（E）-2-辛烯醛对美拉德模型体系挥发性产物的影响

徐永 霞，励建荣,*，赵洪雷，刘 滢，姜程程，潘思轶

（1.渤海 大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁 锦州 121013；2.华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 430070）

（E）-2-辛烯醛对美拉德模型体系挥发性产物的影响

徐永 霞1，励建荣1,*，赵洪雷1，刘 滢1，姜程程1，潘思轶2

（1.渤海 大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁 锦州 121013；2.华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 430070）

为研究脂肪醛（E）-2-辛烯醛对L-半胱氨酸与D-木糖组成的美拉德反应体系的影响，采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析不同模型体系热反应产物中的挥发性成分，并结合主成分分析法对其进行分析。结果表明：在反应体系中加入（E）-2-辛烯醛时，检测到的挥发性产物差异较大，发现2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-噻吩甲醇、3-甲基噻吩、糠醛、2,5-二甲基呋喃、4,5-二甲基噻唑、2-甲基-5-甲硫基呋喃、2,5-噻吩二甲醛等物质受到的影响较大。其中2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-甲基-5-甲硫基呋喃、3-甲基噻吩和2,5-噻吩二甲醛等化合物含量显著下降。此外，由于（E）-2-辛烯醛的存在，检测出2种新的噻吩类物质（2-丁基噻吩和2-乙基-5-己基噻吩）以及一些新生成的醇类、酮类和酯类物质。

美拉德反应；D-木糖；L-半胱氨酸；（E）-2-辛烯醛；挥发性物质

大多数食品都要经过热加工处理，如肉类、鱼、谷物、咖啡和各种休闲食品等，而美拉德反应对于热加工食品，尤其是肉类食品的香味形成具有重要贡献。大量研究表明，肉类烹调过程中肉香味的形成除来源于美拉德反应外，另一个重要来源就是脂类的氧化降解或通过形成一些香味前体物质与美拉德反应中间产物相互作用[1-4]。脂肪在氧化降解过程中形成数百种挥发性物质，其中脂肪醛作为一类重要的脂肪氧化产物，由于其具有较高的反应活性，可能与美拉德反应中间产物相互作用产生许多重要的挥发性成分，如烷基噻唑类和烷基吡啶类等[5-7]。

由于脂肪氧化 与美拉德反应都受到 反应底物、介质以及其他因素的影响，反应 过程非常复杂。因此，大多数研究都采用模型体系来分析这2种类型反应之间的相互作用[8-10]。Mottram等[8]首次提出了磷脂参与肉香味形成的假设，研究发现，在只含有糖和氨基酸的模型体系中，主要形成含硫类化合物，具有很强的硫臭味和焦糊味；而当体系中加入脂类时，反应产物中含硫类化合物含量明显下降，同时出现大量的脂类氧化产物，此时出现脂肪和熟肉的特征香味。目前，关于脂类，尤其是磷脂对美拉德反应体系的影响报道较多，而关于脂肪醛类对美拉德反应产物的影响研究较少。因此，研究脂肪醛类对美拉德反应的影响，可进一步认识复杂食品体系中发生的美拉德反应，对于更好的利用美拉德反应具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

L-半胱氨酸盐酸盐、D-木糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；（E）-2-辛烯醛、环己酮（均为色谱纯） 美国Fluka公司。

1.2 仪器与设备

6890N/5973气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；固相微萃取装置（配有固相微萃取手动进样手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头、20 mL顶空钳口样品瓶） 美国Supelco公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 郑州长城科工贸有限公司。

1.3 方法

1.3.1 磷酸盐缓冲液 的配制

配制0.2 mol/L的磷酸氢二钠溶液和0.2 mol/L的磷酸二氢钠溶液各100 mL，将0.2 mol/L的磷酸氢二钠溶液与0.2 mol/L的磷酸二氢钠溶液按一定的比例混合，调pH值至5.0备用。

