没食子酸对高蛋白中间水分食品品质的影响

谷满屯,盛占武,商文婷,郝旺珺,郑丽丽,4,艾斌凌,4,张伟敏，*

(1.海南大学食品学院,海南海口 570228;2.中国热带农业科学院海口实验站,海南海口 570102;3.海南省香蕉遗传改良重点实验室,海南海口 570102;4.海口市香蕉生物学重点实验室,海南海口 570102)



没食子酸对高蛋白中间水分食品品质的影响

谷满屯1,2,盛占武2,3，*,商文婷2,郝旺珺1,郑丽丽2,4,艾斌凌2,4,张伟敏1，*

(1.海南大学食品学院,海南海口 570228;2.中国热带农业科学院海口实验站,海南海口 570102;3.海南省香蕉遗传改良重点实验室,海南海口 570102;4.海口市香蕉生物学重点实验室,海南海口 570102)

高蛋白中间水分食品因其富含大量的蛋白质与还原糖,在加工及贮藏过程中易发生美拉德反应易产生有害的晚期糖基化终末产物(AGEs),进而降低了食品的品质及安全性。为抑制食品中美拉德反应的进行,本研究在食品模型体系中加入四组不同量浓度的没食子酸,测定了各添加量和各贮藏时间下样品的美拉德反应程度、质构、色度、蛋白质的溶解度以及AGEs的荧光强度。结果表明,在30 ℃下,添加没食子酸抗氧化剂能够阻止贮藏过程中高蛋白中间水分食品的美拉德反应的进行,并抑制AGEs的形成;但其对食品的硬度及蛋白的溶解度没有明显的作用,且会加深食品的色泽,带来不利的影响。综合各组测定指标,当没食子酸添加量浓度为100 μg/g时,最有利于高蛋白中间水分食品模型的贮藏。

高蛋白中间水分食品，没食子酸，美拉德反应，晚期糖基化终末产物

高蛋白中间水分食品通常是指水分含量在10%～25%之间,水分活度在0.5～0.8之间,且蛋白含量在20%～50%之间的一类食品[1]。该类食品主要含有蛋白质、脂质、碳水化合物以及其他保湿剂[2],较其他类食品相比,高蛋白中间水分食品食用方便;其水分活度较低,利于在常温下长期保藏;且因在加工及生产过程中不经过脱水和热处理等较剧烈的加工程序,其能更好地保留食品的营养成分。正因这些优点,最初被研制开发用在军事、航天食品领域的高蛋白中间水分食品,也越来越深受广大消费者的喜爱,其新产品的开发越来越受食品研究者的关注[3]。然而此类食品中,因含有较多的蛋白质和还原糖,致使其在加工及贮藏过程中易发生美拉德反应,并生成对人体有害的晚期糖基化终末产物,影响食品的品质及安全性。

晚期糖基化终末产物(Advanced glycation end products,AGEs)是由蛋白质等的氨基和还原糖的羰基作用形成的稳定复杂的产物[4],即通过美拉德反应等途径形成的化学危害物。AGEs 分为内源型和外源型。内源型由机体内生成,其在体内的积累与一些慢性病如糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、阿尔茨海默(Alzheimer)症等的发病机理密切相关[5]。外源型AGEs主要来源于食品与烟叶等,其是内源型AGEs的重要来源[6],进而诱发各种疾病。有研究表明,大多数抗氧化剂可抑制体外牛血清白蛋白-葡萄糖模型中AGEs的产生[7-9],而利用在高蛋白中间水分食品体系中的研究却很少有报道。本研究以不同浓度的抗氧化剂——没食子酸,添加至高蛋白中间水分食品模型体系中,在30 ℃下贮藏,研究其对模型体系的物化性质和AGEs生成的影响,以期为开发出更佳品质与更高安全性的高蛋白中间水分食品提供理论依据,并获得没食子酸的最佳添加量。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

乳清分离蛋白、葡萄糖、甘油均为食品级购于国药集团化学试剂有限公司;没食子酸购于Bio Basic Inc.公司;碱性蛋白酶(Alcalase)购于丹麦NovozymesA/S公司;三氯乙酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、叠氮化钠、考马斯亮蓝G-250等试剂均为分析纯购于国药集团化学试剂有限公司。

