沒食子酸對高蛋白中間水分食品品質的影響

谷滿屯,盛占武,商文婷,郝旺珺,鄭麗麗,4,艾斌凌,4,張偉敏，*

(1.海南大學食品學院,海南海口 570228;2.中國熱帶農業科學院海口實驗站,海南海口 570102;3.海南省香蕉遺傳改良重點實驗室,海南海口 570102;4.海口市香蕉生物學重點實驗室,海南海口 570102)

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沒食子酸對高蛋白中間水分食品品質的影響

谷滿屯1,2,盛占武2,3，*,商文婷2,郝旺珺1,鄭麗麗2,4,艾斌凌2,4,張偉敏1，*

(1.海南大學食品學院,海南海口 570228;2.中國熱帶農業科學院海口實驗站,海南海口 570102;3.海南省香蕉遺傳改良重點實驗室,海南海口 570102;4.海口市香蕉生物學重點實驗室,海南海口 570102)

高蛋白中間水分食品因其富含大量的蛋白質與還原糖,在加工及貯藏過程中易發生美拉德反應易產生有害的晚期糖基化終末產物(AGEs),進而降低了食品的品質及安全性。為抑制食品中美拉德反應的進行,本研究在食品模型體系中加入四組不同量濃度的沒食子酸,測定了各添加量和各貯藏時間下樣品的美拉德反應程度、質構、色度、蛋白質的溶解度以及AGEs的熒光強度。結果表明,在30 ℃下,添加沒食子酸抗氧化劑能夠阻止貯藏過程中高蛋白中間水分食品的美拉德反應的進行,并抑制AGEs的形成;但其對食品的硬度及蛋白的溶解度沒有明顯的作用,且會加深食品的色澤,帶來不利的影響。綜合各組測定指標,當沒食子酸添加量濃度為100 μg/g時,最有利于高蛋白中間水分食品模型的貯藏。

高蛋白中間水分食品，沒食子酸，美拉德反應，晚期糖基化終末產物

高蛋白中間水分食品通常是指水分含量在10%～25%之間,水分活度在0.5～0.8之間,且蛋白含量在20%～50%之間的一類食品[1]。該類食品主要含有蛋白質、脂質、碳水化合物以及其他保濕劑[2],較其他類食品相比,高蛋白中間水分食品食用方便;其水分活度較低,利于在常溫下長期保藏;且因在加工及生產過程中不經過脫水和熱處理等較劇烈的加工程序,其能更好地保留食品的營養成分。正因這些優點,最初被研制開發用在軍事、航天食品領域的高蛋白中間水分食品,也越來越深受廣大消費者的喜愛,其新產品的開發越來越受食品研究者的關注[3]。然而此類食品中,因含有較多的蛋白質和還原糖,致使其在加工及貯藏過程中易發生美拉德反應,并生成對人體有害的晚期糖基化終末產物,影響食品的品質及安全性。

晚期糖基化終末產物(Advanced glycation end products,AGEs)是由蛋白質等的氨基和還原糖的羰基作用形成的穩定復雜的產物[4],即通過美拉德反應等途徑形成的化學危害物。AGEs 分為內源型和外源型。內源型由機體內生成,其在體內的積累與一些慢性病如糖尿病腎病、糖尿病視網膜病變、阿爾茨海默(Alzheimer)癥等的發病機理密切相關[5]。外源型AGEs主要來源于食品與煙葉等,其是內源型AGEs的重要來源[6],進而誘發各種疾病。有研究表明,大多數抗氧化劑可抑制體外牛血清白蛋白-葡萄糖模型中AGEs的產生[7-9],而利用在高蛋白中間水分食品體系中的研究卻很少有報道。本研究以不同濃度的抗氧化劑——沒食子酸,添加至高蛋白中間水分食品模型體系中,在30 ℃下貯藏,研究其對模型體系的物化性質和AGEs生成的影響,以期為開發出更佳品質與更高安全性的高蛋白中間水分食品提供理論依據,并獲得沒食子酸的最佳添加量。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

乳清分離蛋白、葡萄糖、甘油均為食品級購于國藥集團化學試劑有限公司;沒食子酸購于Bio Basic Inc.公司;堿性蛋白酶(Alcalase)購于丹麥NovozymesA/S公司;三氯乙酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、疊氮化鈉、考馬斯亮藍G-250等試劑均為分析純購于國藥集團化學試劑有限公司。

