章銀良，蔡亞玲，李鑫

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，鄭州 450002；2.食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州 450001)

美拉德反應(yīng)(Maillard reaction，MR)是食品熱加工、烹飪及儲存過程中只要含有氨基的氨基酸或蛋白質(zhì)和含有羰基的還原糖，即可發(fā)生的一個無處不在的復(fù)雜的食品化學(xué)反應(yīng)。該反應(yīng)可以產(chǎn)生大量的無色香氣化合物、紫外吸收中間體和深棕色高分子化學(xué)物類黑素等，我們把這些產(chǎn)物稱為美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(Maillard reaction products，MRPs)。大量研究表明，MR過程中會不斷地影響食品的顏色、風(fēng)味、營養(yǎng)價值及安全性等。該反應(yīng)的存在可以使食物得到誘人的色澤、濃郁的芳香和醇厚的滋味而受到人們的大量關(guān)注。然而在得到益處的同時，有些食品在生產(chǎn)中因該反應(yīng)的存在可能會導(dǎo)致食品的營養(yǎng)價值有所下降，如：牛奶和果汁在生產(chǎn)中MR會促進(jìn)產(chǎn)品顏色加深[1]。因此，在食品工業(yè)中，合理地使用MR非常重要。

近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，MRPs雖然與食品的安全性有著非常密切的聯(lián)系，但其在食品的風(fēng)味、貨架期和穩(wěn)定性等方面也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，且具有多種多樣的生物活性如抗氧化、抗菌、抗誘變、降血壓[2]和抑菌性[3]。本文主要針對MRPs在食品中的具體應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，以期為相關(guān)方面課題的研究提供一定的參考，更好地促進(jìn)食品工業(yè)的快速發(fā)展。

1 MRPs對食品風(fēng)味的影響

自從1914年Ruckdeschel報道了MR形成香氣的機(jī)理后，其形成香氣的化合物成為眾多研究者研究的焦點(diǎn)。MR是極其復(fù)雜的，其產(chǎn)物是焙烤食品香氣的重要組成部分，不僅能夠產(chǎn)生大量具有風(fēng)味的化合物，而且能夠焙烤出極具適口性并且可以使消費(fèi)者接受的咖啡、肉和面包等食品[4]。MRPs明顯有助于食品加工和儲存過程中風(fēng)味的形成，一些研究人員因其具有良好的風(fēng)味特性將其運(yùn)用在食品中。國外的研究主要是為了改善食品的風(fēng)味，而國內(nèi)主要是利用MR嘗試制備香精香料，由于這類香精香料主要是由食物所制得的，所以對人們的健康基本上沒有什么影響，正因如此，MR在這方面發(fā)展比較迅速。目前大多數(shù)科學(xué)家對反應(yīng)時間、反應(yīng)底物、反應(yīng)溫度以及分子量大小的MRPs的風(fēng)味進(jìn)行了研究。

1.1 反應(yīng)時間的MRPs對食品風(fēng)味的影響

Cui Chun等[5]研究脫脂花生粕與葡糖糖漿水解物在120 ℃分別反應(yīng)不同的時間來研究其產(chǎn)物的風(fēng)味特性，并運(yùn)用GC-MS測定沙琪瑪中的揮發(fā)性化合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在沙琪瑪中共存在34種揮發(fā)性化合物，主要包括醛類化學(xué)物(8種)、酮類化合物(4種)、酯類化合物(4種)、呋喃化合物(3種)和含氮的化合物(4種)。隨著MR的進(jìn)行，醛的含量增加。由于醛的氣味閾值較低，所以其對食品的香氣產(chǎn)生了巨大的影響。這些結(jié)果表明MRPs可以作為風(fēng)味增強(qiáng)劑來提高沙琪瑪?shù)母泄傩再|(zhì)。李迎楠等[6]以牛肉、牛骨的酶解液和木糖為研究對象，分析了在105 ℃不同反應(yīng)時間(30，45，60，75，90 min)下對MRPs風(fēng)味品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：不同的反應(yīng)時間，MRPs中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類及相對含量存在著明顯的差異，如相對應(yīng)的反應(yīng)時間下分別檢測出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)42，40，43，43，41種。而105 ℃條件下反應(yīng)60 min所得到的MRPs肉香味濃郁，回味悠長，這為MR的風(fēng)味物質(zhì)更好地在食品中的研究應(yīng)用提供了一定的理論參考。

