模式美拉德反应产物抗氧化性能的研究

作者简介:马志玲(1963—

),女,副教授/硕士;主要研究方向为分离技术及美拉德反应。

文章编号:1003—7969(2002)04—0068—04　　　　中图分类号:T Q1　　　　　文献标识码:A

模式美拉德反应产物抗氧化性能的研究

马志玲1,王延平2,吴京洪1

(11中山大学化学与化学工程学院,510275广州市;21森馨香精色素科技(中国)有限公司,510730广州市)

　　摘要:采用葡萄糖和不同氨基酸(赖氨酸和甘氨酸)通过模式美拉德反应制备了美拉德反应产

物。采用β-胡萝卜素-亚油酸模式体系以及亚油酸过氧化方法评价了美拉德反应产物的抗氧化能力,同时采用铁还原法评价了美拉德反应产物的还原能力。制备时间长的美拉德反应产物表现出较强的抗氧化能力。

关键词:美拉德反应产物;抗氧化能力;还原能力　　美拉德反应(Maillard reaction )或非酶褐变反应(non 2enzymatic browning reaction )是食品中的氨基化合物(胺,氨基酸,肽和蛋白质)和羰基化合物(糖类)在食品加工和储藏过程中发生的反应,由法国著名科学家L.C.Maillard 于1912年发现的。从营养学角度考虑,由于反应使食品中的有效成分如氨基酸类和糖类有所损失以及引起食品的褐变等,使食品的营养价值部分降低。但是,美拉德反应是加工食品色泽(如焙烤类食品的色泽)和浓郁芳香的各种风味的主要来源,这在食品生产上具有特殊的意义[1]。美拉德反应产物(Maillard reaction products ,MRPs )中含有类黑精(melanoidins ),还原酮(reductones )及一系列含N ,S 的杂环化合物(heterocyclic com pounds ),研究表明,这类物质具有一定的抗氧化性能,其中某些物质的抗氧化强度可以和食品中常用的抗氧化剂相媲美[2]。如能够防止植物油的氧化,在人造奶油中添加甘氨酸-葡萄糖反应产物可提高其氧化稳定性以及提高牛排和猪排的稳定性等[3]。20世纪80年代以来,关于MRPs 抗氧化性能方面的研究在国外是非常热门的课题。因为研究表明,食品工业上广泛应用的抗氧化剂BH A ,BHT 等可能具有致癌性[4],许多国家已禁止使用。MRPs 是食品加工和储藏过程中自身产生的一类物质,可以认为是天然的,这在寻找和应用天然抗氧化剂的当今食品工业中具有非常重要的意义。1　实验与方法

111　原料与试剂

葡萄糖、赖氨酸、甘氨酸均为食用级;化学试剂

均为分析纯;水为二次蒸馏水。112　主要设备和仪器

Cary 100紫外-可见分光光度计,AMI NC O2荧光分光光度计。113　实验方法

11311　美拉德反应产物的制备　葡萄糖(011m ol/L ),氨基酸(011m ol/L )溶解在1L 011m ol/L 磷酸盐缓冲液(pH =710)中,按葡萄糖,葡萄糖-赖氨酸和

葡萄糖-甘氨酸配合共制备了3种模式体系。将溶液按1∶1(v/v )的比例取100ml ,在甘油浴上于100℃加热回流处理,在不同的时间进行取样测定。11312　美拉德反应产物褐变程度的测定　MRPs 褐变程度是不同加热时间采用分光光度法在420nm 测定反应液的吸光度。

11313　美拉德反应产物荧光强度的测定　采用M orales 等[5]的方法。模式体系产物(100μl )用10ml Milli 2Q 水稀释以防止猝灭效应。该试液在激发波长347nm ,发射波长415nm 测量荧光强度。荧光线性

采用011m ol/L 硫酸奎宁溶液校正,结果以硫酸奎宁的量(mg/L )表示。

11314　美拉德反应产物还原能力的测定　美拉德

反应产物的还原能力采用Y en 和Duh [6]的铁还原法进行评价。不同反应时间的MRPs 的甲醇溶液(1ml )与215ml 磷酸缓冲溶液(012m ol/L ,pH616),215ml 铁溶液(1%)混合于10ml 容量瓶。样液在50℃保温20min 。然后加入215ml10%的三氯乙酸,在5000r/min 离心10min 。取上清液215ml 与215ml 蒸馏水和015ml 011%三氯