恒溫生化培養箱(SPX-250B-2型)上海博迅實業有限公司;紫外分光光度計(UV-1800)日本島津公司;數顯水浴恒溫振蕩器(SHA-CA)常州普天儀器制造有限公司;水分活度儀(HygroPalm AM1)瑞士羅卓尼克公司;色差儀(CR-10)日本柯尼卡美能達公司;質構儀(CT3 10K)美國Brookfield公司;熒光分光光度計(F-4500)日本島津公司。

1.2建立高蛋白中間水分食品模型體系

參照余園芳報道方法[10]。模型體系配方為乳清分離蛋白(WPI)、葡萄糖、甘油和水,質量分數分別為45%、12.5%、30%和12.5%。制備步驟:將葡萄糖溶解于水,添加不同量的沒食子酸抑制劑攪拌溶解,加入甘油混勻,再加入乳清分離蛋白粉,用手揉成均勻的蛋白團。將蛋白團放在水分活度密閉容器中,室溫下平衡2 h,測定水分活度(Aw為0.552～0.600)。設空白對照組和實驗組。空白對照組為未添加沒食子酸的蛋白團;實驗組分別為加入不同量的沒食子酸抑制劑,濃度梯度依次為50、100、150、200 μg/g。

1.3貯藏實驗的建立

參照Lavelli等報道方法[11],略有修改。將蛋白團放在覆有保鮮膜的自制細鐵絲架上,將細鐵絲架置入盛有飽和溴化鈉溶液(30 ℃,Aw=0.560±0.004)的密封盒內,隨后放入恒溫培養箱中30 ℃下培養45 d。在貯藏期內,按一定的時間間隔,從各組中取樣。

1.4美拉德反應程度測定

采用酶解比色法[12]測定樣品的美拉德反應程度。取250 mg蛋白團樣品,溶于10 mL 10 mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液(pH8),磁力攪拌器攪拌(500 r/min)80 min。然后加入12 μL堿性蛋白酶,置于恒溫振蕩水槽中55 ℃下水浴15 min。取出后加入1 mL三氯乙酸(80%,w/v)以沉淀蛋白和終止反應,隨后過濾,同樣取10mL磷酸鹽緩沖液做空白,經與樣品液相同的處理。在420 nm下測定各樣品濾液的吸光值。

1.5質構的測定

用硬度衡量樣品的質構特性,選取直徑為2 mm的圓柱探頭,下壓速度1 mm/s,下壓樣品高度的25%,下壓硬度由下壓過程中的最大作用力來表征。所有樣品經室溫下平衡2 h后測定。每組實驗重復進行3次。

1.6色度的測定

樣品的表面顏色用色差儀測定,其中L*、a*和b*分別代表亮度、紅度和黃度,+a*表示紅色增加,-a*表示綠度增加,+b*表示黃度增加,-b*表示藍度增加。每個蛋白團樣品取3個不同的位置進行3次重復測定,記錄參數L*、a*和b*的平均值。

1.7蛋白溶解度的測定

取500 mg蛋白團樣品,溶于10 mL超純水,磁力攪拌器下攪拌(500 r/min)80 min,隨后離心(4000 r/min)30 min,取其上清液2 mL,加入2 mL NaN3溶液(0.05%,w/v),混勻后放入冰箱(4 ℃)保存。根據考馬斯亮藍染色法[13]的測定來推算樣液蛋白溶解度的變化。以乳清分離蛋白作為標準蛋白,超純水為空白,按照國標的方法進行測定,繪制標準曲線。如下圖:

圖1　乳清分離蛋白標準曲線Fig.1　The standard curve of whey protein isolated

測定樣品的具體過程為,從冰箱中取出處理好的各組蛋白樣液200 μL,稀釋60倍。取1 mL樣品稀釋液,加入5 mL考馬斯亮藍溶液,振蕩10 s,靜置2 min后,595 nm下測定吸光度,在1 h內完成。用60 μg/mL的標準蛋白液校正。測定各貯藏天數下樣品的吸光值。