1.3.2 样品制备

准确称取0.2 g L-半胱氨酸和0.2 g D-木糖于20 mL钳口瓶中，加入10 mL的磷酸盐缓冲液，作为对照的标准样品。然后以同样方法配制同样的反应体系，分别加入0.4、0.6、0.8 mg和1.0 mg的（E）-2-辛烯醛，混匀，用聚四氟乙烯隔垫密封，置于高压蒸汽杀菌锅内，控制反应温度120 ℃，反应60 min后取出，在流水中迅速冷却以终止反应，待检测分析。

1.3.3 挥发性成分的提取

于装有热反应产物的钳口瓶中加入50 μL内标物环己酮，加入磁转子，用聚四氟乙烯隔垫密封，于60 ℃恒温水浴磁力搅拌器中加热平衡20 min后，用已活化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头（270 ℃活化30 min）顶空吸附40 min后，将萃取头插入气相色谱仪进样口，解吸5 min。

1.3.4 挥发性成分的气相色谱-质谱分析

色谱条件：HP-5毛细管柱（30 m×320 μm，0.25 μm）；升温程序：起始温度35℃，保持5 min，然后以3 ℃/min升至130 ℃，再以5 ℃/min升至250 ℃，保持5 min；He流量1.2 mL/min；不分流进样；进样口温度250 ℃。

质谱条件：电子电离离子源；接口温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电子能量70 eV；质量扫描范围m/z 35～350。

1.3.5 化合物鉴定及定量分析

挥发性成分经过气相色谱-质谱分析鉴定后，其结果利用计算机谱库（NIST 05和Wiley）进行检索 及分析，结合相关的文献资料，确定挥发性物质的化学组成。

定量分析：采用内标法进行定量，内标物为环己酮。按下式计算挥发性成分的含量。

式中：ρ为各挥发性成分的含量/（μg/mL）；A1为各组分的峰面积；m为内标物质量/μg；A2为内标物峰面积；V为样品体积/mL。

1.4 数据分析

利用SPSS 19.0软件对美拉德反应产物的挥发性成分进行主成分分析，数据进行分析前先做标准化处理。

2 结果与分析

2.1 美拉德反应挥发性成分鉴定及其含量分析

在L-半胱氨酸与D-木糖体系中添加不同量的（E）-2-辛烯醛，经美拉德反应产生的挥发性物质组成及含量如表1所示，在热反应体系中共检测出42种主要的挥发性成分，包括21种含氮、含硫及杂环类化合物、8种烃类物质、7种醇类物质、3种酮类物质和3种酯类物质。由表1可知，与对照组相比，在L-半胱氨酸与D-木糖的热反应体系中加入（E）-2-辛烯醛时，检测到的挥发性成分差别较大，并不能简单地根据化合物的种类和含量来说明（E）-2-辛烯醛对美拉德反应挥发性产物的影响。

在L-半胱氨酸与D-木糖的反应体系中加入（E）-2-辛烯醛时，检测到的含氮、含硫类化合物的含量明显减少。有研究报道，脂类及其氧化产物与美拉德反应相互作用，能抑制美拉德反应体系中一些含硫化合物的形成，同时提供一些小分子羰基类化合物或醇类等来改善肉的香味[11-12]。在美拉德反应中产生的含硫类杂环化合物是重要的风味物质，它们主要提供硫味、肉香、烤香味等[13]。在模型反应体系中共检测出4种硫醇类化合物，这些物质已在煮肉中检测出[14]。硫醇类化合物是美拉德反应中形成的一类重要物质，高浓度时具有很强的硫味和焦糊味，低浓度时具有明显的肉香味[15-16]。2-甲基-3-呋喃硫醇曾在烤牛肉中检出[17]，是反应混合液中最重要的硫醇类化合物，在单纯的半胱氨酸-木糖体系中含量高达560.71 μg/mL，当在体系中加入（E）-2-辛烯醛时，其含量显著减少，并且随着反应体系中（E）-2-辛烯醛含量的增加，其含量逐渐降低。2-糠硫醇可能直接由硫化氢和糠醛反应产生[18]，在L-半胱氨酸-D-木糖体系中含量为116.21 μg/mL，而（E）-2-辛烯醛的加入使其含量明显降低，并且随着反应体系中（E）-2-辛烯醛含量的增加，其含量也逐渐降低。

