美拉德反應(yīng)在賦予熱加工食品誘人的色澤與風(fēng)味的同時(shí),還會(huì)伴生出丙烯酰胺、5-羥甲基糠醛(HMF)等有害物質(zhì)。其中丙烯酰胺具有顯著的神經(jīng)毒性和致癌性,且在薯片、餅干等淀粉類食品中含量較高,受到了人們的極大關(guān)注。原花青素是黃酮類化合物的一種,具有廣泛的抗氧化、抗癌、抗炎等生物活性,且在自然界中含量豐富,生物安全性高。近年來,多酚對(duì)食品加工過程中危害物的控制開始受到重視。但是,關(guān)于原花青素對(duì)食品中丙烯酰胺和HMF生成的影響尚缺乏系統(tǒng)和深入的研究。本論文從多種植物中分離和制備不同結(jié)構(gòu)的原花青素,鑒定其結(jié)構(gòu),測(cè)定其對(duì)丙烯酰胺和HMF生成的抑制作用的構(gòu)效關(guān)系,并探討干預(yù)機(jī)制,為原花青素資源開發(fā)利用提供基礎(chǔ),為控制食品加工中危害物生成及機(jī)理研究提供新方法和新思路。首先,制備不同結(jié)構(gòu)的原花青素。將高粱麩皮提取物在Sephadex LH-20凝膠柱上用30%甲醇、60%甲醇、80%甲醇、100%甲醇和70%丙酮依次洗脫,其中100%甲醇和70%丙酮洗脫組分分別作為高聚體-1和高聚體-2。以高粱高聚原花青素為原料,分別添加表兒茶素(EC)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)為親核試劑,在酸性條件下降解后液液萃取,制備得到寡聚體-1和寡聚體-2。采用超聲輔助溶劑浸提和柱層析結(jié)合的方法純化蔓越莓原花青素,酸性條件下降解后液液萃取,得到寡聚體-3。從市售葡萄籽原花青素提取物中分液提取,得到寡聚體-4。同時(shí),詳細(xì)研究了高聚體降解制備寡聚體的過程。動(dòng)力學(xué)研究顯示,反應(yīng)初期符合表觀一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,在反應(yīng)后期則速率減緩且表現(xiàn)出較為復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)形態(tài)。升溫可顯著提升反應(yīng)速率,且溫度對(duì)高聚體降解的影響符合阿倫尼烏斯公式,活化能計(jì)算為83.0 kJ/mol。降低pH可促進(jìn)降解反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)EC濃度較低時(shí),添加EC可以加速反應(yīng);而當(dāng)EC充足時(shí),更多的EC并不能改變高聚體的降解速率。建立了中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型,決定系數(shù)R~2達(dá)0.98,優(yōu)化所得最佳條件為:74℃、pH 1.24、61 min、質(zhì)量比0.89,預(yù)測(cè)得率87.0±4.0%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得率86.0±1.2%,與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合。然后,采用正相高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(NP-HPLC MS/MS)、基質(zhì)輔助激光解析離子化-飛行時(shí)間質(zhì)譜法(MALDI-TOF MS)和半胱胺硫解法鑒定了各個(gè)原花青素組分的結(jié)構(gòu)。結(jié)果如下:寡聚體-1、高聚體-1和高聚體-2是由B型連接的兒茶素(CAT)和EC所組成,平均聚合度分別為1.6、6.9和12.2;寡聚體-2的組成單元為CAT、EC和EGCG(占62%);寡聚體-3由CAT和EC組成,含有53.9%的A型連接鍵;寡聚體-4的結(jié)構(gòu)單元為CAT、EC和(E)CG(占10.7%);寡聚體-2、3、4的平均聚合度分別為1.7、1.6、1.6。