高血压已成为全球人口死亡的首要危险因素。减少食盐(主要是钠)的摄入量被认为是降低高血压及心脑血管疾病等慢性非传染性疾病(non-communicable diseases,NCDs)最有效和最经济的公共卫生策略之一。包括减盐在内的饮食干预措施的健康投资收益比为1∶12[1]。2013年世界卫生组织(World Health Organization,WHO)呼吁成员国至2025年减少30%的人均食盐摄入量。目前,全球已有75个国家和地区启动减盐行动。全球减盐行动的普及率仅次于控烟,WHO预测“公民减少15%的食盐摄入量,可使23个高疾病负担国家在10年内减少850万人死亡”。
据WHO划分区域的人均食盐摄入量基线评估显示,包含中国、印度在内的东亚地区的人均食盐摄入量位居前列。中国人均每日食盐摄入量约10.5 g/d,是WHO推荐值(5 g/d)的2倍以上,控盐形势十分严峻。与欧美国家不同,家庭烹饪时加入的食盐和酱油等调味品是以中国为代表的亚洲国家居民钠摄入量的主要来源,加工食品只占少部分。
然而,食品是成分复杂的混合体系,减少食盐不仅会损失咸味甚至风味,食品的质构、贮藏性能都会受影响[2]。因此,如何在保证食品味道和品质的前提下减盐,实现“减盐不减味”成为国内外诸多学者的研究热点。基于此背景,本文对人体咸味的感受机制、食品减盐策略的最新研究进展进行综述,以期为食品减盐技术和低钠食品开发研究提供理论依据。
1 人体咸味感受机制
人体咸味感受的主要通道是上皮细胞膜表面钠通道(epithelial sodium channel,ENaC),ENaC具有选择性,钠离子的通过率远远高于钾离子,属于电压门控离子通道。ENaC由3个亚基组成,分别为α、β和γ,ENaC主要定位表达在舌前部的菌状乳头的味觉感受器细胞中。然而,味蕾中咸味感知的细胞和细胞内信号转导机制仍然迷雾重重[3]。NOMURA等[4]发现一种以“全电”的方式进行,没有第二信使信号传导、没有细胞内钙浓度升高现象的咸味感知机制(图1)。钠离子通过ENaC流入细胞,具有ENaC活性的味觉细胞子集激发动作电位,由CALHM1 和 CALHM3 组成亚单位(CALHM1/3)大电导离子通道打开,ATP被释放,顺着其浓度梯度向下移动,最后作用于传入神经纤维上的亲离子P2X2/X3 ATP受体,驱动电导神经传递,传至大脑皮层感知咸味。
图1 与Ca2 +无关的全电子信号介导的咸味感知[4]
Fig.1 Sodium taste perception mediated by all-electrical Ca2+-independent signal transduction
除了ENaC之外,还有很多非选择型离子通道,诸如瞬时感受器电位香草酸受体 Ⅰ(transient receptor potential vanilloid subfamily Ⅰ,TRPV Ⅰ)等(图2),其属于配体门控离子通道,可以感受Na+、K+、NH3+和Ca2+、咸味肽的咸味。这些阳离子转变的第二信使激活TCR表面的离子通道打开,阳离子流入细胞内,刺激Ca2+极化后内流细胞,激发神经递质的释放,产生的信号经过神经层层传递,最后传至大脑皮层感知咸味[3]。不少钠盐的替代物即是利用非选择性离子通道感知咸味。
图2 非选择型离子通道TRPVⅠ
Fig.2 Non-selective ion channel TRPVⅠ
2 减盐策略
直接减少食盐被认为是最简单、最直接的方法,但是食品中的非必要盐的含量有限,直接减盐的幅度也有限。AHMED等[5]发现减盐会降低干酪的黏聚性和形变能力,成熟期间脱水收缩率降低,干酪硬度降低,变得更加柔软易碎。HU等[6]针对低钠发酵食品,对其风味感知和咸味增强策略进行综述,阐述了常见的减钠策略包括直接隐形还原NaCl、其他氯化物替代盐、食盐结构改性等,而低钠发酵食品的风味补偿策略包括气味引起的咸味增强、发酵剂和增味剂应用、非热处理技术应用等。目前国内外不少研究试图寻找食盐的替代物,也有研究从食品本身结构、盐的结构、食品加工工艺、人体感官协同等方向寻求解决方案。
2.1 食盐的替代物
2.1.1 替代盐类
常用于代替钠离子的有:钾、钙、镁、铵基,替代盐主要是这些阳离子的盐酸盐、乳酸盐、柠檬酸盐、硫酸盐、磷酸盐等[7]。风味雷达图分布分析发现,相比于钙盐和镁盐,钾盐的相似度更高,其中氯化钾作为替代盐的市场潜力最大。
目前研究最多的是盐酸盐,以氯化钾居多,不仅因为其性质与食盐相近,钾还具有抗高血压的功效。但过量摄入钾(>4.7 g/d)会导致急性毒性,引发高钾血症和心律失常[1]。目前大多研究发现,当氯化钾替代量大于50%时,咸味会变淡并出现难以掩盖的苦涩味和金属味,因此氯化钾替代量通常保持在20%～40%。WEN等[8]研究发现KCl的替代量为30%或20%时,哈尔滨干香肠在发酵过程中脂质和蛋白质氧化程度显著降低,源自脂质自氧化作用的挥发性化合物形成受到抑制。VIDAL等[9]利用CaCl2、KCl以及两者混合物来替代食盐,CaCl2会影响牛肉干的感官特性,如出现苦味、纤维化、腐臭气等,而50%替代量的KCl可能针对牛肉干减钠的良好策略。GE等[10]发现肌原纤维蛋白的氧化特性和热诱导凝胶性能取决于替代盐的种类和替代量。其中25% KCl的替代量可获得肌原纤维蛋白较好的凝胶质量。
其他盐酸盐有一些不良风味,如氯化镁有涩味和金属味,氯化铵有鱼腥味等。钾、钙和镁等还会改变组织蛋白酶活性和食品的质构性能。ZONOUBI等[11]发现制作Feta干酪,氯化钠和氯化钙抑菌效果最强,氯化钙和氯化镁都会引起一些风味缺陷,而氯化钾影响相对较小。ZHANG等[12]研究表明,氯化钙替代盐和氯化镁替代盐处理的肉制品中残余组织蛋白酶B的活性分别是食盐对照组的1.5倍和1.4倍。
