2壳聚糖与葡萄糖发生美拉德反应的条件及产物的抗氧化性能

壳聚糖与葡萄糖发生美拉德反应的条件

及产物的抗氧化性能

赵希荣

(淮阴工学院食品工程系,　淮安　223001)

摘要:具有游离氨基的壳聚糖可与葡萄糖发生美拉德反应,pH值、温度和反应物浓度比都影响反应进行的程度,制备得到的产物具有良好的溶解性和优异的抗氧化能力,为开发天然抗氧化剂提供了新的途径。

关键词:壳聚糖,葡萄糖,美拉德反应,抗氧化能力

ReactionConditionsonMaillardReactionBetween

ChitosanandGlucoseandAntioxidativeAbilityofMRPs

ZhaoXirong

(DepartmentofFoodEngineering,HuaiyinInstituteofTechnology,Huaian223001)

Abstract:ChitosanwithfreeaminogroupsreactswithglucosetoformMaillardproducts.AllpHs,tempertures,reactants’mora2tiosaffectreactioncontentandrate.Theobtainedproductsbehaveexcellentsolubilityandantioxidativeability.Itisanewwaytodevelopnaturalantioxidants.

Keywords:Chitosan,Glucose,Maillardreaction,Antioxidativeability

　　美拉德反应或非酶褐变反应是食品中的氨基化合物(胺、氨基酸、肽和蛋白质)和羰基化合物(糖类)在食品加工和贮存中发生的反应。从营养学角度看,由于反应使食品中的有效成分如氨基酸类和糖类有所损失以及引起食品的褐变等现象,故食品营养价值有所降低。但是,美拉德反应是加工食品色泽(如焙烤类食品的色泽)和浓郁芳香的各种风味的主要来源,这在食品生产上具有特殊的意义[1-3]。

美拉德反应产物中含有类黑精、还原酮及一系列含N、S的杂环化合物。研究表明,这类物质具有一定的抗氧化性能,其中某些物质的抗氧化强度可以与食品中常用的抗氧化剂相媲美[4]。如能够防止植物油的氧化,在人造奶油中添加甘氨酸-葡萄糖反应强度产物可提高其氧化稳定性以及提高牛排和猪排的稳定性等。20世纪80年代,关于美拉德反应产物(MPRs)抗氧化性能方面的研究在国

内外是非常热门的课题[5-7]。MPRs是食品加工和储存过程中自身产生的一类物质,可以认为是天然的,这在寻找和应用天然抗氧化剂的当今食品工业中具有非常重要的意义。

壳聚糖属于多糖类,但是它同时含有游离氨基,这就具备了发生美拉德反应的前提条件。在体系中同时加入葡萄糖等单糖和壳聚糖,并控制在一定的条件下,两者之间就会发生美拉德反应,从而为壳聚糖的自然修饰提供一条新的途径。

1　材料与方法

1.1　材料

壳聚糖由浙江玉环生物化学有限公司提供,分子量为4.5×105,脱乙酰化度分别为85%;葡萄糖等化学试剂为化学纯。1.2　仪器

分光光度计;往复式恒温振荡器。

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A值,所以本实验中选择420nm为测定波长。

准确称取一定量葡萄糖溶解于50ml水中,备用。准确称取一定量壳聚糖至250ml三颈烧瓶中,边搅拌边加入50ml1%HAc水溶液,于一定温度下溶解。溶解完全后,逐滴加入葡萄糖溶液,并调节pH至一定范围,恒温快速搅拌。加热搅拌若干小时后,每隔1小时取样,于适当波长处测定A值,直至反应结束,得到美拉德反应产物(MPRs)。1.4　美拉德产物抗氧化性能的测定1.4.1　还原能力的测定

MPRs样品(0.1～200mg/ml)加2.5mlpH=6.6

在上述条件下继续反应,达到8小时时,吸光度测定值为1.870,溶液呈棕褐色,黏度增加。再延长1小时,则于420nm已无法测定吸光度值。故以反应8小时的产物为MPRs1。2.1.2　反应pH值的影响

根据文献,pH值是影响美拉德反应的一个重要因素,美拉德反应一般随pH的升高而加剧,可能是在碱性条件下进行时,氨基呈阴离子状态而有利于氨基反应。

与葡萄糖与氨基酸发生美拉德反应时情形不同,由于壳聚糖只溶解于有机酸溶液中,反应开始时不能调节pH至中性或碱性。实验发现当起始调节pH值至中性,壳聚糖絮凝结块,影响了反应速率和得率。本实验中采取先将壳聚糖溶解于乙酸溶液中,待搅拌反应一段时间后逐滴滴加碱液提高pH值至设定值,可得到较好的结果。此外,pH值也不宜过低。2.1.3　反应温度的影响

