中低pH下Maillard反應產物抗氧化性研究

劉志華，劉春波，韓敬美，祝元元，2，董路，王昆淼，陳永寬，繆明明，*

（1.云南省煙草化學重點實驗室，云南煙草科學研究院，云南昆明 650106；2.云南大學化學與工程學院，云南昆明 650091；3.成都軍區昆明總醫院藥學部，云南昆明 650032）

中低pH下Maillard反應產物抗氧化性研究

劉志華1，劉春波1，韓敬美1，祝元元1，2，董路3，王昆淼1，陳永寬1，繆明明1，*

（1.云南省煙草化學重點實驗室，云南煙草科學研究院，云南昆明 650106；2.云南大學化學與工程學院，云南昆明 650091；3.成都軍區昆明總醫院藥學部，云南昆明 650032）

摘 要：以脯氨酸與葡萄糖的Maillard反應為模型，研究了兩種加熱方式下，三種配比反應混合物在兩種pH環境下，反應溫度和時間對反應產物的抗氧化性影響。實驗通過比色法來檢測Maillard反應產物對DPPH自由基的清除率，用以表征其抗氧化性。結果顯示：pH=5和7時，反應產物中都有抗氧化物質形成，較高的pH和葡萄糖配比更有利于反應產物中抗氧化物質的形成；微波加熱時間對抗氧化物質形成影響不大，而常規油浴加熱時間越長抗氧化物質形成越多；微波加熱比常規油浴加熱更能促進反應產物中抗氧化物質的快速形成。

關鍵詞：脯氨酸；葡萄糖；Maillard反應產物；抗氧化性；微波

Maillard反應是包括煙草在內的食品加工和儲藏過程中一種重要的致香反應[1]，而Maillard反應產物（Maillard Reaction Products，MRPs）也可以作為有效的增香物質在低焦油卷煙上使用，以增強卷煙的香味[2]。研究表明，Maillard產物中的促黑激素釋放素、還原酮、一些含N、S的雜環化合物還具有一定的抗氧化活性，某些物質的抗氧化活性甚至可以和合成抗氧化劑相媲美[3]。事實上，MRP具有抗氧化性早在1953年就被Hodge和Rist[4]首先報道了，而Frnazke和Ivainsky[5]也在1954年注意到了MRPs的抗氧化性，如今Maillard產物的抗氧化性已成為國內外研究的一個熱點[3，6-14]。

研究顯示，Maillard反應產物的香氣和顏色受到反應體系pH、反應物料配比、反應時間和溫度等的影響[15-16]。同樣，Maillard反應產物的抗氧化性也受這些因素的影響，有關反應條件Maillard產物的抗氧化性的影響，報道較多[6-9，11-14]，但不同加熱方式下反應條件對MRPs的報道不多。劉志華等[17]曾經報道了堿性條件下兩種加熱方式MRPs的抗氧化性，結果發現堿性條件下微波加熱方式能更快促進反應達到目標。堿性環境有利于Maillard反應香氣的形成，在制備反應性香料時應用較多[18]，但是研究顯示，Maillard反應在中性或偏酸性條件下也能生成一些香味前體化合物[16，19]。

為此，本文以煙草中含有的主要氨基酸脯氨酸作為氨基供應體，與提供羰基的葡萄糖發生Maillard反應為模型，系統對比常規加熱條件和微波條件下，在pH為5和7時，反應物配比、反應時間等對MRPs的抗氧化性影響，以期為Maillard反應產物在煙草、食品等其他行業中新的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

DL-脯氨酸（生化試劑）：上海求德生物化工；無水葡萄糖（AR）：廣東汕頭市西隴化工廠；DPPH（1，1-diphenyl-2-pycrylhydrazyl，SIGMA）；95%乙醇（AR）：天津化工；蒸餾水；其它試劑為國產分析純。

