中低pH下Maillard反应产物抗氧化性研究

刘志华，刘春波，韩敬美，祝元元，2，董路，王昆淼，陈永宽，缪明明，*

（1.云南省烟草化学重点实验室，云南烟草科学研究院，云南昆明 650106；2.云南大学化学与工程学院，云南昆明 650091；3.成都军区昆明总医院药学部，云南昆明 650032）

中低pH下Maillard反应产物抗氧化性研究

刘志华1，刘春波1，韩敬美1，祝元元1，2，董路3，王昆淼1，陈永宽1，缪明明1，*

（1.云南省烟草化学重点实验室，云南烟草科学研究院，云南昆明 650106；2.云南大学化学与工程学院，云南昆明 650091；3.成都军区昆明总医院药学部，云南昆明 650032）

摘 要：以脯氨酸与葡萄糖的Maillard反应为模型，研究了两种加热方式下，三种配比反应混合物在两种pH环境下，反应温度和时间对反应产物的抗氧化性影响。实验通过比色法来检测Maillard反应产物对DPPH自由基的清除率，用以表征其抗氧化性。结果显示：pH=5和7时，反应产物中都有抗氧化物质形成，较高的pH和葡萄糖配比更有利于反应产物中抗氧化物质的形成；微波加热时间对抗氧化物质形成影响不大，而常规油浴加热时间越长抗氧化物质形成越多；微波加热比常规油浴加热更能促进反应产物中抗氧化物质的快速形成。

关键词：脯氨酸；葡萄糖；Maillard反应产物；抗氧化性；微波

Maillard反应是包括烟草在内的食品加工和储藏过程中一种重要的致香反应[1]，而Maillard反应产物（Maillard Reaction Products，MRPs）也可以作为有效的增香物质在低焦油卷烟上使用，以增强卷烟的香味[2]。研究表明，Maillard产物中的促黑激素释放素、还原酮、一些含N、S的杂环化合物还具有一定的抗氧化活性，某些物质的抗氧化活性甚至可以和合成抗氧化剂相媲美[3]。事实上，MRP具有抗氧化性早在1953年就被Hodge和Rist[4]首先报道了，而Frnazke和Ivainsky[5]也在1954年注意到了MRPs的抗氧化性，如今Maillard产物的抗氧化性已成为国内外研究的一个热点[3，6-14]。

研究显示，Maillard反应产物的香气和颜色受到反应体系pH、反应物料配比、反应时间和温度等的影响[15-16]。同样，Maillard反应产物的抗氧化性也受这些因素的影响，有关反应条件Maillard产物的抗氧化性的影响，报道较多[6-9，11-14]，但不同加热方式下反应条件对MRPs的报道不多。刘志华等[17]曾经报道了碱性条件下两种加热方式MRPs的抗氧化性，结果发现碱性条件下微波加热方式能更快促进反应达到目标。碱性环境有利于Maillard反应香气的形成，在制备反应性香料时应用较多[18]，但是研究显示，Maillard反应在中性或偏酸性条件下也能生成一些香味前体化合物[16，19]。

为此，本文以烟草中含有的主要氨基酸脯氨酸作为氨基供应体，与提供羰基的葡萄糖发生Maillard反应为模型，系统对比常规加热条件和微波条件下，在pH为5和7时，反应物配比、反应时间等对MRPs的抗氧化性影响，以期为Maillard反应产物在烟草、食品等其他行业中新的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

DL-脯氨酸（生化试剂）：上海求德生物化工；无水葡萄糖（AR）：广东汕头市西陇化工厂；DPPH（1，1-diphenyl-2-pycrylhydrazyl，SIGMA）；95%乙醇（AR）：天津化工；蒸馏水；其它试剂为国产分析纯。

1.2 仪器

紫外-可见分光光度计（SHIMADZU，UV-160A）：日本；恒温加热磁力搅拌器：杭州仪表电机有限公司；精密酸度计（BECKMAN，Φ200）：美国；分析天平（d=0.1 mg，赛多利斯，BS210S）：德国；G8023CSL-K3 家用微波炉：格兰仕。

1.3 方法

1.3.1 Maillard反应产物的制备

称取脯氨酸 5.75 g（5.75 g，5.75 g），而后分别加入葡萄糖9.00 g（4.50 g，18.00 g），使脯氨酸的氨基与葡萄糖的羰基的摩尔比为 1∶1，2∶1，1∶2，将其完全溶于蒸馏水中并定容至500 mL。

1）分别取50 mL反应液，用稀HCl溶液调节其pH 至 5，在 100 ℃下油浴加热 2、3、4、5、6 h；同时分别取50 mL反应液（pH7），同样加热条件和时间，然后分别测定其反应产物对DPPH的清除率。

2）分别取50 mL反应液，用稀HCl溶液调节其pH至5，置于消化管中，在火力为100的微波炉中加热1、2、3、4、5 min 后取出；分别取 50 mL 反应液（pH7），同样加热条件和时间，待溶液冷却至室温后分别测定其对DPPH的清除率。