1.2 反應(yīng)底物的MRPs對食品風(fēng)味的影響

由于MR是不同的氨基與羰基之間發(fā)生的非酶褐變反應(yīng)，所以不同的糖和氨基酸或蛋白質(zhì)的種類不同，生成的產(chǎn)物也就不同，不同的產(chǎn)物所呈現(xiàn)出的香味也各不相同。研究表明：大多數(shù)的氨基酸和還原糖相互反應(yīng)可以產(chǎn)生人類所能接受或令人愉悅的香氣，但是也有少部分會發(fā)出難聞的氣味，所以選擇合適的MR底物可以得到所需的特定風(fēng)味物質(zhì)。

王旭等[7]在氨基酸對MRPs呈香特性的研究進(jìn)展中介紹了不同種類氨基酸的MRPs的呈香特性是不同的，如：半胱氨酸和核糖是制備肉味香精最常用的底物；脯氨酸和葡萄糖在酸性條件下可以產(chǎn)生花香氣味。分別從模型體系和真實食物兩個方向闡述了氨基酸對MRPs呈香特性的影響，對預(yù)測MRPs呈香特性提供了很大的幫助。錢敏等[8]利用3種氨基酸(半胱氨酸、甘氨酸、谷氨酸)和2種還原糖(木糖、葡萄糖)作為反應(yīng)底物，在一定的反應(yīng)條件下，模擬MR制備香精，并對其香氣成分進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明：由半胱氨酸參與的反應(yīng)，其產(chǎn)物中有雞肉味；甘氨酸則產(chǎn)生焦糖風(fēng)味，該產(chǎn)物的風(fēng)味十分豐富，且該風(fēng)味更易被人們所接受；而谷氨酸的參與會使反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生苦杏仁等異味。MR過程中，氨基酸種類越多，反應(yīng)后的產(chǎn)物風(fēng)味就越豐富，由3種氨基酸共同參與的反應(yīng)產(chǎn)物，風(fēng)味物質(zhì)最多并且最好。

1.3 反應(yīng)溫度的MRPs對食品風(fēng)味的影響

MR是一個極其復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，受溫度、水分活度、時間和初始pH值的影響較大。在這些因素中，溫度是影響MR速率和食品風(fēng)味特征的最主要因素[9]。

肖作兵等[10]采用GC-MS來分析不同氧化溫度(60～180 ℃)處理條件下濃香雞油進(jìn)行的雞脂-MR的香氣。通過對雞脂-MRPs中含有的氧化合物進(jìn)行分析可知醛類和醇類含量隨溫度的升高而增加，得出氧化溫度在100 ℃時產(chǎn)物的風(fēng)味較佳的結(jié)論。由于雞骨蛋白經(jīng)酶解后可以生成小分子肽和氨基酸，易于與還原糖發(fā)生MR，因此鄭曉杰等[11]研究了不同溫度(60，80，100 ℃)下雞骨酶解液-木糖MRPs揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化規(guī)律，得出溫度是影響雞骨酶解液MRPs揮發(fā)性風(fēng)味成分的一個重要因素，隨著溫度的升高，雞骨酶解液MRPs中揮發(fā)性風(fēng)味成分明顯增加。該研究還表明：雞骨酶解液MRPs中醛、酮、酯類化合物增加，且鑒定出酸類物質(zhì)和雜環(huán)類化合物，其中3-乙基呋喃、2，6-甲基吡嗪等雜環(huán)類化合物對產(chǎn)物整體肉香風(fēng)味形成有著重要的貢獻(xiàn)。

