（E）-2-辛烯醛對美拉德模型體系揮發性產物的影響

徐永 霞，勵建榮,*，趙洪雷，劉 瀅，姜程程，潘思軼

（1.渤海 大學食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧 錦州 121013；2.華中農業大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070）

（E）-2-辛烯醛對美拉德模型體系揮發性產物的影響

徐永 霞1，勵建榮1,*，趙洪雷1，劉 瀅1，姜程程1，潘思軼2

（1.渤海 大學食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧 錦州 121013；2.華中農業大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070）

為研究脂肪醛（E）-2-辛烯醛對L-半胱氨酸與D-木糖組成的美拉德反應體系的影響，采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術分析不同模型體系熱反應產物中的揮發性成分，并結合主成分分析法對其進行分析。結果表明：在反應體系中加入（E）-2-辛烯醛時，檢測到的揮發性產物差異較大，發現2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-噻吩甲醇、3-甲基噻吩、糠醛、2,5-二甲基呋喃、4,5-二甲基噻唑、2-甲基-5-甲硫基呋喃、2,5-噻吩二甲醛等物質受到的影響較大。其中2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-甲基-5-甲硫基呋喃、3-甲基噻吩和2,5-噻吩二甲醛等化合物含量顯著下降。此外，由于（E）-2-辛烯醛的存在，檢測出2種新的噻吩類物質（2-丁基噻吩和2-乙基-5-己基噻吩）以及一些新生成的醇類、酮類和酯類物質。

美拉德反應；D-木糖；L-半胱氨酸；（E）-2-辛烯醛；揮發性物質

大多數食品都要經過熱加工處理，如肉類、魚、谷物、咖啡和各種休閑食品等，而美拉德反應對于熱加工食品，尤其是肉類食品的香味形成具有重要貢獻。大量研究表明，肉類烹調過程中肉香味的形成除來源于美拉德反應外，另一個重要來源就是脂類的氧化降解或通過形成一些香味前體物質與美拉德反應中間產物相互作用[1-4]。脂肪在氧化降解過程中形成數百種揮發性物質，其中脂肪醛作為一類重要的脂肪氧化產物，由于其具有較高的反應活性，可能與美拉德反應中間產物相互作用產生許多重要的揮發性成分，如烷基噻唑類和烷基吡啶類等[5-7]。

由于脂肪氧化 與美拉德反應都受到 反應底物、介質以及其他因素的影響，反應 過程非常復雜。因此，大多數研究都采用模型體系來分析這2種類型反應之間的相互作用[8-10]。Mottram等[8]首次提出了磷脂參與肉香味形成的假設，研究發現，在只含有糖和氨基酸的模型體系中，主要形成含硫類化合物，具有很強的硫臭味和焦糊味；而當體系中加入脂類時，反應產物中含硫類化合物含量明顯下降，同時出現大量的脂類氧化產物，此時出現脂肪和熟肉的特征香味。目前，關于脂類，尤其是磷脂對美拉德反應體系的影響報道較多，而關于脂肪醛類對美拉德反應產物的影響研究較少。因此，研究脂肪醛類對美拉德反應的影響，可進一步認識復雜食品體系中發生的美拉德反應，對于更好的利用美拉德反應具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

L-半胱氨酸鹽酸鹽、D-木糖、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；（E）-2-辛烯醛、環己酮（均為色譜純） 美國Fluka公司。

1.2 儀器與設備

6890N/5973氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；固相微萃取裝置（配有固相微萃取手動進樣手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、20 mL頂空鉗口樣品瓶） 美國Supelco公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿有限公司。

1.3 方法

1.3.1 磷酸鹽緩沖液 的配制

配制0.2 mol/L的磷酸氫二鈉溶液和0.2 mol/L的磷酸二氫鈉溶液各100 mL，將0.2 mol/L的磷酸氫二鈉溶液與0.2 mol/L的磷酸二氫鈉溶液按一定的比例混合，調pH值至5.0備用。