磷酸盐可以增加肉制品的持水性,显著降低蒸煮损失并提高感官性能。最常用的是磷酸钾,替代量约3%,且通常作为复配盐的成分之一。
以乳酸钾和乳酸钙为代表的乳酸盐,具有抑菌保质作用。乳酸钾能使减盐咸牛肉保持感官品质,如降低蒸煮损失、提高减盐咸牛肉的持水性等。SCHIVAZAPPA等[13]研究发现氯化钾与乳酸钾的混合盐替代量为50%时,可保持发酵香肠的感官品质。不少研究发现非盐酸盐对干腌法制作的干酪风味影响最小,其中乳酸钙可有效减盐[14]。GORE等[15]发现75%替代量的乳酸钙使干腌蓝纹干酪中心的钠含量降低33%,并改善干酪的营养特性。
单盐都有自身的缺陷,因此替代盐往往以低剂量的复配形式出现,探索替代盐之间的复配比例成为减盐食品的关键技术。ZHENG等[16]发现替代盐的混合物显著降低猪肉肌原纤维蛋白凝胶的储能模量、持水能力和凝胶强度,当氯化钾和氯化镁总替代量为25%时,猪肉肌原纤维蛋白呈现出致密的孔隙结构,改善了低钠肌原纤维蛋白凝胶产品的功能特性。TIDONA等[17]发现76%氯化钠和24%氯化钾的复配盐制作Grana干酪,不仅质量损失较低,而且奶酪的品质没有缺陷,对奶酪的化学成分、微生物特性和成熟过程均没有影响。余涛[18]研发低钠复合盐(氯化钠50%、氯化钾36.4%、氯化钙8%、赖氨酸 5.6%)应用于风干羊肉,感官评分无显著差异,反而嫩度更高,但是挥发性风味物质相对含量较低。
2.1.2 咸味肽及咸味增强肽
咸味肽是一种呈咸味的低聚肽,分子质量为200～1 500 Da[19]。咸味肽的味感与氨基酸组成、氨基酸性质、氨基酸序列和肽的空间结构关系密切[20]。目前结构-味道关系尚不清楚,研究发现大多数精氨酸和谷氨酸含量高的肽可以增强咸味,但缺乏有效的咸味增强特性预测模型。LE等[21]从咸味受体和咸味转导机理、结构-味道关系、咸味的评价、应用前景和挑战等方面对不同蛋白质来源的咸味肽/盐味增强肽进行综述。
咸味肽不仅能为人体提供必需氨基酸,而且口感更加温和、刺激性小,增咸的效果比替代盐类更突出。目前日本已经投入生产,但价格约为普通食盐的50倍。因此,不少研究聚焦于咸味肽的制备、分离纯化和鉴定,试图寻找更为经济的制备技术。目前制备咸味肽主要包括酶解和微生物发酵,一般利用低成本的食品加工副产品作为原料,例如牛骨、豌豆蛋白、鱼皮明胶蛋白等,但是要考虑加工出品的稳定性。ZHENG等[22]通过超滤、凝胶渗透色谱和制备液相色谱,结合感官评定,从FA31酵母中分离出5种咸味肽,鉴定出肽序列为Asp-Asp、Glu-Asp、Asp-Asp-Asp、Ser-Pro-Glu和Phe-Ile。值得注意的是除了咸味,Phe-Ile呈苦味,Asp-Asp呈酸味。
咸味增强肽本身没有咸味,但可以增强人体的咸味感知。不少研究试图阐明咸味增强肽的机理及其与味觉受体的相互作用。XIE等[23]探讨菲律宾蛤仔和火腿中鲜味肽的增咸机制,发现在中性条件下(pH 6.5),鲜味肽处于负离子状态,这可能是鲜味肽能够与跨膜通道4 (transmembrane channel-like 4,TMC4)受体结合并增强咸味的主要原因。SHEN等[24]通过实验和综合计算模型,鉴定酵母提取物中新型咸味增强肽PN、NSE、NE和SPE,并且研究其对TMC4受体蛋白的作用机制。CHEN等[25]利用超滤、凝胶渗透色谱、离子交换色谱等分离鉴定方法,从中国商用发酵豆腐中分离出的4种十肽为主的咸味增强肽,发现十肽Glu-Asp-Glu-Gly-Glu-Gln-Pro-Arg-Pro-Phe具有最强的咸味增强作用。SHAN等[26]从酵母提取物中提取咸味增强肽,并利用味觉受体T1R1/T1R3的分子虚拟对接技术,证实酸味和鲜味可以增强咸味感知。
美拉德反应肽(Maillard-reacted peptides,MRP)是肽(1～5 kDa)和还原糖在高温下通过美拉德反应产生的糖肽,美拉德反应可以显著改善肽的咸味增强作用。YAN等[27]通过酶水解豌豆蛋白,与不同还原糖(木糖、阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖)产生美拉德反应产物,结果显示豌豆蛋白肽分子质量为0.25～1 kDa咸味增强效果最好,己糖衍生物比戊糖具有更强的增咸作用。YU等[28]以鱼皮胶原蛋白肽(1～5 kDa)为原料,通过葡萄糖胺诱导的美拉德反应制备MRP,证实具有23%的咸味增强作用。苏国万等[29]发现不同结构修饰(氨基酸的序列变化、增加风味氨基酸、二肽的交联形式)和美拉德反应对咸二肽(Asn-Pro和Ala-His)的咸味和鲜味有显著影响。张廷奕等[30]发现选择具有极高反应活性的氨基葡萄糖作为原料,有助于改善MRP的盐味增强效应。严方等[31]发现豌豆肽美拉德反应产物可增强盐溶液的咸味、鲜味和醇厚味,并研究初始pH(6.4、7.4、8.4)对美拉德反应色泽与风味的影响。但值得注意的是美拉德反应一般在高温下(>90 ℃)进行,容易产生有毒物质或者不必要的副产物,因此如何精确制备MRP是工业生产必需要研究的问题。
γ-谷氨酰肽广泛存在于自然界,如绿豆、黑豆、葱科、奶酪和大豆酱汁等。最典型的γ-谷氨酰肽是谷胱甘肽(glutathione,GSH)。γ-谷氨酰肽的浓厚味味觉转导机制主要由口腔里激发浓厚味的细胞外钙敏感受体(calcium-sensing receptor,CaSR)介导,CaSR是G蛋白偶联受体家族成员之一,其可以感知细胞外钙浓度的变化维持体内钙平衡,γ-谷氨酰肽已被确定为钙敏感受体CaSR的变构调节剂。γ-谷氨酰肽可以激活味蕾中的CaSR并产生浓厚味道,而浓厚味将进一步以双相的方式调节咸味。毕继才等[32]发现谷胱甘肽在40 ℃和pH 7.0条件下具有最佳增咸效应,风味增强比为20%。谷胱甘肽CaCl2系统在40 ℃和pH 6.5下具有最佳增咸效果,增咸15%。谷胱甘肽KCl系统在45 ℃和pH 7.0时具有最佳的增咸效果,增咸15%。
