脉冲电场对还原糖-谷氨酸钠体系美拉德反应的影响

陈 刚，于淑娟

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

脉冲电场对还原糖-谷氨酸钠体系美拉德反应的影响

陈 刚，于淑娟

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

主要研究了脉冲电场对于不同还原糖-谷氨酸钠溶液的pH、中间产物、褐变、还原糖含量以及抗氧化活性的影响。结果显示:脉冲电场处理条件为场强4kV/cm，时间1.88ms，得到果糖-甘氨酸钠体系在294nm和420nm的吸光值从0分别增加到1.71和0.07，同时，抗氧化活性增加10.96%，果糖含量减少55%。气质分析表明，经脉冲电场处理可以引发葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和乳糖分别与谷氨酸钠体系的美拉德反应，产物包括苯的衍生物、酰胺及醛，但是在果糖-谷氨酸钠反应液中发现了丙烷、醋酸和丁内酯。研究证明，脉冲电场是一种提高还原糖-谷氨酸钠体系美拉德反应的有效方法。

抗氧化活性，DPPH，气相色谱-质谱法(GC-MS)，脉冲电场

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、谷氨酸、氢氧化钠、硫酸钠、葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖均购于美国Sigma-Aldrich公司;其余化学试剂均为色谱级，购于德国Merck公司。

酸度计 瑞士梅特勒托利多公司;高效液相色谱仪(HPLC) 美国Waters公司;惠普5890系列气相色谱-质谱联用仪(GC-MS) 美国Hewlett-Packard公司;脉冲电场(PEF)，UV2550紫外分光光度计。

1.2 实验方法

1.2.1 美拉德反应产物(MRPs)的制备 还原糖-谷氨酸溶液的制备:0.02mol谷氨酸分别与0.02mol葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和乳糖溶解于90mL去离子水中，NaOH调pH至10±0.1，再用去离子水稀释至100mL，混合均匀，样品制备完成。

1.2.2 紫外吸收和褐变的测量 由于UV2550紫外分光光度计的上限是4.00，因此，样品用蒸馏水稀释30倍，在294nm和420nm下分别测吸光值和褐变强度。

1.2.3 HPLC分析还原糖含量 样品用5μm孔径的滤膜过滤，再用配有视差检测器的HPLC进行分析。HPLC条件包括:糖柱6.5×300mm的离子交换柱(Waters公司)，Waters600泵和2414视差检测器;进样量20μL，流动相为50mg/L的EDTA-Ca的水溶液，分析时间30min，流速0.5mL/min，柱温90℃。

1.2.4 DPPH自由基清除活性的测定［11］用溶有2mL0.12mmol/LDPPH的乙醇溶液稀释样品20倍至400μL，然后避光放置30min。在517nm处用紫外-2550分光光度计测其吸光值，对照实验用去离子水代替 MRPs样品。DPPH自由基清除力按下式计算［12］:

其中:As-样品的吸光值;Ac-空白样的吸光值。

1.2.5 褐变产物的提取 还原糖-谷氨酸钠体系在PEF场强4kV/cm下处理1.88ms，然后在(50±2)℃的温度下真空浓缩2x。每50mL浓缩物用20mL二氯甲烷提取6次。6次提取物经冷却后用无水硫酸钠脱水，35℃下真空蒸发，气质联用(GC/MS)进行分析。

1.2.6 气质分析［13］实验采用GC/MS进行褐变溶液二氯甲烷提取物化学成分的分析。安捷伦惠普色谱柱30m ×0.25mm，薄膜厚度0.25μm。进样口温度250℃。GC炉温按以下方法进行程序升温:初始温度50℃，保持1min;以10℃/min的速率从50℃增加到 140℃，保持 1min;然后，2min内温度以14℃/min的速率从140℃上升到290℃。进样体积1μL;载气为He，流速1mL/min。质谱条件:电子碰撞模式，记录总粒子流。化合物的质谱图与NISTO2图谱库进行比照。

1.2.7 数据分析 所有实验平行三次。实验数据的均值和标准差用Excel软件进行计算。用SPSS软件进行方差分析确定显著水平(p＜0.05)。

2 结果与讨论

2.1 A294及褐变强度A420的变化

经PEF(场强4kV/cm)处理后，果糖-谷氨酸钠体系在294nm和420nm的吸光值显著增加(如图1)。处理时间1.88ms，果糖-谷氨酸钠的MRPs在294nm和420nm的吸光值从0分别增加到1.71、0.07。同时，在葡萄糖-、蔗糖-、麦芽糖-和乳糖-谷氨酸体系中也表现轻微的变化，A294从0分别增加到0.57、0.53、0.23和 0.24，A420从0分别增加到0.03，0.02，0.01和0.01。

褐变程度增加的同时，无色中间体产生，后者可由A294的增加来证实。相关性表明:伴随中间体的产生，褐色素形成。而且，中间产物及褐色素在果糖-谷氨酸体系中比二糖-谷氨酸体系中更容易产生，可能是由于单糖分子小，与氨基酸有更小的空间位阻效应，使其更容易与氨基酸反应。

图1 还原糖-谷氨酸钠反应体系的A294(A)和褐变程度(B)注:1.葡萄糖-;2.果糖-;3.蔗糖-; 4.麦芽糖-;5.乳糖-谷氨酸钠体系。

2.2 还原糖含量的变化

HPLC测定样品保留时间与标准品相对照来确定葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和乳糖。葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖和乳糖的标准曲线分别为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代表葡萄糖浓度，单位mol/L，其余依次;a*为葡萄糖峰面积，其余依次。

