脈沖電場(chǎng)對(duì)還原糖-谷氨酸鈉體系美拉德反應(yīng)的影響

陳 剛，于淑娟

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640)

脈沖電場(chǎng)對(duì)還原糖-谷氨酸鈉體系美拉德反應(yīng)的影響

陳 剛，于淑娟

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640)

主要研究了脈沖電場(chǎng)對(duì)于不同還原糖-谷氨酸鈉溶液的pH、中間產(chǎn)物、褐變、還原糖含量以及抗氧化活性的影響。結(jié)果顯示:脈沖電場(chǎng)處理?xiàng)l件為場(chǎng)強(qiáng)4kV/cm，時(shí)間1.88ms，得到果糖-甘氨酸鈉體系在294nm和420nm的吸光值從0分別增加到1.71和0.07，同時(shí)，抗氧化活性增加10.96%，果糖含量減少55%。氣質(zhì)分析表明，經(jīng)脈沖電場(chǎng)處理可以引發(fā)葡萄糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖分別與谷氨酸鈉體系的美拉德反應(yīng)，產(chǎn)物包括苯的衍生物、酰胺及醛，但是在果糖-谷氨酸鈉反應(yīng)液中發(fā)現(xiàn)了丙烷、醋酸和丁內(nèi)酯。研究證明，脈沖電場(chǎng)是一種提高還原糖-谷氨酸鈉體系美拉德反應(yīng)的有效方法。

抗氧化活性，DPPH，氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)，脈沖電場(chǎng)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、谷氨酸、氫氧化鈉、硫酸鈉、葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖均購(gòu)于美國(guó)Sigma-Aldrich公司;其余化學(xué)試劑均為色譜級(jí)，購(gòu)于德國(guó)Merck公司。

酸度計(jì) 瑞士梅特勒托利多公司;高效液相色譜儀(HPLC) 美國(guó)Waters公司;惠普5890系列氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS) 美國(guó)Hewlett-Packard公司;脈沖電場(chǎng)(PEF)，UV2550紫外分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(MRPs)的制備 還原糖-谷氨酸溶液的制備:0.02mol谷氨酸分別與0.02mol葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖溶解于90mL去離子水中，NaOH調(diào)pH至10±0.1，再用去離子水稀釋至100mL，混合均勻，樣品制備完成。

1.2.2 紫外吸收和褐變的測(cè)量 由于UV2550紫外分光光度計(jì)的上限是4.00，因此，樣品用蒸餾水稀釋30倍，在294nm和420nm下分別測(cè)吸光值和褐變強(qiáng)度。

1.2.3 HPLC分析還原糖含量 樣品用5μm孔徑的濾膜過(guò)濾，再用配有視差檢測(cè)器的HPLC進(jìn)行分析。HPLC條件包括:糖柱6.5×300mm的離子交換柱(Waters公司)，Waters600泵和2414視差檢測(cè)器;進(jìn)樣量20μL，流動(dòng)相為50mg/L的EDTA-Ca的水溶液，分析時(shí)間30min，流速0.5mL/min，柱溫90℃。

1.2.4 DPPH自由基清除活性的測(cè)定［11］用溶有2mL0.12mmol/LDPPH的乙醇溶液稀釋樣品20倍至400μL，然后避光放置30min。在517nm處用紫外-2550分光光度計(jì)測(cè)其吸光值，對(duì)照實(shí)驗(yàn)用去離子水代替 MRPs樣品。DPPH自由基清除力按下式計(jì)算［12］:

其中:As-樣品的吸光值;Ac-空白樣的吸光值。

1.2.5 褐變產(chǎn)物的提取 還原糖-谷氨酸鈉體系在PEF場(chǎng)強(qiáng)4kV/cm下處理1.88ms，然后在(50±2)℃的溫度下真空濃縮2x。每50mL濃縮物用20mL二氯甲烷提取6次。6次提取物經(jīng)冷卻后用無(wú)水硫酸鈉脫水，35℃下真空蒸發(fā)，氣質(zhì)聯(lián)用(GC/MS)進(jìn)行分析。

