美拉德反应中咪唑类物质及其前体物α-二羰基化合物的检测、形成与调控研究

发布时间：2020-10-09 01:37

　　美拉德反应(Maillard Reaction)是食品热处理或保藏过程中发生的重要的化学反应,现代食品工业中,人们利用美拉德反应可以生产色香味俱全的食品。但是,美拉德反应过程也伴随着有害物质的形成,如咪唑类物质、丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛等,从而引发人们对该类食品安全方面的关注。本文系统地综述了美拉德反应体系中α-二羰基类物质和咪唑类物质的来源、形成途径、检测方法及调控机制;建立了α-二羰基类物质和咪唑类物质的微萃取方法;分离并鉴定了葡萄糖和赖氨酸模型反应体系中的主要α-二羰基类物质,研究了反应条件对体系中α-二羰基类物质和4-甲基咪唑形成影响;研究了赖氨酸和铵根离子的竞争性美拉德反应机制;分离和鉴定了氨基葡萄糖热超声处理的主要降解产物,探究了氨基葡萄糖热超声处理的美拉德褐变机制。本文的主要研究如下:研究并建立了固相萃取-分散液液微萃取-高效液相色谱法(SPE-DLLME-HPLC-PDA)检测食品基质中三种α-二羰基类物质(乙二醛(GO)、丙酮醛(MGO)和丁二酮(DA))的方法。利用SPE吸附样品基质中的干扰成分,DLLME将目标分析物富集到微量的氯仿中,最后采用HPLC-PDA进行检测。该方法具有分离度高、溶剂消耗低和富集倍数高等特点。在优化的条件下,方法在20-200μg/L范围内线性良好,相关系数均大于0.9975;方法的检出限为5.1-7.5μg/L;方法的加标回收率为91-110%且精密度小于10%。该方法适用于食品基质中痕量α-二羰基类物质的检测。建立了离子交换微固相萃取-高效液相串联质谱(HPLC-MS/MS)同时检测食品样品中的三种咪唑类物质(2-甲基咪唑(2-MEI)、4-MEI和2-乙酰基-4-(1,2,3,4-四羟基丁基)咪唑(THI))的方法。采用阳离子交换的聚合物填料作为微固相萃取吸附剂,通过实验室自制的微萃取装备,实现了饮料基质中咪唑类物质的萃取和净化过程。该样品处理技术极大地简化了咪唑类物质的样品前处理步骤,具有溶剂消耗低、样品处理时间短以及成本低等特点。评估了方法的线性、检出限、回收率和精密度。结果表明:方法在1-200μg/L内线性良好,相关系数均大于0.9991;方法的检出限在0.2-0.3 ng/mL之间;方法的加标回收率为91.5-110.9%,且方法的精密度小于13.1%。最后,将建立的方法应用于含焦糖色素的饮料中咪唑类物质的检测。采用HPLC-MS/MS对葡萄糖和赖氨酸美拉德反应体系中的主要α-二羰基类物质进行分离和鉴定,同时以HPLC-PDA和HPLC-MS/MS法为检测手段,分别探究了在热处理过程中葡萄糖和赖氨酸模型反应体系中α-二羰基类物质和4-MEI的形成规律,研究反应条件对反应体系形成α-二羰基类物质和4-MEI的影响。实验结果表明葡萄糖和赖氨酸反应体系中,葡萄糖能够通过Amadori重排产物降解形成的α-二羰基类物质与氨基酸Strecker降解形成的游离铵根离子反应形成4-MEI。在120℃反应温度下,葡萄糖和赖氨酸模型反应体系中形成MGO与4-MEI具有高的正相关性(相关系数为0.986,P=0.014),然而在140℃反应温度下不具有正相关性,这可能与4-MEI的高温降解有关。研究了赖氨酸与铵根离子的竞争性美拉德反应机制,采用阴离子交换色谱-脉冲安培(HPAEC-PAD)、阳离子交换色谱-抑制性电导(HPCEC-CD)和阴离子交换色谱-抑制性电导(HPAEC-CD)分别检测反应体系中葡萄糖、铵根离子和甲酸含量的变化。实验结果表明赖氨酸能够与氨水发生竞争性消耗体系中的葡萄糖,导致反应体系中MGO和甲酸含量升高。合成并鉴定了葡萄糖和氨水模型反应体系中形成的Amadori重排产物(氨基果糖),以其作为反应底物进一步探讨了赖氨酸对美拉德反应路径4-MEI形成的影响。结果表明赖氨酸能够抑制葡萄糖和氨水以及其Amadori重排产物反应体系中4-MEI的形成,这与赖氨酸对4-MEI的前体物质2-氨基丙醛或甲胺的亲核反应有关。研究了热超声处理对氨基葡萄糖美拉德褐变的影响,分离并鉴定了氨基葡萄糖热超声降解的主要α-二羰基类产物。实验结果表明,热超声处理能够促进氨基葡萄糖反应体系的褐变反应、酸性物质的形成以及反应产物的抗氧化性。在65oC的热超声和热处理体系中,氨基葡萄糖的主要降解产物为葡萄糖醛酮(G)和3-脱氧葡萄糖醛酮(3-DG),外加的超声处理能够促进氨基葡萄糖氧化降解形成G。此外,热超声处理氨基葡萄糖产生的色素中不含4-MEI以及一些短链α-二羰基类物质。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS201.2
【部分图文】：