1.3.2 樣品制備

準確稱取0.2 g L-半胱氨酸和0.2 g D-木糖于20 mL鉗口瓶中，加入10 mL的磷酸鹽緩沖液，作為對照的標準樣品。然后以同樣方法配制同樣的反應體系，分別加入0.4、0.6、0.8 mg和1.0 mg的（E）-2-辛烯醛，混勻，用聚四氟乙烯隔墊密封，置于高壓蒸汽殺菌鍋內，控制反應溫度120 ℃，反應60 min后取出，在流水中迅速冷卻以終止反應，待檢測分析。

1.3.3 揮發性成分的提取

于裝有熱反應產物的鉗口瓶中加入50 μL內標物環己酮，加入磁轉子，用聚四氟乙烯隔墊密封，于60 ℃恒溫水浴磁力攪拌器中加熱平衡20 min后，用已活化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭（270 ℃活化30 min）頂空吸附40 min后，將萃取頭插入氣相色譜儀進樣口，解吸5 min。

1.3.4 揮發性成分的氣相色譜-質譜分析

色譜條件：HP-5毛細管柱（30 m×320 μm，0.25 μm）；升溫程序：起始溫度35℃，保持5 min，然后以3 ℃/min升至130 ℃，再以5 ℃/min升至250 ℃，保持5 min；He流量1.2 mL/min；不分流進樣；進樣口溫度250 ℃。

質譜條件：電子電離離子源；接口溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；電子能量70 eV；質量掃描范圍m/z 35～350。

1.3.5 化合物鑒定及定量分析

揮發性成分經過氣相色譜-質譜分析鑒定后，其結果利用計算機譜庫（NIST 05和Wiley）進行檢索 及分析，結合相關的文獻資料，確定揮發性物質的化學組成。

定量分析：采用內標法進行定量，內標物為環己酮。按下式計算揮發性成分的含量。

式中：ρ為各揮發性成分的含量/（μg/mL）；A1為各組分的峰面積；m為內標物質量/μg；A2為內標物峰面積；V為樣品體積/mL。

1.4 數據分析

利用SPSS 19.0軟件對美拉德反應產物的揮發性成分進行主成分分析，數據進行分析前先做標準化處理。

2 結果與分析

2.1 美拉德反應揮發性成分鑒定及其含量分析

在L-半胱氨酸與D-木糖體系中添加不同量的（E）-2-辛烯醛，經美拉德反應產生的揮發性物質組成及含量如表1所示，在熱反應體系中共檢測出42種主要的揮發性成分，包括21種含氮、含硫及雜環類化合物、8種烴類物質、7種醇類物質、3種酮類物質和3種酯類物質。由表1可知，與對照組相比，在L-半胱氨酸與D-木糖的熱反應體系中加入（E）-2-辛烯醛時，檢測到的揮發性成分差別較大，并不能簡單地根據化合物的種類和含量來說明（E）-2-辛烯醛對美拉德反應揮發性產物的影響。

在L-半胱氨酸與D-木糖的反應體系中加入（E）-2-辛烯醛時，檢測到的含氮、含硫類化合物的含量明顯減少。有研究報道，脂類及其氧化產物與美拉德反應相互作用，能抑制美拉德反應體系中一些含硫化合物的形成，同時提供一些小分子羰基類化合物或醇類等來改善肉的香味[11-12]。在美拉德反應中產生的含硫類雜環化合物是重要的風味物質，它們主要提供硫味、肉香、烤香味等[13]。在模型反應體系中共檢測出4種硫醇類化合物，這些物質已在煮肉中檢測出[14]。硫醇類化合物是美拉德反應中形成的一類重要物質，高濃度時具有很強的硫味和焦糊味，低濃度時具有明顯的肉香味[15-16]。2-甲基-3-呋喃硫醇曾在烤牛肉中檢出[17]，是反應混合液中最重要的硫醇類化合物，在單純的半胱氨酸-木糖體系中含量高達560.71 μg/mL，當在體系中加入（E）-2-辛烯醛時，其含量顯著減少，并且隨著反應體系中（E）-2-辛烯醛含量的增加，其含量逐漸降低。2-糠硫醇可能直接由硫化氫和糠醛反應產生[18]，在L-半胱氨酸-D-木糖體系中含量為116.21 μg/mL，而（E）-2-辛烯醛的加入使其含量明顯降低，并且隨著反應體系中（E）-2-辛烯醛含量的增加，其含量也逐漸降低。