化铁溶液混合在700nm 下测定吸光度。吸光度增加表明还原能力较强。

11315　β-胡萝卜素-亚油酸模式体系　采用β-胡萝卜素-亚油酸模式体系评价MRPs 的抗氧化能力。

β-胡萝卜素012mg ,亚油酸200mg ,T ween 240200mg ,在015ml 氯仿中混合,在40℃将氯仿除去,

残留物迅速溶解在10ml 蒸馏水中,振荡1min -2min 混合均匀。然后用50ml 充氧水制备乳化液。取4ml 乳化液到不同的含012ml 试样乙醇液的试管中。用BH A 作对照。对照中含有012ml 乙醇和4ml 上述乳化液。试管置于50℃水浴中,在0时间测定所有样品的吸光度(470nm )。间隔15min 测定

一次,直至β-胡萝卜素的颜色消失。按上述混合物不含β-胡萝卜素的为空白样,所有测定重复三次。

11316　亚油酸过氧化法[7]　0128g 亚油酸,0128g T ween 240,50ml 012m ol/L 磷酸盐(pH =710)均质制

备亚油酸乳化液,待测样品制备在甲醇∶水(6∶4)体系中。不同的待测样品015ml 与215ml 亚油酸乳化液和215ml 012m ol/L 磷酸盐缓冲液混合在37℃下保温120h 。无待测液的样品为对照。间隔20h 从保温试液中取出011ml 与510ml 75%乙醇,011ml 30%硫氰酸铵,011ml 0102m ol/L 氯化亚铁(在315%盐酸中)混合,室温下放置3min ,在500nm 下测定吸光度,不含待测液的为空白,所有测定重复三次。2　结果与讨论211　加热时间对模式美拉德反应体系褐变和pH 值的影响

加热时间对模式美拉德反应体系褐变的影响见图1。在加热初期,

体系混合物的褐变存在一个诱

图1　加热时间对葡萄糖和葡萄糖-氨基酸体系褐变的影响

导区,诱导区的长短与糖和氨基酸的种类有关。对于葡萄糖本身来讲,在100℃下,长时间加热基本上无褐变产生,因为糖的焦糖化所需温度较高,因此,

在整个反应时间内,葡萄糖体系基本无褐变发生。

但是对于G-L 和G-G 两个体系,随着反应时间的增加,发生明显的褐变反应,420nm 处的吸光度不断增加。G-L 体系褐变程度显著大于G -G 体系,表明在此反应条件下,赖氨酸与葡萄糖的美拉德反应能力比甘氨酸强。　　美拉德反应在很大程度上受到体系pH 值的影响[8],直接影响到美拉德反应进行的速度、产物的形成以及其化学物理性质。在本模式体系中初始反应体系均调整pH 为710。反应过程中不再控制pH 值,以此来模拟正常的食品加工过程(大多数食品加工过程为中性体系)。图2为体系pH 值随加热时间的变化曲线。可以看出G 2L 体系随加热时间的增加

pH 值的变化较为显著(由710到412),而G

2G 体系的变化相对较小

。

图2　反应时间对体系pH 值的影响

212　加热时间对美拉德反应产物荧光强度的影响

　　图3为G 2L 和G 2G 体系的荧光强度与加热时间的关系。随着反应时间的增加,在8h 左右荧光强

度达到最大,之后出现一个平台,荧光强度几乎不随加热时间的增加而变化,这说明生成的荧光物质十分稳定。M orales 等[5]指出乳制品中非蛋白结合的荧光物质根据氨基基团的不同有两种不同的反应途径,荧光强度与美拉德反应产物的定量关系比糖的叫焦糖化重要得多。Baisier 和Labuza [9]指出葡萄糖-甘氨酸体系的荧光产生于褐变之前,主要来自于胺类物质的Strecker 降解和中间产物与还原性物质的作用。葡萄糖溶液仅有微小的荧光强度(24h )。M orales [10]认为在美拉德反应中不存在永久的荧光

