Amadori化合物检测方法的研究进展

, ,,,, ,*,,3

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047;2.南昌大学食品学院,江西南昌 330031;3.南昌大学中德食品工程中心,江西南昌 330047;4.江西省农业科学院,江西南昌 330200)

Amadori化合物检测方法的研究进展

宋莹蕾1,2,罗成1,2,曾海龙1,2,饶月亮4,余迎利2,万茵1,2,*,付桂明1,2,3

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047;2.南昌大学食品学院,江西南昌 330031;3.南昌大学中德食品工程中心,江西南昌 330047;4.江西省农业科学院,江西南昌 330200)

Amadori化合物是羰基化合物和氨基化合物发生美拉德反应生成的一类关键中间产物,除其本身的化学意义外,其后续反应产物对食品的颜色、风味、营养性、安全性、抗氧化性等品质都具有重要的影响。目前已经报道的Amadori化合物定性定量检测方法主要适用于红参、烟草和极小部分食品品种。本文综述了Amadori化合物的形成机理及其定性定量的检测方法,为建立用于广泛或复杂的食品样品中Amadori化合物的检测方法奠定基础。

Amadori化合物,形成机理,检测方法

美拉德反应(Maillard reaction)也被称为羰氨反应,是在1912年由法国化学家Louis-Camille Maillard研究葡萄糖和甘氨酸共热时发现的[1],它是指食品中的羰基化合物(还原糖类)和氨基化合物(氨基酸、蛋白质和肽)之间发生的复杂反应[2]。在美拉德反应的过程中,会产生一系列复杂的化合物,不仅使食品色泽加深,对食品的风味、稳定性以及营养价值亦具有很大的影响[3]。近年来,美拉德反应的研究已经不仅仅局限于食品行业[4-6],在中药[7]、烟草[8-9]等行业均有广泛的研究。

在美拉德反应的初级阶段,主要生成Amadori化合物,它是美拉德反应的关键中间产物,是由 N-取代葡萄糖胺经 Amadori 重排而来,多为白色或略带黄色的固体,极易溶于水,甲醇,不溶于乙醇,本身无气味,却是重要的非挥发性致香前体物[10]。目前,Amadori化合物已经在许多自然材料中找到[11],其对物质的颜色、风味、品质等都具有重要作用。相关研究已表明[12],Amadori化合物可以提高烟草的吸味品质。Kevin等[13]提出Amadori化合物的降解可以生成具有牛肉香味的4-羟基-5-甲基-3(2H)呋喃酮。Ide N等[14]研究了老化大蒜中精氨酸单糖苷(AF)抑制脂质过氧化的作用;Koch[15]发现番茄制品中的1-脱氧-1-L-组氨酸-D-果糖(Fru-His)具有抗氧化活性,它与番茄红素相互作用可以降低前列腺癌的风险;Ha K S 等[16]报道了红参中两种Amadori化合物AF和AFG具有降血糖作用,可通过抑制糖在胃和肠内的吸收,降低餐后血糖的升高;赵婷[17]也发现AF可以降低2型糖尿病小鼠的空腹血糖、降低其血清中的血脂指标及脏器指数、改善其口服糖耐量等。因此通过对Amadori化合物的研究,不仅可以为Amadori化合物对食品香气成分的影响提供理论依据,还有利于部分香气成分形成机理的深入研究,同时,可以为其功能性的研究奠定基础。本文主要对目前已经报道的适用于红参、烟草和小部分食品品种中Amadori化合物定性定量检测方法进行了综述。

表1 已报道的Amadori化合物检测方法Table 1 Detection methods previously proposed of Amadori compounds

1 Amadori化合物的形成机理

Amadori化合物即1-氨基-1-脱氧-2-酮糖是美拉德反应的初期产物,先由还原糖的羰基和氨基化合物的自由氨基发生加成反应,加成产物脱去1分子水生成希夫碱,希夫碱不稳定,脱水缩合形成N-糖基胺,N-糖基胺再经过Amadori重排最终形成Amadori化合物,具体过程如图1所示[18]。在该物质形成阶段不会引起反应体系色泽的变化,也不会产生香气。但其在不同温度、pH、糖氨比等条件下可继续发生一系列复杂的反应,一般被称为美拉德反应的中级阶段和高极阶段,生成多种具有芳香气味的小分子化合物和具有棕黑颜色的高分子化合物-类黑素,从而影响体系的风味及色泽[19-20]。