半胱胺可以作為親核試劑用于原花青素的硫解分析,硫解產(chǎn)物以0.1%三氟乙酸(TFA)和乙腈為流動(dòng)相可以在反相高效液相色譜(RP-HPLC)上良好分離,并根據(jù)保留時(shí)間和質(zhì)譜圖等鑒定了原花青素單體、A型二聚體和相應(yīng)的半胱胺加合物,包括(表)兒茶素-半胱胺加合物、A型二聚體-半胱胺加合物和(表)兒茶素沒食子酸酯-半胱胺加合物。接著,研究了原花青素對(duì)天冬酰胺+葡萄糖模型體系和油炸薯片體系中丙烯酰胺和HMF生成的影響,發(fā)現(xiàn)均表現(xiàn)出抑制作用。在天冬酰胺+葡萄糖模型中,抑制活性在50-200μg/mL范圍內(nèi)隨濃度增高而上升。單體對(duì)丙烯酰胺的抑制率從約30%上升至約70%,對(duì)HMF的抑制率則是從約60%上升至約90%。原花青素對(duì)油炸薯片中丙烯酰胺和HMF的生成的抑制作用,在0.01-0.1 mg/mL范圍內(nèi)隨著濃度的升高而增強(qiáng),在0.1-1 mg/mL范圍內(nèi)則隨濃度升高而減弱。在最佳抑制濃度下,對(duì)丙烯酰胺的抑制率為40%左右,對(duì)HMF的抑制率為50%左右。原花青素結(jié)構(gòu)對(duì)抑制活性的影響(等質(zhì)量濃度下比較):B型連接的原花青素對(duì)丙烯酰胺和對(duì)HMF的抑制活性均強(qiáng)于A型連接的原花青素。聚合度增高,對(duì)HMF的抑制活性顯著降低,對(duì)丙烯酰胺的抑制活性沒有顯著變化。不同結(jié)構(gòu)單元的原花青素對(duì)于丙烯酰胺的抑制率相似,對(duì)于HMF來說,含有沒食子酰結(jié)構(gòu)的原花青素,抑制率較低。進(jìn)一步,以EC為代表,研究了原花青素對(duì)丙烯酰胺和HMF生成的干預(yù)機(jī)制。發(fā)現(xiàn)EC的添加使得天冬酰胺+葡萄糖模型中丙烯酰胺和HMF的生成量下降,而3-脫氧葡萄糖醛酮(3-DG)的生成量上升。在天冬酰胺+HMF模型中,添加EC可以抑制比天冬酰胺+葡萄糖模型中更多的丙烯酰胺,HMF的殘存量也顯著降低(p0.05)。研究發(fā)現(xiàn),EC與HMF在180℃條件下共熱會(huì)生成聚合物,此路徑消耗美拉德反應(yīng)羰基中間體HMF,是EC抑制丙烯酰胺生成的分子機(jī)制。鑒定出了由一個(gè)HMF橋連兩個(gè)CAT/EC單元所組成的二聚加合物,以及由兩個(gè)HMF橋連三個(gè)CAT/EC單元所組成的三聚加合物。發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)體系的褐變主要是由于EC與HMF的聚合,而非EC的自身氧化或聚合等。最后,發(fā)現(xiàn)了EC具有促進(jìn)3-氨基丙酰胺(3-APA)裂解生成丙烯酰胺的作用。提出了一條新的干預(yù)路徑:EC通過與3-APA加合,生成更容易裂解產(chǎn)生丙烯酰胺的Schiff堿類化合物,從而促進(jìn)3-APA向丙烯酰胺的轉(zhuǎn)化。鑒定出了該路徑中5種3-APA與EC的加合物。精確分子量測(cè)定值與理論計(jì)算值相比偏差均小于1.4 mDa,二級(jí)質(zhì)譜與推測(cè)的結(jié)構(gòu)相吻合,五種加合物含量隨時(shí)間的變化規(guī)律也與提出的路徑相吻合。綜合來看,EC可以通過消耗HMF從而抑制丙烯酰胺的生成,也可以通過促進(jìn)3-APA的裂解從而促進(jìn)丙烯酰胺的生成。因此,EC對(duì)于美拉德反應(yīng)中丙烯酰胺的干預(yù)作用是這兩條路徑的綜合結(jié)果,最終表現(xiàn)出的是抑制效果。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TS201.2;TQ28
【部分圖文】：