1.2 儀器

紫外-可見分光光度計（SHIMADZU，UV-160A）：日本；恒溫加熱磁力攪拌器：杭州儀表電機有限公司；精密酸度計（BECKMAN，Φ200）：美國；分析天平（d=0.1 mg，賽多利斯，BS210S）：德國；G8023CSL-K3 家用微波爐：格蘭仕。

1.3 方法

1.3.1 Maillard反應產物的制備

稱取脯氨酸 5.75 g（5.75 g，5.75 g），而后分別加入葡萄糖9.00 g（4.50 g，18.00 g），使脯氨酸的氨基與葡萄糖的羰基的摩爾比為 1∶1，2∶1，1∶2，將其完全溶于蒸餾水中并定容至500 mL。

1）分別取50 mL反應液，用稀HCl溶液調節其pH 至 5，在 100 ℃下油浴加熱 2、3、4、5、6 h；同時分別取50 mL反應液（pH7），同樣加熱條件和時間，然后分別測定其反應產物對DPPH的清除率。

2）分別取50 mL反應液，用稀HCl溶液調節其pH至5，置于消化管中，在火力為100的微波爐中加熱1、2、3、4、5 min 后取出；分別取 50 mL 反應液（pH7），同樣加熱條件和時間，待溶液冷卻至室溫后分別測定其對DPPH的清除率。

1.3.2 Maillard反應產物抗氧化性的測定

Maillard反應產物的抗氧化能力參考魯偉等[7，14]的方法，測定不同條件下的Maillard反應產物對DPPH的清除率。其測定方法如下：取Maillard反應產物（MRPs）0.5 mL兩份。一份加入0.5 mL的DPPH溶液（DPPH溶液摩爾濃度為2×10-4mol/L），另一份加入0.5 mL 95%的乙醇；再取0.5 mL DPPH溶液，加入0.5 mL 95%的乙醇。三份反應液在常溫下反應30 min后，分別測定其在517 nm處的吸光值。自由基的清除率可由下式得出：

式中：A0為乙醇溶液與DPPH溶液在517 nm處的吸光值；Ai為MRPs與DPPH溶液在517 nm處的吸光值；Aj為MRPs與乙醇溶液在517 nm處的吸光值。

2 結果與討論

2.1 pH=5時，不同加熱條件下MRPs對DPPH的清除情況

圖1和圖2分別是pH=5時，微波加熱和常規油浴加熱下，不同配比的葡萄糖（葡）和脯氨酸（脯）反應完成后的產物對DPPH清除率。

圖1 pH=5，微波加熱方式下不同時間、不同配比下MRPs對DPPH的清除率Fig.1 pH=5，the clearance of MRPs for DPPH at microwave heating with diverse time and proportion

圖2 pH=5，常規油浴加熱方式下不同時間、不同配比下MRPs對DPPH的清除率Fig.2 pH=5，the clearance of MRPs for DPPH at conventional oil bath heating with div

比較圖1和圖2，微波加熱3 min左右，反應混合物的DPPH清除率就接近90%，而常規油浴加熱5 h DPPH清除率還不到60%，微波明顯加快了反應進程[18]。在微波條件下，隨著反應物配比中葡萄糖的增加，利于反應形成抗氧化物質，反應3 min后就基本達到穩定；在常規油浴加熱條件下，葡萄糖增加同樣有利于抗氧化物質的生成，但相對較慢。

2.2 pH=7時，不同加熱條件下MRPs對DPPH的清除情況

圖3和圖4分別是pH=7時，微波加熱和常規油浴加熱下，不同配比的葡萄糖（葡）和脯氨酸（脯）反應完成后的產物對DPPH清除率。

圖3 pH=7，微波加熱方式下不同時間、不同配比下MRPs對DPPH的清除率Fig.3 pH=7，the clearance of MRPs for DPPH at microwave heating with diverse time and proportion