ANDREW等[33]鉴定蘑菇蛋白水解物中的蘑菇衍生促味剂,包括游离氨基酸、焦谷氨酰二肽等,包括焦谷氨酰半胱氨酸 (pGlu-Cys)、焦谷氨酰缬氨酸 (pGlu-Val)、焦谷氨酰天冬氨酸 (pGlu-Asp)、焦谷氨酰谷氨酸 (pGlu-Glu)和焦谷氨酰脯氨酸 (pGlu-Pro)。尽管在水解物中低于各自的阈值,但是并不影响咸味,证明了亚阈值味觉调节的协同效果,为未来研究低于阈值水平的焦谷氨酰二肽混合物的咸味增强潜力奠定基础。
2.1.3 其他增咸物质
咸味增强肽之外,还有一些天然物质可以增强咸味感知,弥补低钠食品的感官缺陷。天然增咸物质包含单一成分和混合成分。单一成分比如氨基酸类(甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、牛磺酸、丙氨酸等)、5′-核苷酸类(5′-肌苷酸、5′-腺苷酸、5′-鸟苷酸等)、有机酸类(琥珀酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸等)、植物香料(辣椒的辣椒素、黑胡椒的胡椒碱、大蒜中的大蒜素等)等。TSAI等[34]从鱿鱼骨中分离出几丁质,并分别通过超声处理、碱处理、超声处理和酸水解分别转化为几丁质纳米纤维、脱乙酰基几丁质纳米纤维和几丁质纳米晶体,证实了添加几丁质纳米材料的NaCl溶液(质量分数为0.3%)具有更高的咸味感。SOMSAK等[35]从虾壳和鱿鱼圈中分离出α-几丁质和β-几丁质,并进行超声处理以获得几丁质纳米颗粒。随着超声时间的延长,几丁质纳米颗粒的咸度增加。
混合成分的增咸物质有酵母提取物、动植物提取物等。酵母提取物由氨基酸、多肽和核苷酸等组成,其中谷氨酸钠、5′-肌苷酸、5′-鸟苷酸和丙氨酸是其风味的主要来源。目前酵母提取物已成功应用于包含火腿、高汤调味粉、低盐干酪等多种减盐食品,并已工业化生产。
此外,葡萄酒加工副产物可以改善低盐食品的抗菌性能,但有涩味;迷迭香、罗勒等提取物也能够减盐不减味;香菜提取物可以改善减盐香肠的微生物特性;香菇提取物制成的香菇鲜味低钠盐配方减盐效果显著。SILVA等[36]通过定量描述分析发现牛至提取物和酵母提取物均可以提高低盐Prato奶酪(50% KCl替代量)的咸味。而暂时性感官支配法优势曲线表明,酵母提取物对奶酪风味有积极影响,因为其可以消除氯化钾的苦味。此外,HONG等[37]发现四川胡椒的咸味增强率和减盐特性分别为28.74%和22.32%,并分析四川胡椒的风味特征、风味增强和咸味调节,以评估其减盐的有效性。
2.2 人体多感官协同
气味诱导的咸味增强(odor-induced saltiness enhancement,OISE)是利用嗅觉对味觉的协同效应来增强咸味感知,例如具有咸香气味的化合物可以增强盐溶液的咸味感知[38]。经过口腔内咀嚼加工产生的后鼻腔嗅觉会与味觉感知共享神经回路,同时最终会刺激味觉处理的大脑区域,因而与味觉产生交互作用。而经过鼻腔吸入的经鼻嗅觉则不会(图3)。SINDING等[39]基于风味感知的大脑计时视角阐述了OISE。通过脑电图脑记录,利用接近真实的咸汤模型,证实了大脑高级整合区域可能通过主要感觉区域的自上而下效应来处理气味与味道的相互作用。AI等[40]对气味诱导味觉增强(odor-induced taste enhancement,OITE)的神经认知机制进行综述,讨论气味感知途径(前鼻或鼻后)、气味浓度和气味-味觉一致性对 OITE 的影响。同时通过展示大脑处理味觉强度、气味的味觉质量以及味觉-气味相互作用的人类神经影像学研究等,来呈现 OITE 的神经机制。
a-经鼻嗅觉;b-后鼻腔嗅觉
图3 经鼻嗅觉和后鼻腔嗅觉
Fig.3 Orthonasal olfactionl and retronasal olfaction
目前利用OISE增咸的有肉类、酱油、沙丁鱼、奶酪、柴鱼干等的咸香气味化合物,其中酱油的气味剂增咸效果显著。ZHOU等[41]通过气相色谱/嗅闻-与滋味相关法从酱油中鉴定出30种与味道相关的气味化合物,其中4种可以增强咸味和6种可以增强鲜味,3-(甲硫基)丙醛增强咸味和鲜味的效果最好,鲜味气味剂1-辛烯-3-醇也可显著增强咸味。GAO等[42]研究盐溶液中的中国豆豉气味的增强咸味感知作用,采用气相色谱-嗅味计筛选永川豆豉中与咸香气味,在14种气味化合物中,2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、二甲基三硫醚、3-甲硫基丙醛和3-甲硫基丙醇等化合物增咸效果显著。其中,2-乙基-3,5-二甲基吡嗪是首次报道能增强咸味。
2.3 食盐结构优化
目前研究表明食品中约95%的食盐还来不及感知咸味,就已经吞入食管[2],因此不少研究尝试改变盐结构,以增强钠盐在口腔加工中的咸味感知,从而降低无贡献盐的摄入。现有措施包含利用先进的加工技术改变食盐的形貌、粒径大小和利用包埋技术增加非均匀分布等。
改变食盐的形貌旨在增加晶体的比表面积,提升食盐溶解度。相比于传统食盐的立方晶体,薄片状、中空金字塔状、聚集状、空心微球等特殊形貌的食盐晶体能够增强咸味感知。其中不少已经开始商业生产,但是售价较高,可应用于炸薯条、饼干、坚果、肉类工业等。不少研究将食盐的中空结构和气味诱导的咸味增强进行叠加,减盐效果显著。CHEN等[43]用经过皂苷稳定的柠檬油和大蒜油的纳米液滴构成框架,经过喷雾干燥获得中空NaCl颗粒,典型的香气属性和咸味感得以增强。LEE等[44]利用喷雾干燥盐-酵母复合物,增强白面包的咸味,证实了盐和酵母的空间组合可能导致更高的盐释放。
