脈沖電場對還原糖-谷氨酸鈉體系美拉德反應的影響

陳 剛，于淑娟

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640)

脈沖電場對還原糖-谷氨酸鈉體系美拉德反應的影響

陳 剛，于淑娟

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640)

主要研究了脈沖電場對于不同還原糖-谷氨酸鈉溶液的pH、中間產物、褐變、還原糖含量以及抗氧化活性的影響。結果顯示:脈沖電場處理條件為場強4kV/cm，時間1.88ms，得到果糖-甘氨酸鈉體系在294nm和420nm的吸光值從0分別增加到1.71和0.07，同時，抗氧化活性增加10.96%，果糖含量減少55%。氣質分析表明，經脈沖電場處理可以引發葡萄糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖分別與谷氨酸鈉體系的美拉德反應，產物包括苯的衍生物、酰胺及醛，但是在果糖-谷氨酸鈉反應液中發現了丙烷、醋酸和丁內酯。研究證明，脈沖電場是一種提高還原糖-谷氨酸鈉體系美拉德反應的有效方法。

抗氧化活性，DPPH，氣相色譜-質譜法(GC-MS)，脈沖電場

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、谷氨酸、氫氧化鈉、硫酸鈉、葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖均購于美國Sigma-Aldrich公司;其余化學試劑均為色譜級，購于德國Merck公司。

酸度計 瑞士梅特勒托利多公司;高效液相色譜儀(HPLC) 美國Waters公司;惠普5890系列氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS) 美國Hewlett-Packard公司;脈沖電場(PEF)，UV2550紫外分光光度計。

1.2 實驗方法

1.2.1 美拉德反應產物(MRPs)的制備 還原糖-谷氨酸溶液的制備:0.02mol谷氨酸分別與0.02mol葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖溶解于90mL去離子水中，NaOH調pH至10±0.1，再用去離子水稀釋至100mL，混合均勻，樣品制備完成。

1.2.2 紫外吸收和褐變的測量 由于UV2550紫外分光光度計的上限是4.00，因此，樣品用蒸餾水稀釋30倍，在294nm和420nm下分別測吸光值和褐變強度。

1.2.3 HPLC分析還原糖含量 樣品用5μm孔徑的濾膜過濾，再用配有視差檢測器的HPLC進行分析。HPLC條件包括:糖柱6.5×300mm的離子交換柱(Waters公司)，Waters600泵和2414視差檢測器;進樣量20μL，流動相為50mg/L的EDTA-Ca的水溶液，分析時間30min，流速0.5mL/min，柱溫90℃。

1.2.4 DPPH自由基清除活性的測定［11］用溶有2mL0.12mmol/LDPPH的乙醇溶液稀釋樣品20倍至400μL，然后避光放置30min。在517nm處用紫外-2550分光光度計測其吸光值，對照實驗用去離子水代替 MRPs樣品。DPPH自由基清除力按下式計算［12］:

其中:As-樣品的吸光值;Ac-空白樣的吸光值。

1.2.5 褐變產物的提取 還原糖-谷氨酸鈉體系在PEF場強4kV/cm下處理1.88ms，然后在(50±2)℃的溫度下真空濃縮2x。每50mL濃縮物用20mL二氯甲烷提取6次。6次提取物經冷卻后用無水硫酸鈉脫水，35℃下真空蒸發，氣質聯用(GC/MS)進行分析。

1.2.6 氣質分析［13］實驗采用GC/MS進行褐變溶液二氯甲烷提取物化學成分的分析。安捷倫惠普色譜柱30m ×0.25mm，薄膜厚度0.25μm。進樣口溫度250℃。GC爐溫按以下方法進行程序升溫:初始溫度50℃，保持1min;以10℃/min的速率從50℃增加到 140℃，保持 1min;然后，2min內溫度以14℃/min的速率從140℃上升到290℃。進樣體積1μL;載氣為He，流速1mL/min。質譜條件:電子碰撞模式，記錄總粒子流。化合物的質譜圖與NISTO2圖譜庫進行比照。

1.2.7 數據分析 所有實驗平行三次。實驗數據的均值和標準差用Excel軟件進行計算。用SPSS軟件進行方差分析確定顯著水平(p＜0.05)。

2 結果與討論

2.1 A294及褐變強度A420的變化

經PEF(場強4kV/cm)處理后，果糖-谷氨酸鈉體系在294nm和420nm的吸光值顯著增加(如圖1)。處理時間1.88ms，果糖-谷氨酸鈉的MRPs在294nm和420nm的吸光值從0分別增加到1.71、0.07。同時，在葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸體系中也表現輕微的變化，A294從0分別增加到0.57、0.53、0.23和 0.24，A420從0分別增加到0.03，0.02，0.01和0.01。

褐變程度增加的同時，無色中間體產生，后者可由A294的增加來證實。相關性表明:伴隨中間體的產生，褐色素形成。而且，中間產物及褐色素在果糖-谷氨酸體系中比二糖-谷氨酸體系中更容易產生，可能是由于單糖分子小，與氨基酸有更小的空間位阻效應，使其更容易與氨基酸反應。