1.2.6 氣質(zhì)分析［13］實(shí)驗(yàn)采用GC/MS進(jìn)行褐變?nèi)芤憾燃淄樘崛∥锘瘜W(xué)成分的分析。安捷倫惠普色譜柱30m ×0.25mm，薄膜厚度0.25μm。進(jìn)樣口溫度250℃。GC爐溫按以下方法進(jìn)行程序升溫:初始溫度50℃，保持1min;以10℃/min的速率從50℃增加到 140℃，保持 1min;然后，2min內(nèi)溫度以14℃/min的速率從140℃上升到290℃。進(jìn)樣體積1μL;載氣為He，流速1mL/min。質(zhì)譜條件:電子碰撞模式，記錄總粒子流。化合物的質(zhì)譜圖與NISTO2圖譜庫(kù)進(jìn)行比照。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 所有實(shí)驗(yàn)平行三次。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差用Excel軟件進(jìn)行計(jì)算。用SPSS軟件進(jìn)行方差分析確定顯著水平(p＜0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 A294及褐變強(qiáng)度A420的變化

經(jīng)PEF(場(chǎng)強(qiáng)4kV/cm)處理后，果糖-谷氨酸鈉體系在294nm和420nm的吸光值顯著增加(如圖1)。處理時(shí)間1.88ms，果糖-谷氨酸鈉的MRPs在294nm和420nm的吸光值從0分別增加到1.71、0.07。同時(shí)，在葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸體系中也表現(xiàn)輕微的變化，A294從0分別增加到0.57、0.53、0.23和 0.24，A420從0分別增加到0.03，0.02，0.01和0.01。

褐變程度增加的同時(shí)，無(wú)色中間體產(chǎn)生，后者可由A294的增加來(lái)證實(shí)。相關(guān)性表明:伴隨中間體的產(chǎn)生，褐色素形成。而且，中間產(chǎn)物及褐色素在果糖-谷氨酸體系中比二糖-谷氨酸體系中更容易產(chǎn)生，可能是由于單糖分子小，與氨基酸有更小的空間位阻效應(yīng)，使其更容易與氨基酸反應(yīng)。

圖1 還原糖-谷氨酸鈉反應(yīng)體系的A294(A)和褐變程度(B)注:1.葡萄糖-;2.果糖-;3.蔗糖-; 4.麥芽糖-;5.乳糖-谷氨酸鈉體系。

2.2 還原糖含量的變化

HPLC測(cè)定樣品保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)品相對(duì)照來(lái)確定葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖。葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線分別為a*=5× 107C1+40557，R2=0.9997;b* =4×107C2+158413，R2=0.9989;c*=6×106C3+90193，R2=0.9984;d* =7×107C4+20070，R2=0.9989;e* =9×107C5+ 290562，R2=0.9997。其中，C1代表葡萄糖濃度，單位mol/L，其余依次;a*為葡萄糖峰面積，其余依次。

如圖2所示，在二糖-谷氨酸體系中還原糖含量略有變化(如蔗糖、麥芽糖、乳糖-谷氨酸鈉體系)。蔗糖、麥芽糖和乳糖的含量分別下降了 69.5%，69.5%、84.8%。然而，在果糖-谷氨酸鈉體系中，果糖含量顯著減少(p＜0.05)，1.88ms處理后減少了45.5%。

2.3 DPPH自由基清除活性的變化［14］

還原糖-谷氨酸鈉體系清除DPPH自由基的能力如圖3所示，每個(gè)DPPH分子包含一個(gè)穩(wěn)定的自由基，DPPH自由基清除力是由于抗氧化劑的供氫能力。葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸鈉體系的DPPH自由基清除率略有增加，而果糖-谷氨酸鈉體系經(jīng)1.88ms的PEF處理后有明顯增加(p＜0.05)。例如，果糖-谷氨酸鈉體系的DPPH自由基清除率增加了10.96%，而葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸鈉體系在PEF(場(chǎng)強(qiáng)4kV/cm)處理后DPPH自由基清除率分別增加了 3.89%、3.66%、1.59%和2.61%。