恒温生化培养箱(SPX-250B-2型)上海博迅实业有限公司;紫外分光光度计(UV-1800)日本岛津公司;数显水浴恒温振荡器(SHA-CA)常州普天仪器制造有限公司;水分活度仪(HygroPalm AM1)瑞士罗卓尼克公司;色差仪(CR-10)日本柯尼卡美能达公司;质构仪(CT3 10K)美国Brookfield公司;荧光分光光度计(F-4500)日本岛津公司。

1.2建立高蛋白中间水分食品模型体系

参照余园芳报道方法[10]。模型体系配方为乳清分离蛋白(WPI)、葡萄糖、甘油和水,质量分数分别为45%、12.5%、30%和12.5%。制备步骤:将葡萄糖溶解于水,添加不同量的没食子酸抑制剂搅拌溶解,加入甘油混匀,再加入乳清分离蛋白粉,用手揉成均匀的蛋白团。将蛋白团放在水分活度密闭容器中,室温下平衡2 h,测定水分活度(Aw为0.552～0.600)。设空白对照组和实验组。空白对照组为未添加没食子酸的蛋白团;实验组分别为加入不同量的没食子酸抑制剂,浓度梯度依次为50、100、150、200 μg/g。

1.3贮藏实验的建立

参照Lavelli等报道方法[11],略有修改。将蛋白团放在覆有保鲜膜的自制细铁丝架上,将细铁丝架置入盛有饱和溴化钠溶液(30 ℃,Aw=0.560±0.004)的密封盒内,随后放入恒温培养箱中30 ℃下培养45 d。在贮藏期内,按一定的时间间隔,从各组中取样。

1.4美拉德反应程度测定

采用酶解比色法[12]测定样品的美拉德反应程度。取250 mg蛋白团样品,溶于10 mL 10 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液(pH8),磁力搅拌器搅拌(500 r/min)80 min。然后加入12 μL碱性蛋白酶,置于恒温振荡水槽中55 ℃下水浴15 min。取出后加入1 mL三氯乙酸(80%,w/v)以沉淀蛋白和终止反应,随后过滤,同样取10mL磷酸盐缓冲液做空白,经与样品液相同的处理。在420 nm下测定各样品滤液的吸光值。

1.5质构的测定

用硬度衡量样品的质构特性,选取直径为2 mm的圆柱探头,下压速度1 mm/s,下压样品高度的25%,下压硬度由下压过程中的最大作用力来表征。所有样品经室温下平衡2 h后测定。每组实验重复进行3次。

1.6色度的测定

样品的表面颜色用色差仪测定,其中L*、a*和b*分别代表亮度、红度和黄度,+a*表示红色增加,-a*表示绿度增加,+b*表示黄度增加,-b*表示蓝度增加。每个蛋白团样品取3个不同的位置进行3次重复测定,记录参数L*、a*和b*的平均值。

1.7蛋白溶解度的测定

取500 mg蛋白团样品,溶于10 mL超纯水,磁力搅拌器下搅拌(500 r/min)80 min,随后离心(4000 r/min)30 min,取其上清液2 mL,加入2 mL NaN3溶液(0.05%,w/v),混匀后放入冰箱(4 ℃)保存。根据考马斯亮蓝染色法[13]的测定来推算样液蛋白溶解度的变化。以乳清分离蛋白作为标准蛋白,超纯水为空白,按照国标的方法进行测定,绘制标准曲线。如下图:

图1　乳清分离蛋白标准曲线Fig.1　The standard curve of whey protein isolated

测定样品的具体过程为,从冰箱中取出处理好的各组蛋白样液200 μL,稀释60倍。取1 mL样品稀释液,加入5 mL考马斯亮蓝溶液,振荡10 s,静置2 min后,595 nm下测定吸光度,在1 h内完成。用60 μg/mL的标准蛋白液校正。测定各贮藏天数下样品的吸光值。