圖4 pH=7，常規油浴加熱方式下不同時間、不同配比下MRPs對DPPH的清除率Fig.4 pH=7，the clearance of MRPs for DPPH at conventional oil bath heating with diverse time and proportion

比較圖3和圖4，微波加熱2 min～4 min左右，反應混合物的DPPH清除率就接近90%，而常規油浴加熱5個小時DPPH清除率最高的才接近90%，再次證明微波明顯加快了反應進程。在微波條件下，隨著反應物配比中葡萄糖的增加，利于反應形成抗氧化物質，如圖3所示，配比為1∶1和2∶1的混合物，反應3 min后就基本達到穩定；在常規油浴加熱條件下，葡萄糖增加同樣有利于抗氧化物質的生成，但相對較慢。

與pH=5時的反應相比，可以明顯發現，pH的升高對形成抗氧化物有利。如圖3和圖4所示，pH升高后，同樣是5 h反應時間，pH=7時反應混合物的DPPH清除率就接近了90%。

2.3 不同pH反應條件下反應產物對DPPH的清除情況

圖5是葡萄糖和脯氨酸配比為2∶1時，微波加熱條件下pH對反應混合物清除DPPH的影響，為便于比較，其中pH=9數據取自文獻[18]，以下同。

圖5 反應物配比=2∶1，微波加熱，pH對反應產物清除DPPH影響Fig.5 Reactant ratio=2∶1，microwave heating，the influence of pH during reaction products clearing DPPH

從圖5可以發現，在微波條件下，pH對反應形成抗氧化物質的影響不顯著，這很可能是由于微波對反應的影響更大所致。

圖6是葡萄糖和脯氨酸配比=2∶1時，常規油浴條件下pH對反應混合物清除DPPH的影響。

圖6 反應物配比=2∶1，常規油浴加熱，pH對反應產物清除DPPH影響Fig.6 Reactant ratio=2∶1，conventional oil bath heating，the influence of pH during reaction products clearing DPPH

結果顯示，常規油浴加熱方式下，pH的影響顯著，尤其是pH=9時，反應在2 h時，反應混合物的清除DPPH率就超過60%，同樣反應時間下，反應混合物的清除DPPH率均遠遠超過了pH=7和5。

3 結論

以脯氨酸與葡萄糖的Maillard反應為模型，系統研究微波和常規油浴加熱方式對Maillard反應抗氧化性的影響的第二部分。結果顯示：pH=5和7時，兩種加熱方式反應產物中都有抗氧化物質形成，且較高的pH和葡萄糖配比更有利于反應產物中抗氧化物質的形成；微波加熱時間對抗氧化物質形成影響不大，而常規油浴加熱時間越長抗氧化物質形成越多；研究顯示，不管反應條件如何，微波加熱比常規油浴加熱更能促進反應產物中抗氧化物質的快速形成。

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[1]Leffingwell J C,Leffingwell D.Chemical and sensory aspects of tobacco flavor[J].Rec Adv Tob Sci,1988(14):169-218

[2]劉立全,王月霞.梅拉德反應在煙草增香中的應用研究進展[J].煙草科技,1994(6):21-24

[3]WAGNER K H,DERKITS S,HERR M,et al.Antioxidative potential of melanoidins isolated from a roasted glucose-glycine model[J].Food Chemistry,2002(78):375-382

[4]Hodge J,Rist C E.The amadoir rearrangement under new conditionsand its significance for non-browning reactions[J].J Am Chem Soc,1953,5(2):316-322

[5]Franakze C,Ivainsky H.Antioxidant capacity of melanoidin[J].Dtsch Lebensm-Rundsch,1954(50):251-254

[6]M C Nicoli.Antioxidant properties of coffee brews in relation to the roasting degree[J].Lebensn-Wissu-Techcol,1997(30):292-297