2 Amadori化合物的检测方法

Amadori化合物的极性强、种类多且结构类似,定性定量分析这类化合物不是一项容易的工作,对于一些复杂样本体系中Amadori化合物的定性定量分析则更为困难。Amadori 化合物作为重要的美拉德反应初阶段的主要产物,其种类和含量与样本体系的风味和品质关系密切。

目前已有关于Amadori化合物多种检测方法的报道。一种经典的氨基酸分析法-柱后茚三酮衍生检测法被用于Amadori化合物的分析[21],然而该方法存在分离不足、灵敏性差、耗时等诸多缺点。在气相中利用三甲基硅烷使部分糖衍生的方法[22]也被用于Amadori化合物的分析,但是该法需长时间的衍生,并且由于生成了互变异构体使得分离过程变得异常复杂。Yu等[23]利用配体交换和扫描毛细管电泳对Amadori化合物进行直接的UV检测。目前最常用的分析测定Amadori化合物的方法主要有高效液相色谱法、离子色谱法等。高效液相色谱法主要是利用不同类型的色谱柱将Amadori化合物与其他物质分离后用UV检测器、荧光检测器或蒸发光散射检测器等进行检测。高效阴离子色谱串联脉冲安培检测器法(HPAEC-PAD)[24]和高效阴离子色谱串联质谱法(HPAEC-MS)也已被广泛应用于Amadori化合物的定性分析。另外,高效液相色谱-串联质谱法也得到了广泛的应用。

2.1 食品中Amadori化合物含量的检测

近年来关于食品中Amadori化合物的研究在逐渐增多,尤其是干制食品。Davidek[29]利用高效阴离子色谱串联质谱的方法测定了杏干、西红柿干中8种Amadori化合物的含量,此外该方法还能很好区分和定量木糖-氨基酸和葡萄糖-氨基酸两种体系的Amadori化合物。Yuan等[34]同时测定了葡萄干中Amadori化合物和Heyns化合物的含量,结果表明不同品种的葡萄干中Amadori和Heyns化合物的含量有较大差异。Sanz等[5]研究报道了在果干储存过程中,Amadori化合物的含量会随储藏时间的增加而逐渐増加。因此,测定干果样品中的Amadori化合物的含量,对于控制和评价果干的品质具有重要意义,同时还可以用来评估商品的货架期,选择有利的存储条件。

此外,Yuan等[35]还对新鲜大蒜和黑蒜中的Amadori和Heyns化合物的含量进行了测定并比较,结果显示黑蒜中由于果聚糖水解成葡萄糖和果糖,使葡萄糖和果糖含量增高,继而与氨基酸发生Maillad反应使得Amadori和Heyns化合物的含量增高,相反新鲜大蒜中Amadori和Heyns化合物含量很低。Schwietzke U等[36]对奶酪中的Amadori化合物的含量进行了测定。Katayama H等[37]利用高效液相色谱-串联质谱法同时测定了酱油中的20种Amadori化合物,其中Fru-pGlu含量最高。

图1 Amadori化合物的重排Fig.1 The rearrangement of Amadori compounds

2.2 红参中Amadori 化合物含量的检测

红参是参的熟用品,其由人参(Panax ginseng C.A. Meyer)经浸润、清洗、分选、蒸制、晾晒、烘干等工序加工而成。红参中Amadori化合物精氨酸单糖苷(AF)和精氨酸双糖苷(AFG)是在第一次烘干过程中形成的,蒸制阶段主要是促进淀粉水解成麦芽糖和葡萄糖,为第一次烘干生成AF和AFG提供物质基础。因此,对红参中Amadori化合物的定性定量分析十分必要。

曹国军等[38]探讨了红参加工不同阶段AF、AFG及游离精氨酸含量的变化,结果表明第一次烘干过程中,AF和AFG的含量增加,游离精氨酸则在该阶段完成后含量明显减少。刘丽敏[39]利用反相高效液相色谱法测定了西洋参干燥根和新鲜植株不同部位精氨酸衍生物的含量,结果表明干燥根中均含有AF和AFG,其中前者含量明显高于后者。Joo等[40]用高效阴离子色谱串联脉冲安培检测器对韩国红参中的两种Amadori化合物进行分析,并测定了红参和老鼠血浆中的含量,结果表明市售红参中Amadori化合物AF和AFG的含量分别在0.35%～2.51%和0.25%～2.64%之间。