第n d样品溶解度(%)=(第n d贮藏样品吸光值/第0 d样品吸光值)×100

1.8AGEs的测定

采用荧光光谱法测定蛋白团样品中的AGEs含量。取500 mg蛋白团样品,溶于10 mL超纯水,磁力搅拌(500 r/min)80 min,离心(4000 r/min)30 min,取4 mL上清液冻藏(-20 ℃)。在激发波长370 nm、发射波长440 nm下[14],测定各组样液的荧光度,以荧光度表示AGEs含量。

2　结果与讨论

2.1没食子酸对食品中美拉德反应程度的影响

由图2所示,随着贮藏天数的增加,各组蛋白团样品吸光值均有升高,说明美拉德反应程度进行逐渐剧烈。在28 d之前,各组吸光值普遍较低,可能是由于在30 ℃下贮藏前期,各组蛋白团中美拉德反应程度较温和,仍处于美拉德反应初级阶段,生成的色素类物质较少[15],致使没食子酸对美拉德反应抑制效果不明显;而在28 d之后,各实验组的吸光值均比空白对照组低,表明没食子酸对美拉德反应的抑制效果显现。当没食子酸添加量为100 μg/g时,吸光值最低,抑制效果最佳;当浓度继续增加后,抑制效果反而降低,这可能与Tareke[16]提出的“抗氧化剂悖论”有关,即在一定的浓度范围内,抗氧化剂有利作用,而超出有利浓度范围后,抗氧化活性及相关效应将削弱或不起作用,甚至反作用。

图2　没食子酸对美拉德反应的影响Fig.2　Effect of gallic acid on the progress of maillard reaction in food model

2.2没食子酸对食品硬度的影响

由图3所示,随着贮藏天数的增加,各组样品的硬度均不断地升高,可能是由于食品模型体系中含有大量的甘油和葡萄糖,产生较高的渗透压,使蛋白质相与水-葡萄糖-甘油相分离,随着水分从蛋白质到葡萄糖和甘油中的迁移,蛋白质分子流动性降低,发生蛋白质聚集使样品硬化[17-18]所致;在贮藏后期,由于美拉德反应导致蛋白质分子之间因共价交联而形成聚集体[19]。实验组结果表明,没食子酸的添加均没有对食品体系的硬度产生明显的作用,而对美拉德反应具有抑制作用。由此可见,食品模型体系贮藏过程中硬度的增加主要是由于水分迁移导致的蛋白聚集所致。

图3　没食子酸对食品硬度的影响Fig.3　Effect of gallic acid on the texture of food model

2.3没食子酸对食品色度的影响

由图4a～图4c所示,随着贮藏天数的增加,各组样品的亮度值均不断地下降,红度和黄度值不断地升高,主要是由于随着时间的延长,美拉德反应进入高级阶段,产生褐色物质[20],以及蛋白团样品表面会发生氧化所致。图4a所示,样品亮度随没食子酸浓度的增加而逐渐变暗,添加量越大,亮度值越低。图4b、图4c结果表明,贮藏过程中没食子酸抑制了美拉德反应,进而减少了褐色物质的形成,相应的红度及黄度值升高,当没食子酸添加量为50 μg/g时,样品红度及黄度值与空白组的相比均明显较低。由此可见,添加微量的没食子酸会改观样品的色泽,而随着添加量的增加反而对蛋白团色泽产生不利的影响。

图4　没食子酸对食品模型亮度、 红度和黄度的影响Fig.4　Effect of gallic acid on the brightness, redness,yellowness of food model

2.4没食子酸对食品中蛋白溶解度的影响

由图5所示,随着贮藏天数的增加,各组样品的蛋白溶解度均不断地降低,可能因贮藏过程中发生了相分离使蛋白质发生不可溶性的聚集,也可能是由于蛋白质自身通过巯基/二硫键交换反应,导致蛋白质交联、聚集,形成网络结构[21];以及美拉德反应的化学作用引起蛋白质交联形成不可溶性聚集物所致。各实验组与空白组的蛋白溶解度相比,没有呈现出明显的变化,表明添加不同量浓度的没食子酸对高蛋白中间水分食品中蛋白的溶解度没有显著的影响,这可能由于在30 ℃贮藏过程中,食品体系中蛋白溶解度的变化受物理因素及其自聚集交联反应影响较大,而美拉德反应作用影响较小。各组样品溶解度总体呈现下将趋势,表明不可溶性蛋白聚集在不断增多,这与食品体系贮藏期硬度上升的结果一致。