[7]魯偉,黃筱茜,柯李晶,等.Maillard反應產物的抗氧化活性研究[J].食品與機械,2008(4):61-64

[8]張凌燕,李倩,尹姿,等.3種氨基酸和葡萄糖Maillard反應產物的物理化學特性及抗氧化活性的研究[J].中國食品學報,2008,8(3):13-22

[9]李永富.Maillard反應產物的抗氧化功能[J].安徽農業科學,2008,36(32):1336-13937

[10]嚴昊,付惠,謝冰.Maillard反應及其產物抗氧化活性研究進展[J].宜賓學院學報,2007(12):82-84

[11]毛善勇,周瑞寶,馬宇翔,等.Maillard反應產物抗氧化活性[J].糧食與油脂,2003(11):15-16

[12]趙希榮.殼聚糖與葡萄糖發生Maillard反應的條件及產物的抗氧化性能[J].中國食品添加劑,2004(1):63-66

[13]馬志玲,王延平,吳京洪,等.模式Maillard反應產物抗氧化性能的研究[J].中國油脂,2002,27(4):68-71

[14]王惠英,孫濤,周冬香,等.L-賴氨酸與D-核糖的模式Maillard反應及其產物抗氧化性能研究[J].食品科學,2008,29(5):112-115

[15]Shu,C K,HO C T.Parameter Effects on the Thermal Reaction of Cystine and 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone[C].In:Thermal Generation of Aromas.(Eds:Parliament T H,McGORIN R J,HO C T.),ACS symposium Series No.409,American Chemical Society:Washington,DC,1989:229-241

[16]Ames J M.Control of the Maillard reaction in food systems[J].Trends in Food Science&Technology,1990(1):150-154

[17]劉志華,繆明明,孫海林.一種反應性混合物香料的制備方法及在煙草中的應用[P].200410040140.8,2010-03-15

[18]劉志華,畢莉莎,劉春波,等.脯氨酸與葡萄糖Maillard反應模型產物抗氧化性研究[J].食品科技,2010,35(8):104-107

[19]Ames J M,Apriyantono A.Effect of pH on the volatile compounds formed in a xylose-lysine model system[C].In:Thermalyl Generated flavors:mallard,microwave and extrusion processes.(Eds:Parliament T H,MorelloM J,McGORIN R J),ACS symposium Series No.543,American Chemical Society:Washington,DC,1994,pp228-239

Study on Antioxidant Activities of the Maillard Reaction Products under Lower pH

LIU Zhi-hua1，LIU Chun-bo1，HAN Jing-mei1，ZHU Yuan-yuan2，DONG Lu3，WANG Kun-miao1，CHEN Yong-kuan1，MIAO Ming-ming1，*
（1.Key Lab of Tobacco Chemistry of Yunnan，Yunnan Academy of Tobacco Science，Kunming 650106，Yunnan，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Yunnan University，Kunming 650091，Yunnan，China；3.Department of Pharmacy，Kunming General Hospital of Chengdu Military Command，Kunming 650032，Yunnan，China）

Abstract：The antioxidant activities of the Maillard reaction products （MRPs） from a model reaction between proline and glucose under three ratios，two pH of 5 and 7， heated with oil bath or microwave，were reported in this paper.The antioxidation of the MRPs was character with the clearance rate of DPPH determinate by a UV-visible spectrophotometer.The results showed that the antioxidants were formed during the reaction under pH of 5 and 7.The higher pH and content of glucose would be preferable for the formation of antioxidants when heated with microwave or oil bath.The heat time has little effect on the antioxidation of MRPs when heated by microwave while longer heat time would be preferable for that heated by oil bath.Compared to oil bath，the microwave would short the time of antioxidants formation significantly.

Key words：proline；glucose；Maillard reaction products（MRPs）；antioxidation；microwave

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.004

云南省創新團隊建設項目（2009CI014）

劉志華（1974—），男（漢），副研究員，碩士，研究方向：卷煙產品減害降焦技術研發。

繆明明，漢族，博士。

2012-12-09