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美拉德反应(MR)是食品原料中的糖与氨基酸、肽、蛋白质等物质在热加工和贮藏过程中自然发生的一种非酶褐变,是食品化学中最复杂的反应过程。研究表明MR对食品的风味和色泽等感官品质起关键作用;美拉德反应产物(MRPs)是具有抗氧化活性的天然产物,在食品加工和贮藏过程中实现积累。食品体系的pH、水分活度、物料种类和比例、加热温度和时间等因素影响了MR机制、途径、产物种类等。目前,国外对MR的机制、动力学、产物性质、与人体健康的关系等方面做了深入的研究,但是国内很少对MR进行系统研究。赖氨酸是食品中对热敏感的氨基酸,极易发生MR,赖氨酸的MRPs广泛的存在于各种食品体系中。本文制备了赖氨酸的美拉德反应模拟体系和反应产物,分析了体系的光谱特性、产物的抗氧化活性、挥发性物质种类等;根据分析结果建立了美拉德反应过程中抗氧化评价方法,液态乳中美拉德反应程度的评价方法;以鳕鱼皮蛋白质为原料,探讨了制备肉香味的MR的可行性。
1.制备了不同pH、加热不同时间的赖氨酸-葡萄糖简单MR模型体系,分析了体系的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱。结果表明,中性和酸性介质中,反应速率较碱性介质要慢;产物种类相对较少;颜色物质的分子量相对较低,且结构相对简单;碱性介质的颜色物质表现出典型的高分子量类黑素的可见吸收光谱特征,以及典型的糖基化终产物荧光光谱特征。中性和酸性介质中,反应体系的OD220nm、ODE94nm和OD360nm与时间显著线性相关(P<0.001);碱性介质中,体系的OD220nm、OD294nm在60min出现折点,增长速率减缓,表明环化、聚合等反应开始占据主要地位,反应进入终极阶段。
以小麦蛋白质复合酶水解产物为原料,配以还原糖和L-半胱氨酸,制备了产生肉香味的实际MR生产体系。分析了不同温度-时间组合下体系的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱,结果发现,体系的紫外光吸收和荧光强度对MR程度的表征具有一致性。提示,采用简单的紫外-可见和荧光分光光度法可对复杂的MR产香过程进行实时检测,评价反应程度,优化工艺参数。
2.乳品中赖氨酸含量丰富,热加工时极易发生MR,使赖氨酸不能被人体消化利用,降低乳蛋白质的营养价值。乳品受热程度的有效评价是分析乳品品质的可靠方法之一。现有的乳品受热程度的评价方法比较费时、费力、且耗资较高。本文根据赖氨酸.葡萄糖MR体系以及产生肉香味的小麦蛋白反应体系中紫外-可见吸收光谱分析结果,即,中性和酸性介质中,反应体系的OD220nm、OD294nm与时间显著线性相关(P<0.001),提示可用分光光度法评价乳品受热程度。以酪蛋白-乳糖为原料,建立液态乳模拟体系,以乳工业常规处理温度对体系加热,分析样品的紫外-可见吸收光谱,发现样品在290nm~300nm左右有特征吸收峰。引入参数ODmax,即1g蛋白质mL-1溶液在290nm~300nm最大光吸收强度,发现ODmax与加热时间线性相关,表明参数ODmax可以评价样品的受热程度。OD’max较糠氨酸含量评价方法具有更大的适用范围,测定过程简便、快速,所需仪器是生产和研究单位常规分析设备。应用本文所建立的方法对34中商品液态乳进行了评价,结果表明ODmax能够快速、有效的区分产品的受热程度。
3.制备了不同pH、加热不同时间的赖氨酸-葡萄糖MRPs,分析了产物的抗氧化活性,特别是对铜离子的螯合作用。结果显示,赖氨酸.葡萄糖MRPs具有一定的还原能力、DPPH自由基清除能力和铜离子螯合能力。碱性介质产物活性显著高于中性和酸性介质(P<0.05);加热时间延长,产物抗氧化作用增强。一些小分子中间体对螯合铜离子有贡献,螯合铜离子使小分子物质发生电子重排,并使产物损失部分的还原能力和自由基清除能力。提示,赖氨酸MRPs的抗氧化作用是多方面的,部分铜离子螯合位点对还原能力和自由基清除能力有贡献。结合美拉德反应的光谱特性,建议了一种实际食品体系中美拉德反应过程中产物抗氧化活性快速、简便的评价方法。
4.MRPs中挥发性物质是热加工食品香味的主要来源之一。通过溶剂萃取-GC-MS联用仪分析了不同pH、加热不同时间的赖氨酸-葡萄糖MRPs中挥发性物质种类和相对含量。经NIST02质谱图库可鉴定的挥发物种类最多有26种,包括醛、酮、呋喃、吡喃、吡啶、吡嗪和吡咯类等各种食品风味物质。体系pH对产物种类具有决定性作用:碱性介质产物种类多于中性和酸性介质;碱性环境中主要是吡嗪类物质,中性和酸性环境主要是呋喃类物质,特别是酸性介质时几乎全部是呋喃衍生物。结果从理论上提示制备肉香味MR需在酸性环境进行,利于含硫致香物质的产生和积累。本文以鳕鱼皮蛋白质的复合酶深度水解产物为原料,对上述理论知识进行了简单应用,设计了产生肉香味的美拉德反应,产物香味丰满。通过SPME-GC-MS联用仪分析,鉴定出大量对香味有贡献的呋喃类、噻吩类、硫醇类、芳香族化合物、脂肪族和脂环族化合物及其他一些含氮的杂环化合物等物质。