α-二衍生二胺的紫-5 所二羰基类物生剂，主要胺（OPD）紫外吸收基所示，α-二羰华南理工质的主要手包括 2,4,5-[63]等。近年团等优点，羰基类物质与工大学博士学手段[60]。如-三氨基-6-年来，由于已经成为与 OPD 反应学位论文如图 1-4 为文羟基嘧啶[6于 OPD 衍生HPLC-PD应，生成喹喔文献中常报1]、5,6-二氨生剂具有价格DA 方法应用喔啉衍生物报道的基于氨基,-2,4格低廉、用最广的物（Quino

化学结构,焦糖色素,糖色

提出 4-MEI 每天的摄入量不宜超过 16 μg 的安全水7]。第二年，国际癌症研究机构（IARC）把 4-MEI 列尽管这些咪唑类物质具有潜在的致癌性或免疫毒性，唑类的含量进行限量[90]。欧盟对焦糖色素中的 III 类、I 含量做了严格的限定，III 类焦糖色素 4-MEI 不超过EI 不超过 250 mg/kg[90]。目前国内只对焦糖色素的 4-M焦糖色素中的 4-MEI 含量不得超过 200 mg/kg[99]。的免疫毒性与 THI 有关，研究表明，喂食高浓度的量，导致维生素 B6 含量低[100]，这可能是由于 THI 对进一步的证实。另一些研究还发现，THI 能够通过改疫功能，通过在供给的食物中添加 THI 喂养的小鼠具03]。基于这些风险评估数据，欧盟对 III 类焦糖色素中 10 mg/kg[104]。

亚胺,果糖,形成机理,路线

子反应生成亚胺果糖基胺中间体，该产物进一步与 MGO 进行缩合产生径如图 1-7。2011 年，2-MEI 和 4-MEI 被列入 65 个潜在致癌物，学术界开始对食品中的 2-MEI 和 4-MEI 开展大量的研究工作[82]。Moon 和 Shibamoto[1ziszewski 咪唑合成法[107]，提出了 4-MEI 的形成路径，包括 MGO 与两反应生成 2-氨基丙醛，这个中间体与甲醛进一步缩合、脱水和重排反 1-8）。2014 年，Wu 等[99]提出了一个相反的观点，认为甲醛并不直接过比较丙酮醛-氨水和丙酮醛-氨水-甲醛两种体系发现甲醛并不能增加基础上，他们进一步提出了新的反应路径，并且进一步解释了美拉德大于 2-MEI 的原因：α-二羰基类物质(MGO, GO)和氨水反应产生相应-MEI 和 4-MEI）和有机酸；而 2-MEI 形成路径少，并且 2-MEI 在合成具有大的空间位阻，降低了含氮基团进攻 C2的概率，从而降低了 2-M）。

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