1.4 分子量大小的MRPs的風(fēng)味特征

劉平等[12]為分析不同分子量分布的美拉德產(chǎn)物在清湯中的呈味特性，利用超濾及葡聚糖凝膠色譜技術(shù)將美拉德產(chǎn)物分為小于1000 u，1000～5000 u和大于5000 u 3種不同的分子量大小。結(jié)果表明：不同分子量段的MRPs均不同程度地提升了清湯的鮮味、醇厚味和持續(xù)性，其中1000～5000 u 的美拉德產(chǎn)物增強(qiáng)風(fēng)味的效果最顯著，其次是小于1000 u 的產(chǎn)物。該研究可運(yùn)用在開發(fā)不同產(chǎn)品風(fēng)味增強(qiáng)劑的基料。

目前，MR的探索與研究主要集中在影響MR的因素和條件的優(yōu)化上，對其香氣成分的研究較少。相信隨著反應(yīng)機(jī)理和應(yīng)用研究的不斷深入，利用MR生產(chǎn)天然綠色的天然風(fēng)味物質(zhì)一定會實現(xiàn)。

2 MRPs的抗氧化性能

近十幾年來，抗氧化作用因在醫(yī)療、保健和食品保鮮等領(lǐng)域內(nèi)占有越來越重要的地位而引起人們的普遍關(guān)注。大量的研究表明：MRPs具有多種多樣的生物活性，能夠清除自由基，具有一定的還原力和金屬離子螯合力等。其中，某些產(chǎn)物的抗氧化活性甚至可以和常用的食品添加劑相媲美[13]。因此，目前對MRPs的抗氧化活性的研究成為眾多研究者的摯愛。但其抗氧化活性受很多因素的影響，如不同的加工方式和反應(yīng)體系得出的產(chǎn)物具有不同的抗氧化活性。

2.1 加工方式對MRPs抗氧化性能的影響

食品的加工過程中會發(fā)生MR，而不同的加工方式會對MR產(chǎn)生一定的影響。日常生活中，對食品進(jìn)行的加工方式最常見的是普通加熱方式。隨著社會生活的不斷提高，微波加熱在快節(jié)奏的生活中越來越常見。微波加熱和普通加熱相比，前者不僅可以大大縮短加熱時間、降低生產(chǎn)成本，而且可以提高產(chǎn)率和產(chǎn)品的保藏性[14]。

董樂[15]以DPPH自由基清除率為指標(biāo)，研究了2種氨基酸(脯氨酸和L-賴氨酸)與葡萄糖在不同反應(yīng)條件下微波加熱MRPs的抗氧化活性，由于微波爐的輸出功率大、微波發(fā)射次數(shù)多，所以反應(yīng)物溫度上升得也比較快，使得較低功率(800 W)和較短時間(5 min)下MR即可達(dá)到和普通加熱相同的抗氧化效果。這一研究結(jié)果與魯偉、張凌燕等對精氨酸與葡萄糖MRPs抗氧化活性的研究條件一致[16,17]。顧宗珠等[18]以香菇酶解液和葡萄糖為底物制備的MRPs，相同的微波功率(800 W)條件下，僅僅加熱4 min即可得到理想的MRPs。

2.2 反應(yīng)體系對MRPs抗氧化性能的影響

報道，目前對MR的研究較多地集中在模擬體系、半模擬體系以及溶劑體系中。而不同的反應(yīng)體系對MRPs的抗氧化活性是不同的，因此對不同的反應(yīng)體系下MRPs的研究是非常有必要的。