第n d樣品溶解度(%)=(第n d貯藏樣品吸光值/第0 d樣品吸光值)×100

1.8AGEs的測定

采用熒光光譜法測定蛋白團樣品中的AGEs含量。取500 mg蛋白團樣品,溶于10 mL超純水,磁力攪拌(500 r/min)80 min,離心(4000 r/min)30 min,取4 mL上清液凍藏(-20 ℃)。在激發波長370 nm、發射波長440 nm下[14],測定各組樣液的熒光度,以熒光度表示AGEs含量。

2　結果與討論

2.1沒食子酸對食品中美拉德反應程度的影響

由圖2所示,隨著貯藏天數的增加,各組蛋白團樣品吸光值均有升高,說明美拉德反應程度進行逐漸劇烈。在28 d之前,各組吸光值普遍較低,可能是由于在30 ℃下貯藏前期,各組蛋白團中美拉德反應程度較溫和,仍處于美拉德反應初級階段,生成的色素類物質較少[15],致使沒食子酸對美拉德反應抑制效果不明顯;而在28 d之后,各實驗組的吸光值均比空白對照組低,表明沒食子酸對美拉德反應的抑制效果顯現。當沒食子酸添加量為100 μg/g時,吸光值最低,抑制效果最佳;當濃度繼續增加后,抑制效果反而降低,這可能與Tareke[16]提出的“抗氧化劑悖論”有關,即在一定的濃度范圍內,抗氧化劑有利作用,而超出有利濃度范圍后,抗氧化活性及相關效應將削弱或不起作用,甚至反作用。

圖2　沒食子酸對美拉德反應的影響Fig.2　Effect of gallic acid on the progress of maillard reaction in food model

2.2沒食子酸對食品硬度的影響

由圖3所示,隨著貯藏天數的增加,各組樣品的硬度均不斷地升高,可能是由于食品模型體系中含有大量的甘油和葡萄糖,產生較高的滲透壓,使蛋白質相與水-葡萄糖-甘油相分離,隨著水分從蛋白質到葡萄糖和甘油中的遷移,蛋白質分子流動性降低,發生蛋白質聚集使樣品硬化[17-18]所致;在貯藏后期,由于美拉德反應導致蛋白質分子之間因共價交聯而形成聚集體[19]。實驗組結果表明,沒食子酸的添加均沒有對食品體系的硬度產生明顯的作用,而對美拉德反應具有抑制作用。由此可見,食品模型體系貯藏過程中硬度的增加主要是由于水分遷移導致的蛋白聚集所致。

圖3　沒食子酸對食品硬度的影響Fig.3　Effect of gallic acid on the texture of food model

2.3沒食子酸對食品色度的影響

由圖4a～圖4c所示,隨著貯藏天數的增加,各組樣品的亮度值均不斷地下降,紅度和黃度值不斷地升高,主要是由于隨著時間的延長,美拉德反應進入高級階段,產生褐色物質[20],以及蛋白團樣品表面會發生氧化所致。圖4a所示,樣品亮度隨沒食子酸濃度的增加而逐漸變暗,添加量越大,亮度值越低。圖4b、圖4c結果表明,貯藏過程中沒食子酸抑制了美拉德反應,進而減少了褐色物質的形成,相應的紅度及黃度值升高,當沒食子酸添加量為50 μg/g時,樣品紅度及黃度值與空白組的相比均明顯較低。由此可見,添加微量的沒食子酸會改觀樣品的色澤,而隨著添加量的增加反而對蛋白團色澤產生不利的影響。

圖4　沒食子酸對食品模型亮度、 紅度和黃度的影響Fig.4　Effect of gallic acid on the brightness, redness,yellowness of food model

2.4沒食子酸對食品中蛋白溶解度的影響

由圖5所示,隨著貯藏天數的增加,各組樣品的蛋白溶解度均不斷地降低,可能因貯藏過程中發生了相分離使蛋白質發生不可溶性的聚集,也可能是由于蛋白質自身通過巰基/二硫鍵交換反應,導致蛋白質交聯、聚集,形成網絡結構[21];以及美拉德反應的化學作用引起蛋白質交聯形成不可溶性聚集物所致。各實驗組與空白組的蛋白溶解度相比,沒有呈現出明顯的變化,表明添加不同量濃度的沒食子酸對高蛋白中間水分食品中蛋白的溶解度沒有顯著的影響,這可能由于在30 ℃貯藏過程中,食品體系中蛋白溶解度的變化受物理因素及其自聚集交聯反應影響較大,而美拉德反應作用影響較小。各組樣品溶解度總體呈現下將趨勢,表明不可溶性蛋白聚集在不斷增多,這與食品體系貯藏期硬度上升的結果一致。