圖3 還原糖-谷氨酸鈉體系反應(yīng)后DPPH自由基清除力注:1.葡萄糖-;2.果糖-;3.蔗糖-; 4.麥芽糖-;5.乳糖-谷氨酸鈉體系。

2.4 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(MRPs)的GC/MS分析

GC/MS分析出了MRPs中主要的芳香性物質(zhì)，此分析方法既快速又簡(jiǎn)便。葡萄糖-、果糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸鈉體系用PEF場(chǎng)強(qiáng)4kV/cm處理1.88ms后，再用二氯甲烷分別提取出11、6、7、9、9種組分，如表1～表5所示。結(jié)果表明，果糖是制備安全的MRPs的理想原料，MRPs主要包括芳香類化合物、有機(jī)酸、酯和吡嗪。然而，葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖體系中，安全性不能得到保證。

表1 二氯甲烷提取葡萄糖-谷氨酸鈉反應(yīng)體系的揮發(fā)性物質(zhì)

表2 二氯甲烷提取果糖-谷氨酸鈉反應(yīng)體系的揮發(fā)性物質(zhì)

表3 二氯甲烷提取蔗糖-谷氨酸鈉反應(yīng)體系的揮發(fā)性物質(zhì)

表4 二氯甲烷提取麥芽糖-谷氨酸鈉反應(yīng)體系的揮發(fā)性物質(zhì)

表5 二氯甲烷提取乳糖-谷氨酸鈉反應(yīng)體系的揮發(fā)性物質(zhì)

3 結(jié)論

PEF對(duì)于果糖-谷氨酸鈉體系的美拉德反應(yīng)有顯著的影響，中間產(chǎn)物量、褐變程度和抗氧化活性都有明顯提高。在脈沖電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為4kV/cm作用后，A294和A420從0分別增加到1.71，0.07;抗氧化活性也增加了10.96%。同時(shí)，果糖含量減少54.5%。結(jié)果表明，PEF可以作為一種促進(jìn)美拉德反應(yīng)的潛在手段，尤其對(duì)于果糖-谷氨酸鈉體系。另外，實(shí)驗(yàn)中果糖-谷氨酸鈉體系的PEF處理后，產(chǎn)生了丙烷、醋酸、丁內(nèi)酯2，5-二甲基吡嗪、2，3-二氫-3，5-二羥基-6 -甲基-4氫型-吡喃和2，5-二甲基-3-異戊基-吡嗪，這些物質(zhì)不但安全，而且可能是美拉德反應(yīng)的主要芳香性物質(zhì)。

［1］Carabasa-Giribet M，Ibarz-Ribas A.Kinetics of colour development in aqueous glucose systems at high temperatures［J］.Journal of Food Engineering，2000，44:181-189.

［2］蔡妙顏，肖凱軍，袁向華.美拉德反應(yīng)與食品工業(yè)［J］.食品工業(yè)科技，2003(7):90-93.

［3］陳華.影響食品中美拉德反應(yīng)的因素［J］.四川食品與發(fā)酵，1998(3):21-23.

［4］Mastrocola D，Munari M.Progress of the Maillard reaction and antioxidant action of Maillard reaction products in preheated model systems during storage［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2000，48:3555-3559.

［5］謝嘉賓，謝青.美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的研究現(xiàn)狀［J］.四川畜牧獸醫(yī)，2010(1):29-31.

［6］Jeyamkondan S，Jayas DS，Holley RA.Pulsed electric field processing of foods:a review［J］.Journal of Food Protection，1999，62:1088-1096.

［7］Zhong Han，Xin-an Zeng，Ben-shan Zhang，et al.Effects of pulsed electric fields(PEF)treatment on the properties of corn starch［J］.Journal of Food Engineering，2009，93:318-323.

［8］Li YQ，Chen Q，Liu XH，et al.Inactivation of soybean lipoxygenase in soymilk by pulsed electric fields［J］.Food Chemistry，2008，109:408-414.

