(E)-2-庚烯醛對(duì)半胱氨酸-木糖體系美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的影響*

徐永霞，趙洪雷，劉瀅，姜程程，潘思軼

1(渤海大學(xué)食品科學(xué)研究院，渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，“食品貯藏加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心”遼寧省高校重大科技平臺(tái)，遼寧錦州，121013)2(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢，430070)

脂質(zhì)對(duì)肉香味產(chǎn)生貢獻(xiàn)的途徑之一是通過(guò)形成一些香味前體物質(zhì)參與美拉德反應(yīng)［1－2］。脂肪在加熱降解、氧化過(guò)程中形成數(shù)百種揮發(fā)性物質(zhì)，如烷烴、醛類、醇類、酮類、酯類和羧酸等，這些物質(zhì)中有些能進(jìn)一步參與美拉德反應(yīng)進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)。脂肪醛作為一類重要的脂肪氧化產(chǎn)物，由于其具有較高的反應(yīng)活性，可能與氨基酸或美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物相互作用，從而對(duì)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生重要影響［3］。

大量研究表明，脂肪是通過(guò)降低含硫等雜環(huán)化合物的含量，同時(shí)提供揮發(fā)性的羰基化合物或醇類物質(zhì)等來(lái)改善肉香味［1，4－6］。其中含硫雜環(huán)化合物的減少很可能是由于脂肪氧化產(chǎn)生的醛類物質(zhì)與H2S發(fā)生了反應(yīng)，從而減少了含硫化合物的形成。同時(shí)，脂肪醛類還可以和NH3反應(yīng)形成非揮發(fā)性的席夫堿，因此減少了用于合成吡嗪類物質(zhì)的NH3數(shù)量。此外，脂肪氧化產(chǎn)物與美拉德反應(yīng)相互作用形成了一些新的產(chǎn)物，如2-戊基吡啶、烯基噻吩、2-烷基噻吩和脂肪硫醇等。

目前，關(guān)于脂類尤其是磷脂對(duì)美拉德體系揮發(fā)性產(chǎn)物的影響報(bào)道較多，大多數(shù)的研究都采用模型系統(tǒng)來(lái)分析這2種類型反應(yīng)之間的相互作用。而關(guān)于脂類氧化的產(chǎn)物脂肪醛類對(duì)美拉德反應(yīng)揮發(fā)性產(chǎn)物的影響研究還很少。因此，研究脂肪醛類與美拉德反應(yīng)之間的相互作用，可進(jìn)一步認(rèn)識(shí)復(fù)雜食品體系中發(fā)生的美拉德反應(yīng)，對(duì)于更好的利用美拉德反應(yīng)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

L-半胱氨酸鹽酸鹽、D-木糖、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;(E)-2-庚烯醛、環(huán)己酮均為色譜純，德國(guó)Fluka公司。

6890N/5973氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國(guó)Agilent公司;固相微萃取裝置(固相微萃取手動(dòng)進(jìn)樣手柄、50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)萃取頭、20 mL頂空鉗口樣品瓶)，美國(guó)Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 磷酸鹽緩沖液的配制

配制0.2 mol/L的Na2HOP4溶液和0.2 mol/L的 NaH2PO4溶液各 100 mL，將 0.2 mol/L的Na2HPO4溶液與0.2 mol/L的NaH2PO4溶液按一定的比例混合，調(diào)pH值至5.0備用。

1.2.2 樣品制備

準(zhǔn)確稱取0.2 g半胱氨酸和0.2 g木糖于20 mL鉗口瓶中，加入10 mL的磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L，pH 5.0)，作為對(duì)照的標(biāo)準(zhǔn)樣品。然后配制同樣的反應(yīng)體系，分別加入不同量的(E)-2-庚烯醛，混勻，用聚四氟乙烯隔墊密封，置于高壓蒸汽殺菌鍋內(nèi)，控制反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)60 min后取出，在流水中迅速冷卻以終止反應(yīng)，然后待檢測(cè)分析。

1.2.3 揮發(fā)性成分的提取

于裝有熱反應(yīng)產(chǎn)物的鉗口瓶中加入50 μL內(nèi)標(biāo)物環(huán)己酮，加入磁轉(zhuǎn)子，用聚四氟乙烯隔墊密封，于60℃恒溫水浴磁力攪拌器中加熱平衡20 min后，用已活化好的 50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭(270℃活化30 min)頂空吸附40 min后，將萃取頭插入GC進(jìn)樣口，解析5 min。