2.3 烟草中Amadori化合物含量的检测

卷烟在调制陈化、加工和燃吸过程中都伴随着美拉德反应,产生主要致香成分。卷烟在燃吸过程中,原本没有气味的Amadori化合物受热裂解释放出对卷烟香气具有重要贡献的香味物质,如吡嗪类、呋喃类以及吡咯类化合物等[41]。因此研究烟草中Amadori 化合物种类和含量对评价烟草的内在质量及提高卷烟香气具有重要的指导意义。

王红瑞等[42]通过对色谱柱填料、流动相种类等条件的优化,建立了高效液相色谱-三重四极杆质谱(HPLC-QQQ-MS)联用定量分析烟草中5种Amadori化合物的方法,结果表明,方法学指标较好,适合于烟草样品中Amadori 化合物的分析检测。贾春晓等[43]利用高效液相色谱串联质谱的方法同时测定了烟草中6种Amadori 化合物,结果表明烟草中1-脱氧-1-L-脯氨酸-D-果糖(Fru-Pro)的含量远高于其他Amadori 化合物,是含量位居第二的1-脱氧-1-L-丙氨酸-D-果糖(Fru-Ala)的7～8倍。苑衡等[44]利用液质联用(HPLC-MS/MS)法同时测定了烤烟中1-脱氧-1-L-脯氨酸-D-果糖(Pro-Fru)和2-脱氧-2-L-脯氨酸-D-葡萄糖(Pro-Glu)的含量,这两种物质均是烤烟中重要的美拉德反应关键中间体(Amadori化合物和Heyns化合物),结果表明10个烤烟型卷烟样品中Pro-Fru和Pro-Glu的含量分别为6.25～11.33和1.15～1.96 mg/g。Zhou等[45]研究了88种商业品牌香烟中Amadori化合物,结果表明,中国烤烟型卷烟中葡萄糖的含量远高于其他品种,Amadori化合物的累积也明显高于其他品种,因此Amadori化合物可以作为标记物质去区分中国烤烟型卷烟与其他品种。

3 前景与展望

Amadori化合物作为食品加工中形成的重要的反应中间体,对食品香气、色泽、营养性、安全性和抗氧化性等品质的形成具有重要作用。此外,值得注意的是,已有学者关注到Amadori化合物具有抗氧化、降血糖等活性作用。

目前,在绝大多数对Amadori化合物定性定量检测的文献中,其研究对象仅限于干制果蔬或烤制烟草等干扰因素较小的很少一部分原料,其他类食品尤其是主要依靠美拉德反应产生特殊香气和色泽的两大类食品——炒制食品和焙烤食品,几乎没有相关的报道。因此,寻找适用于广泛的食品原料特别是含有高蛋白高脂质的复杂食品原料的预处理方法和检测方法,是非常必要和重要的课题。只有建立起对该类物质进行准确的定性定量检测的方法基础,才能深入研究其产香机理,为Amadori化合物对食品香气的影响提供理论依据,以及开发研究其更多的功能作用,与美拉德反应其他产物一起,全面探讨食品成分之间的美拉德反应对食品的影响。

[1]Hodge JE. Dehydrated foods:chemistry of browning reactions in model systems[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1953,1:928-943.

[2]Jaeger H,Janositz A,Knorr D. The Maillard reaction and its control during food processing. The potential of emerging technologies[J]. Pathologie Biologie,2010,58(3):207-213.

[3]Mastrocola D,Munari M. Progress of the Maillard reaction and antioxidant action of Maillard reaction products in preheated model systems during storage[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2000,48(8):3555-3559.

[4]Somoza V,Fogliano V. 100 Years of the Maillard reaction:why our food turns brown[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2013,61(43):10197-10197.

[5]Sanz M L,del Castillo M D,Corzo N,et al. Formation of Amadori compounds in dehydrated fruits[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2001,49(11):5228-5231.

[6]Rivera Z S,Kennedy J F. The Maillard reaction in food processing,human nutrition and physiology(Finot P. A.,Aeschbacher,H. U.,Hurrell,R. F. and Liardon,R.,ed.,1990. pp.393-414)[J]. Carbohydrate Polymers,1991,16(4):460-461.

[7]Yilmaz Y,Toledo R. Antioxidant activity of water-soluble Maillard reaction products[J]. Food Chemistry,2005,93(2):273-278.

[8]鲍辰卿,邱家丹,许春平,等. 美拉德反应产物在烤烟型卷烟中的增香效果[J]. 轻工科技,2015(8):131-133.