表11 （E）-2-辛烯醛对热反应产物挥发性成分的影响Table 1 Effect of (E)-2-octenal on volatile compounds of Maillard reaction products

噻吩类化合物主要由硫化氢和羰基化合物反应产生的，其中2-烷基噻吩可能是由硫化氢与不饱和烯醛反应产生的[19]。在模型反应体系中共检测出7种噻吩类化合物，和对照相组比，（E）-2-辛烯醛的存在对噻吩类化合物的形成具有抑制作用。其中3-甲基噻吩在L-半胱氨酸-D-木糖体系中含量为32.82 μg/mL，而当体系中加入（E）-2-辛烯醛时，其含量明显减少。此外，当反应体系中加入（E）-2-辛烯醛时，2,5-噻吩二甲醛和2-甲酰基-2,3-二氢-噻吩未检测出。然而，当反应体系中存在（E）-2-辛烯醛时，检测出2种新的噻吩类物质（2-丁基噻吩和2-乙基-5-己基噻吩），其中2-丁基噻吩曾在小麦中检出[20]。

在L-半胱氨酸-D-木糖模型反应体系中共检测出4种呋喃类化合物，其中2-甲基-5-甲硫基呋喃和2-甲基呋喃含量比较高，分别为33.68 μg/mL和10.42 μg/mL。2-甲基-5-甲硫基呋喃是一种重要的硫醚类香料，当反应体系中加入（E）-2-辛烯醛时未检测出此化合物。2-甲基呋喃曾在叉烧肉中检出，但含量很低[21]。此外，2,5-二甲基呋喃和2-（甲氧基甲基）-呋喃在（E）-2-辛烯醛存在的体系中也未检测出。

当L-半胱氨酸-D-木糖的模型体系中加入（E）-2-辛烯醛时，检出的醇类物质含量明显增大，并且新增了（E）-2-辛烯-1-醇、α-松油醇、β-松油醇、4-萜烯醇和橙花醇，而1-十四醇和2-十五醇在加入（E）-2-辛烯醛的体系中未检测出。

当体系中存在（E）-2-辛烯醛时还检出3种酮类物质，而在对照中未检出。此外，当体系中加入0.8 mg的（E）-2-辛烯醛时，还检测出3种酯类，包括丁酸辛酯、己酸己酯和庚酸乙酯。Xie Jianchun等[22]曾在烤猪肉中鉴定出4-萜烯醇以及橙花叔醇。由于美拉德反应产物具有一定的抗氧化活性[23]，在美拉德反应的影响下，其中的醛类物质可能被还原为酮和醇，同时部分醛类可能发生热氧化生成酸，而酸类物质与醇进一步反应又可以生成酯类。

2.2 主成分分析

表2 主成分的特征值及贡献率Table 2 Eigen values and contribution of principal components

主成分分析是一种降维或者把多个指标转化为少数几个综合指标的多元数理统计方法[24]，可以把离散的数据标准化处理，以便对样品的相似性和差异性进行明确的评价。主成分分析是对多个指标进行线形组合，使得这些指标间既互不相关，又能反映原有信息[25]。不同美拉德反应体系所得数据经标准化后进行主成分分析，得到的特征值和贡献率见表2。第1主成分的贡献率为63.393%，第2主成分的贡献率为19.655%，前2个成分的累计贡献率已经达到83.048%，能够较为客观地反映不同模型体系热反应产物中挥发性成分的变化情况，故选取这2个主成分作为数据分析的有效成分。