1.2.4 GC-MS分析

GC條件:HP-5毛細(xì)管柱(30m ×320 μm，0.25 μm);進(jìn)樣口溫度:250℃，不分流進(jìn)樣;升溫程序:起始溫度35℃保持5 min，然后以3℃/min升至130℃，再以5℃/min升至250℃，保持5 min。

MS條件:色譜-質(zhì)譜接口溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃;離子化方式:EI;電子能量70eV;質(zhì)量掃描范圍35～350u。

1.2.5 化合物鑒定及定量

樣品揮發(fā)性成分經(jīng)氣相色譜分離，用質(zhì)譜進(jìn)行分析鑒定。分析結(jié)果利用計(jì)算機(jī)譜庫(kù)(Nist/Wiley)進(jìn)行初步檢索及資料分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，確認(rèn)揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)組成。定量分析:采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，內(nèi)標(biāo)物為環(huán)己酮。計(jì)算公式為:各揮發(fā)性成分的含量(μg/mL)=各組分的峰面積×內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量(μg)/(內(nèi)標(biāo)物峰面積×樣品量(mL))。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱反應(yīng)中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的變化

美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物通常用294 nm處的吸光值來(lái)表征，而420 nm處的吸光值可用來(lái)表征美拉德反應(yīng)最終的褐變產(chǎn)物［7］，即反映褐變的程度。不同模型體系的熱反應(yīng)產(chǎn)物在294 nm和420 nm的吸光值變化如圖1所示。

由圖1可知，在L-半胱氨酸與D-木糖的反應(yīng)體系中加入(E)-2-庚烯醛時(shí)，熱反應(yīng)產(chǎn)物在294 nm和420 nm處的吸光值均高于對(duì)照，其吸光值隨著體系中(E)-2-庚烯醛濃度的增加而逐漸增大，當(dāng)體系中(E)-2-庚烯醛含量為0.40 mg時(shí)吸光值達(dá)最大值。由于不飽和烯醛具有較高的反應(yīng)活性，可能促進(jìn)美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物和褐變產(chǎn)物的生成，有利于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行。Benjakul等［8］研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)中間階段一些無(wú)色前體物形成的同時(shí)可以促進(jìn)美拉德反應(yīng)褐變產(chǎn)物的形成。

2.2 美拉德反應(yīng)過(guò)程中揮發(fā)性物質(zhì)的變化

圖1 (E)-2-庚烯醛對(duì)熱反應(yīng)中間產(chǎn)物和褐變產(chǎn)物的影響Fig.1 Effect of(E)-2-heptenal on overall intermediate and final products formed from the Maillard reaction

在L-半胱氨酸與D-木糖的體系中添加不同量的(E)-2-庚烯醛經(jīng)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)組成及含量如表1所示。在熱反應(yīng)體系中共檢測(cè)出46種主要的揮發(fā)性成分，包括26種含氮、含硫及雜環(huán)類化合物，8種烴類物質(zhì)，7種醇類物質(zhì)，3種酯類物質(zhì)和2種酮類物質(zhì)。

由表1可知，在L-半胱氨酸與D-木糖的反應(yīng)體系中加入(E)-2-庚烯醛時(shí)，檢測(cè)到的含氮、含硫類化合物的含量明顯減少，并且隨著(E)-2-庚烯醛濃度的增大，其含量逐漸降低。有研究報(bào)道［9］，脂類及其氧化產(chǎn)物與美拉德反應(yīng)相互作用，能抑制麥拉德反應(yīng)體系中一些含硫化合物的形成，并且使其濃度保持在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)提供一些小分子羰基類化合物或醇類等來(lái)改善肉的香味。Elmore等［10］研究了油酸和亞油酸對(duì)半胱氨酸和核糖的肉味模型體系中揮發(fā)性成分組成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)脂類存在于體系時(shí)，來(lái)自于糖和氨基酸反應(yīng)產(chǎn)生的含硫類化合物含量明顯下降，有些物質(zhì)甚至消失。

