美拉德反應產物的研究現狀

謝嘉賓，謝 青

（1.四川省動物疫病預防控制中心，四川 成都 610041；2.四川省獸藥監察所，四川 成都 610041）

美拉德反應是廣泛存在于食品、飼料加工中的一 種非酶褐變，是氨基化合物（如胺、氨基酸、蛋白質等）和羰基化合物（如還原糖、脂質以及由此而來的醛、酮、多酚、抗壞血酸、類固醇等）之間發生的非酶促反應，也稱為羰氨反應。反應經過復雜的歷程，最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質——類黑精或稱擬黑素。Maillard在1912～1917年間對美拉德反應做了卓有成效的研究，以后Hodge等多人對該反應的歷程及機理進行了研究和論述。

1 美拉德反應產物（MRPs）抗氧化機理的研究

盡管MRPs的抗氧化性能被廣泛研究，但仍不完全了解它的抗氧化機理。早期研究認為MRPs中間體——還原酮類化合物的還原能力及MRPs的金屬離子絡合特性與其抗氧化能力有關。近年來的研究表明，MRPs有很強的消除活性氧的能力。Hayase（1989）認為類黑精具有很強的消除活性氧的能力，因而可抑制脂類氧化。Yen等（1992，1993，1995）指出，在木糖-賴氨酸MRP的XL-MRP中存在許多能消除過氧化物的化合物（主要存在于褐變色素中），過氧化物間接引發脂類氧化（因為過氧化物能提供原始氧）。XL-MRP顯著的抗氧化能力很可能與它們強有力的消除過氧化物有關。Kawane等（1999）在美拉德反應物（MRPs）的根基清除作用研究中認為，自由基結構與化學發光相關，大豆來源的醬油，含有MRPs，將其與發光性活性氧簇混合，通過測定化學發光性來研究醬油中的MRPs對過氧化物和羥基清除的活性，結果表明大豆醬油中的MRPs有清除活性氧的活性。

2 MRPs的誘變和抗突變作用

抗突變是指抗某一種或幾種化學誘變劑的誘變作用，也預示著可能有抗誘變劑致癌作用的功效。

2.1 誘變作用 Skog（1993）從模式實驗中鑒定出的幾種溫熱性誘變劑支持了“肌酸、肌酐、氨基酸和糖形成溫熱性誘變劑”的理論。人們一般接受肌酸是一種誘變劑的先體物，有趣的是由肌酸轉化成的肌酐表現出了對于過量糖的阻滯作用，引起誘變活性降低；從葡萄糖碳原子的并入所產生的食物誘變劑分子已證明，葡萄糖是一種先體物，糖已顯示出了既能加強又能抑制誘變劑產生的作用，主要依賴于糖和其反應物的分子比例。

Chen-JiauHua（1996）在進行MRPs介導的DNA誘變研究時，用0.025～1.0M的葡萄糖-賴氨酸美拉德產物（MRPs）處理質粒pUC12，結果從處理5min到24h均降低了質粒pUC12的轉化率，通過同MRPs孵化后，比較質粒pUC12 DNA模式，結果顯示凝膠電泳DNA的大小無變化；增加質粒pUC12同MRPs孵化時間到4～12 d，質粒pUC12的轉化率為3.2%和0.15%，質粒pUC12同MRPs孵化12 d時的轉化率比4 d時低幾倍；接著將質粒pUC12同MRPs的混合物用乙醇沉析變性，在Tris-EDTA中復性，質粒pUC12的轉化效率增加10倍以上，這種現象在孵化12 h時存在。

Brands（2000）在120℃加熱糖-酪蛋白形成誘變劑，然后用S.typhimurium TA-100進行Ames試驗，比較幾種糖——葡萄糖、果糖、半乳糖、塔格糖（已酮糖）、乳糖、乳果糖反應物的誘變性。結果認為誘變性完全歸因于MRPS，由于不同的反應率和不同的反應機制，各種糖的誘變性完全不同。Kitts（1993）用葡萄糖-甘氨酸的MRPS產物在有和無S-9混和時對于S.typhimurium TA-100、TA-98均具有誘變和染色體畸變活性；MRP對于TA-98和TA-100的誘變活性在沒有S-9預處理時被獲得，但在有S-9預處理時TA-100組被減少，TA-98組總體上被消除。

2.2 美拉德褐色產物的抗誘變作用 目前對MRPs中的抗誘變混合物及其機理仍不完全清楚。一些研究認為，MRPs的抗誘變能力可能與類黑精還原性有關，這類物質可消除自由基，鈍化抑制酶活力（Hayase，1989；Kim，1986）。

美拉德產物具有一定的抗誘變能力，但是不同的氨基酶-糖產物能力不同（Yamaguchi，1986）。Yen等（1992）通過在100℃加熱單糖（果糖、葡萄糖和木糖）和氨基酸（精氨酸、甘氨酸、賴氨酸、和色氨酸）10 h制得MRPS，抗誘變活性的5種因子通過S.typhimurium TA-98和S-9大鼠微球蛋白進行Ames分析，結果木糖和賴氨酸具有最大的褐變程度，木糖的MRPs顯示出了最大的抗氧化效果，木糖-色氨酸強烈地抑制了3種誘變劑的誘變，其抗誘變能力強弱順序為：木糖-氨基酸＞葡萄糖-氨基酸＞果糖-氨基酸。然而一些MRPs可能使一些因子成為誘變劑，黃曲毒素B1的誘變活性在除了木糖-色氨酸外的所有MRPs中增加。