减小食盐的粒径,能够增加其溶解速度,提升咸味的峰值强度,但是持续时间较短,后味不足,食盐粒径大小与感官品质的关系有待于后续深入研究。RIOS-MERA等[45]研究微粉氯化钠可以使牛肉饼的含盐量从1.5%减少到1.0%。HURST等[2]研究发现咸味感知由食盐晶体颗粒大小和颗粒的疏水性决定。减小食盐粒径的方法很多,近年出现超细氯化钠颗粒制备技术,包括喷雾干燥、3D打印工艺和电流体雾化干燥。此外,对于咀嚼时间较长的食物,如面食或者肉制品,加大食盐粒径会增强咸味感知,但可能对感官有影响。大粒径的食盐晶体能够避免在高含水量的肉制品中溶解。GAUDETTE等[46]发现3 mm的食盐可以显著减少牛肉饼的食盐,但牛肉饼在烹饪中会有较多汁水流失。GORE等[15]用粗盐(0.9～3.15 mm)腌制蓝纹干酪,可以减少钠含量21%。因此,食盐的粒径大小会因应用场景不同而有不同要求。
NaCl经过疏水材料包埋,在食品基质中会导致盐浓度的非均匀分布,延缓钠的释放,提升和延长咸味感知,但是仅适用于一些需要长时间咀嚼的食物,如面包和肉制品等[47]。目前研究较多的有:麦芽糊精和辛烯基琥珀酸酐改性淀粉包埋氯化钠、多孔玉米淀粉包埋氯化钠、巴西棕榈蜡包埋氯化钠、油脂包埋的微粉氯化钠等。
2.4 食品结构优化
不同的食品基质结构会有不同的减盐效果。REIS等[48]研究不同食物基质(炸薯条、requeijão奶酪、牛肉汉堡)对增味剂增强咸味能力的影响,证实食品咸味的增强取决于增味剂的增咸效力、食品基质的复杂性以及食盐的减少量。
胶体食品的混合物分散系统能够有效控制食盐的传递和释放,因而能够实现低钠减盐。常见的食品结构优化策略有:a)改变食品基质成分:如提升水分和多糖的含量,控制脂肪含量在合适范围。脂肪会让胶体的咸味感知更早,持续时间更长。较少的脂肪会让受体细胞的敏感性上升,但是脂肪较多就会反而降低,影响咸味感知[49]。牛奶加入低酰基结冷胶或κ-卡拉胶,改变奶酪的最终网络结构,释放更多食盐。b)优化食品结构:可以通过提升凝胶的孔隙率、降低液滴粒径和调节胶体网络结构等实现减盐。ZHANG等[50]基于淀粉-唾液淀粉酶特异性结合原理,发现α-淀粉酶会促进马铃薯淀粉基乳液凝胶中盐的释放速度。李红娟等[51]发现乳化工艺通过形成乳清蛋白-黄油乳液凝胶,能够改善干酪品质的同时,实现再制干酪的减盐减钠。c)利用静电吸附性质:钠离子是带正电的阳离子,一些负电荷的化合物如黄原胶酪、蛋白酸钙和κ-卡拉胶等能够吸附钠离子,降低咸味感知;相反,带正电的阳离子如钾、钙可以竞争结合位点,释放更多的吸附钠离子,增强咸味感知。LU等[52]研究的卡拉胶-氯化钾-氯化钠复合盐,不仅利用卡拉胶掩盖氯化钾苦味,同时降低高血压和肾损伤风险。PU等[53]开发了一种有效的方案来评估鲜味化合物增强的咸味感。证实L-丙氨酸和甘氨酸可以抑制钠离子与黏蛋白的结合,从而增加咸味感。阿拉伯树胶在减钠溶液中表现出最好的咸味增强效果,其通过阿拉伯树胶产生纳米颗粒,降低溶液体系的稳定性,增强黏蛋白对钠离子的负载作用,延长咸味感。d)改变界面特性:盐主要分别在水相或界面中,疏水相/水相体积比和界面特性会影响咸味感知。如通过辛烯基琥珀酸酐改性乳化淀粉进行稳定的W1/O/W2乳液水相包埋食盐。但是食品体系复杂,食品结构与咸味感知机制还需进一步阐明,而且改变食品结构会影响食物的口腔加工性能,因而实际应用较少。
2.5 高新加工技术
目前一些高新加工技术如超高压(ultra-high pressure,UHP)、超声波、脉冲电场(pulsed electric field,PEF)微波技术等,能够改善低盐食品的贮存性能及质构特性,因此在减盐中作为辅助措施。超高压技术能促进钠与蛋白质紧密结合,以及水分含量降低,使肉制品感知咸味增强[54]。WANG等[55]发现在低盐浓度下,适度的UHP处理(≤300 MPa)可增强金线鱼肌球蛋白凝胶的保水性和结构性能,而更强的UHP处理(≥450 MPa)会削弱它们。随着压力的增加(0.1～600 MPa),肌球蛋白从α螺旋展开为β折叠,并且掩埋的疏水基和巯基基团暴露出来,表面疏水性和反应性巯基含量增加。
超声波在介质中形成局部的高温高压,起到灭菌和均质作用,加速成熟和传质过程。BARRETTO等[56]利用超声波改善0.75%的盐处理重组火腿(减盐30%)的感官接受度,超声波引起肌原纤维的微裂纹,降低了火腿的总汁水流失量,增加了硬度,提升火腿的鲜红色。
脉冲电场诱导电穿孔并改变细胞膜的渗透性,钠离子更容易流出。BHAT等[57]发现PEF通过影响盐的扩散和钠的输送来改善咸味,在咀嚼时产生更好的咸味感知,同时对牛肉干的剪切力和韧性有着显著(P<0.05)影响,而对牛肉干的颜色、产率以及氧化和微生物稳定性没有显著影响。
微波作为热加工技术,能够引起细菌细胞分子的变形和振动,从而具有杀菌作用。目前研究发现微波增咸的机制可能是微波加热对食品的风味物质保留较多,从而影响咸度感知和感官接受性。BARNETT等[58]利用草药和微波辅助热杀菌来增强加工预制膳食——鸡肉意大利面的咸味感知。在鸡肉意大利面中添加草药可以使含盐量减少多达50%,在更长的贮存时间内,由微波辅助热灭菌加工并贮存后的膳食香气、味道和风味强度等属性的接受度会增加。汪雪娇[59]发现赖氨酸和水浴-微波加热的协同处理,不仅能够达到鱼糜减盐(1.7% NaCl)不减咸的目的,而且能明显改善减盐鱼糜凝胶的感官品质。
此外还有纳滤、电渗析、旋转蒸发等技术手段,对传统含盐液体调味品进行脱盐处理。如电渗析对鱼露进行淡化脱盐处理,但研究发现会同时脱去风味物质[60]。
3 总结及展望
