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蛋氨酸-葡萄糖Amadori化合物热加工风味的形成机制及调控方法
邓仕彬1
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摘要
美拉德反应产物（MRPs）作为目前市售咸味香精的主要成分，虽然风味浓郁，但在加工或贮藏过程中香气损失问题突出，增香效果不稳定。因此，提升美拉德调味料的香气稳定性是食品增香领域的重要研究内容，也是风味研究领域亟待解决的科学问题。开发稳定的风味前体形成热加工新鲜风味是提升增香稳定性的有效途径。美拉德反应中间体作为重要的风味前体，具有优越的致香潜力和良好的稳定性，恰好可以弥补传统美拉德调味料的缺陷，因而是MRPs的潜在替代品。美拉德反应中间体热加工过程虽然具备较强的风味形成能力，但其水相制备得率较低，且与现制MRPs相比存在风味物质形成种类较少、风味轮廓变化的缺陷。针对这些问题，本文考察了不同制备方法对美拉德反应中间体制备含量的影响，研究了美拉德反应中间体热加工风味物质形成规律，明确缺失的风味成分及其缺失机制，从而进一步探索特征风味成分的补偿与调控形成方法，以期为实现预期风味的形成及其在食品中的应用提供依据。 针对美拉德反应中间体水相制备含量较低的问题，建立蛋氨酸/葡萄糖（Met/Glc）二元混合模型体系，研究了95°C下真空脱水、干热和常压水相等热处理方式对Met/Glc体系Amadori重排产物（MG-ARP）形成含量的影响，发现干热反应和真空脱水处理通过降低反应体系中的水分含量推动化学平衡向形成 MG-ARP 的方向移动，并将 MG-ARP的制备含量分别提高6.0和5.7倍。进一步明确了真空脱水处理可以限制MG-ARP降解和副产物的形成，是制备MG-ARP更为有效的方法。采用质谱和核磁共振对MG-ARP进行结构鉴定，证实了所制备的物质即为目标化合物N-1-脱氧-D-果糖基-1-蛋氨酸，且在水溶液中存在 4 种形式的环化异构体。研究了不同温度下真空脱水处理中 Met、MG-ARP、3-脱氧葡萄糖醛酮（3-DG）、1-脱氧葡萄糖醛酮（1-DG）和褐变产物的转化规律，结合动力学反应模型分析，发现提高真空脱水反应温度对 MG-ARP 形成的促进作用高于MG-ARP的降解。弱碱性条件和等摩尔羰氨比有利于MG-ARP的形成并限制其大量降解，从而确定了 MG-ARP 的最佳制备参数为：等摩尔 Met 和 Glc、初始 pH 7.5、95°C下真空脱水处理100 min。 构建 Met/Glc和 MG-ARP 热反应模型体系，分析其在不同温度下形成的风味物质种类和含量差异，发现 MG-ARP 具有更为优越的加工风味快速形成能力，且在低温加热条件下 MG-ARP 体系形成的风味物质种类和含量的优势表现得尤为明显。然而相比于Met/Glc，MG-ARP热反应产物中也存在风味物质种类较少，特别是缺失了部分吡嗪类化合物。利用主成分分析（PCA）剖析了不同温度下两个模型的风味轮廓差异，发现100°C或120°C处理下的MG-ARP风味轮廓分别与120°C或130°C处理下的Met/Glc风味轮廓相似，说明 MG-ARP 具有明显的低温加工风味形成的应用优势。系统比较了Met/Glc和MG-ARP模型体系热反应过程中形成的吡嗪类化合物种类和含量差异，并对其形成的甲硫基丙醛进行定量分析，发现 MG-ARP 降解过程中比 Met/Glc模型体系形成了更多的甲硫基丙醛，而检测到的吡嗪类物质含量较低且种类较少，进而明确了 α-氨基羰基化合物的缩合反应是 MG-ARP 降解过程中吡嗪类化合物形成的限速反应。