美拉德反应中间体的水相制备及其加工风味形成规律研究

发布时间：2020-07-12 23:03

【摘要】：美拉德反应是热反应香精制备的重要手段,完全美拉德反应产物风味浓郁,但其主要呈香物质理化性质不稳定,特别在烹饪、烘焙等高温加工条件下,香气损失、风味轮廓失真与香味不持久问题突出,使其应用范围受到很大限制。随着人们生活节奏加快,现代化的生活方式促使人们更注重自主烹饪过程中的愉悦感和成就感,这对美拉德反应香精的产品品质又产生了新需求。围绕这一问题,本文采用稳定的风味前体物质作为风味强化剂基料,使其在后续热加工过程中完成美拉德反应,从而获得新鲜风味。选用理化性质较稳定且在高温下易降解形成风味物质的Amadori化合物,建立其加工风味形成技术。由于Amadori化合物传统的制备方法是在有机相进行,成本高昂、污染严重,只适用于理论研究而无法满足现代化工业生产的需要,本文根据半胱氨酸与Amadori化合物的相互作用对美拉德反应后期褐变形成的抑制机制,探索了以半胱氨酸为示踪剂的二阶段变温美拉德反应水相制备Amadori化合物的方法,确定了木糖-苯丙氨酸体系Amadori化合物水相形成的临界条件为:羰氨摩尔比2:1,反应物浓度0.06 g/L,初始pH 7.4,反应温度80°C,反应时间70 min。在此条件下进行美拉德反应,得到的反应液经过分离纯化,获得纯度为98.26%的固体样品,通过质谱和核磁共振技术对该样品的结构进行表征,证实其为木糖-苯丙氨酸体系的Amadori化合物,且在水相介质中5种异构体同时存在且相互转化。采用高效液相色谱法对美拉德反应过程中Amadori化合物进行定量分析,验证了二阶段变温美拉德反应方法的准确性;利用变温美拉德反应分别确定了丙氨酸和天冬氨酸Amadori化合物水相形成条件,并对其进行制备、纯化和表征分析,验证了二阶段变温美拉德反应水相制备Amadori化合物方法的普适性。针对Amadori化合物水相产率较低的问题,本文研究了美拉德反应过程中N-木糖基胺与Amadori化合物的相互转化机制,分析了水分含量对Amadori化合物产率的影响关系,发现在热反应与真空脱水协同进行的过程中,体系N-木糖基胺含量逐渐降为零,Amadori化合物的含量与脱氧糖酮含量上升,但脱氧糖酮浓度的增量明显低于Amadori化合物,以此提出控温反应-真空脱水协同作用对Amadori化合物水相定向形成具有关键作用,明确了这种协同作用通过逐步、动态的过程促进Amadori化合物的形成、积累,实现了Amadori化合物水相定向制备。进一步优化了美拉德反应关键参数,将Amadori化合物的水相转化率由13.62%提高至47.23%。在此基础上进一步分析了添加亚硫酸钠促进Amadori化合物定向形成的机制,研究发现了亚硫酸钠的pH缓冲效应在美拉德反应中的关键作用,明晰了亚硫酸钠添加量、pH值对木糖-苯丙氨酸向Amadori化合物定向高效转化的影响,发现在最优pH 7.4时添加亚硫酸钠可使体系pH稳定在最佳水平,可将Amadori化合物的水相产率由47.23%提高至74.86%。最终确定木糖-苯丙氨酸Amadori化合物的水相制备最佳条件为:亚硫酸钠添加量4.00%,反应初始pH 7.4,常压反应温度90°C、常压反应时间60 min,减压脱水温度90°C、脱水时间20 min。利用控温反应-真空脱水协同作用制备木糖-苯丙氨酸体系的Amadori化合物,经过分离纯化后分别在不同条件下储藏60 d。明确了Amadori化合物在 15°C、4°C和25°C的储藏条件下都表现出良好的稳定性,而在37°C条件下储藏或与游离氨基酸共存时,稳定性降低。另外发现中性或酸性pH环境比碱性环境更有利于Amadori化合物的稳定。然而完全美拉德反应产物在25°C储藏60 d的过程中稳定性较差,储藏过程中溶液的风味轮廓发生较大改变,且溶液中颗粒粒径显著增加。研究完全美拉德反应产物和Amadori化合物在热加工过程中的变化规律,发现完全美拉德反应产物在100°C条件下反应的过程中总挥发性物质浓度降低,整体风味轮廓发生改变,且溶液中颗粒粒径大幅增加;Amadori化合物在100°C加热条件下能够发生快速降解,并形成挥发性物质及类黑素。进一步对Amadori化合物热降解的动力学特征进行分析,确定木糖-苯丙氨酸Amadori化合物水相降解的反应过程为二级反应,活化能E_a为80.10 kJ/mol;木糖-苯丙氨酸体系由Amadori化合物形成褐变产物的反应过程为零级反应,活化能E_a为28.57 kJ/mol。在100°C、80 min时Amadori化合物形成的风味物质浓度最大,分别是完全美拉德反应产物样品和木糖-苯丙氨酸混合物样品的9.44倍和8.77倍,明显表现出在后续热加工过程风味形成的优势。进一步对Amadori化合物的体外抗氧化性进行研究,并与完全美拉德反应产物及木糖-苯丙氨酸混合物进行对照,发现木糖-苯丙氨酸体系的Amadori化合物在浓度0.2~1.2 mg/mL范围内具有一定的Fe~(2+)螯合能力、还原力和自由基清除能力。自由基电子可以到达木糖残基上的羰基或与羰基相邻的羟基碳形成分子内氢键,在自由基链反应中生成了热力学稳定的自由基中间体,从而抑制了氧化反应的进行。实验证实完全美拉德反应产物的抗氧化性较Amadori化合物强,Amadori化合物可与完全美拉德反应产物复配,作为抗氧化剂应用到熟食或半加工食品中,提高食品产品质量与稳定性。将木糖-苯丙氨酸Amadori化合物应用于桃酥中,并对桃酥进行感官评定,发现添加Amadori化合物的桃酥较空白样在入口前烘烤香显著,入口后香气更浓郁,花果香尤为突出,多种香气融合效果理想。Amadori化合物在桃酥焙烤过程中发生美拉德反应,形成更多的挥发性物质。在桃酥烘焙过程中,一部分气态组分保留在桃酥内部,并使其形成疏松多孔的结构特征,改善桃酥的酥脆口感。留存在桃酥内部的香气成分在口腔咀嚼的过程中释放出来,提高了桃酥香气的持续感,有效改善了桃酥的感官品质。由于固体Amadori化合物在温度升高的过程中表现出加工风味受控形成的特征,本文将木糖-苯丙氨酸体系的Amadori化合物应用于卷烟中,发现其能够明显改善卷烟香气量和香气质,并且使卷烟的主流烟气中自由基的含量降低了28.15%,证实了Amadori化合物在烟草加香和减害方面的良好效果。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS201.2
【图文】：