a)在“减盐不减味”策略研究中,替代盐是最初的研究方向,研究也较为成熟,但是存在安全性争议、食品感官品质缺陷等问题(表1)。因此不少研究探索风味改良剂和增咸剂,以弥补替代盐的缺陷。而近来,天然的食源性咸味肽及咸味增强肽成为一个重要的新兴研究方向,具有重要的科学意义和应用价值,但是目前还面临低产量和肽具有苦味的问题待解决。同时,不少研究开始转变思路,从食物自身、盐本身、人体认知神经科学和高新加工技术的角度切入。食品结构优化涉及食品的复杂体系,改变了食品的口感性能,应用受限。盐结构优化具有普适价值,但是食盐结构与口感的关系需要更深入的研究,而且制备特殊形态的食盐成本较高。高新加工技术同样面临成本高的问题,且经常作为辅助措施使用。人体感官协同是新兴的研究方向,尤其是气味诱导的咸味增强被认为是更为安全的减盐方式,未来也将成为研究热点。
表1 不同减盐策略的研究现状、应用前景及挑战
Table 1 Research status,application prospect,and challenges of different salt reduction strategies
减盐策略研究现状挑战应用前景食盐替代物替代盐替代盐是最初的研究方向,研究也较为成熟。除了咸味感知之外,已经开展其对食品的质构、微生物群落特性和整体风味影响研究存在安全性争议,难以掩盖的金属和苦涩味,食品感官品质缺陷等问题替代盐的成本较低,方法简便,应用最为广泛,已有相关的成熟产品(低钠食盐),并已工业化生产。单盐都有自身的缺陷,因此替代盐往往以低剂量的复配形式出现,探索替代盐之间的复配比例成为减盐食品的关键技术咸味肽及咸味增强肽咸味肽不仅能为人体提供必需氨基酸,而且口感更加温和、刺激性小,增咸的效果比替代盐类更突出。但是其产量低,因此不少研究聚焦于咸味肽的制备、分离纯化和鉴定,试图寻找更为经济的制备技术。同时很多研究试图阐明咸味增强肽的机理及其与味觉受体的相互作用存在低产量、成本高、肽具有苦味的问题咸味肽因其天然食源性而备受推崇,目前研究主要集中于制备分离纯化,MRP和γ-谷氨酰肽的增咸作用受到关注,但美拉德反应一般在高温下(>90 ℃)进行,容易产生有毒物质或者不必要的副产物,因此如何精确制备MRP是工业生产应用必需要研究的问题。此外,咸味肽的应用研究较少其他增咸物质主要是风味改良剂和增咸剂,用以弥补替代盐的风味缺陷,往往与替代盐一起使用,研究较为成熟。近年来,不少研究开始关注几丁质的增咸效应混合成分的增咸物质成分尚不明确,而且往往需要与与替代盐一起使用目前酵母提取物已成功应用于包含火腿、高汤调味粉、低盐干酪等多种减盐食品,并已工业化生产。氨基酸类、5′-核苷酸类、有机酸类、植物香料类在工业中均已应用。近来研究更倾向于从动植物加工的副产品中提取增咸成分人体多感官协同气味诱导的咸味增强被认为是更为安全的减盐方式,未来也将成为研究热点。不少研究从人体神经科学角度阐述,也有研究从食品科学角度分离出咸香气味的化合物应用研究较少咸香气味的化合物未来可以作为增咸香精应用于食品工业食盐结构优化食盐结构优化具有普适价值,提升食盐在口腔中的咸味感知也被认为是解决问题的关键。现有措施包含利用先进的加工技术改变食盐的形貌、粒径大小和利用包埋技术增加非均匀分布等,但是食盐的结构会因应用场景不同而有不同要求食盐结构与口感的关系需要更深入的研究。此外,制备特殊形态的食盐成本较高,特殊形貌食盐应用研究较少特殊形貌食盐已经开始商业生产,但是售价较高,可应用于炸薯条、饼干、坚果、肉类工业等食品结构优化常见的食品结构优化策略有改变食品基质成分、优化食品结构、利用静电吸附性质、改变界面特性。但是食品体系复杂,食品结构与咸味感知机制还需进一步阐明涉及食品的复杂体系,改变了食品的口感性能,应用受限主要应用于流体和胶体食品高新加工技术在减盐中常作为辅助措施,包括超高压、超声波、脉冲电场、微波技术等,能够改善低盐食品的贮存性能及质构特性,主要集中于应用研究面临成本高的问题经常作为减盐的辅助措施
b)5种基本味觉中,咸味对于人类而言是最神秘的。目前咸味的细胞和信号通路仍然理解得不够完整,尽管取得重要进展,但是拼图的几个关键部分仍然缺失。比如,尚未研究清楚哪个细胞表达功能性ENaC通道并调节诱人的咸味;尚不清楚如何打开ENaC通道将导致神经递质释放到传入神经纤维等。而人体咸味的感知机理、咸味物质与味觉受体的相互作用等基础研究,将为食品工业的减盐策略研究取得实质性突破奠定理论基础。
c)目前的减盐策略研究,大多以单一方法为主,少数采用多措施联合。然而减少食品中的盐含量具有多重挑战,因为盐能够促进食品基质中的咸味和挥发性化合物释放,抑制苦味和改变微生物群落结构,在风味感知中具有特殊作用。为了改善低钠食品风味,未来的研究应该集中在几种策略的叠加组合应用。此外,应用场景会根据食品种类出现细分,因为不同食物的组成千差万别,普适的减盐方案可能并不适用所有种类的食物。因此,未来的研究可能会集中于不同食品种类的减盐策略研究。
d)目前的减盐策略的评价指标主要集中于咸度,包括使用感官评估、电子舌电子鼻、味觉细胞和动物模型等方法。然而食盐不仅仅提供咸味,对食品的质构、微生物群落特性和整体风味都具有深远影响。目前替代盐的研究已经考虑咸味之外的其他影响,但是新兴减盐策略大多停留在咸味感知层面,对于微生物特性影响、质构变化以及整体风味特征都有待于后续深入研究。
[1] GREER R C,MARKLUND M,ANDERSON C A M,et al.Potassium-enriched salt substitutes as a means to lower blood pressure:Benefits and risks[J].Hypertension,2020,75(2):266-274.