表11 （E）-2-辛烯醛對熱反應產物揮發性成分的影響Table 1 Effect of (E)-2-octenal on volatile compounds of Maillard reaction products

噻吩類化合物主要由硫化氫和羰基化合物反應產生的，其中2-烷基噻吩可能是由硫化氫與不飽和烯醛反應產生的[19]。在模型反應體系中共檢測出7種噻吩類化合物，和對照相組比，（E）-2-辛烯醛的存在對噻吩類化合物的形成具有抑制作用。其中3-甲基噻吩在L-半胱氨酸-D-木糖體系中含量為32.82 μg/mL，而當體系中加入（E）-2-辛烯醛時，其含量明顯減少。此外，當反應體系中加入（E）-2-辛烯醛時，2,5-噻吩二甲醛和2-甲酰基-2,3-二氫-噻吩未檢測出。然而，當反應體系中存在（E）-2-辛烯醛時，檢測出2種新的噻吩類物質（2-丁基噻吩和2-乙基-5-己基噻吩），其中2-丁基噻吩曾在小麥中檢出[20]。

在L-半胱氨酸-D-木糖模型反應體系中共檢測出4種呋喃類化合物，其中2-甲基-5-甲硫基呋喃和2-甲基呋喃含量比較高，分別為33.68 μg/mL和10.42 μg/mL。2-甲基-5-甲硫基呋喃是一種重要的硫醚類香料，當反應體系中加入（E）-2-辛烯醛時未檢測出此化合物。2-甲基呋喃曾在叉燒肉中檢出，但含量很低[21]。此外，2,5-二甲基呋喃和2-（甲氧基甲基）-呋喃在（E）-2-辛烯醛存在的體系中也未檢測出。

當L-半胱氨酸-D-木糖的模型體系中加入（E）-2-辛烯醛時，檢出的醇類物質含量明顯增大，并且新增了（E）-2-辛烯-1-醇、α-松油醇、β-松油醇、4-萜烯醇和橙花醇，而1-十四醇和2-十五醇在加入（E）-2-辛烯醛的體系中未檢測出。

當體系中存在（E）-2-辛烯醛時還檢出3種酮類物質，而在對照中未檢出。此外，當體系中加入0.8 mg的（E）-2-辛烯醛時，還檢測出3種酯類，包括丁酸辛酯、己酸己酯和庚酸乙酯。Xie Jianchun等[22]曾在烤豬肉中鑒定出4-萜烯醇以及橙花叔醇。由于美拉德反應產物具有一定的抗氧化活性[23]，在美拉德反應的影響下，其中的醛類物質可能被還原為酮和醇，同時部分醛類可能發生熱氧化生成酸，而酸類物質與醇進一步反應又可以生成酯類。

2.2 主成分分析

表2 主成分的特征值及貢獻率Table 2 Eigen values and contribution of principal components

主成分分析是一種降維或者把多個指標轉化為少數幾個綜合指標的多元數理統計方法[24]，可以把離散的數據標準化處理，以便對樣品的相似性和差異性進行明確的評價。主成分分析是對多個指標進行線形組合，使得這些指標間既互不相關，又能反映原有信息[25]。不同美拉德反應體系所得數據經標準化后進行主成分分析，得到的特征值和貢獻率見表2。第1主成分的貢獻率為63.393%，第2主成分的貢獻率為19.655%，前2個成分的累計貢獻率已經達到83.048%，能夠較為客觀地反映不同模型體系熱反應產物中揮發性成分的變化情況，故選取這2個主成分作為數據分析的有效成分。