圖1 還原糖-谷氨酸鈉反應體系的A294(A)和褐變程度(B)注:1.葡萄糖-;2.果糖-;3.蔗糖-; 4.麥芽糖-;5.乳糖-谷氨酸鈉體系。

2.2 還原糖含量的變化

HPLC測定樣品保留時間與標準品相對照來確定葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖。葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖和乳糖的標準曲線分別為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代表葡萄糖濃度，單位mol/L，其余依次;a*為葡萄糖峰面積，其余依次。

如圖2所示，在二糖-谷氨酸體系中還原糖含量略有變化(如蔗糖、麥芽糖、乳糖-谷氨酸鈉體系)。蔗糖、麥芽糖和乳糖的含量分別下降了 69.5%，69.5%、84.8%。然而，在果糖-谷氨酸鈉體系中，果糖含量顯著減少(p＜0.05)，1.88ms處理后減少了45.5%。

2.3 DPPH自由基清除活性的變化［14］

還原糖-谷氨酸鈉體系清除DPPH自由基的能力如圖3所示，每個DPPH分子包含一個穩定的自由基，DPPH自由基清除力是由于抗氧化劑的供氫能力。葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸鈉體系的DPPH自由基清除率略有增加，而果糖-谷氨酸鈉體系經1.88ms的PEF處理后有明顯增加(p＜0.05)。例如，果糖-谷氨酸鈉體系的DPPH自由基清除率增加了10.96%，而葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸鈉體系在PEF(場強4kV/cm)處理后DPPH自由基清除率分別增加了 3.89%、3.66%、1.59%和2.61%。

圖3 還原糖-谷氨酸鈉體系反應后DPPH自由基清除力注:1.葡萄糖-;2.果糖-;3.蔗糖-; 4.麥芽糖-;5.乳糖-谷氨酸鈉體系。

2.4 美拉德反應產物(MRPs)的GC/MS分析

GC/MS分析出了MRPs中主要的芳香性物質，此分析方法既快速又簡便。葡萄糖-、果糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖-谷氨酸鈉體系用PEF場強4kV/cm處理1.88ms后，再用二氯甲烷分別提取出11、6、7、9、9種組分，如表1～表5所示。結果表明，果糖是制備安全的MRPs的理想原料，MRPs主要包括芳香類化合物、有機酸、酯和吡嗪。然而，葡萄糖-、蔗糖-、麥芽糖-和乳糖體系中，安全性不能得到保證。

表1 二氯甲烷提取葡萄糖-谷氨酸鈉反應體系的揮發性物質

表2 二氯甲烷提取果糖-谷氨酸鈉反應體系的揮發性物質

表3 二氯甲烷提取蔗糖-谷氨酸鈉反應體系的揮發性物質

表4 二氯甲烷提取麥芽糖-谷氨酸鈉反應體系的揮發性物質

表5 二氯甲烷提取乳糖-谷氨酸鈉反應體系的揮發性物質

3 結論

PEF對于果糖-谷氨酸鈉體系的美拉德反應有顯著的影響，中間產物量、褐變程度和抗氧化活性都有明顯提高。在脈沖電場場強為4kV/cm作用后，A294和A420從0分別增加到1.71，0.07;抗氧化活性也增加了10.96%。同時，果糖含量減少54.5%。結果表明，PEF可以作為一種促進美拉德反應的潛在手段，尤其對于果糖-谷氨酸鈉體系。另外，實驗中果糖-谷氨酸鈉體系的PEF處理后，產生了丙烷、醋酸、丁內酯2，5-二甲基吡嗪、2，3-二氫-3，5-二羥基-6 -甲基-4氫型-吡喃和2，5-二甲基-3-異戊基-吡嗪，這些物質不但安全，而且可能是美拉德反應的主要芳香性物質。

［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］蔡妙顏，肖凱軍，袁向華.美拉德反應與食品工業［J］.食品工業科技，2003(7):90-93.

［3］陳華.影響食品中美拉德反應的因素［J］.四川食品與發酵，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］謝嘉賓，謝青.美拉德反應產物的研究現狀［J］.四川畜牧獸醫，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，張強，仝會娟，等.GC-MS法鑒定茺蔚子揮發油的化學成分［J］.中國實驗方劑學雜志，2010(3):36-38.

［14］賈長虹，常麗新，趙京，等.月季果中黃酮的提取及其對自由基清除作用的研究［J］.食品工業科技，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

美拉德反應是一種發生于蛋白質或氨基酸與還原糖之間的非酶褐變反應，通常發生于食品熱處理過程中［1-2］。美拉德反應產物(MRPs)是一復雜的混合體系［3］，影響反應速率的因素主要有化學組分(如蛋白質、氨基酸、還原糖或碳水化合物)、時間、溫度、反應物濃度以及pH［4］。有研究表明MRPs能夠抑制食品在貯存中的氧化，其褐變和還原力可能與抗氧化活性有關。然而，關于反應中氨基酸和還原糖含量的變化的研究還很少，MPRs的性質也有必要進一步的研究［5］。脈沖電場(PEF)是一種非熱食品加工技術，通過PEF處理，可殺死大多數致病微生物和滅活酶，也可以減少食品在色澤、口味、營養、質地以及熱活性功能的損失［6］。PEF已成功應用到低粘度和電導率的液態食品中，比如淀粉、牛奶以及果汁［7-10］。然而，對于PEF在美拉德反應方面的應用卻鮮有報道。

2010-07-26

陳剛(1985-)，男，碩士研究生，研究方向:功能碳水化合物綠色加工。