3 生物體內的美拉德反應

近年來發現，生理條件下還原糖與蛋白質之間的反應可導致蛋白褐變、熒光物質的生成和發生交聯等，在美拉德反應后期階段形成的糖化終產物積累于長壽組織蛋白如晶體蛋白和膠原蛋白等蛋白質上，促進人體老化和導致糖尿病、白內障、動脈硬化、腎炎、網膜癥、神經障礙和心臟血管等疾病的發生。因此，對生理條件下蛋白質和還原糖之間美拉德反應的研究已成為了一個新的熱點。

在1968年，Rahbar等在觀察糖尿病人的血紅蛋白時就發現該血紅蛋白AIC是一種糖基化的血紅蛋白。糖尿病患者的紅細胞中HbAIC的含量升高，HbAIC是血紅蛋白（Hb）通過β鏈N-末端的纈氨酸與葡萄糖以Amadori型結合形成的糖基化蛋白質。因HbAIC的含量能很好地反映血糖值，后來，對HbAIC含量的測定就成為控制糖尿病的臨床工具。

李莉和印大中（2003）認為，脂質過氧化和糖基化產生的中間產物——不飽和醛酮（即應激醛）會造成緩慢積累的生理改變（稱為醛應激現象）。直到最近幾年才證明這些應激醛產物有很強的生物毒性，能對細胞造成種種與衰老過程相關的急性或慢性傷害。

Yin和 Brunk（1995，1996）根據老年色素逐步形成的生物化學過程，提出了羰基毒化衰老學說：糖基化造成的蛋白質的交聯損傷是衰老的主要原因，主要發生反應的氨基酸殘基有賴氨酸、精氨酸、組氨酸、酪氨酸、色氨酸、絲氨酸以及蘇氨酸等。Stadtman（1992）發現老年動物體內蛋白質的羥基含量大大高于幼齡動物，據估計，老齡動物體內40%～50%的蛋白質已被氧化而以含羥基的醛酮形式存在。這些實驗結果與脂質過氧化的結果不謀而合。

Furth等（1989）認為，蛋白質的糖化作用導致了Amadori產物以及Maillard產物的形成，或AGE隨著年齡的增長而積累，包括血中的白蛋白由于糖化失去了與長鏈脂肪酸的結合能力，運載膽固醇的脂蛋白由于其糖化不再被細胞表面的受體識別，免疫球蛋白結合細菌毒素的能力減弱。Monnier等用牛的晶狀體蛋白與葡萄糖在模擬生理條件下放置數月，發現其酶解產物與患有白內障的人晶狀體蛋白的酶解產物極為相似，這意味著美拉德反應與白內障的發生有密切關系。

Lee（1999）認為3-DG是美拉德反應中間階段的主要產物，反應性極強，是蛋白質與葡萄糖或果糖發生聚合的交聯劑，并且是Lys、Arg、Try的攻擊者，引起蛋白質Lys、Arg、Try損傷，進而引起褐變、熒光的發生和交聯的形成。動脈硬化是老年常見病，孫賀英等（1996）有實驗證明:隨著年齡的增長，動脈壁內熒光物質含量增加，動脈壁彈性隨之下降，從而加速動脈硬化的發生。

4 美拉德反應的調控研究

美拉德反應的調控研究在醫學上具有重要意義，目前，該領域的研究熱點分為兩個方面：一是尋找有調節作用的有機、無機化合物；二是從動植物體內尋找有調節作用的活性物質。這些物質之所以能達到抑制褐變及AGE形成的效果，在于它們能完全捕捉住具有強反應活性的化合物如2-羰基醛化合物（甲基乙二醛、3-脫氧葡糖醛酮）等中間體，從而抑制美拉德反應。

Sell等人用24個人的腦膜（濕重600 g）提取Pentosidine，發現人腦膜中的Pentosidine水平與年齡成線性關系。日本中村等人（1994）就用Pentosidine作為標記物進行了Ge-132抑制maillard反應的體外實驗：在由精氨酸、核酸和賴氨酸反應生成的Pentosidine系統中，加入不同濃度的Ge-132，發現Ge-132可抑制Pentosidine的形成。

Manjari等（1999）通過分光光度法研究葡萄糖、果糖與甘氨酸在谷氨酸和天冬氨酸中90℃條件下的顏色動力學反應，表明：谷氨酸和天冬氨酸對褐色反應的形成具有抑制效果，且天冬氨酸比谷氨酸具有更強的抑制效果。Vasiliauskaite（1997）將甲醛加入到葡萄糖和甘氨酸的混合物中，在pH值5.5、55℃下反應，用14C標記反應物，發現葡萄糖和甘氨酸的C1、C2以及甲醛分子促進了非透析性類黑精分子的形成，甲醛抑制了葡萄糖加甘氨酸的褐變反應，減少了高分子量美拉德反應產物的形成，改變了分子的色譜吸光度。

丁斌鷹（2000）在棉酚和干酪素反應中引進尿素，以有效賴氨酸含量為指標，120℃時，棉酚和干酪素反應趨勢呈線性下降（R=0.9887）。說明尿素能抑制該反應（P<0.01），有效防止有效賴氨酸的損失。

Jellum報道了鼠和羊肝臟中的2-羰基醛還原酶可以分解3-脫氧葡糖醛酮，而乙二醛酶不能。Oimomi等人從兔子肝臟中也分離出2-羰基醛脫氫酶，通過該酶對3-脫氧葡糖醛酮的分解能阻止美拉德反應的進行。

5 結語

美拉德反應是一個復雜的系統過程，生物體的美拉德反應涉及到衰老和多種老齡化疾病，因而尋找有效的抑制劑和控制方法是目前研究的一個熱點。

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