多酚對美拉德反應(yīng)有害衍生物影響的研究進展

李 華，軒 滋

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

美拉德反應(yīng)又稱羰胺反應(yīng)，最早由法國著名科學(xué)家Maillard發(fā)現(xiàn)，雖然美拉德反應(yīng)會產(chǎn)生許多對人體有害的反應(yīng)產(chǎn)物，但是不可否認，食品加工過程中離不開美拉德反應(yīng)。因此，如何抑制或減少美拉德反應(yīng)有害產(chǎn)物的產(chǎn)生成為研究的熱點。多酚是一種天然抗氧化劑，廣泛存在于植物體內(nèi)，近年來研究表明，多酚可以有效抑制和干預(yù)美拉德反應(yīng)，改變其反應(yīng)過程，減少有害衍生物的生成，但是目前多酚對美拉德反應(yīng)的機理尚未完全明確。因此，作者主要綜述了幾種常見的美拉德反應(yīng)有害衍生物及其形成途徑，并分析了多酚在反應(yīng)過程中可能起到的作用，為研究多酚對美拉德反應(yīng)的影響提供思路。

1 多酚

多酚類物質(zhì)廣泛存在于植物體中，屬于抗氧化活性較顯著的一類天然產(chǎn)物[1]，具有清除自由基、降低冠心病發(fā)病率、抗癌、預(yù)防心血管疾病、抗衰老、抗過敏、抗炎等多種生物活性[2-7]，對人類健康具有重要作用。另外，多酚作為天然抗氧化劑在食品中的應(yīng)用也十分廣泛，如肉制品、面制品、奶制品的保鮮等[8]。

多酚是一類儲量豐富的可再生綠色資源，對多酚進行提取、分離和結(jié)構(gòu)鑒定，并研究其生理活性，應(yīng)用于食品、藥品開發(fā)一直是各界學(xué)者研究的熱點[9-10]。多酚以苯酚為基本骨架，以苯環(huán)的單羥基或多羥基取代為特征，從小分子量的酚酸類到分子量較大的單寧類物質(zhì)，目前從自然界中已經(jīng)提取鑒定8 000多種，按照結(jié)構(gòu)不同主要分為鞣質(zhì)類、苯丙素類、黃酮類和醌類化合物[11-13]。

1.1 鞣質(zhì)類

鞣質(zhì)又稱單寧，是存在于植物體內(nèi)的一類結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的多元酚類化合物，能與蛋白質(zhì)結(jié)合形成不溶于水的沉淀。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，分為可水解鞣質(zhì)、縮合鞣質(zhì)和復(fù)合鞣質(zhì)，其中縮合鞣質(zhì)較為廣泛，是一類由兒茶素或其衍生物黃烷-3-醇以碳-碳鍵聚合而形成的化合物，在蘋果、茶葉中普遍存在。

1.2 苯丙素類

苯丙素類是一類含有一個或幾個C6-C3單位，在苯核上有酚羥基取代的多酚，主要代表種類為香豆素類和木脂素類。香豆素是鄰羥桂皮酸的內(nèi)酯，因具有芳甜香氣而得名，如香草木樨苷，其結(jié)構(gòu)主要分為簡單型、呋喃型、吡喃型。木脂素是一類苯丙素雙分子聚合而成的天然成分，在芝麻和亞麻籽中含量較多。木脂素可分為簡單木脂素、單環(huán)氧木脂素、環(huán)木脂內(nèi)酯、聯(lián)苯駢環(huán)辛烯等14種[14]，其代表物有葉下珠脂素、橄欖脂素和鬼臼毒脂素等。

1.3 黃酮類

黃酮類化合物又稱為生物類黃酮，泛指兩個苯環(huán)經(jīng)中央三碳鏈相互連接而形成的一系列化合物，即C6-C3-C6。它是人類食用植物中所占比例最多的一類多酚化合物，可以與糖結(jié)合形成苷，廣泛存在于瓜果、蔬菜、茶葉和豆科植物中。黃酮類化合物大多有顏色，同時具有多種生理活性，常用于功能食品和藥品的開發(fā)。根據(jù)中央C3的氧化程度、B-環(huán)連接位置以及C3是否構(gòu)成環(huán)等特征，將天然黃酮類化合物分為黃酮類、黃酮醇、二氫黃酮類、黃烷類、異黃酮、查爾酮等14種[15]，其代表物有原花青素、槲皮素、大豆異黃酮、染料木黃酮、兒茶素類等。

