美拉德反應產物的褐變、熒光吸收及抗氧化性的研究

張 嚴，汪何雅，*，錢 和

（1.江南大學食品學院，江蘇無錫214122; 2.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫 214122）

美拉德反應產物的褐變、熒光吸收及抗氧化性的研究

張 嚴1，汪何雅1，*，錢 和2，*

（1.江南大學食品學院，江蘇無錫214122; 2.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫 214122）

采用以還原糖－氨基酸（木糖/葡萄糖分別與甘氨酸、賴氨酸、谷氨酰胺、半胱氨酸）模式美拉德反應（Maillard Reaction，MR）制備得到美拉德反應產物（MRPs），研究反應條件對MRPs的褐變程度、熒光吸收強度以及其抗氧化活性的影響，并分析MRPs的光學特征與抗氧化活性之間的聯(lián)系。結果表明，還原糖和氨基酸的種類對MR的褐變強度有很大影響，其影響程度由強到弱分別為:Xly＞Glc，Lys＞Gly＞Glu＞Cys。隨著反應時間的延長，各體系MRPs的褐變程度逐漸變強;而熒光吸收強度隨著加熱時間的延長而增強，然后在出現(xiàn)最大值后趨于平緩或者表現(xiàn)出下降的趨勢。MRPs的抗氧化能力也隨反應時間的延長而增強，抗氧化活性與褐變強度呈正相關，與熒光吸收特性沒有表現(xiàn)出明顯的關聯(lián)。

美拉德反應產物，褐變，熒光吸收，抗氧化活性

美拉德反應（Maillard Reaction，MR）是羰基化合物（尤其是還原糖）與氨基化合物（氨基酸、肽類、蛋白質等）發(fā)生的一系列復雜的非酶促褐變反應，也被稱為羰氨反應。熱反應和長時間的儲藏都會促使美拉德反應的發(fā)生，其特殊的色澤和風味意義使得它在食品生產中得到廣泛的應用［1］。褐變是MR最顯著的特征，早期對MR的研究主要是在色度和吸光度方面，用360～490nm區(qū)間的特征吸收峰表征類黑素物質產生的速率和積累程度。隨著對MR研究的深入，1942年Pearce和Thistle首先發(fā)現(xiàn)MRPs具有一定的熒光吸收特性，并用以表征食品儲存期間的變質［2］。目前，對于MRPs中呈現(xiàn)褐色或熒光吸收特性的具體物質，除了少數(shù)結構被揭示外，大量仍未知。一些研究指出MR中熒光吸收現(xiàn)象先于褐變，所以，一般認為熒光吸收物質是大分子褐色物質的前體物［3］。色素物質、熒光吸收物質的產生需要一個誘導期，而熒光物質所需要的誘導時間較短。一般將熒光物質作為美拉德反應的指示劑，其可以靈敏地反映美拉德反應的早期過程［4］。大量研究發(fā)現(xiàn)，美拉德反應產物具有較強的抗氧化活性。然而，由于MRPs的復雜性和不穩(wěn)定性，人們尚不完全清楚美拉德反應產物中具有抗氧化活性的是何物質。一些針對不同食品體系中MRPs的抗氧化活性與其光學特征之間的相關性研究，也一直存在著爭議。一些實驗表明，葡萄糖與賴氨酸、甘氨酸的模式美拉德反應產物的抗氧化活性與顏色呈現(xiàn)一定的線性相關性（與褐變顏色成正比），并指出這是因為反應產生類黑精的緣故［5－9］。但也有學者在對MRPs清除DPPH自由基的研究中發(fā)現(xiàn)，褐變與清除效果沒有關系，但熒光吸收特性與清除活性有關，認為熒光吸收可以表征清除自由基能力［10］。本工作沿用還原糖－氨基酸的模式美拉德反應，測定不同美拉德反應條件（還原糖和氨基酸種類，反應時間）對產物褐變程度、熒光吸收強度以及抗氧化活性的影響，并分析其褐變、熒光吸收與抗氧化活性之間的關聯(lián)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘氨酸（Gly）、葡萄糖（D－Glc）、鹽酸、三氯乙酸、維生素C（VC）、石油醚、二甲基硅油 分析純，國藥集團化學試劑公司;L－賴氨酸（L－Lys）、半胱氨酸（Cys）、谷氨酰胺（Glu）、木糖（D－Xyl） 生化試劑，純度大于98%，國藥集團化學試劑公司;偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽（AAPH） sigma公司。