在美拉德反應(yīng)中產(chǎn)生的含硫類雜環(huán)化合物是重要的風(fēng)味物質(zhì)，它們主要提供硫味、肉香、烤香味等［9］。如硫醇類化合物是美拉德反應(yīng)中形成的一類重要物質(zhì)，高濃度時(shí)具有很強(qiáng)的硫味和焦糊味，低濃度時(shí)具有明顯的肉香味［11］。在熱反應(yīng)體系中共檢測(cè)出4種硫醇類化合物，其中2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇是美拉德反應(yīng)中形成的典型揮發(fā)物，由于(E)-2-庚烯醛的加入，其含量顯著降低，并且隨著(E)-2-庚烯醛濃度的增加，其含量逐漸降低。噻吩類化合物主要由硫化氫和羰基化合物反應(yīng)產(chǎn)生的，其中2-烷基噻吩的形成可能有2種途徑，可以由相應(yīng)的呋喃在高溫下和硫化氫反應(yīng)生成，或者由硫化氫與不飽和烯醛反應(yīng)產(chǎn)生。和對(duì)照相比，(E)-2-庚烯醛的存在對(duì)噻吩類化合物的形成具有明顯抑制作用。其中3-甲基噻吩和2，5-噻吩二甲醛的含量明顯減少，而5-甲基-2-甲氧基噻吩、3-巰基噻吩和2-甲?；?2，3-二氫-噻吩在添加(E)-2-庚烯醛的熱反應(yīng)體系中未檢出。然而，當(dāng)反應(yīng)體系中(E)-2-庚烯醛含量達(dá)0.8 mg/mL時(shí)檢測(cè)出一些新的噻吩類物質(zhì)，如2-己基噻吩、2-(1，1-二甲基乙基)-噻吩和 5-甲基-2-噻吩甲醛。Moon等人［12］曾在煮牛肉中鑒定出化合物3-甲基噻吩醛和5-甲基-2-噻吩甲醛。

表1 (E)-2-庚烯醛對(duì)熱反應(yīng)產(chǎn)物揮發(fā)性成分的影響Table 1 Effect of(E)-2-heptenal on volatile compounds of Maillard reaction products

續(xù)表1

當(dāng)L-半胱氨酸與D-木糖的模型體系中加入(E)-2-庚烯醛時(shí)，檢測(cè)出醇類物質(zhì)的含量明顯增大，并且新增了α-松油醇、β-松油醇、4-萜烯醇和橙花醇。當(dāng)體系中(E)-2-庚烯醛含量達(dá)0.8 mg/mL時(shí)，還檢測(cè)出3種酯類，包括己酸己酯、丁酸辛酯和癸酸乙酯，此外還檢出2種酮類物質(zhì)，而在其他體系中均未檢出。Xie等［13］在研究烤豬肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成時(shí)，曾鑒定出4-萜烯醇以及橙花叔醇。由于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有一定的抗氧化活性［14］，在美拉德反應(yīng)的影響下，其中的醛類物質(zhì)可能被還原為酮和醇，同時(shí)部分醛類可能發(fā)生熱氧化生成酸，而酸類物質(zhì)與醇進(jìn)一步反應(yīng)又可以生成酯類。

3 結(jié)論

在L-半胱氨酸與D-木糖的模型體系中加入(E)-2-庚烯醛時(shí)，其熱反應(yīng)產(chǎn)物在294nm和420nm處的吸光值均高于對(duì)照，且隨著體系中(E)-2-庚烯醛含量的增加而逐漸增大，說(shuō)明不飽和烯醛的加入有利于美拉德反應(yīng)的進(jìn)行。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)GC-MS分析，發(fā)現(xiàn)(E)-2-庚烯醛的加入使熱反應(yīng)產(chǎn)物中含氮、含硫類化合物的形成受到抑制，其中2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、3-甲基噻吩和2，5-噻吩二甲醛等含硫化合物的含量明顯下降。然而，隨著體系中(E)-2-庚烯醛含量的增加，檢測(cè)出一些新的噻吩類物質(zhì)，如2-己基噻吩、2-(1，1-二甲基乙基)-噻吩和 5-甲基-2-噻吩甲醛。此外，與對(duì)照相比，加入(E)-2-庚烯醛的體系新增了一些的醇類、酮類和酯類物質(zhì)。

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