表3 主成分载荷矩阵Table 3 Loading matrix of principal components

从表3可以看出，在引起热 反应体系挥发性产物变化的主要化合物中，第1主成分和2-甲基-3-呋喃硫醇、2-甲氧基-5-甲基噻吩、2-糠硫醇、2-噻吩甲醇、3-甲基噻吩、糠醛、2,5-二甲基呋喃、4,5-二甲基噻唑、2-甲基-5-甲硫基呋喃、2,5-噻吩二甲醛、二烯丙基硫醚、2-（甲氧基甲基）-呋喃、2-甲酰基-2,3-二氢-噻吩、1-十四醇、2-十五醇呈高度正相关，其载荷量分别为0.985、0.985、0.964、0.960、0.957、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954、0.954和0.954。第2主成分和2,5-二甲基苯并噻唑、2-甲氧基-4-甲基苯 酚、2,5-己二酮、己酸己酯、庚酸乙酯呈高度正相关，其载荷量分别为0.823、0.823、0.823、0.823和0.823。因此可以认为，在L-半胱氨酸与D-木糖的热反应体系中加入（E）-2-辛烯醛时，这些化合物受到的影响较大。

3 结 论

本实验研究了脂类氧化产物（E）-2-辛烯醛对L-半胱氨酸与D-木糖组成的美拉德 反应体系的影响。采用固相微萃取-气-质联用技术对不同模型体系热反应挥发性产物进行分析，共检测出42种主要的挥发性成分，包括21种含氮、含硫及杂环类化合物、8种烃类、7种醇类、3种酮类和3种酯类物质。与对照组相比，加入（E）-2-辛烯醛时，检测到的挥发性产物差异较大，结合主成分分析，发现热反应产物中一些挥发性组分受到的影响较大，包括2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-噻吩甲醇、3-甲基噻吩、糠醛、2,5-二甲基呋喃、4,5-二甲基噻唑、2-甲基-5-甲硫基呋喃和2,5-噻吩二甲醛等物质。其中2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-甲基-5-甲硫基呋喃、3-甲基噻吩和2,5-噻吩二甲醛等化合物含量显著下降或消失。此外，由于体系中（E）-2-辛烯醛的存在，检测出2种新的噻吩类物质（2-丁基噻吩和2-乙基-5-己基噻吩）以及一些新生成的醇类、酮类和酯类物质。

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Effect of (E)-2-Octenal on Volatile Products Derived from Maillard Model Reaction Systems

XU Yong-xia1, LI Jian-rong1,*, ZHAO Hong-lei1, LIU Ying1, JIANG Cheng-cheng1, PAN Si-yi2
(1. Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

The effect of (E)-2-octenal on Maillard reaction products was investigated by thermal reaction systems consisting of L-cysteine and D-xylose. The volatiles generated in different reaction mixtures were analyzed by solid-phase microextraction (SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), and principal component analysis (PCA) was used to analyze the volatile components. The results showed that t he addition of ( E)-2-octenal had obvious effects on most of the volatiles, including 2-methyl-3-furanthiol, 2-furfurylthiol, 2-thiophenemethanol, 3-methylthiophene, furfural, 2,5-dimethyl-furan, 4,5-dimethyl-thiazole, 2-methyl-5-(methylthio)-furan, etc., and 2-methyl-3-furanthiol, 2-furfurylthiol, 2-methyl-5-(methylthio)-furan, 3-methylthiophene and 2,5-thiophenedicarboxaldehyde were formed in much lower concentrations when (E)-2-octenal was present in the reaction system. In addition, some new thiophenes, including 2-butyl-thiophene and 2-ethyl-5-hexyl-thiophene, as well as some new alcohols, including ketones and esters were detecte d in the presence of (E)-2-octenal.

Maillard reaction; D-xylose; L-cysteine; (E)-2-octenal; volatiles

TS201.2

A

1002-6630（2014）03-0050-05

10.7506/spkx1002-6630-201403011

2013-04-06

国家科技支撑计划项目（2012BAD29B06）；辽宁省食品安全重点实验室开放课题（LNSAKF2011023）

徐永霞（1983—），女，讲师，博士，研究方向为水产品质量与安全控制及水产品风味化学。E-mail：xuyx1009@126.com

*通信作者：励建荣（1964—），男，教授，博士，研究方向为水产品和果蔬贮藏加工与质量安全控制。E-mail：lijr6491@163.com