如图2所示，在二糖-谷氨酸体系中还原糖含量略有变化(如蔗糖、麦芽糖、乳糖-谷氨酸钠体系)。蔗糖、麦芽糖和乳糖的含量分别下降了 69.5%，69.5%、84.8%。然而，在果糖-谷氨酸钠体系中，果糖含量显著减少(p＜0.05)，1.88ms处理后减少了45.5%。

2.3 DPPH自由基清除活性的变化［14］

还原糖-谷氨酸钠体系清除DPPH自由基的能力如图3所示，每个DPPH分子包含一个稳定的自由基，DPPH自由基清除力是由于抗氧化剂的供氢能力。葡萄糖-、蔗糖-、麦芽糖-和乳糖-谷氨酸钠体系的DPPH自由基清除率略有增加，而果糖-谷氨酸钠体系经1.88ms的PEF处理后有明显增加(p＜0.05)。例如，果糖-谷氨酸钠体系的DPPH自由基清除率增加了10.96%，而葡萄糖-、蔗糖-、麦芽糖-和乳糖-谷氨酸钠体系在PEF(场强4kV/cm)处理后DPPH自由基清除率分别增加了 3.89%、3.66%、1.59%和2.61%。

图3 还原糖-谷氨酸钠体系反应后DPPH自由基清除力注:1.葡萄糖-;2.果糖-;3.蔗糖-; 4.麦芽糖-;5.乳糖-谷氨酸钠体系。

2.4 美拉德反应产物(MRPs)的GC/MS分析

GC/MS分析出了MRPs中主要的芳香性物质，此分析方法既快速又简便。葡萄糖-、果糖-、蔗糖-、麦芽糖-和乳糖-谷氨酸钠体系用PEF场强4kV/cm处理1.88ms后，再用二氯甲烷分别提取出11、6、7、9、9种组分，如表1～表5所示。结果表明，果糖是制备安全的MRPs的理想原料，MRPs主要包括芳香类化合物、有机酸、酯和吡嗪。然而，葡萄糖-、蔗糖-、麦芽糖-和乳糖体系中，安全性不能得到保证。

表1 二氯甲烷提取葡萄糖-谷氨酸钠反应体系的挥发性物质

表2 二氯甲烷提取果糖-谷氨酸钠反应体系的挥发性物质

表3 二氯甲烷提取蔗糖-谷氨酸钠反应体系的挥发性物质

表4 二氯甲烷提取麦芽糖-谷氨酸钠反应体系的挥发性物质

表5 二氯甲烷提取乳糖-谷氨酸钠反应体系的挥发性物质

3 结论

PEF对于果糖-谷氨酸钠体系的美拉德反应有显著的影响，中间产物量、褐变程度和抗氧化活性都有明显提高。在脉冲电场场强为4kV/cm作用后，A294和A420从0分别增加到1.71，0.07;抗氧化活性也增加了10.96%。同时，果糖含量减少54.5%。结果表明，PEF可以作为一种促进美拉德反应的潜在手段，尤其对于果糖-谷氨酸钠体系。另外，实验中果糖-谷氨酸钠体系的PEF处理后，产生了丙烷、醋酸、丁内酯2，5-二甲基吡嗪、2，3-二氢-3，5-二羟基-6 -甲基-4氢型-吡喃和2，5-二甲基-3-异戊基-吡嗪，这些物质不但安全，而且可能是美拉德反应的主要芳香性物质。

［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］蔡妙颜，肖凯军，袁向华.美拉德反应与食品工业［J］.食品工业科技，2003(7):90-93.

［3］陈华.影响食品中美拉德反应的因素［J］.四川食品与发酵，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］谢嘉宾，谢青.美拉德反应产物的研究现状［J］.四川畜牧兽医，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，Frigola 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，张强，仝会娟，等.GC-MS法鉴定茺蔚子挥发油的化学成分［J］.中国实验方剂学杂志，2010(3):36-38.

［14］贾长虹，常丽新，赵京，等.月季果中黄酮的提取及其对自由基清除作用的研究［J］.食品工业科技，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

美拉德反应是一种发生于蛋白质或氨基酸与还原糖之间的非酶褐变反应，通常发生于食品热处理过程中［1-2］。美拉德反应产物(MRPs)是一复杂的混合体系［3］，影响反应速率的因素主要有化学组分(如蛋白质、氨基酸、还原糖或碳水化合物)、时间、温度、反应物浓度以及pH［4］。有研究表明MRPs能够抑制食品在贮存中的氧化，其褐变和还原力可能与抗氧化活性有关。然而，关于反应中氨基酸和还原糖含量的变化的研究还很少，MPRs的性质也有必要进一步的研究［5］。脉冲电场(PEF)是一种非热食品加工技术，通过PEF处理，可杀死大多数致病微生物和灭活酶，也可以减少食品在色泽、口味、营养、质地以及热活性功能的损失［6］。PEF已成功应用到低粘度和电导率的液态食品中，比如淀粉、牛奶以及果汁［7-10］。然而，对于PEF在美拉德反应方面的应用却鲜有报道。

2010-07-26

陈刚(1985-)，男，硕士研究生，研究方向:功能碳水化合物绿色加工。