反应温度显著地影响美拉德反应的速率和得率。实验发现:当温度超过90℃时,反应体系在6小时就出现了树脂化现象。温度低于70℃时反应速度缓慢,而温度低于30℃时体系的吸光值没有变化,说明未发生反应。

反应温度在70-80℃是比较理想的,图1列出了在反应温度为70℃和80℃时,反应体系吸光度值的变化。

从图1可以看出,当反应温度较高(系列1反

)反应速率应温度为80℃,系列2反应温度为70℃

较快,这与理论值相符。2.1.4　反应时间的影响

的磷酸盐缓冲液,加入2.5ml1%铁,混匀,

50℃恒温20min,加2.5ml10%三氯乙酸,离心(3000r/min)10min,取上清液2.5ml,加2.5ml蒸馏水,加0.5ml0.1%三氯化铁,于700nm波长比色。1.4.2　抗氧化能力的测定

取样品0.5g定容到100ml,取10ml加0.25ml1mol/l浓硫酸,加5ml0.25mol/l过氧化氢反应10min,加10%碘化钾20ml,在暗处静置5min,用0.5mol/l硫代硫酸钠滴定,用1～2%淀粉溶液指

示终点。抗氧化值计算式:

AOV=(V1-V2)×M×34/0.1

其中V1和V2分别为空白个样品消耗的Na2S2O3的体积(ml),M为的Na2S2O3浓度,34是H2O2的摩尔质量。

2　结果与讨论

2.1　美拉德反应条件的选择2.1.1　测定波长的选择

壳聚糖在1%HAc溶液中于80℃溶解完全后,加入葡萄糖溶液,快速搅拌,由于此时为粘稠状物,很难测定pH值和吸光值。加热搅拌4小时后,黏度逐渐降低,呈溶液状,可开始测定A值。调pH值至5.8,恒温搅拌6小时后不同波长下测定的A值见表1。

表1　不同波长下吸光度值(反应时间6小时,温度80℃,pH5.8,壳聚糖与葡萄糖摩尔比为1:1)

波长(nm)吸光度(A)

3901.79

4001.527

4101.37

4201.124

4300.93

4400.737

从图1可以看出,随着反应时间的延长,吸光

度值增加,溶液颜色加深,表明美拉德反应产物增多,若反应达到在波长为420nm无法测定吸光度值时,则停止反应。

2.1.5　反应物摩尔比的影响

　　从表1可以看出,随着波长的减小,吸光度增

大,说明420nm并不是最大波长,但是若选择420nm以下的波长时,发现反应仍未结束就已经无法测定

为了测定不同壳聚糖-葡萄糖摩尔比对美拉德反应产物得率的影响,在实验中分别称取不同重量的壳聚糖样品(1.0000、1.5000和2.0000g),加入等量葡萄糖,于70℃下恒温搅拌,待反应体系呈溶液时,测定对应产物MPRs2、3和4的吸光度值,结果如表2所示。

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图1　反应时间-吸光度关系图

　　从图2和表2可以发现,产物3(系列2)和4(系列3)的吸光度值没有明显区别,即当壳聚糖与葡萄糖摩尔比接近于1时,美拉德反应可进行完

全,而壳聚糖与葡萄糖摩尔比远小于1时则反应不完全或者反应速率较慢。

表2　不同重量壳聚糖-葡萄糖对美拉德反应的影响

反应时间(hr)

MPRs2,A420nmMPRs3,A420nmMPRs4,A420nm

40.2650.5220.529

50.3210.6930.694

60.30.8180.809

70.4961.0751.100

80.6671.3401.2

90.8391.6321.592

101.0291.8821.846

111.236

无法测定无法测定

图2　不同反应物摩尔比对美拉德反应的影响

2.1.6　美拉德反应产物的感官评定2.2　美德反应产物(MPRs)的还原能力

美拉德反应产物呈现糖香味,无异味或怪味;

色泽呈棕褐色或咖啡色,且发现反应体系的pH值越高,色泽越深,吸光值也越大;当体系pH值过高(大于9)时,溶液发生树脂化或呈凝胶状,无法测定吸光度值。为了避免上述现象,控制pH值小于7,得到的反应终产物为真溶液,pH值在5-6范围。

依据还原能力的测定方法,在波长700nm处测定的吸光度值越大,则MPRs样品的还原能力越强。由表3可见,MPRs的还原能力随其浓度的增大而增大,表明MPRs的抗氧化能力随浓度的增加而增强。

表3　不同浓度MPRs的还原能力

浓度(mg/ml)

