压力对模型体系中美拉德反应结果的影响研究

刘恩芬，何 亮，杨洪明，苗国华，谢志强，彭丽娟

（1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650001；2.昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650504；3.云南中烟技术中心，云南 昆明 650032；4.云南烟草质量监督检测站，云南 昆明 650001）

美拉德反应是一种普遍的非酶褐变现象［1］，将它应用于食品香精生产应用之中，国外研究比较多，国内研究应用很少。它经过反应的初始阶段、中间阶段和终止阶段，中间阶段的产物与化合物进行醛基-氨基反应，最终生成类黑精。美拉德反应产物除类黑精外，还有一系列中间体及挥发性杂环化合物，反应经过复杂的历程，最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑素［2］。贾春晓等［3］人也采用同时蒸馏萃取方式对烘烤的葵花籽香味成分进行萃取，并利用GC-MS检测出较多的吡嗪类物质，确定了葵花籽在烘烤过程中产生的关键致香成分为：甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪，3-乙基-2，5-二甲基吡嗪等。越来越多的研究结果显示出美拉德反应作为与人类自身密切相关的研究具有重要的意义，吡嗪类化合物是美拉德反应致香成份的代表物，许多烘烤制食品，如花生、葵花籽、面包中的主要香味成分，许多糖氨模拟反应能产生吡嗪类物质，且吡嗪环上的碳主要来自于糖类，氨来自于氨基酸部分［4］。本文通过不同设备对同一样品反应结果比对，显示压力对反应结果有一定的影响。美拉德反应技术在香精领域中的应用打破了传统的香精调配和生产的范畴，是一全新的香精香料生产应用技术，值得大力研究和推广。随着现代科技的不断进步，相信美拉德反应的研究将可能成为香精香料行业研究的新视角。掌握并了解反应过程中对生成致香物及一些化工中间体的量，具有一定实际意义。

1 实验材料及仪器

1）实验材料：一种天然水果提取物。

2）实验试剂：碳酸钠，分析纯蒸馏水丙氨酸甘氨酸谷氨酰胺。

3）实验仪器

①分析仪器 GC-MS，仪器型号：GCMSQP2020。

②反应设备：一种是由北京中国造纸研究院提供定制设备机械搅伴式油浴锅如图1，另一种是由陕西科技大学机械厂制造的ZQS1-15电热回转水浴锅如图2。

图1 机械搅伴式油浴锅

图2 电热回转水浴锅

2 实验方法

1）反应物准备。称取一定量的膏体物，加入一定量的水份和丙三醇，控制溶液体系水份含量不超过30%，在溶液体系中加入饱和碳酸钠溶液和一定量的混合氨基酸，称取样品量相同以上两份混合溶液体系中，开始进行加热反应，待溶液体系达到120℃时开始计时，反应时间控制在2h。机械搅伴式油浴锅中保证液面能被充分搅伴的量，同时在自动放气阀处加装蛇形冷凝管，对反应过程挥发液进行冷凝回流处理；对于电热回来转水浴锅要保证整个做样过程放气3次，反应结束冷却反应液至室温，反应后液体取样待分析。

2）分析样品前处理。

①样品的准备

膏体及液体样品称取25g。

②样品的同时蒸馏萃取

采用同时蒸馏萃取法 （见图3），加入350mL蒸馏水，取30mL二氯甲烷萃取溶剂，萃取时间2h，水浴温度60℃。

③样品的浓缩

打开旋转蒸发仪电源开关，设置水浴温度为45℃ （二氯甲烷沸点为39.8℃），待水温升到45℃时打开控制电源开关预热几分钟。旋转速度设为60～65r／min，打开冷凝水开始浓缩。每个样品准确定量至1mL，装入样品瓶中，待GC／MS仪器分析检测。

④样品分析

GC-MS分析条件

气相色谱条件：色谱柱：DB-5MS石英毛细管柱 （30m×0.25mm，0.25μm）；程序升温：初始温度为 60℃，保持 1min，以 8℃／min的速率升至170℃，保持3min，以12℃／min的速率升至260℃，保持 18min；进样口温度：200℃；柱箱温度：60℃；进样模式：分流；柱流量：1mL／min；吹扫流量：3 mL／min；分流比：5∶1；载气：高纯氦；进样量：1μL；溶剂延迟：2min

质谱条件：电离方式：EI；电子能量：70eV；接口温度：250℃；离子源温度：200℃；采集方式：scan；扫描范围：40～500amu

标准质谱图库：NIST

图3 同时蒸馏萃取装置

3 结果与讨论

3.1 实验结果

致香成份检测结果见表1。

表1 GC-MS检测结果表

3.2 讨论

反应后样品1＃（1＃样品）溶液体系是在机械搅伴式油浴锅中进行反应，反应过程中为常压状态；反应后样品2＃（2＃样品）溶液体系是在电热回转水浴锅进行反应，属于是密封装置，膏体空白样pH值为4.6，呈现酸性，有碳酸钠的加入 （调pH值），整个反应体系中有一定的CO2存在，也就是2＃样品液是在一定量反应压力存在的情况下进行的。

3.2.1 风味物质生成总量比较

在反应过程中两种反应液与空白样相比，挥发出更多的风味物质，而产生出许多原来空白样中没有的特殊气味的挥发性物质，见表2。

表2 风味物质总量比对表

从表1看出，2＃样品的各种风味物质量明显的高于1＃样品。

3.2.2 吡嗪类物质生成量比较

吡嗪类香味物质生成量对比见表3。

表3 吡嗪类香味物质生成量比对表

吡嗪类致香型物是美拉德反应的代表性物质，表3显示：空白样品中这7种吡嗪类香味物质是没有检测出的，而在1＃样品和2＃样品有检出。两个反应后样品吡嗪类香味物质各量相比较，生成量的整体趋势相同，都是空白样品中没有的致香物质，但1＃样品生成各类吡嗪量明显低于2＃样品的量；沸点稍高一些吡嗪类香味物质中，1＃样品中生成的2，3-二乙基-5-甲基吡嗪和2-乙酰基-3，4，6-三甲基的量和空白样品含量均未检出，而2＃样品随着反应压力的升高，其吡嗪类物质的种类和含量也在随之增加。实验证明美拉德反应设备在相对密封并有一定压力的条件下，反应更充分更完全。现行美拉德反应的市场化设备大部分是在常压情况下加上冷凝装置而成，因此实验对美拉德反应设备的改造具有一定的指导意义。