表3 主成分載荷矩陣Table 3 Loading matrix of principal components

從表3可以看出，在引起熱 反應體系揮發性產物變化的主要化合物中，第1主成分和2-甲基-3-呋喃硫醇、2-甲氧基-5-甲基噻吩、2-糠硫醇、2-噻吩甲醇、3-甲基噻吩、糠醛、2,5-二甲基呋喃、4,5-二甲基噻唑、2-甲基-5-甲硫基呋喃、2,5-噻吩二甲醛、二烯丙基硫醚、2-（甲氧基甲基）-呋喃、2-甲酰基-2,3-二氫-噻吩、1-十四醇、2-十五醇呈高度正相關，其載荷量分別為0.985、0.985、0.964、0.960、0.957、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954和0.954。第2主成分和2,5-二甲基苯并噻唑、2-甲氧基-4-甲基苯 酚、2,5-己二酮、己酸己酯、庚酸乙酯呈高度正相關，其載荷量分別為0.823、0.823、0.823、0.823和0.823。因此可以認為，在L-半胱氨酸與D-木糖的熱反應體系中加入（E）-2-辛烯醛時，這些化合物受到的影響較大。

3 結 論

本實驗研究了脂類氧化產物（E）-2-辛烯醛對L-半胱氨酸與D-木糖組成的美拉德 反應體系的影響。采用固相微萃取-氣-質聯用技術對不同模型體系熱反應揮發性產物進行分析，共檢測出42種主要的揮發性成分，包括21種含氮、含硫及雜環類化合物、8種烴類、7種醇類、3種酮類和3種酯類物質。與對照組相比，加入（E）-2-辛烯醛時，檢測到的揮發性產物差異較大，結合主成分分析，發現熱反應產物中一些揮發性組分受到的影響較大，包括2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-噻吩甲醇、3-甲基噻吩、糠醛、2,5-二甲基呋喃、4,5-二甲基噻唑、2-甲基-5-甲硫基呋喃和2,5-噻吩二甲醛等物質。其中2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-甲基-5-甲硫基呋喃、3-甲基噻吩和2,5-噻吩二甲醛等化合物含量顯著下降或消失。此外，由于體系中（E）-2-辛烯醛的存在，檢測出2種新的噻吩類物質（2-丁基噻吩和2-乙基-5-己基噻吩）以及一些新生成的醇類、酮類和酯類物質。

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Effect of (E)-2-Octenal on Volatile Products Derived from Maillard Model Reaction Systems

XU Yong-xia1, LI Jian-rong1,*, ZHAO Hong-lei1, LIU Ying1, JIANG Cheng-cheng1, PAN Si-yi2
(1. Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

The effect of (E)-2-octenal on Maillard reaction products was investigated by thermal reaction systems consisting of L-cysteine and D-xylose. The volatiles generated in different reaction mixtures were analyzed by solid-phase microextraction (SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), and principal component analysis (PCA) was used to analyze the volatile components. The results showed that t he addition of ( E)-2-octenal had obvious effects on most of the volatiles, including 2-methyl-3-furanthiol, 2-furfurylthiol, 2-thiophenemethanol, 3-methylthiophene, furfural, 2,5-dimethyl-furan, 4,5-dimethyl-thiazole, 2-methyl-5-(methylthio)-furan, etc., and 2-methyl-3-furanthiol, 2-furfurylthiol, 2-methyl-5-(methylthio)-furan, 3-methylthiophene and 2,5-thiophenedicarboxaldehyde were formed in much lower concentrations when (E)-2-octenal was present in the reaction system. In addition, some new thiophenes, including 2-butyl-thiophene and 2-ethyl-5-hexyl-thiophene, as well as some new alcohols, including ketones and esters were detecte d in the presence of (E)-2-octenal.

Maillard reaction; D-xylose; L-cysteine; (E)-2-octenal; volatiles

TS201.2

A

1002-6630（2014）03-0050-05

10.7506/spkx1002-6630-201403011

2013-04-06

國家科技支撐計劃項目（2012BAD29B06）；遼寧省食品安全重點實驗室開放課題（LNSAKF2011023）

徐永霞（1983—），女，講師，博士，研究方向為水產品質量與安全控制及水產品風味化學。E-mail：xuyx1009@126.com

*通信作者：勵建榮（1964—），男，教授，博士，研究方向為水產品和果蔬貯藏加工與質量安全控制。E-mail：lijr6491@163.com