［9］Sampedro F，Rivas A，Rodrigo D，et al.Pulsed electric fields inactivation of Lactobacillus plantarum in an orange juice-milk based beverage:effect of process parameters［J］.Journal of Food Engineering，2007，80:931-938.

［10］Torregrosa F，Esteve MD，F(xiàn)rigola A，et al.Ascorbic acid stability during refrigerated storage of orange-carrot juice treated by high pulsed electric field and comparison with pasteurized juice［J］.Journal of Food Engineering，2006，73:339-345.

［11］Lertittikul W，Benjakul S，Tanaka M.Characteristics and antioxidative activity of Maillard reaction products from a porcine plasma protein-glucose model system as influenced by pH［J］. Food Chemistry，2007，100:669-677.

［12］Singh N，Rajini PS.Free radical scavenging activity of an aqueous extract of potato peel［J］.Food Chemistry，2004，85: 611-616.

［13］康琛，張強(qiáng)，仝會(huì)娟，等.GC-MS法鑒定茺蔚子揮發(fā)油的化學(xué)成分［J］.中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2010(3):36-38.

［14］賈長(zhǎng)虹，常麗新，趙京，等.月季果中黃酮的提取及其對(duì)自由基清除作用的研究［J］.食品工業(yè)科技，2010(1): 168-170.

Effect of pulsed electric field treatment on Maillard reaction of reducing sugars with glutamic acid-Na

CHEN Gang，YU Shu-juan
(College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

Effects of pulsed electric field on pH，intermediate products，browning，reducing sugar content，and antioxidant activity of different reducing sugar-glutamic acid-Na solutions were examined.Results showed that the pulsed electric field treatment at the intensity of 4kV/cm for 1.88ms resulted in the pronounced increases of the fructose-glutamic acid-Na solution’s absorbance at 294nm and 420nm and the antioxidant activity from approximately 0 to 1.71，0.07 and 10.96%，respectively.At the same time，55%reduction in fructose was observed. Gas Chromatography/Mass Spectrum analysis showed that the pulsed electric field treatment induced a Maillard reaction in the glucose-，sucrose-，maltose-and lactose-glutamic acid-Na model systems producing substances including benzene derivatives，acylamide or aldehydes，while，propane，acetic acid，butyrolactone were found in fructose-glutamic acid-Na reacted solution.This study indicated that pulsed electric field could potentially be employed as a means to promote the Maillard reaction in the reducing sugars-glutamic acid-Na solutions.

antioxidant activity;DPPH;GC/MS;pulsed electric field

TS201.1

A

1002-0306(2011)07-0132-04

美拉德反應(yīng)是一種發(fā)生于蛋白質(zhì)或氨基酸與還原糖之間的非酶褐變反應(yīng)，通常發(fā)生于食品熱處理過(guò)程中［1-2］。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(MRPs)是一復(fù)雜的混合體系［3］，影響反應(yīng)速率的因素主要有化學(xué)組分(如蛋白質(zhì)、氨基酸、還原糖或碳水化合物)、時(shí)間、溫度、反應(yīng)物濃度以及pH［4］。有研究表明MRPs能夠抑制食品在貯存中的氧化，其褐變和還原力可能與抗氧化活性有關(guān)。然而，關(guān)于反應(yīng)中氨基酸和還原糖含量的變化的研究還很少，MPRs的性質(zhì)也有必要進(jìn)一步的研究［5］。脈沖電場(chǎng)(PEF)是一種非熱食品加工技術(shù)，通過(guò)PEF處理，可殺死大多數(shù)致病微生物和滅活酶，也可以減少食品在色澤、口味、營(yíng)養(yǎng)、質(zhì)地以及熱活性功能的損失［6］。PEF已成功應(yīng)用到低粘度和電導(dǎo)率的液態(tài)食品中，比如淀粉、牛奶以及果汁［7-10］。然而，對(duì)于PEF在美拉德反應(yīng)方面的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道。

2010-07-26

陳剛(1985-)，男，碩士研究生，研究方向:功能碳水化合物綠色加工。