1.4 醌類化合物

天然醌類多酚化合物是指萘醌和蒽醌兩種類型，一般酚羥基取代與醌相連苯環(huán)上的氫。萘醌具有明顯的生物活性，如胡桃醌具有抗菌、抗癌及中樞神經(jīng)鎮(zhèn)靜作用，雪蘭醌可止咳祛痰。蒽醌類分布較為廣泛，可呈游離形式或與糖結(jié)合成苷存在于植物體中，如大黃素、大黃酚等[16]。

另外，多酚還包括天然芪酚酸類、酚酸脂類和間苯三酚類，其中酚酸是一種具有生物活性的多功能次級代謝產(chǎn)物，也是形成香豆素類、木質(zhì)素和單寧類的基本前體成分。植物性食物中酚酸含量十分豐富，其主要代表物有羥基桂皮酸、咖啡酸、綠原酸和阿魏酸等[2,17]。

2 美拉德反應(yīng)有害衍生物

美拉德反應(yīng)又稱羰胺反應(yīng)，主要指羰基化合物和氨基化合物之間發(fā)生反應(yīng)生成棕色甚至黑色物質(zhì)，是食品熱加工過程中發(fā)生的一種非酶褐變反應(yīng)[18]，能提高食物的色澤和風(fēng)味。但是，美拉德反應(yīng)過程中產(chǎn)生了一些具有潛在毒性的衍生物，廣泛存在于焙烤、油炸、燒烤等食品中，使用過量給人體健康帶來嚴(yán)重危害[19-20]。如何抑制這些有害衍生物的產(chǎn)生，引起越來越多研究者的關(guān)注。

2.1 丙烯酰胺

丙烯酰胺，分子式為C3H5NO，是高碳水化合物的食物在加熱過程中形成的一種有毒化合物，具有神經(jīng)毒性、基因毒性和可能致癌性[21-22]，會對人體健康造成很大的傷害。油炸和燒烤食品被認為是人體內(nèi)丙烯酰胺的主要來源，引起了人們的高度關(guān)注。

目前，丙烯酰胺在食品熱處理過程中的形成途徑被廣泛認可的是天冬酰胺途徑[23]和丙烯醛途徑[24]。天冬酰胺途徑中有兩種方式形成丙烯酰胺：一是還原糖和各種氨基酸反應(yīng)形成Schiff堿，Schiff堿脫羧后與Amadori化合物發(fā)生美拉德反應(yīng)生成羰基化合物，進而與天冬酰胺反應(yīng)形成丙烯酰胺；二是還原糖直接與天冬酰胺反應(yīng)生成Schiff堿，脫羧后形成Amadori化合物，進一步反應(yīng)形成丙烯酰胺[25-27]。丙烯醛途徑是食品中的油和脂肪通過各種反應(yīng)生成丙烯醛，丙烯醛可以氧化成丙烯酸，再次反應(yīng)后形成丙烯酰胺[28-29]。

2.2 呋喃

呋喃，分子式為C4H4O。20世紀(jì)90年代，國際癌癥研究機構(gòu)將呋喃歸為2B型可能致癌物。呋喃廣泛存在于富含碳水化合物的熱加工食品中[30]，還存在于干果、干面包、咖啡、薯片以及肉類等食物中[31]。

食品中的呋喃主要是原料中的糖類、氨基酸及抗壞血酸等成分在熱加工過程中發(fā)生美拉德反應(yīng)或氧化降解反應(yīng)而生成[32]。目前食品中形成呋喃的途徑主要有5種[33-36]：還原糖的熱降解或還原糖與氨基酸之間發(fā)生的美拉德反應(yīng)；某些氨基酸的熱降解；抗壞血酸的熱氧化；多不飽和脂肪酸的熱氧化反應(yīng)；類胡蘿卜素的氧化反應(yīng)。

