美拉德反应在赋予热加工食品诱人的色泽与风味的同时,还会伴生出丙烯酰胺、5-羟甲基糠醛(HMF)等有害物质。其中丙烯酰胺具有显著的神经毒性和致癌性,且在薯片、饼干等淀粉类食品中含量较高,受到了人们的极大关注。原花青素是黄酮类化合物的一种,具有广泛的抗氧化、抗癌、抗炎等生物活性,且在自然界中含量丰富,生物安全性高。近年来,多酚对食品加工过程中危害物的控制开始受到重视。但是,关于原花青素对食品中丙烯酰胺和HMF生成的影响尚缺乏系统和深入的研究。本论文从多种植物中分离和制备不同结构的原花青素,鉴定其结构,测定其对丙烯酰胺和HMF生成的抑制作用的构效关系,并探讨干预机制,为原花青素资源开发利用提供基础,为控制食品加工中危害物生成及机理研究提供新方法和新思路。首先,制备不同结构的原花青素。将高粱麸皮提取物在Sephadex LH-20凝胶柱上用30%甲醇、60%甲醇、80%甲醇、100%甲醇和70%丙酮依次洗脱,其中100%甲醇和70%丙酮洗脱组分分别作为高聚体-1和高聚体-2。以高粱高聚原花青素为原料,分别添加表儿茶素(EC)和表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)为亲核试剂,在酸性条件下降解后液液萃取,制备得到寡聚体-1和寡聚体-2。采用超声辅助溶剂浸提和柱层析结合的方法纯化蔓越莓原花青素,酸性条件下降解后液液萃取,得到寡聚体-3。从市售葡萄籽原花青素提取物中分液提取,得到寡聚体-4。同时,详细研究了高聚体降解制备寡聚体的过程。动力学研究显示,反应初期符合表观一级动力学模型,在反应后期则速率减缓且表现出较为复杂的动力学形态。升温可显著提升反应速率,且温度对高聚体降解的影响符合阿伦尼乌斯公式,活化能计算为83.0 kJ/mol。降低pH可促进降解反应进行。当EC浓度较低时,添加EC可以加速反应;而当EC充足时,更多的EC并不能改变高聚体的降解速率。建立了中心组合实验设计模型,决定系数R~2达0.98,优化所得最佳条件为:74℃、pH 1.24、61 min、质量比0.89,预测得率87.0±4.0%。验证实验得率86.0±1.2%,与预测结果吻合。然后,采用正相高效液相色谱串联质谱法(NP-HPLC MS/MS)、基质辅助激光解析离子化-飞行时间质谱法(MALDI-TOF MS)和半胱胺硫解法鉴定了各个原花青素组分的结构。结果如下:寡聚体-1、高聚体-1和高聚体-2是由B型连接的儿茶素(CAT)和EC所组成,平均聚合度分别为1.6、6.9和12.2;寡聚体-2的组成单元为CAT、EC和EGCG(占62%);寡聚体-3由CAT和EC组成,含有53.9%的A型连接键;寡聚体-4的结构单元为CAT、EC和(E)CG(占10.7%);寡聚体-2、3、4的平均聚合度分别为1.7、1.6、1.6。半胱胺可以作为亲核试剂用于原花青素的硫解分析,硫解产物以0.1%三氟乙酸(TFA)和乙腈为流动相可以在反相高效液相色谱(RP-HPLC)上良好分离,并根据保留时间和质谱图等鉴定了原花青素单体、A型二聚体和相应的半胱胺加合物,包括(表)儿茶素-半胱胺加合物、A型二聚体-半胱胺加合物和(表)儿茶素没食子酸酯-半胱胺加合物。接着,研究了原花青素对天冬酰胺+葡萄糖模型体系和油炸薯片体系中丙烯酰胺和HMF生成的影响,发现均表现出抑制作用。在天冬酰胺+葡萄糖模型中,抑制活性在50-200μg/mL范围内随浓度增高而上升。单体对丙烯酰胺的抑制率从约30%上升至约70%,对HMF的抑制率则是从约60%上升至约90%。原花青素对油炸薯片中丙烯酰胺和HMF的生成的抑制作用,在0.01-0.1 mg/mL范围内随着浓度的升高而增强,在0.1-1 mg/mL范围内则随浓度升高而减弱。在最佳抑制浓度下,对丙烯酰胺的抑制率为40%左右,对HMF的抑制率为50%左右。原花青素结构对抑制活性的影响(等质量浓度下比较):B型连接的原花青素对丙烯酰胺和对HMF的抑制活性均强于A型连接的原花青素。聚合度增高,对HMF的抑制活性显著降低,对丙烯酰胺的抑制活性没有显著变化。不同结构单元的原花青素对于丙烯酰胺的抑制率相似,对于HMF来说,含有没食子酰结构的原花青素,抑制率较低。进一步,以EC为代表,研究了原花青素对丙烯酰胺和HMF生成的干预机制。发现EC的添加使得天冬酰胺+葡萄糖模型中丙烯酰胺和HMF的生成量下降,而3-脱氧葡萄糖醛酮(3-DG)的生成量上升。在天冬酰胺+HMF模型中,添加EC可以抑制比天冬酰胺+葡萄糖模型中更多的丙烯酰胺,HMF的残存量也显著降低(p<0.05)。研究发现,EC与HMF在180℃条件下共热会生成聚合物,此路径消耗美拉德反应羰基中间体HMF,是EC抑制丙烯酰胺生成的分子机制。鉴定出了由一个HMF桥连两个CAT/EC单元所组成的二聚加合物,以及由两个HMF桥连三个CAT/EC单元所组成的三聚加合物。发现了反应体系的褐变主要是由于EC与HMF的聚合,而非EC的自身氧化或聚合等。最后,发现了EC具有促进3-氨基丙酰胺(3-APA)裂解生成丙烯酰胺的作用。提出了一条新的干预路径:EC通过与3-APA加合,生成更容易裂解产生丙烯酰胺的Schiff碱类化合物,从而促进3-APA向丙烯酰胺的转化。鉴定出了该路径中5种3-APA与EC的加合物。精确分子量测定值与理论计算值相比偏差均小于1.4 mDa,二级质谱与推测的结构相吻合,五种加合物含量随时间的变化规律也与提出的路径相吻合。综合来看,EC可以通过消耗HMF从而抑制丙烯酰胺的生成,也可以通过促进3-APA的裂解从而促进丙烯酰胺的生成。因此,EC对于美拉德反应中丙烯酰胺的干预作用是这两条路径的综合结果,最终表现出的是抑制效果。