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

《中国食品添加剂》 clliIla‰ d A( ti es 2004 No． 1 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，oH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 Reaction Conditions on Maillard Reaction Between Chitosan and Glucose and Antioxidative Ability of MRPs Zhao)【irong (Department of Food Engineering，Huaiyin Institute of Technology，Huaian 223001) Abstract：Chitosan with free amino groups reacts with gluco~ tO form Maillard products．All pHs，tempertures，reactants’Im m· tios affect reaction content and rate．The obtained products behave excellent solubility and antioxidative ability．It is a new way to develop natural antioxidants． Key words：Chitosan，Glucose，Maillard reaction，Antioxidative蛐 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—3l。 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L4J。如能够 防止植物油的氧化，在人造奶油中添加甘氨酸 一葡 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 8O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 I7 J。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 4．5X 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。 63 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 20o4 No．1 1．3 美拉德反应产物的制备 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 50ml 1％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／m1)加 2．5ml pH =6．6 的磷酸盐缓冲液，加入 2．5inl 1％铁氰化钾，混匀， 50~C恒 温 20min，加 2．5ml 10％三氯 乙酸，离心 (3000r／min)10min，取上清液 2．5ml，加 2．5ml蒸馏 水，加 0．5ml 0．1％ 三氯化铁，于700ran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0．25 mllmol／l浓硫酸，加 5ml 0．25mol／1过氧化氢反应 10min，加 10％碘化钾 20nll，在暗处静置 5min，用 0．5mol／1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=(Vl—V2)×M×34／0．1 其中 Vl和 V2分 别为 空 白个样 品消耗 的 Na2S203的体积(nl1)，M为的 Na2S203浓度，34是 H202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~C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~C，pH5．8，壳聚糖与葡萄糖摩尔比为 1：1) 波长(nrn) 390 400 410 420 430 44O 吸光度(A) 1．79 1．527 1．37 1．124 D．93 O．737 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 64 A值，所以本实验中选择420nm为测定波长。 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 MPRsl。 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9o℃时，反应体系在6 小时就出现了树脂化现象。温度低于 70~C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~C是比较理想的，图 1列出 了在反应温度为 70~C和 80~C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 应温度为 80~C，系列2反应温度为 70℃)反应速率 较快，这与理论值相符。 2．1．4 反应时间的影响 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 为了测定不同壳聚糖 一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。 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2004 No ． 1 0 反应时间(hr) 10 15 圜 图 1 反应时间 一吸光度关系图 从图2和表2可以发现，产物3(系列 2)和4 全，而壳聚糖与葡萄糖摩尔比远小于 1时则反应不 (系列 3)的吸光度值没有明显区别，即当壳聚糖与 完全或者反应速率较慢。 葡萄糖摩尔比接近于 1时，美拉德反应可进行完 表 2 不同重量壳聚糖一葡萄糖对美拉德反应的影响 1 赢 0．5 0 0 5 10 15 反应时间(hr) 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 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 2．2 美德反应产物【MPRs)的还原能力 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／．a) 1 10 50 100 2O0 A 0r 0．010 0．261 0．511 0．793 0．931 2 o 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 20o4 No．1 2．3 美拉德反应产物的抗氧化值 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，MPRsl的抗氧化值较高，与 维生素 C接近，表明壳聚糖 一葡萄糖之间美拉德 反应产物具有较强的抗氧化能力。 表4 MPRs的抗氧化值 样品 ％ L抗氧 2．4 几种 MPRs抗氧化值的比较 表5 不同壳聚糖一葡萄糖摩尔比反应 产物抗氧化值的比较 黼 ％ L 抗靴 值c 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 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一抗氧 化能力关系的在线方法。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 一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 的研究 ．中国油脂，2OO2，27(4)：68—73 2．YamaguchiT．IkiM．Anlioxdation aefivi~ 0fMailland reactionprod— ucts． c．aM Bio1．Chem．，1986(50)：2983—2985 3．A~loor SH．Zent JB．The Mailland Browning 0fc0Ⅱm I amino acids aM 日l ．J．ofFood 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