PB303－N電子天平、Delta 320pH計 Mettler－Toledo Group公司;HH－2數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇榮華儀器制造有限公司;TU－1900雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;R－501旋轉蒸發(fā)儀 上海申順生物科技有限公司; KH－500B超聲波清洗器 昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司;恒溫磁力攪拌器 上海梅穎浦儀表制造有限公司;Centrifuge 5804r/min臺式高速離心機 德國Eppendorf公司;F－7000日立熒光分光光度計 日本日立公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 美拉德反應產物的制備 用磷酸緩沖液（pH 7.0）將各氨基酸（甘氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺）與還原糖（葡萄糖，木糖）按物質的量比1∶1配成反應混合液（0.4mol/L:0.4mol/L），用 6mol/L NaOH與6mol/L HCl調節(jié)pH為7.0，制備得Glc－Gly、Glc－Lys、Glc－Glu、Glc－Cys;Xyl－Gly、Xyl－Lys、Xyl－Glu、Xyl－Cys共8種模式美拉德反應體系。將各體系置于100℃油浴中加熱回流處理，在不同的時間（0、15、30、60、90、120、180、240m in）分別進行取樣測定。

1.2.2 美拉德反應產物褐變程度的測定 將MRPs用蒸餾水稀釋50倍，采用可見分光光度計在420nm處測定吸光度［10－11］。

1.2.3 美拉德反應產物熒光吸收強度的測定 用m ili－Q水稀釋MRPs（1/50，v/v），以防止熒光的猝滅效應。稀釋的溶液在激發(fā)波長（λEx）347nm，發(fā)射波長（λEm）415nm下測定熒光吸收強度［12－13］。

1.2.4 美拉德反應產物抗氧化活性的測定

1.2.4.1 大豆卵磷脂脂質體的制備［14］將一定量的大豆卵磷脂溶解于石油醚（30～60℃）中，用真空旋轉蒸發(fā)儀（35 r/m in，40℃）去除有機溶劑，得到分散的卵磷脂薄膜，取下后立即用氮氣吹干。向卵磷脂薄膜中加入10mmol/L，pH 7.4的磷酸鹽緩沖溶液，超聲處理得到白色乳狀的脂質體溶液（LPS）。

TCA－TBA－HCl溶液的配制:將15g三氯乙酸（TCA）、3.7g硫代巴比妥（TBA）、2.1m L鹽酸（HCl）依次加入100m L水中，充分混合。

1.2.4.2 MRPs對AAPH誘導卵磷脂脂質體氧化水平的影響 在實驗之前首先確定AAPH誘導氧化的最佳反應條件（LPS濃度、AAPH濃度、反應時間），然后再在該最佳條件下測定樣品對AAPH誘導卵磷脂脂質體氧化水平的影響。

AAPH誘導氧化的最佳反應條件的確定:在試管中依次加入1m L一定濃度的LPS，2m L一定濃度的AAPH溶液，搖勻，37℃水浴避光放置不同時間，取出冷卻后加入TCA－TBA－HCl溶液2m L，混勻后沸水加熱15m in，迅速冷卻，5500 r/m in離心20m in，取上清液于532nm測定得到吸光度A［15］。通過硫代巴比妥反應物質（TBARS）在532nm的摩爾吸收系數(shù)1.56×105L·mol－1·cm－1，由比爾定律 A= εbc計算TBARS含量。通過LPS濃度、AAPH濃度以及反應時間對TBARS影響的曲線，確定最佳反應條件。