物质结构,不同的具有荧光的美拉德反应产物的物质结构是在加热过程中不断形成的。在整个加热过程中褐变的棕色物质最终变为类黑精,使褐变达到最深的程度,而荧光强度达到一定程度后基本改变很小,表明荧光的趋势和褐变不同。对于G 2L 和G 2G 体系,同褐变相类似,G 2L 的强度较G 2G 要大一

些

。

图3　加热时间对体系产物荧光强度的影响

213　美拉德反应产物的抗氧化能力

MRPs 的抗氧化能力,以100mg/kg BH A 作为对

照,通过测量对β-胡萝卜素的漂白结果给出。如图4所示。漂白β-胡萝卜素的反应机理是来自亚

油酸过氧化的自由基的催化现象。

β-胡萝卜素在没有抗氧化剂存在时迅速褪色,是由亚油酸的自由

基攻击高不饱和的β-胡萝卜素分子,被氧化的β-胡萝卜素分子失去双键,从而使橙色消失,采用分光光度计测定颜色的变化。不同的美拉德反应产物可以阻止β-胡萝卜素被自由基的漂白。分别采用不同加热时间(12h ,16h ,20h ,24h )下不同体系的MRPs 进行抗氧化能力试验。可以看出,G 2L 在16h -24h 间表现出很强的抗氧化能力,与BH A 相比,G 2L16的抗氧化能力仅下降了25%。而对于G 2G 来

讲,反应时间较短时,MRPs 的抗氧化能力很小,G 2G

16只有BH A 的17%。这说明MRPs 的抗氧化能力不仅与氨基酸的种类和性质有关而且与制备的条件(特别是加热时间)有很大的关系。

图4　不同条件下美拉德反应产物的抗氧化能力

　　BH A 作为标准对照

　　MRPs 对亚油酸过氧化的抗氧化作用(硫氰酸铁法)结果如图5。空白样品随时间的增加在500nm 的吸光度达到019(120h ),然后逐步下降。其主要原因可能是亚油酸的氧化产物-亚油酸过氧化物分解为其他过氧化物[11]。氧化产物与亚硫酸铁反应

生成硫酸铁而呈现出硫氰酸铁的血红色。保温一定

时间后,过氧化物的生成将停止,因为无可利用的亚油酸中间产物转为更为稳定的络合物。由于无可利用的过氧化物而使硫酸亚铁的氧化停止,因此吸光度下降。当有抗氧化剂存在时,亚油酸的氧化会很慢,导致形成硫氰酸铁很慢,因此,溶液颜色的变化就很慢。可以看出,G 2

L 的抗氧化能力较强,在120h 可抑制70%的亚油酸氧化。

图5　不同条件下美拉德反应产物的抗氧化能力

　　BH A 作为标准对照

　　随美拉德反应产物制备时间的增长,MRPs 的抗氧化能力显著增加,同时抗氧化能力与褐变的颜色

成正比,这是因为MRPs 相互聚合最终形成类黑精。Y amaguchi [12]报道一部分类黑精的抗氧化能力在亚

油酸中甚至超过BH A 、没食子酸丙酯等。但是如果采用吸附树脂对MRPs 进行脱色处理,其抗氧化能力大大下降。MRPs 中类黑精结构中的还原酮部分具有还原和螯合作用,这对抗氧化能力也有一定的贡献。214　美拉德反应产物的还原能力

对不同反应时间MRPs 的还原能力采用硫氰酸钾还原法进行了研究,结果如图6。MRPs 的还原能力随体系加热时间的增长而下降。达到一定时间以后(12h )继续增加反应时间还原能力变化不大。这与Y en 和Eichner [13,14]报道的木糖-赖氨酸,葡萄糖-赖氨酸模式反应的结果一致。MRPs 的还原能力