2.3 雜環(huán)胺

畜禽肉、魚肉等食品蛋白質(zhì)含量豐富，在高溫及長時間烹調(diào)加工過程中會產(chǎn)生雜環(huán)胺，是一類具有致突變、致癌作用的物質(zhì)[37]。20世紀(jì)70年代末從烤魚或烤牛肉中發(fā)現(xiàn)了雜環(huán)胺類化合物[38]，目前已發(fā)現(xiàn)20多種雜環(huán)胺，PhIP(2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑吡啶)是最常見的雜環(huán)胺類化合物。國際癌癥研究中心將MeIQ(2-氨基-3,4-二甲基咪唑喹啉)、MeIQx(2-氨基-3,8-二甲基咪唑喹喔啉)和PhIP歸入人類致癌物質(zhì)名錄，認為IQ(2-氨基-3-甲基咪唑喹啉)是具有很大致癌潛能的物質(zhì)[39]。流行病學(xué)研究表明，過量雜環(huán)胺的攝入會提高乳癌、胰腺癌和前列腺癌的患病率[40]。

雜環(huán)胺大多存在于肌肉類食品中，因為這些食品中的肌酸、肌酸酐在高溫下會與氨基酸、糖和其他醛類物質(zhì)反應(yīng)形成雜環(huán)胺的前體物質(zhì)[41-42]。以雜環(huán)胺PhIP為例，其可能形成途徑為：苯丙氨酸發(fā)生Strecker降解反應(yīng)生成苯乙酸；苯乙酸會與食物中的肌酸酐發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)，生成羥醛加成產(chǎn)物；脫水后的羥醛縮合物與Schiff堿反應(yīng)生成PhIP[43-44]。

2.4 晚期糖基化終產(chǎn)物

晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)是過量的糖和蛋白質(zhì)在無酶情況下美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的有害化合物[45]。晚期糖基化終產(chǎn)物可以和人體的各種組織細胞結(jié)合并破壞這些組織細胞，從而對人體產(chǎn)生危害，而且這種危害與年齡有關(guān)[46]。研究證明：晚期糖基化終產(chǎn)物的積累能夠加速人體的衰老，促進糖尿病、阿爾茨海默病、動脈粥樣硬化等許多慢性疾病進程[47]，因此降低晚期糖基化終產(chǎn)物的攝入可以起到延緩各種慢性退化性疾病的效果。

晚期糖基化終產(chǎn)物有內(nèi)源性和外源性之分，內(nèi)源性晚期糖基化終產(chǎn)物是指在生物體內(nèi)合成的，而外源性晚期糖基化終產(chǎn)物是指從體外攝入的[48]。晚期糖基化終產(chǎn)物的形成過程是：大分子末端的還原性氨基與還原糖分子中的醛基發(fā)生加成反應(yīng)形成可逆的Schiff bases，不穩(wěn)定的Schiff bases發(fā)生Amadori重排反應(yīng)形成醛胺類產(chǎn)物，Amadori產(chǎn)物發(fā)生脫水和重排反應(yīng)生成羰基化合物，生成的羰基化合物與蛋白質(zhì)的自由氨基反應(yīng)生成晚期糖基化終產(chǎn)物[48-49]。

3 多酚對美拉德反應(yīng)有害衍生物的影響

3.1 丙烯酰胺

程璐等[50]研究發(fā)現(xiàn)水溶性茶多酚和脂溶性茶多酚都對曲奇餅中丙烯酰胺具有抑制作用；Oral等[51]研究表明在餅干中3種植物提取物(橄欖廠廢水、歐洲蔓越莓灌木汁和石榴皮)和酚類化合物能在10.3%～19.2%水平上減少丙烯酰胺的形成；Xu等[52]發(fā)現(xiàn)葡萄皮多酚也能有效抑制丙烯酰胺的形成。

多酚對丙烯酰胺的形成具有抑制作用，其可能的抑制機理為：某些多酚通過捕獲羰基化合物或3-氧丙胺形成穩(wěn)定加合物從而達到降低丙烯酰胺的作用，而有些多酚通過抑制3-氨基丙酰胺的轉(zhuǎn)化來抑制丙烯酰胺的形成[21,25]。