1.3.2 Maillard反应产物抗氧化性的测定

Maillard反应产物的抗氧化能力参考鲁伟等[7，14]的方法，测定不同条件下的Maillard反应产物对DPPH的清除率。其测定方法如下：取Maillard反应产物（MRPs）0.5 mL两份。一份加入0.5 mL的DPPH溶液（DPPH溶液摩尔浓度为2×10-4mol/L），另一份加入0.5 mL 95%的乙醇；再取0.5 mL DPPH溶液，加入0.5 mL 95%的乙醇。三份反应液在常温下反应30 min后，分别测定其在517 nm处的吸光值。自由基的清除率可由下式得出：

式中：A0为乙醇溶液与DPPH溶液在517 nm处的吸光值；Ai为MRPs与DPPH溶液在517 nm处的吸光值；Aj为MRPs与乙醇溶液在517 nm处的吸光值。

2 结果与讨论

2.1 pH=5时，不同加热条件下MRPs对DPPH的清除情况

图1和图2分别是pH=5时，微波加热和常规油浴加热下，不同配比的葡萄糖（葡）和脯氨酸（脯）反应完成后的产物对DPPH清除率。

图1 pH=5，微波加热方式下不同时间、不同配比下MRPs对DPPH的清除率Fig.1 pH=5，the clearance of MRPs for DPPH at microwave heating with diverse time and proportion

图2 pH=5，常规油浴加热方式下不同时间、不同配比下MRPs对DPPH的清除率Fig.2 pH=5，the clearance of MRPs for DPPH at conventional oil bath heating with div

比较图1和图2，微波加热3 min左右，反应混合物的DPPH清除率就接近90%，而常规油浴加热5 h DPPH清除率还不到60%，微波明显加快了反应进程[18]。在微波条件下，随着反应物配比中葡萄糖的增加，利于反应形成抗氧化物质，反应3 min后就基本达到稳定；在常规油浴加热条件下，葡萄糖增加同样有利于抗氧化物质的生成，但相对较慢。

2.2 pH=7时，不同加热条件下MRPs对DPPH的清除情况

图3和图4分别是pH=7时，微波加热和常规油浴加热下，不同配比的葡萄糖（葡）和脯氨酸（脯）反应完成后的产物对DPPH清除率。

图3 pH=7，微波加热方式下不同时间、不同配比下MRPs对DPPH的清除率Fig.3 pH=7，the clearance of MRPs for DPPH at microwave heating with diverse time and proportion

图4 pH=7，常规油浴加热方式下不同时间、不同配比下MRPs对DPPH的清除率Fig.4 pH=7，the clearance of MRPs for DPPH at conventional oil bath heating with diverse time and proportion

比较图3和图4，微波加热2 min～4 min左右，反应混合物的DPPH清除率就接近90%，而常规油浴加热5个小时DPPH清除率最高的才接近90%，再次证明微波明显加快了反应进程。在微波条件下，随着反应物配比中葡萄糖的增加，利于反应形成抗氧化物质，如图3所示，配比为1∶1和2∶1的混合物，反应3 min后就基本达到稳定；在常规油浴加热条件下，葡萄糖增加同样有利于抗氧化物质的生成，但相对较慢。

与pH=5时的反应相比，可以明显发现，pH的升高对形成抗氧化物有利。如图3和图4所示，pH升高后，同样是5 h反应时间，pH=7时反应混合物的DPPH清除率就接近了90%。

2.3 不同pH反应条件下反应产物对DPPH的清除情况

图5是葡萄糖和脯氨酸配比为2∶1时，微波加热条件下pH对反应混合物清除DPPH的影响，为便于比较，其中pH=9数据取自文献[18]，以下同。

图5 反应物配比=2∶1，微波加热，pH对反应产物清除DPPH影响Fig.5 Reactant ratio=2∶1，microwave heating，the influence of pH during reaction products clearing DPPH

从图5可以发现，在微波条件下，pH对反应形成抗氧化物质的影响不显著，这很可能是由于微波对反应的影响更大所致。

图6是葡萄糖和脯氨酸配比=2∶1时，常规油浴条件下pH对反应混合物清除DPPH的影响。

图6 反应物配比=2∶1，常规油浴加热，pH对反应产物清除DPPH影响Fig.6 Reactant ratio=2∶1，conventional oil bath heating，the influence of pH during reaction products clearing DPPH

结果显示，常规油浴加热方式下，pH的影响显著，尤其是pH=9时，反应在2 h时，反应混合物的清除DPPH率就超过60%，同样反应时间下，反应混合物的清除DPPH率均远远超过了pH=7和5。

3 结论

以脯氨酸与葡萄糖的Maillard反应为模型，系统研究微波和常规油浴加热方式对Maillard反应抗氧化性的影响的第二部分。结果显示：pH=5和7时，两种加热方式反应产物中都有抗氧化物质形成，且较高的pH和葡萄糖配比更有利于反应产物中抗氧化物质的形成；微波加热时间对抗氧化物质形成影响不大，而常规油浴加热时间越长抗氧化物质形成越多；研究显示，不管反应条件如何，微波加热比常规油浴加热更能促进反应产物中抗氧化物质的快速形成。