主要是还原酮类物质的作用。

图6　美拉德反应产物的还原能力

3　结　论

模式美拉德反应产物制备过程中,随加热时间的增加体系的褐变程度增加(即美拉德反应的程度增加),而体系的荧光强度则表现出一个最大值,然后趋与平稳的趋势。MRPs的抗氧化能力随加热时间的增加而增强,而MRPs的还原能力由于长时间加热还原酮类物质分解而引起还原能力下降。对于G2L体系反应制备24h的MRPs抗氧化能力可达到BH A的75%。

参　考　文　献

[1]　王延平,马志玲1美拉德反应产物的研究进展[J]1食

品科学,1999,(1):15-191

[2]　Lingnert H,Hall G.F ormation of antioxidative Maillard reac2

tion produts during food processing,Amino2carbonyl reactions in food and biological systems[M]1T oky o:E lsevier,1986.273

-2791

[3]　Alfawaz M,Smith J S.Maillard reaction products as antioxi2

dants in precooked ground beef[J]1F ood Chem,1994,51:311

-3181

[4]　Frankel E N.Antioxidants in F ood industry[J]1J.Sci.F ood

Agric.,1991,54:495-5041

[5]　M orales F J,R omero C,Jimenez P S.Fluorescence ass ociated

with Maillard reaction in milk and milk resembling systems

[J]1F ood Chem.,1996,57:423-4281

[6]　Y en G C,Duh P D.Antioxidative properties of methanolic ex2

tracts from Peanut Hulls[J]1JAOCS,1993,70:383-3861 [7]　Y en G C,Chung DY.Antioxidant effects of extracts from Cas2

sia tora L.Prepared under different degrees of roasting on the oxidative damage to biom oleculer[J]1J.of Agric.and F ood

Chem.,1999,47:1326-13321

[8]　Ashoor S H,Z ent J B.The Maillard browning of comm on

amino acids and sugars[J]1J.of F ood Sci.,1984,

49:1206-12071

[9]　Baisier W M,Labuza T P.Maillard browning kinetics in a liq2

uid m odel system[J]1J.of Agric.and F ood Chem.,1992,40:

707-7131

[10]　M orales F J,Van Boekel M A J S.A study on advanced

Maillard reaction in heated casein/sugar s olutons:fluore2

scence accumulation[J]1International DairyJournal,1997,

7:675-6831

[11]　Chen H M,N okihara K F.Antioxidant activity of Designed

peptides based on the antioxidative peptide is olated from D2

igests of a S oyabean Protein[J]1J.of Agric.and F ood

Chem.,1996,44:2619-26231

[12]　Y amaguchi T,Iki M.Antioxdation Activity of Maillard reac2

tion Produts[J]1Agric.and Biol.Chem.,1986,50:2983-

29851

[13]　Y en GC,Hsieh P P.Antioxidative activity and scavenging

effects on active Oxygen of X ylose2Lysine Maillard Reaction

Products[J]1J.Sci.F ood Agric.,1995,67:415-4201 [14]　E ichner K.Antioxidative effect of Maillard reaction interme2

diates[J]1Prong F ood Nutr Sci.,1981,5:441-4511 [15]　Duh P D.Antiodant activity of Budrock Arctium lappa Linn:

Its scavenging effect on free radical and active oxengy[J]1

JAOCS,1998,75:455-4611

[16]　G ordon M F.The mechanism of antioxidant action in vitro

[A]1InB.J.F.Hids on.F oodantioxidants[C]1London:E2

lsevier Applied Science,1990.1-181

Study on the Antioxidant Activity of the Produced by M odel Maillard Reaction

MA Zhi2ling1,WANG Y an2ping2,WU Jin2hong1

(11C ollege of Chemistry&Chemical Engineering,Zhongshang University,510273G uangzhou,P1R1C1;

21Sensient T echnologies C orp.(China)Limited,510730G uangzhou,P1R1C1)

　　Abstract:The Maillard reaction products(MRPs)was prepared using amino acids(glycine and lysine)and glucose by m odel Maillard reaction.The antioxidative activity of MRPs was evaluated byβ2carotene2linoleic acid m odel system and linoleic acid peroxidation method.The reducing power of MRPs was determined by the potassium ferricyanide reduction method.MRPs at longer period of heating shows higher antioxidative activity.

K ey w ords:Maillard reaction products(MRPs);antioxidative activity;reducing powder