2.2.1 模擬體系

目前研究中對模擬體系MRPs的抗氧化活性研究較多。Zhang Ru等[19]通過在蘆丁中加入賴氨酸，蘆丁在加熱過程中釋放出鼠李糖和葡萄糖與賴氨酸相互作用，發(fā)生MR，可以使體外自由基清除活性和HepG2細(xì)胞的氧化應(yīng)激作用增強(qiáng)，研究得出賴氨酸MRPs可以增加蘆丁的抗氧化活性。Vhangani Lusani Norah等[20]在不同的反應(yīng)溫度和時間下，以果糖-賴氨酸和核糖-賴氨酸模擬MRPs的抗氧化活性，以DPPH自由基、過氧化氫自由基、羥基自由基清除率以及還原力為測定指標(biāo)來衡量其抗氧化活性，MRPs通過電子轉(zhuǎn)移、氫原子供體和間接金屬鰲合作用顯示其抗氧化活性，得出核糖-賴氨酸比果糖-賴氨酸模擬體系的抗氧化活性更高。Zhang Y等[21]采用木糖、葡萄糖和不同的氨基酸(甘氨酸、賴氨酸、谷氨酰胺和半胱氨酸)模擬MR來制備MRPs，考察不同的反應(yīng)條件對褐變、熒光特性和抗氧化活性的影響，結(jié)果表明糖類和氨基酸不同其抗氧化活性也不相同，大部分的MRPs都具有一定的抗氧化活性，隨著反應(yīng)時間的增加，其抗氧化活性增強(qiáng)，還發(fā)現(xiàn)其抗氧化能力與褐變成正比，但與熒光強(qiáng)度的變化沒有明顯的聯(lián)系。Yilmaz Y等[22]利用組氨酸與葡萄糖在水溶液里進(jìn)行不同時間和溫度的MR，通過測定藻紅蛋白對氧自由基的吸收能力來測定其產(chǎn)物的抗氧化活性，研究發(fā)現(xiàn)在100 ℃加熱30 min其產(chǎn)物沒有抗氧化活性，120 ℃分別加熱10，20，30 min的產(chǎn)物具有極其顯著的抗氧化活性，然而在120 ℃加熱30 min以上產(chǎn)物對自由基的清除活性降低，其可能是因為MRPs早期反應(yīng)階段抗氧化活性退化。因此，為了更好地利用MRPs的抗氧化活性，合理地控制其反應(yīng)條件尤為重要。

2.2.2 半模擬體系

目前對MR的研究多集中在模擬體系而對半模擬體系的研究比較少。2016年章銀良等[23]研究了4種不同品種的魚肉(鰱魚、草魚、鯽魚和鯉魚)蛋白和D-木糖半模擬體系進(jìn)行MR，恒溫油浴加熱制備MRPs，以DPPH自由基清除率作為MRPs的抗氧化活性測定指標(biāo)。研究結(jié)果表明：鯽魚蛋白-D-木糖組合對DPPH自由基的清除率最高，MRPs的抗氧化活性最強(qiáng)。Limsuwanmanee Jutaporn等[24]研究了在100 ℃、pH為12的條件下加熱120 min得到的黃貂魚的非蛋白氮部分與糖(葡萄糖、半乳糖和果糖)模擬體系MRPs的抗氧化活性。結(jié)果表明：經(jīng)過熱處理的黃貂魚非蛋白氮-糖反應(yīng)所產(chǎn)生的MRPs具有抗氧化活性，尤其與果糖的反應(yīng)得到的產(chǎn)物還原力、自由基清除率和對活性氧種類的清除活性明顯比單一的非蛋白氮要高，但是該產(chǎn)物不利于金屬鰲合作用。黃貂魚非蛋白氮和糖發(fā)生的MRPs能夠作為初級或二級抗氧化劑，可以作為一種新型的抗氧化劑運(yùn)用在食品工業(yè)中。