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[1]Leffingwell J C,Leffingwell D.Chemical and sensory aspects of tobacco flavor[J].Rec Adv Tob Sci,1988(14):169-218

[2]刘立全,王月霞.梅拉德反应在烟草增香中的应用研究进展[J].烟草科技,1994(6):21-24

[3]WAGNER K H,DERKITS S,HERR M,et al.Antioxidative potential of melanoidins isolated from a roasted glucose-glycine model[J].Food Chemistry,2002(78):375-382

[4]Hodge J,Rist C E.The amadoir rearrangement under new conditionsand its significance for non-browning reactions[J].J Am Chem Soc,1953,5(2):316-322

[5]Franakze C,Ivainsky H.Antioxidant capacity of melanoidin[J].Dtsch Lebensm-Rundsch,1954(50):251-254

[6]M C Nicoli.Antioxidant properties of coffee brews in relation to the roasting degree[J].Lebensn-Wissu-Techcol,1997(30):292-297

[7]鲁伟,黄筱茜,柯李晶,等.Maillard反应产物的抗氧化活性研究[J].食品与机械,2008(4):61-64

[8]张凌燕,李倩,尹姿,等.3种氨基酸和葡萄糖Maillard反应产物的物理化学特性及抗氧化活性的研究[J].中国食品学报,2008,8(3):13-22

[9]李永富.Maillard反应产物的抗氧化功能[J].安徽农业科学,2008,36(32):1336-13937

[10]严昊,付惠,谢冰.Maillard反应及其产物抗氧化活性研究进展[J].宜宾学院学报,2007(12):82-84

[11]毛善勇,周瑞宝,马宇翔,等.Maillard反应产物抗氧化活性[J].粮食与油脂,2003(11):15-16

[12]赵希荣.壳聚糖与葡萄糖发生Maillard反应的条件及产物的抗氧化性能[J].中国食品添加剂,2004(1):63-66

[13]马志玲,王延平,吴京洪,等.模式Maillard反应产物抗氧化性能的研究[J].中国油脂,2002,27(4):68-71

[14]王惠英,孙涛,周冬香,等.L-赖氨酸与D-核糖的模式Maillard反应及其产物抗氧化性能研究[J].食品科学,2008,29(5):112-115

[15]Shu,C K,HO C T.Parameter Effects on the Thermal Reaction of Cystine and 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone[C].In:Thermal Generation of Aromas.(Eds:Parliament T H,McGORIN R J,HO C T.),ACS symposium Series No.409,American Chemical Society:Washington,DC,1989:229-241

[16]Ames J M.Control of the Maillard reaction in food systems[J].Trends in Food Science&Technology,1990(1):150-154

[17]刘志华,缪明明,孙海林.一种反应性混合物香料的制备方法及在烟草中的应用[P].200410040140.8,2010-03-15

[18]刘志华,毕莉莎,刘春波,等.脯氨酸与葡萄糖Maillard反应模型产物抗氧化性研究[J].食品科技,2010,35(8):104-107

[19]Ames J M,Apriyantono A.Effect of pH on the volatile compounds formed in a xylose-lysine model system[C].In:Thermalyl Generated flavors:mallard,microwave and extrusion processes.(Eds:Parliament T H,MorelloM J,McGORIN R J),ACS symposium Series No.543,American Chemical Society:Washington,DC,1994,pp228-239

Study on Antioxidant Activities of the Maillard Reaction Products under Lower pH

LIU Zhi-hua1，LIU Chun-bo1，HAN Jing-mei1，ZHU Yuan-yuan2，DONG Lu3，WANG Kun-miao1，CHEN Yong-kuan1，MIAO Ming-ming1，*
（1.Key Lab of Tobacco Chemistry of Yunnan，Yunnan Academy of Tobacco Science，Kunming 650106，Yunnan，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Yunnan University，Kunming 650091，Yunnan，China；3.Department of Pharmacy，Kunming General Hospital of Chengdu Military Command，Kunming 650032，Yunnan，China）

Abstract：The antioxidant activities of the Maillard reaction products （MRPs） from a model reaction between proline and glucose under three ratios，two pH of 5 and 7， heated with oil bath or microwave，were reported in this paper.The antioxidation of the MRPs was character with the clearance rate of DPPH determinate by a UV-visible spectrophotometer.The results showed that the antioxidants were formed during the reaction under pH of 5 and 7.The higher pH and content of glucose would be preferable for the formation of antioxidants when heated with microwave or oil bath.The heat time has little effect on the antioxidation of MRPs when heated by microwave while longer heat time would be preferable for that heated by oil bath.Compared to oil bath，the microwave would short the time of antioxidants formation significantly.

Key words：proline；glucose；Maillard reaction products（MRPs）；antioxidation；microwave

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.004

云南省创新团队建设项目（2009CI014）

刘志华（1974—），男（汉），副研究员，硕士，研究方向：卷烟产品减害降焦技术研发。

缪明明，汉族，博士。

2012-12-09