壓力對模型體系中美拉德反應結果的影響研究

劉恩芬，何 亮，楊洪明，苗國華，謝志強，彭麗娟

（1.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650001；2.昆明理工大學化學工程學院，云南 昆明 650504；3.云南中煙技術中心，云南 昆明 650032；4.云南煙草質量監督檢測站，云南 昆明 650001）

美拉德反應是一種普遍的非酶褐變現象［1］，將它應用于食品香精生產應用之中，國外研究比較多，國內研究應用很少。它經過反應的初始階段、中間階段和終止階段，中間階段的產物與化合物進行醛基-氨基反應，最終生成類黑精。美拉德反應產物除類黑精外，還有一系列中間體及揮發性雜環化合物，反應經過復雜的歷程，最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質類黑素［2］。賈春曉等［3］人也采用同時蒸餾萃取方式對烘烤的葵花籽香味成分進行萃取，并利用GC-MS檢測出較多的吡嗪類物質，確定了葵花籽在烘烤過程中產生的關鍵致香成分為：甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪，3-乙基-2，5-二甲基吡嗪等。越來越多的研究結果顯示出美拉德反應作為與人類自身密切相關的研究具有重要的意義，吡嗪類化合物是美拉德反應致香成份的代表物，許多烘烤制食品，如花生、葵花籽、面包中的主要香味成分，許多糖氨模擬反應能產生吡嗪類物質，且吡嗪環上的碳主要來自于糖類，氨來自于氨基酸部分［4］。本文通過不同設備對同一樣品反應結果比對，顯示壓力對反應結果有一定的影響。美拉德反應技術在香精領域中的應用打破了傳統的香精調配和生產的范疇，是一全新的香精香料生產應用技術，值得大力研究和推廣。隨著現代科技的不斷進步，相信美拉德反應的研究將可能成為香精香料行業研究的新視角。掌握并了解反應過程中對生成致香物及一些化工中間體的量，具有一定實際意義。

1 實驗材料及儀器

1）實驗材料：一種天然水果提取物。

2）實驗試劑：碳酸鈉，分析純蒸餾水丙氨酸甘氨酸谷氨酰胺。

3）實驗儀器

①分析儀器 GC-MS，儀器型號：GCMSQP2020。

②反應設備：一種是由北京中國造紙研究院提供定制設備機械攪伴式油浴鍋如圖1，另一種是由陜西科技大學機械廠制造的ZQS1-15電熱回轉水浴鍋如圖2。

圖1 機械攪伴式油浴鍋

圖2 電熱回轉水浴鍋

2 實驗方法

1）反應物準備。稱取一定量的膏體物，加入一定量的水份和丙三醇，控制溶液體系水份含量不超過30%，在溶液體系中加入飽和碳酸鈉溶液和一定量的混合氨基酸，稱取樣品量相同以上兩份混合溶液體系中，開始進行加熱反應，待溶液體系達到120℃時開始計時，反應時間控制在2h。機械攪伴式油浴鍋中保證液面能被充分攪伴的量，同時在自動放氣閥處加裝蛇形冷凝管，對反應過程揮發液進行冷凝回流處理；對于電熱回來轉水浴鍋要保證整個做樣過程放氣3次，反應結束冷卻反應液至室溫，反應后液體取樣待分析。

2）分析樣品前處理。

①樣品的準備

膏體及液體樣品稱取25g。

②樣品的同時蒸餾萃取

采用同時蒸餾萃取法 （見圖3），加入350mL蒸餾水，取30mL二氯甲烷萃取溶劑，萃取時間2h，水浴溫度60℃。

③樣品的濃縮

打開旋轉蒸發儀電源開關，設置水浴溫度為45℃ （二氯甲烷沸點為39.8℃），待水溫升到45℃時打開控制電源開關預熱幾分鐘。旋轉速度設為60～65r／min，打開冷凝水開始濃縮。每個樣品準確定量至1mL，裝入樣品瓶中，待GC／MS儀器分析檢測。

④樣品分析

GC-MS分析條件

氣相色譜條件：色譜柱：DB-5MS石英毛細管柱 （30m×0.25mm，0.25μm）；程序升溫：初始溫度為 60℃，保持 1min，以 8℃／min的速率升至170℃，保持3min，以12℃／min的速率升至260℃，保持 18min；進樣口溫度：200℃；柱箱溫度：60℃；進樣模式：分流；柱流量：1mL／min；吹掃流量：3 mL／min；分流比：5∶1；載氣：高純氦；進樣量：1μL；溶劑延遲：2min

質譜條件：電離方式：EI；電子能量：70eV；接口溫度：250℃；離子源溫度：200℃；采集方式：scan；掃描范圍：40～500amu

標準質譜圖庫：NIST

圖3 同時蒸餾萃取裝置

3 結果與討論

3.1 實驗結果

致香成份檢測結果見表1。

表1 GC-MS檢測結果表

3.2 討論

反應后樣品1＃（1＃樣品）溶液體系是在機械攪伴式油浴鍋中進行反應，反應過程中為常壓狀態；反應后樣品2＃（2＃樣品）溶液體系是在電熱回轉水浴鍋進行反應，屬于是密封裝置，膏體空白樣pH值為4.6，呈現酸性，有碳酸鈉的加入 （調pH值），整個反應體系中有一定的CO2存在，也就是2＃樣品液是在一定量反應壓力存在的情況下進行的。

3.2.1 風味物質生成總量比較

在反應過程中兩種反應液與空白樣相比，揮發出更多的風味物質，而產生出許多原來空白樣中沒有的特殊氣味的揮發性物質，見表2。

表2 風味物質總量比對表

從表1看出，2＃樣品的各種風味物質量明顯的高于1＃樣品。

3.2.2 吡嗪類物質生成量比較

吡嗪類香味物質生成量對比見表3。

表3 吡嗪類香味物質生成量比對表

吡嗪類致香型物是美拉德反應的代表性物質，表3顯示：空白樣品中這7種吡嗪類香味物質是沒有檢測出的，而在1＃樣品和2＃樣品有檢出。兩個反應后樣品吡嗪類香味物質各量相比較，生成量的整體趨勢相同，都是空白樣品中沒有的致香物質，但1＃樣品生成各類吡嗪量明顯低于2＃樣品的量；沸點稍高一些吡嗪類香味物質中，1＃樣品中生成的2，3-二乙基-5-甲基吡嗪和2-乙?；?3，4，6-三甲基的量和空白樣品含量均未檢出，而2＃樣品隨著反應壓力的升高，其吡嗪類物質的種類和含量也在隨之增加。實驗證明美拉德反應設備在相對密封并有一定壓力的條件下，反應更充分更完全?，F行美拉德反應的市場化設備大部分是在常壓情況下加上冷凝裝置而成，因此實驗對美拉德反應設備的改造具有一定的指導意義。