉上表皮等部位，每個(gè)部位都由不同的腦神經(jīng)分支支配。

人的舌部味蕾數(shù)量從2 000 到9 000 不等，嬰兒的味蕾可超過(guò)1 萬(wàn)個(gè)，隨著年齡增長(zhǎng)，味蕾數(shù)量逐漸減少，引起味覺(jué)衰退。味蕾在舌頭上的不均勻分布，使得舌頭的不同部位對(duì)味覺(jué)的分辨敏感性存在差異，閾值測(cè)定表明舌根對(duì)奎寧的敏感性約比舌尖高兩倍[69]。此外，苦味的敏感性還與健康行為有關(guān)，對(duì)苦味物質(zhì)不敏感的小鼠比敏感型小鼠更易產(chǎn)生甲狀腺缺陷。

3.2 苦味受體

味覺(jué)受體有不同的形式，包括G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）和離子通道[112]。

苦味受體（T2Rs）屬于A 級(jí)GPCR，具有由一條多肽鏈形成的7 次跨膜螺旋結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)、外分別含有3 個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)[69]。在T2Rs 結(jié)構(gòu)中，跨膜區(qū)的保守性最高，最不易發(fā)生突變；其次是胞內(nèi)區(qū)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)高度保守，是細(xì)胞內(nèi)的G 蛋白偶聯(lián)區(qū)域；而細(xì)胞外的區(qū)域變化差異最大，N 末端結(jié)構(gòu)域表現(xiàn)出明顯的多態(tài)性，可與各種苦味物質(zhì)結(jié)合，推測(cè)是配體結(jié)合區(qū)。T2Rs 由少數(shù)蛋白質(zhì)的磷脂特別是多烯磷脂和肌醇磷脂等構(gòu)成，不僅自身具有疏水性，而且能吸附極性基。

T2Rs 家族包含25 個(gè)成員，主要分布于7 號(hào)、12 號(hào)染色體，不同成員之間一級(jí)結(jié)構(gòu)具有很大差異，其氨基酸序列一致性為30%～70%，暗示這些不同的家族成員可以共同檢測(cè)自然界多種多樣的苦味物質(zhì)[111]。

T2Rs 也存在于非味覺(jué)組織中，并起到一定的生理作用。喉上表皮的T2Rs 被認(rèn)為是呼吸道防御的一種機(jī)制。往鼻內(nèi)灌溉不同的苦味物質(zhì)，能夠引起清晰的呼吸反應(yīng)，暗示苦味物質(zhì)在呼吸系統(tǒng)中有保護(hù)機(jī)體遠(yuǎn)離有毒物質(zhì)的功能；在腸道中[111]，通過(guò)反轉(zhuǎn)錄檢測(cè)到T2Rs 基因的表達(dá)，T2Rs 在其中起到感知營(yíng)養(yǎng)與毒素的作用。

3.3 苦味信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

每個(gè)苦味感受細(xì)胞雖然能夠表達(dá)大多數(shù)T2Rs 基因，但是每個(gè)苦味受體細(xì)胞共同表達(dá)的受體數(shù)量有很大不同，有的全部表達(dá)，有的只表達(dá)一定數(shù)量的受體。若所有T2Rs 基因都在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)出來(lái)，這將意味著苦味是一種均一、單調(diào)的滋味品質(zhì)?？紤]到缺少基因表達(dá)的選擇性，Adler等[112]認(rèn)為動(dòng)物能夠感受豐富的苦味物質(zhì)，不能具體區(qū)分某種物質(zhì)。如果苦味感應(yīng)細(xì)胞表達(dá)了不同T2Rs 的組合，則有可能區(qū)分苦味化合物。老鼠味蕾及外圍軸突的Ca2+成像記錄顯示，味蕾細(xì)胞和神經(jīng)元實(shí)際上區(qū)分了幾種苦味化合物，如地鈉銨、奎寧等。

苦味物質(zhì)種類繁多且化學(xué)結(jié)構(gòu)多種多樣，然而均能引起相同的感覺(jué)，即苦味，因此苦味信號(hào)通過(guò)一個(gè)共同途徑來(lái)激活細(xì)胞的味覺(jué)識(shí)別功能。如圖2所示，一般認(rèn)為T2Rs 受到苦味刺激，與苦味物質(zhì)結(jié)合后，T2Rs 的構(gòu)象發(fā)生變化，從而引起G蛋白激活，以及α-味蛋白與G 蛋白的β、γ 解離。之后，苦味傳導(dǎo)的信號(hào)通路分為兩種途徑[113-117]：途徑一，解離的α-味蛋白使磷酸二酯酶（PDE）異構(gòu)化，PDE 將環(huán)腺苷酸 （cAMP）轉(zhuǎn)化為腺苷（AMP），降低細(xì)胞內(nèi)cAMP 的濃度。cAMP 水平的降低導(dǎo)致蛋白激酶A（PKA）活性減弱，解除PKA 對(duì)PLCβ2/IP3 通路的抑制，促進(jìn)胞內(nèi)Ca2+的釋放；途徑二，解離的β3/γ13 復(fù)合物激活磷脂酶 （PLCβ2），導(dǎo)致PLCβ2 分解為二酰甘油 （DAG） 和三磷酸肌醇（IP3），IP3水平升高，與細(xì)胞內(nèi)的Ca2+作用，引起Ca2+濃度升高。Ca2+濃度的升高，一方面使瞬時(shí)受體勢(shì)離子通道M5（TRPM5）開放，細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位，從而釋放神經(jīng)遞質(zhì)ATP，引發(fā)味覺(jué)神經(jīng)興奮；另一方面，Ca2+可活化間隙連接半通道蛋白，利于ATP 的釋放。