[9]Ali H,Patzold R,Bruckner H. Determination of L-and D-amino acids in smokeless tobacco products and tobacco[J]. Food Chemistry,2006,99(4):803-812.

[10]Hofmann T,Schieberle P. Formation of aroma-active strecker-aldehydes by a directoxidative degradation of Amadori compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2000,48(9):4301-4305.

[11]Britt P F,Buchanan A C,Owens Jr C V,et al. Does glucose enhance the formation of nitrogen containing polycyclic aromatic compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons in the pyrolysis of proline?[J]. Fuel,2004,83(11):1417-1432.

[12]崔韬,毛多斌,许志杰. Amadori化合物研究进展[J]. 广西轻工业,2010,26(12):29-30,33.

[13]Hicks K B,Feather M S. Mechanism of formation of 4-hydroxy-5-methyl-3(2H)-furanone,a component of beef flavor,from Amadori products[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1975,23(5):177-188.

[14]Ide N,Ryu K,Ogasawara K,et al. Antioxidants in processed garlic:I. fructosyl arginine identified in aged garlic extract[J]. International Congress,2002,1245(2):447-448.

[15]Koch J C. Analysis of FruHis,a potential bioactive Amadori compound in processed tomatoes[D]. Ohio State University. 2014.

[16]Ha K S,Jo S H,Kang B H,et al. In vitro andinvivoantihyperglycemic effect of 2 Amadori rearrangement compounds,arginyl-fructose and arginyl-fructosyl-glucose[J]. Journal of Food Science,2011,76(8):188-193.

[17]赵婷. 人工合成L-精氨酸单糖苷(AF)及其抗糖尿病药理活性研究[D].长春:吉林农业大学,2013.

[18]肜霖. Maillard反应中间体降低卷烟自由基作用的研究[D].武汉:华中科技大学,2006.

[19]付莉,李铁刚.简述美拉德反应[J].食品科技,2006,31(12):9-11.

[20]龚平,阚建全.美拉德反应产物的性质研究进展[J].食品与发酵工业,2009,35(4):141-146.

[21]Hayashi C M,Nagai R,Miyazaki K,et al. Conversion of Amadori products of the Maillard reaction to N|[epsi]|-(carboxymethyl)lysine by short-term heating:possible detection of artifacts by immunohistochemistry[J]. Laboratory Investigation,2002,82(6):795-808.

[22]Wittmann R,Eichner K. Nachweis von Maillard-Produkten in Malzen,Bieren und Braucouleuren[J]. Lebensm Unters Forsch,1989,188(3):212-215.

[23]Yu J,Aboshora W,Zhang S,et al. Direct UV determination of Amadori compounds using ligand-exchange and sweeping capillary electrophoresis[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry,2016,408(6):1-10.

[24]Blank I,Davidek T,Devaud S,et al. Analysis of Amadori compounds by high performance anion exchange chromatography-pulse amperometric detection[J]. International Congress Series. 2002,1245:263-267.

[25]Huyghues-Despointes A,Yaylayan V A. A multidetector HPLC system for the analysis of Amadori and other Maillard reaction intermediates[J]. Food Chemistry,1994,51(1):109-117.

[26]Ge S J,Lee T C. Effective HPLC method for the determination of aromatic Amadori compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1996,44(4):1053-1057.

[27]Davidek T,Clety N,Devaud S,et al. Simultaneous quantitative analysis of maillard reaction precursors and products by high-performance anion exchange chromatography.[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,51(25):7259-7265.

[28]Baptista J A B,Carvalho R C B. Indirect determination of Amadori compounds in milk-based products by HPLC/ELSD/UV as an index of protein deterioration[J]. Food Research International,2004,37(8):739-747.

[29]Davidek T,Kraehenbuehl K,Devaud S,et al. Analysis of Amadori compounds by high-performance cation exchange chromatography coupled to tandem mass spectrometry[J]. Analytical Chemistry,2005,77(1):140-147.

[30]杨金英,牟定荣,梅勇,等. HPLC-ELSD法测定烟草中的脯氨酸Amadori化合物[J]. 分析实验室,2010,29(8):103-106.

[31]Liu J,Man Y,Zhu Y,et al. Simultaneous analysis of acrylamide and its key precursors,intermediates,and products in model systems by liquid chromatography-triple quadrupole mass spectrometry.[J]. Analytical Chemistry,2013,85(19):9262-9271.