在確定的最佳反應條件下，在試管中依次加入1m L的LPS、2m L的AAPH和1m L樣品，搖勻，37℃水浴避光放置確定好的時間，取出冷卻后加入TCATBA－HCl溶液2m L，混勻后沸水加熱15m in，迅速冷卻，5500 r/m in離心20m in，取上清液置于532nm處測得吸光度As。對照組以蒸餾水代替樣品，測得吸光度Ac。另外，由于樣品的顏色對TBARS吸光度的測定有較大的影響，所以還要扣除樣品自身在532nm處的吸光度。在實驗的同時，用蒸餾水代替除樣品外所加入的其他試劑，并作同樣的處理，在532nm處測得吸光度值為A樣品。樣品對脂質體氧化的抑制率的計算公式為:

1.2.4.3 MRPs對Fe3+/VC誘導卵磷脂脂質體氧化水平的影響 在試管中依次加入1m L 10mg/m L LPS，1m L 400μmol/L的FeCl3、1m L 400μmol/L的VC以及1m L的樣品，振蕩搖勻［16］。37℃水浴避光放置1h，其余操作及對照組等其他的實驗及抑制率的計算方法同1.2.4.2。

2 結果與討論

2.1 不同體系MRPs的褐變程度

MRPs經(jīng)稀釋后在420nm處測得的吸光度隨反應時間的變化規(guī)律見圖1。由圖1可以看出，隨著反應時間的延長，MRPs的褐變程度逐漸增強。并且，在反應前30m in，木糖－賴氨酸反應產生褐變物質的速率最快，30m in后逐漸趨于平緩。葡萄糖－賴氨酸在反應初期的褐變程度低于木糖－賴氨酸，但后期（60m in后）褐變程度在所有體系中最強。賴氨酸是四種氨基酸中發(fā)生美拉德反應最強烈的一種，這可能是由于賴氨酸含有兩個氨基，它與還原糖具有更快的MR反應速度。從圖1中還可以看出，葡萄糖－半胱氨酸反應產生褐變程度最弱，幾乎不產生褐色素。

總體來說，木糖比葡萄糖更容易發(fā)生MR，產生褐色素;氨基酸種類對美拉德反應具有很大影響，其對褐變程度的影響由強到弱為賴氨酸＞甘氨酸＞谷氨酸＞半胱氨酸。

圖1 MRPs的褐變程度隨反應時間的變化規(guī)律Fig.1 The browning trends of MRPs derived with different heating time

2.2 不同體系MRPs的熒光吸收強度

圖2顯示了不同體系中MRPs的熒光吸收強度隨反應時間變化的規(guī)律。由圖2可以看出，與各體系的褐變物質產生規(guī)律不同，大多體系（除葡萄糖/木糖－半胱氨酸體系和葡萄糖－谷氨酸外）中熒光吸收物質在很短的時間內達到最大值，然后隨著反應的延長而降低。這說明在MR過程中，熒光吸收物質在反應的前期形成，隨著反應進程的推進，它們進一步參與反應，形成大分子的MRPs，并部分失去具有熒光吸收的結構。

圖2 MRPs的熒光吸收強度隨反應時間的變化規(guī)律Fig.2 The fluorescence intensity of MRPs derived with different heating time

2.3 MRPs抗氧化性的測定結果

2.3.1 AAPH誘導脂質體氧化的最佳反應條件的確定 通過單因素實驗，得出LPS濃度、AAPH濃度和反應時間對AAPH誘導的脂質體氧化程度的影響，分別見圖3～圖5。由圖3～圖5可見，AAPH誘導脂質體氧化的最佳反應條件為10mg/m L LPS、8mmol/L的AAPH溶液、反應60m in。