与Met/Glc模型体系生成的α-二羰基化合物的反应活性相比，MG-ARP降解过程中形成的丙酮醛（MGO）在吡嗪类化合物生成上具有很高的反应活性，但乙二醛（GO）和再生Met 形成的不同步性及较低的丁二酮（DA）含量不利于相应吡嗪类化合物的形成。此外，MG-ARP热反应过程中快速下降的pH能够降低α-氨基羰基化合物的亲核性，从而限制了它们的缩合反应并抑制吡嗪类化合物的形成。因此，MG-ARP 热降解过程中不同前体之间低效的相互作用和快速下降的pH值引发的抑制效应是吡嗪类化合物难以形成的关键原因，而提高温度能够促进 α-二羰基化合物的形成从而改善这种负面抑制效应。 为了调控 MG-ARP热降解过程中吡嗪类化合物的形成，考察了 Glc、Met、GO和MGO等前体底物的添加对其形成含量的影响。结果表明，外加Met不仅可作为前体底物有效缓解MG-ARP热降解过程中短碳链α-二羰基化合物和Met形成的不同步性，减弱抑制吡嗪类化合物形成的负面效应，还能够有效促进 C6-α-二羰基化合物的逆醛化裂解向GO和MGO转化来提升吡嗪类化合物形成的种类和含量。尽管外加Glc也有利于GO和MGO的形成，但Glc倾向于与α-二羰基化合物竞争性结合游离Met，从而加剧了前体形成的不同步性，放大了对吡嗪类化合物形成的负面影响。与对照组 MG-ARP相比，外加GO和MGO对Met的形成含量没有显著影响，说明MG-ARP降解释放Met的延迟性导致高活性的GO和MGO难以与再生Met有效碰撞，且其对MG-ARP降解途径的潜在影响限制了吡嗪类化合物的形成。为了明确 Met的添加对 MG-ARP热降解过程中褐变形成的影响，分析了不同热反应条件下 MG-ARP、Met、α-二羰基化合物的含量变化和色泽的形成规律，发现外加Met对MG-ARP降解速率的影响较小，但Met会参与后续的系列反应并导致C6-α-二羰基化合物含量的降低。外加Met加快了C6-α-二羰基化合物的逆醛化反应，促进重要色泽前体GO和MGO的形成，从而促进色泽形成。这种作用机制在缓冲体系中得到了进一步证实，且这种效果与 Met 含有的特殊硫醚基团和反应温度有关。 MG-ARP 降解过程中释放的 Met 会被部分氧化成蛋氨酸亚砜（MetSO）和蛋氨酸砜（MetSO2），因此，进一步研究了 Met 氧化产物的形成对 MG-ARP 模型体系吡嗪类化合物产率的影响。结果表明，MG-ARP/Met和 MG-ARP/MetSO模型体系形成的吡嗪类化合物含量较MG-ARP/MetSO2模型体系低，其中MG-ARP/Met模型体系中吡嗪类化合物生成效率较低可能是因为 Met 氧化竞争性抑制了二氢吡嗪氧化形成吡嗪的途径。通过构建MGO分别与Met、MetSO、MetSO2混合的模型反应体系进一步明确Met氧化干预吡嗪类化合物形成的作用机制，发现除了 MetSO 的氧化形成会竞争性抑制二氢吡嗪的氧化以外，MetSO和MGO之间的醛醇缩合反应或羰胺反应所形成的MGO-MetSO加合物也是抑制吡嗪类化合物形成的另一个重要原因，其中 MGO-MetSO 加合物通过质谱分析得到了鉴定。研究结果解释了MGO/Met模型体系中形成的吡嗪类化合物总量虽然较低、但长链取代吡嗪类化合物含量增加的原因：二氢吡嗪和醛类物质的醛醇缩合反应所导致。
关键词
咸味香精/美拉德反应中间体/热加工/蛋氨酸/葡萄糖/Amadori重排产物/风味物质/吡嗪类化合物引用本文复制引用
授予学位
博士学科专业
食品科学与工程导师
张晓鸣学位年度
2023学位授予单位
江南大学语种
中文中图分类号
TS