[2] HURST K E,AYED C,DERBENEV I N,et al.Physicochemical design rules for the formulation of novel salt particles with optimised saltiness[J].Food Chemistry,2021,360:129990.
[3] LIMAN E R.Salty taste:From transduction to transmitter release,hold the calcium[J].Neuron,2020,106(5):709-711.
[4] NOMURA K,NAKANISHI M,ISHIDATE F,et al.All-electrical Ca2+-independent signal transduction mediates attractive sodium taste in taste buds[J].Neuron,2020,106(5):816-829.
[5] AHMED M E,RATHNAKUMAR K,AWASTI N,et al.Influence of probiotic adjunct cultures on the characteristics of low-fat Feta cheese[J].Food Science &Nutrition,2021,9(3):1512-1520.
[6] HU Y Y,ZHANG L,BADAR I H,et al.Insights into the flavor perception and enhancement of sodium-reduced fermented foods:A review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2022:1-15.
[7] 詹飞丽,李苗云,赵改名,等.食盐对肉制品风味影响及降盐技术研究进展[J].中国调味品,2020,45(3):180-182,187.
ZHAN F L,LI M Y,ZHAO G M,et al.Effect of salt on flavor of meat products and research progress on salt reduction technology[J].China Condiment,2020,45(3):180-182; 187.
[8] WEN R X,HU Y Y,ZHANG L,et al.Effect of NaCl substitutes on lipid and protein oxidation and flavor development of Harbin dry sausage[J].Meat Science,2019,156:33-43.
[9] VIDAL V A S,BIACHI J P,PAGLARINI C S,et al.Reducing 50% sodium chloride in healthier jerked beef:An efficient design to ensure suitable stability,technological and sensory properties[J].Meat Science,2019,152:49-57.
[10] GE G,HAN Y R,ZHENG J B,et al.Physicochemical characteristics and gel-forming properties of myofibrillar protein in an oxidative system affected by partial substitution of NaCl with KCl,MgCl2 or CaCl2[J].Food Chemistry,2020,309:125614.
[11] ZONOUBI R,GOLI M.The effect of complete replacing sodium with potassium,calcium,and magnesium brine on sodium-free ultrafiltration Feta cheese at the end of the 60-day ripening period:Physicochemical,proteolysis-lipolysis indices,microbial,colorimetric,and sensory evaluation[J].Food Science &Nutrition,2020,9(2):866-874.
[12] ZHANG X,YANG J N,GAO H,et al.Substituting sodium by various metal ions affects the cathepsins activity and proteolysis in dry-cured pork butts[J].Meat Science,2020,166:108132.
[13] SCHIVAZAPPA C,VIRGILI R.Impact of salt levels on the sensory profile and consumer acceptance of Italian dry-cured ham[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2020,100(8):3370-3377.
[14] 吴怡霏,刘宗尚,刘维娜,等.NaCl对原制干酪品质影响及减钠方法研究进展[J].中国食品添加剂,2022(5):186-193.