3.2 呋喃

不同的多酚提取物對呋喃類化合物的生成影響不同。張璐[32]研究發(fā)現(xiàn)，在較低溫度時，茶多酚對葡萄糖-丙氨酸模型中呋喃的抑制作用較好；畢可海[36]研究表明，兒茶素、原花青素和原兒茶酸復(fù)配后對呋喃的抑制效果特別顯著，且三者對呋喃的抑制具有促進性相互作用。多項研究證明，多酚對呋喃的抑制可能是因為其抗氧化性和清除自由基能力，多酚可以與美拉德中間產(chǎn)物果糖胺爭奪還原糖，或者與氨基酸爭奪葡萄糖來減少美拉德反應(yīng)，從而抑制呋喃的產(chǎn)生[32,36,53]。

3.3 雜環(huán)胺

雜環(huán)胺主要是肉類加工中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)，因此對加工肉類食品時所用的香辛料進行了研究。秦川[44]研究發(fā)現(xiàn)EGCG和根皮苷對烤牛肉中的 PhIP 的抑制效果最佳；姚瑤等[54]研究表明5 種香辛料均能顯著抑制雜環(huán)胺的形成；Oz等[55]發(fā)現(xiàn)黑胡椒粉在225 ℃可以顯著抑制 PhIP 的形成。

有研究者證實在食品體系中黃酮類化合物可以通過清除苯乙醛來抑制 PhIP 的生成[44]。進一步的研究表明，在雜環(huán)胺形成過程中有自由基的參與，而多酚類物質(zhì)可消除美拉德反應(yīng)過程中產(chǎn)生的自由基，進而起到了抑制雜環(huán)胺的作用[54,56]。

3.4 晚期糖基化終產(chǎn)物

周燕瓊[48]研究證明竹葉、茶葉和迷迭香3種植物多酚對熟可可豆中CML(羧甲基賴氨酸)的生成具有抑制作用；Tsuji-Naito等[57]研究發(fā)現(xiàn)菊花多酚可以抑制CML的形成；Peng等[58]研究表明肉桂皮中的多酚物質(zhì)對晚期糖基化終產(chǎn)物有很好的抑制作用。許多研究證明，多酚主要是通過捕獲糖基化反應(yīng)中果糖胺、甲基乙二醛等中間產(chǎn)物從而起到抑制晚期糖基化終產(chǎn)物的作用[59]。

4 結(jié)束語

多酚是中草藥和人類膳食中最豐富的抗氧化劑之一，具有多種生物學(xué)功效。熱處理是食品加工與保藏中改善食品品質(zhì)、延長食品貯藏期的最有效且最廣泛使用的方法。在食品熱加工過程中，美拉德反應(yīng)是不可避免的，多種有害產(chǎn)物對食品安全造成威脅。多項研究表明，多酚能夠抑制或減少美拉德反應(yīng)有害衍生物的生成，對食品安全控制具有積極作用。但是多酚種類繁多、結(jié)構(gòu)多樣，其影響美拉德反應(yīng)的作用位點和功能結(jié)構(gòu)單位存在差異。另外，美拉德反應(yīng)體系不同，其有害衍生物的種類也存在差別，因此到目前為止，多酚抑制美拉德反應(yīng)有害衍生物的抑制機理尚未明確。

通過研究不同條件下美拉德反應(yīng)模型中反應(yīng)產(chǎn)物的代謝組學(xué)，明確不同條件下反應(yīng)產(chǎn)物變化規(guī)律，探討不同條件下多酚對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物指紋圖譜的影響，可以建立美拉德反應(yīng)生成產(chǎn)物的數(shù)據(jù)庫。而且，通過對美拉德反應(yīng)中主要產(chǎn)物的分離純化和結(jié)構(gòu)鑒定，可以揭示多酚對美拉德反應(yīng)的干預(yù)機制，同時研究多酚加入后的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的功能特性，為功能性抗氧化物質(zhì)的開發(fā)提供思路。另外，如何定量、定性地確定中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的組成、分子結(jié)構(gòu)及其功能特性等仍需要更深入地研究。明確這些產(chǎn)物的形成機理和生成條件，可以有效地控制特定產(chǎn)物的生成，達到在食品加工過程中促進有益物質(zhì)生成和抑制有害產(chǎn)物產(chǎn)生的目的。