制投入了极大的兴趣，使之成为风味化学领域重要的研究对象和香精用手段[32]。拉德反应产物在风味工业的应用拉德反应历程德反应是由羰氨反应引起的一系列平行发生而又相互影响、交错参与品风味和色泽形成的重要基础，直接影响着食品的营养、安全、感官33]。上世纪五十年代以来，化学分析和物质结构表征的技术取得长足进机理也随之逐渐明晰[32]。 1953 年 Hodge 提出的反应历程理论，美拉德反应分为三个阶段，如先，糖的羰基与氨基酸的氨基发生亲核加成反应，形成糖基胺席夫碱i 重排或 Heyns 重排形成较为稳定的中间体 1-氨基-1-脱氧-2-酮糖（Ama2-氨基-2-脱氧-1-醛糖（Heyns 化合物）[28]。Amadori 化合物和 Heyns 化初级阶段生成的关键产物，常用作指示食品热加工程度的标志性指标

江南大学博士学位论文贮藏时的变化，明确 Amadori 化合物在常温和低温贮藏条件下的稳定性以及完全美拉德反应产物在贮藏过程中风味消退的特征。② 美拉德反应中间体的加工风味形成规律水相制备美拉德反应中间体，考察 Amadori 化合物溶液在不同条件下的热解规律以及形成风味的能力和速率，分析 Amadori 化合物与完全美拉德反应溶液在热处理过程中的风味轮廓及风味物质组成的变化。明确 Amadori 化合物与完全美拉德反应固体在加热过程中稳定性的动态变化规律，分析其热解特点与差异。③ 美拉德反应中间体的抗氧化能力水相制备美拉德反应中间体，利用分光光度法和电子自旋共振法（ESR）测定中间体的抗氧化能力，考察其 DPPH 清除能力、还原性以及 Fe2+螯合能力等一般抗氧化能力明确其 OH 、O2- 等活性氧自由基清除作用及稳定性。

图 2-11 不同洗脱体积的洗脱组分与 DNS 反应产物的 A540-11 A540of the reaction product derived from DNS and the elution at different elution vmadori 化合物的超高效液相色谱-质谱联用分析超高效液相色谱-质谱联用仪对纯化后的 Amadori 化合物进行分析， Amadori 化合物纯度为 98.26%。通过质谱进行样品的元素组成分析反应中间体的结构信息。样品在保留时间 4.21min 处的总离子色谱图图 2-12a），其质谱信息如图 2-12（b）所示，纯化样品的碎片特征与120]，该物质可被命名为 N-1-脱氧-D-木酮糖基-1-苯丙氨酸（N-(1-deoxy-Denylalanine），证实为木糖-苯丙氨酸 Amadori 化合物（相对分子质量 20.00.10.20.30 200 400 600洗脱体积（mL）

本文编号：2752603