A700nm

10.010

100.261

500.511

1000.793

2000.931

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抗氧化值的大小反映了抗氧化剂的氧化能力。当抗氧化值大于零时,表明该物质具有抗氧化作用。从表4可以看出,MPRs1的抗氧化值较高,与维生素C接近,表明壳聚糖-葡萄糖之间美拉德反应产物具有较强的抗氧化能力。

表4　MPRs的抗氧化值

样品对照维生素C

MPRs1

著,后者是前者的3倍。所以测定美拉德反应过程

中吸光度值不能线性表示其产物的抗氧化能力,有必要建立一种能线性反映美拉德反应产物-抗氧化能力关系的在线分析方法。此外,从表5结果可以发现,壳聚糖的用量在抗氧化能力发挥着关键作用,其原因有待于进一步研究。

综上所述,本文首次提出了利用壳聚糖作为氨基供应体,与提供醛基的葡萄糖等单糖之间可发生美拉德反应,得到的美拉德反应产物MPRs不仅水溶性大大增强,而且具有较强的抗氧化能力。对壳聚糖-单糖间美拉德反应条件的优化可制备得到具有优异抗氧化能力的MPRs,为开发天然抗氧化剂提供了新的途径。

参考文献

1.马志玲,王延平,吴京洪.模式美拉德反应产物抗氧化性能

浓度(%w/v)

00.050.05

滴定所耗的0.05mol/L

Na2S2O3体积数(ml)

11.2110.6010.

抗氧化值(mg/g)

10.379.69

2.4　几种MPRs抗氧化值的比较

表5　不同壳聚糖-葡萄糖摩尔比反应

产物抗氧化值的比较

样品对照

MPRs2MPRs3MPRs4

浓度(%w/v)

00.050.050.05

滴定所耗的0.05mol/L

Na2S2O3体积数(ml)

10.9010.7110.7110.33

抗氧化值(mg/g)的研究.中国油脂,2002,27(4):68-73

2.YamaguchiT,IkiM.AntioxdationactivityofMaillardreactionprod2ucts.Agric.andBiol.Chem.,1986(50):2983-2985

3.233.239.70

3.AshoorSH,ZentJB.TheMaillardBrowningofcommonaminoacidsandsugars.J.ofFoodSci.,1984(49):1206-1207

4.王延平,马志玲.美拉德反应产物的研究进展.食品科学,1999(1):15-19

5.AlfawazM.,SmithJS.Maillardreactionproductsasantioxidantsinprocookedgroundbeef.FoodChem.,1994(51):311-3186.王延平,赵谋明,彭志英等.美拉德反应产物抗氧化性能研

　　从表5的抗氧化值结果可以看出,反应物摩尔比的不同,导致抗氧化值显著地不同。首先,从美拉德反应过程看,MPRs3的吸光度值一直远大于MPRs2,说明前者反应速度较快,反应也较完全。但是MPRs2与MPRs3的抗氧化值没有差别。其次,在美拉德反应过程中,MPRs3和MPRs4的吸光度值没有显著差别,但是两者抗氧化值却差异显(上接72页)

究进展.食品与发酵工业,1998,24(1):71-74

7.林振光,黄风华,陈建新等.结构与反应性———氨基化合物

与碳基化合物反应.安徽师大学报(自然科学版),1997,20

(2):131-136

　　丙二醛(MDA)是一种短链的醛,是多不饱和脂

肪酸氧化的中间生成物。MDA很活跃,常和DNA及蛋白质发生交联反应。另外,MDA也可作为含有次胺类和亚盐的食物生成N-亚硝胺反应的一种催化剂。由实验数据可知,提取物样品对大鼠肝和脑组织中脂质过氧化均有明显的抑制作用,并随样品浓度的增加抑制率相应增加。对H2O2诱导大鼠肝脂质过氧化也有一定的抑制作用。

参考文献

1.Yagi,K.,ChemistryandPhysicsofLipids,1990,45,337-41.

2.AbouGharbia,H.A.;Shahidi,F.;Shahata,A.A.Y.&Youssef,M.M.,J.Am.OilChem.Soc.,1997,74,215-21.

3.Fukuda,Y.;Nagata,M.;Osawa,T.&Namiki,M.,J.Am.Oil.Chem.Soc.,1986,63,1027-31.

4.Halliwell,B.;Gutteridge,J.M.C.&Aruoma,O.I.,AnalyticalBio2chemistry,1987,165,215-9.

5.Lee-WenChang;Wen-JyeYenetal.,FoodChemistry,2002,78,347-

6.陈勤,抗衰老研究实验方法,北京:中国医药科技出版社,1996,485-92

7.Aruoma,O.I.;Halliwell,B.&Dizdaroglu,M.,J.Bio.Chem.,19,26,3024-8

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