WU Y F,LIU Z S,LIU W N,et al.Sodium chloride on cheese quality and research progress of sodium reduced cheese[J].China Food Additives,2022(5):186-193.
[15] GORE E,MARDON J,CÉCILE B,et al.Calcium lactate as an attractive compound to partly replace salt in blue-veined cheese[J].Journal of Dairy Science,2019,102(1):1-13.
[16] ZHENG J B,HAN Y R,GE G,et al.Partial substitution of NaCl with chloride salt mixtures:Impact on oxidative characteristics of meat myofibrillar protein and their rheological properties[J].Food Hydrocolloids,2019,96:36-42.
[17] TIDONA F,BERNARDI M,FRANCOLINO S,et al.The impact of sodium chloride reduction on Grana-type cheese production and quality[J].The Journal of Dairy Research,2019,86(4):470-476.
[18] 余涛.低钠复合盐对风干羊肉品质变化的影响研究[D].阿拉尔:塔里木大学,2021.
YU T.Research on the effect of low sodium composite salt on the quality change of air-dried lamb[D].Ala’er:Tarim University,2021.
[19] 陕怡萌,蒲丹丹,张玉玉,等.食品减盐方法研究进展[J/OL].食品科学,2021:1-15.(2021-07-12).https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20210709.1800.022.html.
SHAN Y M,PU D D,ZHANG Y Y,et al.Research progress of salt reduction methods[J/OL].Food Science,2021:1-15.(2021-07-12).https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20210709.1800.022.html.
[20] 张康逸,屈凌波,温青玉,等.咸味肽的制备技术研究进展[J].中国调味品,2022,47(6):204-211.
ZHANG K Y,QU L B,WEN Q Y,et al.Research progress on the preparation technology of salty peptides[J].China Condiment,2022,47(6):204-211.
[21] LE B,YU B B,AMIN M S,et al.Salt taste receptors and associated salty/salt taste-enhancing peptides:A comprehensive review of structure and function[J].Trends in Food Science &Technology,2022,129:657-666.
[22] ZHENG Y Y,TANG L,YU M G,et al.Fractionation and identification of salty peptides from yeast extract[J].Journal of Food Science and Technology,2021,58(3):1199-1208.
[23] XIE X N,DANG Y L,PAN D D,et al.The enhancement and mechanism of the perception of saltiness by umami peptide from Ruditapes philippinarum and ham[J].Food Chemistry,2023,405:134886.
[24] SHEN D Y,PAN F,YANG Z C,et al.Identification of novel saltiness-enhancing peptides from yeast extract and their mechanism of action for transmembrane channel-like 4 (TMC4) protein through experimental and integrated computational modeling[J].Food Chemistry,2022,388:132993.
[25] CHEN Y P,WANG M N,BLANK I,et al.Saltiness-enhancing peptides isolated from the Chinese commercial fermented soybean curds with potential applications in salt reduction[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2021,69(35):10272-10280.
[26] SHAN Y M,PU D D,ZHANG J C,et al.Decoding of the saltiness enhancement taste peptides from the yeast extract and molecular docking to the taste receptor T1R1/T1R3[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2022,70(47):14898-14906.
[27] YAN F,CUI H P,ZHANG Q,et al.Small peptides hydrolyzed from pea protein and their Maillard reaction products as taste modifiers:Saltiness,umami,and kokumi enhancement[J].Food and Bioprocess Technology,2021,14(6):1132-1141.
[28] YU B B,WU W,WANG B,et al.Maillard-reacted peptides from glucosamine-induced glycation exhibit a pronounced salt taste-enhancing effect[J].Food Chemistry,2022,374:131776.
[29] 苏国万,赵炫,张佳男,等.酱油中鲜味二肽的分离鉴定及其呈味特性研究[J].现代食品科技,2019,35(5):7-15.
SU G W,ZHAO X,ZHANG J N,et al.Isolation,identification and taste characteristics of umami dipeptides from soy sauce[J].Modern Food Science and Technology,2019,35(5):7-15.
[30] 张廷奕,王灿,李治衡,等.四种还原糖对鱼皮胶原肽美拉德反应产物的理化性质及增咸作用影响[J].食品与发酵工业,2021,47(13):161-166.
ZHANG T Y,WANG C,LI Z H,et al.Four reducing sugars on the physicochemical and salt taste-enhancing properties of Maillard reaction products from fish skin collagen peptides[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(13):161-166.
[31] 严方,于静洋,崔和平,等.减盐增鲜的豌豆肽美拉德反应产物制备及其风味分析[J].食品与生物技术学报,2022,41(3):37-45.
YAN F,YU J Y,CUI H P,et al.Preparation and flavor analysis of Maillard reaction products with salt reducing and umami-ehancing effect derived from pea protein hydrolysates[J].Journal of Food Science and Biotechnology,2022,41(3):37-45.
[32] 毕继才,林泽原,张永生,等.谷胱甘肽对无机盐的增味特性研究[J].中国调味品,2020,45(5):119-123.
BI J C,LIN Z Y,ZHANG Y S,et al.Study on the flavor enhancement properties of glutathione to inorganic salt[J].China Condiment,2020,45(5):119-123.
[33] MOORE A,LUCKETT C R,MUNAFO J P Jr.Taste-active dipeptides from hydrolyzed mushroom protein enhance saltiness[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2021,69(40):11947-11959.
[34] TSAI W C,WANG S T,CHANG K L B,et al.Enhancing saltiness perception using chitin nanomaterials[J].Polymers,2019,11(4):719.
[35] SOMSAK P,SRIWATTANA S,PRINYAWIWATKUL W.Ultrasonic-assisted chitin nanoparticle and its application as saltiness enhancer[J].International Journal of Food Science &Technology,2021,56(2):608-617.
[36] SILVA H L A,BALTHAZAR C F,SILVA R,et al.Sodium reduction and flavor enhancer addition in probiotic Prato cheese:Contributions of quantitative descriptive analysis and temporal dominance of sensations for sensory profiling[J].Journal of Dairy Science,2018,101(10):8837-8846.