3.4 苦味的形成

苦味的產(chǎn)生始于苦味物質(zhì)進(jìn)入口腔。如圖2所示，苦味物質(zhì)進(jìn)入口腔，由味覺(jué)感受器感知，并與苦味受體（T2Rs）結(jié)合，在味蕾受體細(xì)胞的頂端膜上表達(dá)，釋放出神經(jīng)遞質(zhì)，激活傳入神經(jīng)纖維，興奮信號(hào)沿腦神經(jīng)分支進(jìn)入孤束核，更換神經(jīng)元到丘腦，再經(jīng)丘腦達(dá)到島葉、島蓋部，最后經(jīng)眶額皮質(zhì)投射到下丘腦與杏仁體，經(jīng)過(guò)神經(jīng)中樞的整合最終產(chǎn)生苦味感知[110]。

4 苦味物質(zhì)在食品中的利用

苦味物質(zhì)在食品風(fēng)味和生理調(diào)節(jié)方面均具有獨(dú)特的作用。鑒于個(gè)體對(duì)苦味的接受程度不同，其在食品中的運(yùn)用也有不同途徑。文章2.2 節(jié)已闡述苦味與其它滋味的互作效應(yīng)，可根據(jù)其中規(guī)律，將苦味物質(zhì)的滋味運(yùn)用于飲料工業(yè)的滋味復(fù)配或日常烹飪的調(diào)味上。本部分則著重于描述苦味物質(zhì)的生理功能在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

圖2 苦味感知及形成過(guò)程[110-117]Fig.2 The process of bitter perception and formation[110-117]

4.1 多酚類

多酚廣泛存在于各種植物性食物中，攝入適量的多酚對(duì)人體是有益的，甚至是必需的，因此多酚也被稱為第七營(yíng)養(yǎng)素。

多酚具有抗氧化性、廣譜抗菌性[118]，被廣泛運(yùn)用于各類食品的保鮮，如油脂、肉類、果蔬等。多酚的酚羥基能與油脂中的游離基結(jié)合，減緩脂肪酸的氧化過(guò)程，減少氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而起到保鮮作用[119]。在保持肉類新鮮度方面，多酚能夠減少引起亞鐵肌紅蛋白氧化的自由基，因而能夠很好地保持肉類色澤，此外多酚還具有良好的持水性，能夠減少肌肉水分的散失，使其保持原有口感[120]。果蔬保鮮方面，多酚與多糖制成的復(fù)合保鮮涂膜，能阻隔外界環(huán)境對(duì)果蔬的損害，防止果蔬水分散失，減緩果蔬氧化過(guò)程，還能抑制霉菌對(duì)果蔬造成的病理?yè)p傷[121]。

此外，多酚還能改善天然色素因光氧化而褪色的現(xiàn)象，可作為保色劑維持產(chǎn)品色澤穩(wěn)定[122]，因而被允許添加于果醬和水果調(diào)味糖漿中，以延緩產(chǎn)品褐變[75]。

4.2 多肽類

多肽是補(bǔ)充蛋白質(zhì)的良好資源，較蛋白質(zhì)而言，多肽更易于人體的消化吸收，能快速為人體提供能量[123]。

將多肽添加于營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)劑中，能增強(qiáng)病人對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。尤其是對(duì)患有胃腸道疾病的病人，消化能力減弱的老年人以及消化系統(tǒng)還未成熟的嬰幼兒來(lái)說(shuō)，含有多肽的腸道營(yíng)養(yǎng)劑和流態(tài)食品能促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)的吸收[124]。多肽中的一些活性基團(tuán)能與微量元素形成有機(jī)金屬絡(luò)合肽，這些絡(luò)合肽可以經(jīng)小腸途徑直接吸收，且不用經(jīng)過(guò)肝臟代謝就能被人體利用，因而可添加于保健食品中，增強(qiáng)人體對(duì)微量元素的吸收和利用[125]。