2.3.2 MRPs對AAPH誘導和Fe3+/VC誘導脂質體氧化水平的影響 在2.3.1的條件下，測定的各體系MRPs對AAPH和Fe3+/VC誘導脂質體氧化水平的影響見圖6。由圖6可以看出，絕大部分還原糖－氨基酸反應產生的MRPs都具有一定的抗氧化活性，并且隨著美拉德反應時間的延長，MRPs的抗氧化能力增強。其中還原糖－賴氨酸反應產物對 AAPH和Fe3+/VC誘導脂質體氧化都具有最強的抑制活性;而還原糖－半胱氨酸反應產物的抗氧化性最弱，甚至在反應的開始階段它們還表現(xiàn)出很強的促氧化性。在葡萄糖－氨基酸和木糖－氨基酸反應體系中，不同氨基酸產生的MRPs的抗氧化活性由強到弱均為Lys＞Gly＞Glu＞Cys;在葡萄糖、木糖與同種氨基酸反應體系中，兩種還原糖產生的MRPs的抗氧化活性由強到弱為X ly＞Glc。MRPs的抗氧化活性與其褐變程度相同。

因此，從以上結果可以推測，模式美拉德反應體系中，MRPs的抗氧化活性主要來源于那些具有褐色的類黑精，但其他一些非色素成分也可能會發(fā)揮一部分作用。

圖3 LPS濃度對TBARS含量的影響Fig.3 The influence of LPS concentration on TBARS （反應1h，AAPH的濃度為5mmol/L）

圖4 AAPH濃度對TBARS含量的影響Fig.4 The influence of AAPH concentration on TBARS （LPS濃度為10mg/mL，反應1h）

圖5 反應時間對TBARS含量的影響Fig.5 The influence of reaction time on TBARS （LPS濃度為10mg/mL，AAPH的濃度為8mmol/L）

圖6 MRPs對卵磷脂脂質體的抗氧化活性Fig.6 The antioxidantion activity of MRPs in LPS

3 結論

隨著反應時間的延長，各美拉德反應體系的褐變程度逐漸變強;考察了不同還原糖、氨基酸對其反應產物褐變程度的影響，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律為:Xly＞Glc，Lys＞Gly＞Glu＞Cys。MR過程中，熒光吸收物質更傾向于在反應早期階段產生，MRPs的熒光吸收強度在短時間內達到最大值，隨后緩慢降低。

絕大部分還原糖－氨基酸反應產生的MRPs都具有一定的抗氧化活性，并且隨著美拉德反應時間的延長，MRPs的抗氧化能力增強，這與其褐變的變化規(guī)律一致。其中還原糖－賴氨酸反應產物具有最強的抑制活性。在葡萄糖/木糖－氨基酸反應體系中，不同氨基酸產生的 MRPs的抗氧化活性由強到弱均為 Lys＞Gly＞Glu＞Cys。因此，美拉德反應產物的抗氧化活性與其褐變程度具有較強的相關性。

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Research of the browning，fluorescence characteristics and antioxidant activity of the Maillard reaction products

ZHANG Yan1，WANG He－ya1，*，QIAN He2，*
（1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China; 2.State Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China）

The Maillard reaction p roducts（MRPs）were p repared by using xylose（pentose），g lucose（hexose）and d ifferent am ino acids（g lycine，lyscine，g lutam ine，cysteine）by model Maillard reac tion.The influence of reaction conditions on browning，fluorescence charac teristics and antioxidant ac tivity was surveyed.Then the connec tion of the three aspects were analyzed.The results indicated that the sugars and am ino acids had different reaction power:Xly＞G lc，Lys＞G ly＞Glu＞Cys.The browning of every systems increased and the fluorescence intensity had a maximum value and then becam e sm ooth or dec reased.The antioxidant capacity was p roportional to b rowning，but d id not show significant association w ith the fluorescence intensity changes.

Maillard reac tion p roduc ts（MRPs）;b rowning;fluorescence;antioxidant ac tivity

TS201.2

A

1002－0306（2012）06－0193－04

2011－06－09 *通訊聯(lián)系人

張嚴（1985－），男，碩士研究生，研究方向:食品加工與安全質量控制。