[37] HONG LE BAO T,CHAISERI S,LORJAROENPHON Y.Potential of Szechuan pepper as a saltiness enhancer[J].International Journal of Food Properties,2018,21(1):533-545.
[38] 郑志亮.新型牛肉风味膏类咸味香精的工艺及机理研究[D].无锡:江南大学,2022.
ZHEN Z L.Study on the technology and mechanism about new type of beef paste of salty flavor[D].Wuxi:Jiangnan University,2022.
[39] SINDING C,THIBAULT H,HUMMEL T,et al.Odor-induced saltiness enhancement:Insights into the brain chronometry of flavor perception[J].Neuroscience,2021,452:126-137.
[40] AI Y,HAN P F.Neurocognitive mechanisms of odor-induced taste enhancement:A systematic review[J].International Journal of Gastronomy and Food Science,2022,28:100535.
[41] ZHOU T,FENG Y Z,THOMAS-DANGUIN T,et al.Enhancement of saltiness perception by odorants selected from Chinese soy sauce:A gas chromatography/olfactometry-associated taste study[J].Food Chemistry,2021,335:127664.
[42] GAO Y,WANG W Q,ZHANG H Y,et al.The enhancement of the perception of saltiness by odorants selected from Chinese Douchi in salt solution[J].Foods,2022,11(15):2260.
[43] CHEN X W,YANG D X,GUO J,et al.Quillaja saponin-based hollow salt particles as solid carriers for enhancing sensory aroma with reduced sodium intake[J].Food &Function,2018,9(1):191-199.
[44] LEE J,BAE J,JEONG H,et al.Saltiness enhancement in white pan bread supplemented withspray-dried salt-yeast complex[J].Powder Technology,2020,367:115-121.
[45] RIOS-MERA J D,SALDA
A E,CRUZADO-BRAVO M L M,et al.Reducing the sodium content without modifying the quality of beef Burgers by adding micronized salt[J].Food Research International,2019,121:288-295.
[46] GAUDETTE N J,PIETRASIK Z,JOHNSTON S P.Application of taste contrast to enhance the saltiness of reduced sodium beef patties[J].LWT,2019,116:108585.
[47] 公奕夫,李星,刘斌,等.基于固体食盐结构及成分设计的减盐策略及其研究进展[J/OL].食品科学,2022:1-19.(2022-10-21).https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20221020.1409.038.html.
GONG Y F,LI X,LIU B,et al.The research progress of salt reduction strategy-structure regulation and composition design for novel solid salt[J/OL].Food Science,2022:1-19.(2022-10-21).https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20221020.1409.038.html.
[48] REIS ROCHA R A,REIS ROCHA L C,RIBEIRO M N,et al.Effect of the food matrix on the capacity of flavor enhancers in intensifying salty taste[J].Journal of Food Science,2021,86(3):1022-1032.
[49] 张彦慧,郑红霞,刘楠,等.胶体结构设计在减盐食品中的应用[J].食品科学,2022,43(1):213-222.
ZHANG Y H,ZHENG H X,LIU N,et al.Design of colloidal structures for salt-reduced foods[J].Food Science,2022,43(1):213-222.
[50] ZHANG Y H,YANG H,ZHENG H X,et al.Physical properties and salt release of potato starch-based emulsion gels with OSA starch-stabilized oil droplets[J].LWT,2021,141:110929.
[51] 李红娟,刘婷婷,李丹,等.热变性乳清蛋白-黄油乳液凝胶对减钠再制干酪品质的影响[J].中国食品学报,2022,22(4):189-195.
LI H J,LIU T T,LI D,et al.Effects of heat denatured whey protein-butter emulsion gel on the quality of sodium reducing cheese[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2022,22(4):189-195.
[52] LU W,HU Z N,ZHOU X L,et al.Natural biopolymer masks the bitterness of potassium chloride to achieve a highly efficient salt reduction for future foods[J].Biomaterials,2022,283:121456.
[53] PU D D,SHAN Y M,QIAO K N,et al.Development of an effective protocol for evaluating the saltiness intensity enhancement of umami compounds[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2023,71(1):700-709.
[54] 皮若冰,李大鹏,洪惠,等.肉制品中减盐策略研究进展[J].食品工业科技,2022,43(13):408-415.
PI R B,LI D P,HONG H,et al.Research progress on sodium salt reduction strategies in processed meat products[J].Science and Technology of Food Industry,2022,43(13):408-415.
[55] WANG J Y,LI Z Y,ZHENG B D,et al.Effect of ultra-high pressure on the structure and gelling properties of low salt golden threadfin bream (Nemipterus virgatus) myosin[J].LWT,2019,100:381-390.
[56] BARRETTO T L,POLLONIO M A R,TELIS-ROMERO J,et al.Improving sensory acceptance and physicochemical properties by ultrasound application to restructured cooked ham with salt (NaCl) reduction[J].Meat Science,2018,145:55-62.
[57] BHAT Z F,MORTON J D,MASON S L,et al.The application of pulsed electric field as a sodium reducing strategy for meat products[J].Food Chemistry,2020,306:125622.
[58] BARNETT S M,SABLANI S S,TANG J M,et al.Utilizing herbs and microwave-assisted thermal sterilization to enhance saltiness perception in a chicken pasta meal[J].Journal of Food Science,2019,84(8):2313-2324.
[59] 汪雪娇.微波处理对鱼肉制品咸度感知的增强作用与减盐鱼糜的加工适应性[D],无锡:江南大学,2021.
WANG X J.Saltiness perception enhancement of fish products by microwave treatment and processing adaptability in salt-reduced surimi[D].Wuxi:Jiangnan University,2021.
[60] 郭嘉昒,冯明会,马慧,等.食品减盐研究进展[J].食品与发酵工业,2022,48(15):341-350.
GUO J H,FENG M H,MA H,et al.Advances on salt reduction in foods[J].Food and Fermentation Industries,2022,48(15):341-350.