1.1 原花青素1.1.1 原花青素的結(jié)構(gòu)、分布以及生物活性1.1.1.1 原花青素的結(jié)構(gòu)原花青素是黃烷-3-醇單體聚合而成的化合物，因其在酸性溶液中加熱可產(chǎn)生花青素而得名，又叫做縮合單寧。黃烷-3-醇是一類重要的黃酮類化合物，它具有黃酮類化合物C6-C3-C6 的母核結(jié)構(gòu)，含有兩個(gè)芳環(huán)(環(huán) A、環(huán) B)和一個(gè)雜環(huán)(環(huán) C)。在雜環(huán)的 C2-C3位飽和，C3 位帶有一羥基，因此被稱為黃烷-3-醇。黃烷-3-醇單體的結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，根據(jù) B 環(huán)羥基數(shù)目、C3 位羥基是否沒食子�；褪中蕴荚訕�(gòu)象的不同，有不同結(jié)構(gòu)。其中 B 環(huán)有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)羥基的分別叫做阿福豆素(AFZ)、兒茶素(CAT)、沒食子兒茶素(GC，又叫棓兒茶素)。黃烷-3-醇單體中有兩個(gè)手性碳原子，C2 位絕大多數(shù)是 R 構(gòu)象，C3 位則是 R 和 S 構(gòu)象并存，C3 位羥基與 B 環(huán)順式的冠以“表”字，分別為表阿福豆素(EAF)、表兒茶素(EC)和表沒食子兒茶素(EGC)。若 C3 位羥基被沒食子�；瑒t形成兒茶素沒食子酸酯(CG)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)[1]。

圖 1-2 B 型(圖中 A)和 A 型(圖中 B)原花青素的結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 Structures of B-type (A) and A-type (B) procyanidins花青素的分布青素廣泛存在于多種植物中，是繼木質(zhì)素之后，含量第二大的天然多原花青素含量的報(bào)道多以常見食品為研究對(duì)象。DePascual-Teresa 等[3]蔬菜和飲料等中的原花青素含量，發(fā)現(xiàn)水果中原花青素含量約為 0-5菜中則是 0-154mg/100g 鮮重，茶和酒類中均含有原花青素。EC 是其次是 CAT 和原花青素 B2。Gu 等[2]分析了 88 種水果、蔬菜、谷類和9 種含有原花青素，其中 21 種僅含 CAT/EC 結(jié)構(gòu)單元且為 B 型連接，花青素在其他食品中也是主要成分。在草莓、覆盆子、斑豆和杏仁等豆素組分，葡萄、黑加侖和榛子等中則含有 GC/EGC 的結(jié)構(gòu)，葡萄、心果等還含有 CG/ECG 的結(jié)構(gòu)，蔓越莓、花生、李子、肉桂中則含有素組分。水果尤其是漿果中富含原花青素，含量最高的要數(shù)葡萄籽， 干基[4]。谷物中含有原花青素的主要有高粱、大麥和蕎麥[5,6]，其中 s皮中原花青素可達(dá) 3965mg/100g 鮮重。多種豆類、堅(jiān)果、酒類和巧克

圖 1-3 食品中丙烯酰胺的形成路徑[63]Fig. 1-3 Pathways for the formation of acrylamide in foods.2.3.2 優(yōu)化熱加工過程的參數(shù)和方法美拉德反應(yīng)程度與熱量輸入息息相關(guān)，選擇較低的加工溫度、避免過長(zhǎng)的加熱時(shí)間能減少丙烯酰胺產(chǎn)量。與普通油炸相比，采用低溫真空油炸，可顯著減少薯片中丙胺含量[69]。Palazoglu 等[70]發(fā)現(xiàn)，采用程序控溫的方法，在油炸過程的后期降低油溫有效降低薯?xiàng)l成品中丙烯酰胺的含量。.2.3.3 添加抑制劑1)天冬酰胺酶天冬酰胺酶可以水解天冬酰胺，通過降低天冬酰胺這一前體物質(zhì)的含量，從而抑烯酰胺的生成。據(jù)報(bào)道，使用 10500U/L 的天冬酰胺酶水溶液浸泡處理，可使薯?xiàng)l烯酰胺減少 60-85%，薯片中丙烯酰胺減少 60%[71]。2) pH 調(diào)整計(jì)食品體系較低的 pH 可抑制丙烯酰胺的生成，這可能是因?yàn)榈?pH 可促進(jìn)天冬酰胺-氨基的質(zhì)子化，進(jìn)而阻止其與羰基化合物的親核加成[72]。Jung 等[72]的研究表明，油
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2881905