4.3 皂甙類

皂甙是一種良好的天然親水性表面活性劑，具有較強(qiáng)的乳化、發(fā)泡功能[86]。

在飲料中，只需添加少量的皂甙就可達(dá)到良好且穩(wěn)定的起泡效果，即使在酒精濃度較低的飲料或碳酸飲料中，起泡力也較強(qiáng)。皂甙可使低酒精飲料像啤酒一樣具有濃厚的泡沫，增強(qiáng)口感。在奶油或冰淇淋粉中添加適量皂甙，可增加起泡性，減少打發(fā)時(shí)間，增加蓬松度，使成品質(zhì)地柔軟細(xì)膩。

作為乳化劑，皂甙可使脂溶性物質(zhì)以極微小的狀態(tài)在水中均勻分散。維生素E（VE），常被作為抗氧化劑添加于食品中，然而它不溶于水，應(yīng)用存在局限性。經(jīng)皂甙乳化后的VE 性質(zhì)穩(wěn)定，并易于人體吸收，除添加于食品中，還可用于護(hù)膚品的研制。皂甙也可用作食用香精的乳化劑，與傳統(tǒng)的香精乳化劑相比，皂甙來(lái)源穩(wěn)定，且經(jīng)皂甙乳化的香精穩(wěn)定性強(qiáng)[87]，可廣泛運(yùn)用于飲品中，起到加香、調(diào)色等作用。

4.4 生物堿類

攝入適量的咖啡堿可以抗疲勞，提高工作效率，因而咖啡堿或含有咖啡堿的物質(zhì)，如瓜拉納、科拉堅(jiān)果、巴拉圭茶等，常被作為功能成分添加于能量飲料中[126]。通常每1 mL 能量飲料中含有0.3 mg 咖啡堿，可樂(lè)飲品中可達(dá)到3 倍[127]。長(zhǎng)期飲用咖啡還能降低一些常見(jiàn)慢性疾病的發(fā)病率，這與咖啡堿促進(jìn)抗炎，調(diào)節(jié)胰島素等功能密切相關(guān)[128]。

4.5 無(wú)機(jī)鹽類

無(wú)機(jī)鹽含有人體必需的金屬元素，常用作礦質(zhì)元素補(bǔ)充劑。在美國(guó)，氯化鎂作為天然營(yíng)養(yǎng)品在超市銷售，可根據(jù)醫(yī)生建議適量添加于膳食中。食品工業(yè)中，氯化鎂常用作豆制品生產(chǎn)過(guò)程中的蛋白凝固劑，經(jīng)其處理后的豆腐不僅口感細(xì)膩，還具有良好的柔韌性[129]。氫氧化鈣，具有堿味、苦味。在食品工業(yè)中主要用作調(diào)制乳、乳粉、嬰幼兒配方食品等的酸度調(diào)節(jié)劑[75]。在奶油和乳清奶油中，添加量一般為2 g/kg（以無(wú)水物計(jì)）。氫氧化鈣還可用于果脯、干裝果蔬罐頭等產(chǎn)品的制造，在其固化過(guò)程中添加氫氧化鈣，不僅能解決組織結(jié)構(gòu)松軟的問(wèn)題，使成品硬度適中、柔韌性較好，還能補(bǔ)充鈣質(zhì)[130]。

苦味物質(zhì)雖然具有各種生理活性，對(duì)人體具有多種功效，然而，將其運(yùn)用于食品上時(shí)還應(yīng)考慮其用量和物質(zhì)之間的相互作用，以達(dá)到最佳效果。

5 苦味物質(zhì)的開發(fā)利用展望

21世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)安全與健康的關(guān)注度越來(lái)越高，苦味物質(zhì)因其獨(dú)特的風(fēng)味和生物特性，吸引了研究者的目光。長(zhǎng)期以來(lái)，苦味研究的核心在于尋找區(qū)分苦味物質(zhì)的細(xì)胞基礎(chǔ)，若能充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)殘基接觸位點(diǎn)、肽段等進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)結(jié)合X-晶體衍射和核磁共振等分析方法，解析苦味受體的3 級(jí)結(jié)構(gòu)，與之相關(guān)的問(wèn)題將會(huì)取得突破性進(jìn)展。

將苦味物質(zhì)用作功能性添加劑時(shí)，可合理利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究苦味物質(zhì)對(duì)人體的作用機(jī)制及其毒理效應(yīng)。將苦味物質(zhì)用作調(diào)味劑時(shí)，可運(yùn)用電子舌、計(jì)算機(jī)等技術(shù)建立其種類、用量等信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便及時(shí)獲取最適搭配及最適添加量等有效信息，為滋味的調(diào)配提供參考。

脫苦研究對(duì)改善食品品質(zhì)及促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義，然而很多研究工作仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未形成產(chǎn)業(yè)?？舍槍?duì)吸附后的苦味物質(zhì)延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，將其分離、純化后用于功能食品及新型藥品的研制；可將重點(diǎn)放在尋找新型苦味抑制劑和包埋物上；也可通過(guò)酶法與基因等新興技術(shù)開發(fā)利用苦味物質(zhì)。