鞣花酸介导的美拉德中间体示踪制备机制和吡嗪形成调控

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完全美拉德反应产物常用作食品风味料,但其理化性质不稳定,难以维持风味增强的效果。美拉德反应中间体在常温下理化性质稳定,用其替代完全美拉德反应产物便能够实现食品新鲜风味的受控形成。天然多酚可以与美拉德反应中间体发生相互作用从而抑制褐变,具有作为美拉德反应中间体水相制备示踪剂的潜力。本文研究了甘氨酸-木糖美拉德反应模型体系中间体的水相示踪制备方法,分析了多酚类化合物鞣花酸与靶向中间体相互作用抑制褐变的示踪机制,进一步对鞣花酸干预下美拉德反应体系关键特征风味物质的变化规律进行分析,建立调控美拉德风味形成的方法,具体研究内容如下:采用二阶段变温美拉德反应,以美拉德反应褐变程度(A420)作为评价指标,筛选得到鞣花酸是美拉德反应褐变抑制效果最佳的多酚,能够示踪美拉德反应中间体的形成。进一步确定鞣花酸作用靶向中间体临界形成条件为初始pH 7.4,羰氨比2:1,90℃水相反应90 min,且当鞣花酸添加量为5 mmol/L时示踪效果最佳。通过研究热处理过程中鞣花酸对反应体系中不同成分变化规律的干预作用,发现鞣花酸并不能与反应物木糖和甘氨酸反应,其示踪作用的靶向物质为甘氨酸-木糖美拉德中间体Amadori化合物。根据二阶段变温美拉德反应确定的Amadori化合物临界形成条件,进一步采用热反应-真空脱水耦联技术高效制备甘氨酸-木糖Amadori化合物。研究真空脱水反应时间对Amadori化合物产率的影响,确定90℃条件下常压水相反应80 min后真空脱水反应10 min使Amadori化合物的产率最高,达到88%。在此条件下制备Amadori化合物,并进行分离纯化,得到纯度为99.6%的产品,结构表征分析确定其相对分子质量为207,分子式为C7H13NO6,在水中有5种同分异构体。对鞣花酸抑制美拉德反应褐变、示踪甘氨酸-木糖Amadori化合物的机制进行研究,建立鞣花酸/Amadori化合物热反应模型体系,采用高效液相色谱-蒸发光散射检测器剖析了热处理过程中Amadori化合物及其降解产物甘氨酸的浓度在鞣花酸干预下的变化规律,对鞣花酸与Amadori化合物相互作用产物进行了超高效液相色谱四级飞行时间串联质谱仪检测,发现鞣花酸内酯键水解后再通过亲核加成反应与Amadori化合物形成了加合物,确定鞣花酸与Amadori化合物的加合作用抑制Amadori化合物的降解并且影响了再生氨基酸的形成。进一步通过分析鞣花酸干预下Amadori化合物热降解产物1-脱氧糖酮、3-脱氧糖酮、乙二醛、丙酮醛的浓度变化规律,阐明了鞣花酸加合作用下Amadori化合物稳定化阻碍α-二羰基化合物形成从而抑制美拉德褐变的有效机制。在甘氨酸-木糖Amadori化合物大量形成的时刻向体系中加入鞣花酸,鞣花酸与Amadori化合物形成大量加合物,抑制了 Amadori化合物向类黑素的转化,形成的美拉德反应产物色泽最浅,达到示踪Amadori化合物水相形成的目的。由于鞣花酸良好的褐变抑制作用,将鞣花酸与美拉德反应中间体组合可以研发浅色美拉德反应风味料,拓宽美拉德反应产物在食品风味强化方面的应用。然而,鞣花酸与中间体的相互作用也会对美拉德风味的形成产生影响,且对吡嗪的形成的影响最显著。鞣花酸对吡嗪的形成既能够产生抑制作用,也能够产生促进作用,且鞣花酸的这种干预作用对添加时机具有显著的依存性。在Amadori化合物大量累积的阶段加入鞣花酸能够明显抑制吡嗪的形成,而在Amadori化合物形成前与降解后添加鞣花酸可以提高吡嗪产率。进一步研究了鞣花酸干预甘氨酸-木糖美拉德反应体系中吡嗪类物质形成的机制,明确了鞣花酸通过捕获Amadori化合物,抑制Amadori化合物的降解,从而抑制吡嗪类物质形成的途径。进一步对鞣花酸干预下甘氨酸-乙二醛和甘氨酸-丙酮醛模型体系美拉德反应吡嗪的形成规律进行研究,发现鞣花酸在热反应中能够发生自身氧化成为醌类物质,促进二氢吡嗪向吡嗪的转化,且随着鞣花酸添加量增加,吡嗪形成浓度提高,进一步证明了鞣花酸的氧化反应促进吡嗪形成的有效机制。鞣花酸在Amadori化合物生成累积期加入反应体系中,鞣花酸对Amadori化合物的捕获作用,抑制了吡嗪的形成;在美拉德反应初始阶段和美拉德反应后期Amadori化合物降解后加入鞣花酸,由于鞣花酸自身的氧化促进吡嗪的形成,据此提出阶段式美拉德反应调控吡嗪形成的新方法。
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