[32]Meitinger M,Hartmann S,Schieberle P. Development of stable isotope dilution assays for the quantitation of Amadori compounds in foods.[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry,2014,62(22):5020-5027.

[33]Troise A D,Fiore A,Roviello G,et al. Simultaneous quantification of amino acids and Amadori products in foods through ion-pairing liquid chromatography-high-resolution mass spectrometry[J]. Amino Acids,2015,47(1):111-124.

[34]Yuan H,Sun L,Chen M,et al. The simultaneous analysis of Amadori and Heyns compounds in dried fruits by high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry[J].Food Analytical Methods,2017,10(4):1097-1105.

[35]Yuan H,Sun L,Chen M,et al. The comparison of the contents of sugar,Amadori,and Heyns compounds in fresh and black garlic[J]. Journal of Food Science,2016,81(7):C1662-C1668.

[36]Schwietzke U,Malinowski J,Zerge K,et al. Quantification of Amadori products in cheese[J]. European Food Research and Technology,2011,233(2):243-251.

[37]Katayama H,Tatemichi Y,Nakajima A. Simultaneous quantification of twenty Amadori products in soy sauce using liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Food Chemistry,2017,228:279-286.

[38]曹国军,郑毅男,许传莲,等. 红参加工过程中精氨酸及其衍生物的含量变化[J]. 吉林农业大学学报,2001,23(3):69-71.

[39]刘丽敏. 西洋参中L-精氨酸及其衍生物的研究[D].长春:吉林农业大学,2008.

[40]Joo K M,Park C W,Jeong H J,et al. Simultaneous determination of two Amadori compounds in Korean red ginseng(Panax ginseng)extracts and rat plasma by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection[J]. Journal of Chromatography B,2008,865(1-2):159-166.

[41]Wrodnigg T M,Kartusch C,Illaszewicz C. The Amadori rearrangement as key reaction for the synthesis of neoglycoconjugates[J]. Carbohydrate Research,2008,343(12):2057-2066.

[42]王红瑞,谢媛媛,梁琼麟,等. 高效液相色谱-串联质谱法同时测定烟草中5种Amadori化合物[J]. 色谱,2013,31(12):1189-1193.

[43]贾春晓,修龙飞,牟定荣,等. 液相色谱-串联质谱法同时测定烟草中6种Amadori化合物[J]. 质谱学报,2015,36(1):45-51.

[44]苑蘅,陈敏,王军. 液质联用法同时测定烤烟型卷烟中的1-脱氧-1-L-脯氨酸-D-果糖和2-脱氧-2-L-脯氨酸-D-葡萄糖[J]. 烟草科技,2016,49(8):44-50.

[45]Zhou W,Wang J,Wu D. Determination of important flavour precursor compounds(Amadori compounds)in cigarettes by LC-MS/MS[J]. Journal of Analytical Chemistry,2014,69(7):761-764.

全国中文核心期刊轻工行业优秀期刊

Reviewofdeterminationmethodsofamadoricompounds

SONGYing-lei1,2,LUOCheng1,2,ZENGHai-long1,2,RAOYue-liang4,YUYing-li2,WANYin1,2,*,FUGui-ming1,2,3

(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China;2.Food Science and Technology College,Nanchang University,Nanchang 330031,China;3.Sino-German Food Engineering Center,Nanchang University,Nanchang 330047,China;4.Jiangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanchang 330200,China)

Amadori compounds as the key intermediate products of Maillard reaction were generated from the reaction between carbonyl compounds and amino compounds. In addition to its chemical significance,the subsequent reaction products had an important influence on the color,flavor,nutrition,safety and antioxidant properties of food. The qualitative and quantitative detection methods of Amadori compounds had been reported mainly applied to ginseng,tobacco and minimal food variety. In this paper,the formation mechanism and qualitative and quantitative detection methods of Amadori compounds were reviewed,which laid a foundation for the establishment of detection methods for Amadori compounds in a widely or complex food sample.

amadori compounds;formation mechanism;detection methods

2017-04-11

宋莹蕾(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：食品科学与工程，E-mail：ncusksongyinglei@163.com。

*通讯作者:万茵(1976-)，女，博士，副教授，研究方向：食品化学、食品功能因子，E-mail：yinwan@ncu.edu.cn。

国家自然科学基金资助项目(31360391)。

TS201.2

A

1002-0306(2017)23-0301-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.23.055