图5　没食子酸对食品模型蛋白溶解度的影响Fig.5　Effect of gallic acid on the protein solubility of food model

2.5没食子酸对食品中AGEs生成的影响

由图6所示,在30 ℃下贮藏28 d前,随着贮藏天数的增加,各组样品的荧光强度均不断下降,而在28 d之后,各组荧光强度呈现出上升趋势,主要由于在贮藏前期美拉德反应较温和,生产的AGEs总量较少,而随着时间延长(28 d后),美拉德反应后期产物增加,即AGEs含量增加所致,且在没食子酸添加量为100 μg/g时荧光强度最低,并与其对美拉德反应程度的抑制作用相符。在美拉德反应途径中,Amodori重排生成的酮胺化合物经氧化生成活性羰基和超氧阴离子,而活性羰基能生成AGEs,超氧阴离子能诱发脂质过氧化进而生成AGEs[22]。因此,抗氧化剂没食子酸的加入,可阻止Amodori重排产物的氧化,切断其向AGEs的转变进程,同时也可减少超氧阴离子的产生,阻止高蛋白中间水分食品中生成AGEs的其它氧化途径(如葡萄糖氧化、脂质过氧化等途径)的进行。

图6　没食子酸对食品模型中AGEs的影响Fig.6　Effect of gallic acid on the AGEs of food model

3　结论

在高蛋白中间水分食品模型体系的贮藏过程中(30 ℃,Aw=0.560±0.004),添加没食子酸可以一定程度上抑制食品中美拉德反应的发生,减少有害物质AGEs的产生;可提高食品的安全性而添加量大于100 μg/g时会促进美拉德反应的进行。在食品品质方面,没食子酸的添加,对食品的硬度及蛋白的溶解度没有明显的影响作用,而会降低食品的亮度值,对食品的色泽起到了不利的作用。综合所测定的各个指标,当添加量浓度为100 μg/g时,30 ℃下贮藏的高蛋白中间水分食品模型的品质及安全性最佳。

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Effects of gallic acid on quality of high protein containing intermediate moisture foods

GU Man-tun1,2,SHENG Zhan-wu2,3,*,SHANG Wen-ting1,HAO Wang-jun1,ZHENG Li-li2,4,AI Bin-ling2,4,ZHANG Wei-min1,*

(1.College of Food Science,Hainan University,Haikou 570228,China;2.Haikou Experimental Station,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Haikou 570102,China;3.Hainan Key Laboratory of Banana Genetic Improvement,Haikou 570102,China;4.Haikou Key Laboratory of Banana Biology,Haikou 570102,China)

High protein containing intermediate moisture foods(IMFs)with a lot of protein and reducing sugars are prone to have maillard reaction,generating harmful advanced glycation end products(AGEs),which have an adverse impact on quality and safety of food in the middle of processing and storage. In order to inhibit the process of Maillard reaction,adding four different concentrations of gallic acid into the food model system,the degree of maillard reaction,texture,chrom,protein solubility and the fluorescence intensity of the samples were investigated at the different concentrations of antioxidants added and different storage time. The results showed that the process of maillard reaction and AGEs can be inhibited by gallic acid,but the color of food was deepened,there were no significant effects on the hardening of texture and protein solubility. The concentration of gallic acid at 100 μg/g was the most beneficial to store the IMFs food model.

high protein containing intermediate moisture foods;gallic acid;maillard reaction;advanced glycation end products

2015-06-23

谷满屯(1991-)，男，硕士研究生，研究方向：天然产物的研究与开发，E-mail：gumantunde163@163.com。

盛占武(1981-)，男，在职博士，副研究员，研究方向：废弃物综合利用，E-mail：shengzhanwu100@163.com。

张伟敏(1979-)，男，在职博士，副教授，研究方向：食品质量安全，E-mail：zhwm1979@163.com。

国家自然科学基金青年科学基金项目(31201303)；海南省应用技术研究与开发项目(ZDXM2014104)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)03-0079-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.007