圖5　沒食子酸對食品模型蛋白溶解度的影響Fig.5　Effect of gallic acid on the protein solubility of food model

2.5沒食子酸對食品中AGEs生成的影響

由圖6所示,在30 ℃下貯藏28 d前,隨著貯藏天數的增加,各組樣品的熒光強度均不斷下降,而在28 d之后,各組熒光強度呈現出上升趨勢,主要由于在貯藏前期美拉德反應較溫和,生產的AGEs總量較少,而隨著時間延長(28 d后),美拉德反應后期產物增加,即AGEs含量增加所致,且在沒食子酸添加量為100 μg/g時熒光強度最低,并與其對美拉德反應程度的抑制作用相符。在美拉德反應途徑中,Amodori重排生成的酮胺化合物經氧化生成活性羰基和超氧陰離子,而活性羰基能生成AGEs,超氧陰離子能誘發脂質過氧化進而生成AGEs[22]。因此,抗氧化劑沒食子酸的加入,可阻止Amodori重排產物的氧化,切斷其向AGEs的轉變進程,同時也可減少超氧陰離子的產生,阻止高蛋白中間水分食品中生成AGEs的其它氧化途徑(如葡萄糖氧化、脂質過氧化等途徑)的進行。

圖6　沒食子酸對食品模型中AGEs的影響Fig.6　Effect of gallic acid on the AGEs of food model

3　結論

在高蛋白中間水分食品模型體系的貯藏過程中(30 ℃,Aw=0.560±0.004),添加沒食子酸可以一定程度上抑制食品中美拉德反應的發生,減少有害物質AGEs的產生;可提高食品的安全性而添加量大于100 μg/g時會促進美拉德反應的進行。在食品品質方面,沒食子酸的添加,對食品的硬度及蛋白的溶解度沒有明顯的影響作用,而會降低食品的亮度值,對食品的色澤起到了不利的作用。綜合所測定的各個指標,當添加量濃度為100 μg/g時,30 ℃下貯藏的高蛋白中間水分食品模型的品質及安全性最佳。

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Effects of gallic acid on quality of high protein containing intermediate moisture foods

GU Man-tun1,2,SHENG Zhan-wu2,3,*,SHANG Wen-ting1,HAO Wang-jun1,ZHENG Li-li2,4,AI Bin-ling2,4,ZHANG Wei-min1,*

(1.College of Food Science,Hainan University,Haikou 570228,China;2.Haikou Experimental Station,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Haikou 570102,China;3.Hainan Key Laboratory of Banana Genetic Improvement,Haikou 570102,China;4.Haikou Key Laboratory of Banana Biology,Haikou 570102,China)

High protein containing intermediate moisture foods(IMFs)with a lot of protein and reducing sugars are prone to have maillard reaction,generating harmful advanced glycation end products(AGEs),which have an adverse impact on quality and safety of food in the middle of processing and storage. In order to inhibit the process of Maillard reaction,adding four different concentrations of gallic acid into the food model system,the degree of maillard reaction,texture,chrom,protein solubility and the fluorescence intensity of the samples were investigated at the different concentrations of antioxidants added and different storage time. The results showed that the process of maillard reaction and AGEs can be inhibited by gallic acid,but the color of food was deepened,there were no significant effects on the hardening of texture and protein solubility. The concentration of gallic acid at 100 μg/g was the most beneficial to store the IMFs food model.

high protein containing intermediate moisture foods;gallic acid;maillard reaction;advanced glycation end products

2015-06-23

谷滿屯(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：天然產物的研究與開發，E-mail：gumantunde163@163.com。

盛占武(1981-)，男，在職博士，副研究員，研究方向：廢棄物綜合利用，E-mail：shengzhanwu100@163.com。

張偉敏(1979-)，男，在職博士，副教授，研究方向：食品質量安全，E-mail：zhwm1979@163.com。

國家自然科學基金青年科學基金項目(31201303)；海南省應用技術研究與開發項目(ZDXM2014104)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)03-0079-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.007