2.2.3 溶劑體系

在目前的相關(guān)文獻(xiàn)中，研究MRPs的抗氧化活性多集中在以水為溶劑的模擬體系，而對非水體系MRPs的抗氧化活性研究較少。章銀良等[25]采用甘氨酸-葡萄糖模擬MR，以甲醇作為溶劑，以DPPH自由基清除率作為抗氧化活性的測定指標(biāo)。該實驗通過與純水體系中MRPs抗氧化活性的對比，確定最佳甲醇體積分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明：在40%甲醇濃度下，MRPs對DPPH自由基清除率最高，抗氧化活性最強(qiáng)。該研究以甲醇作為非水體系的溶劑，考察MRPs在甲醇體系中抗氧化活性的變化，為開發(fā)天然MRPs抗氧化劑提供依據(jù)和參考。張莎莎等[26]以3種醇(甲醇、乙醇、丙醇)為溶劑，木糖-甘氨酸為模擬反應(yīng)的底物，在4 ℃下避光反應(yīng)15天，以去離子水做對比，比較不同醇溶液對MR體系抗氧化能力的影響。以ABTS和DPPH自由基作為評價指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種醇的加入均會促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。雖然3種醇對木糖-甘氨酸美拉德反應(yīng)體系的各個指標(biāo)的影響趨勢相同，但各個指標(biāo)值的變化均高于水(p<0.05)。

3 MRPs的防腐保鮮作用

在食品加工保藏過程中，抑制細(xì)菌生長、防止食品腐敗變質(zhì)是必不可少的環(huán)節(jié)。隨著生活水平的不斷提高，人們安全意識的不斷增強(qiáng)，人們更多地追求天然、無公害的食品。為了防止食物腐敗變質(zhì)，延長食品的貨架期，防腐劑成為食品加工過程中必須添加的成分。生活中最常見的防腐方法有化學(xué)防腐和物理滅菌，但這兩種方法運(yùn)用在食品中都對人體存在一定的危害。化學(xué)防腐劑用來抑菌可能會給人體帶來副作用，在人體內(nèi)長期積累具有一定的毒性；而物理滅菌可能會破壞食品的營養(yǎng)成分。因此開發(fā)天然的防腐劑在食品行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，而MRPs中的一些中間產(chǎn)物被證明具有良好的抗菌性能。

3.1 MRPs對革蘭氏陽性菌的影響

為研究MRPs對常見的革蘭氏陽性食品致病菌(金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和蠟狀芽孢桿菌)的抑制效果，陳金斌等[31]以花蟹肉酶解多肽與木糖為MR底物，通過單因素和正交實驗進(jìn)行優(yōu)化，獲得抑菌效果最佳的MRPs，即：木糖與花蟹肉酶解多肽質(zhì)量比為2∶1，反應(yīng)溫度為120 ℃，反應(yīng)時間為120 min。對蠟狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的MIC值均為15 mg/mL，枯草芽孢桿菌的MIC值為20 mg/mL。該研究表明蟹肉酶解多肽與木糖的MRPs因其良好的抑菌性能，具有開發(fā)成新型抗菌性食品添加劑的潛能。Hjorleifur Einarsson等為研究MRPs對枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用，分別以組氨酸-葡萄糖和精氨酸-木糖不同的組合回流得到MRPs，運(yùn)用部分純化透析將MRPs分子量截留在1000，抑菌效果隨不同的MRPs和不同類型的細(xì)菌而不同。隨著MRPs濃度的增加，分子量高的(大于1000 u)抑菌效果好。董志儉等[32]通過將殼聚糖改性，來研究不同條件下MRPs對金黃色葡萄球菌的抑制效果，得出最佳的抑菌條件為:殼聚糖∶果糖配比1∶1，反應(yīng)溫度121 ℃，反應(yīng)體系初始pH 5.0，反應(yīng)物濃度2%，此時，殼聚糖MRPs的抑菌效果明顯比殼聚糖本身要強(qiáng)。

3.2 MRPs對革蘭氏陰性菌的影響

Li Ming等[33]以氨基與羰基的質(zhì)量比為1∶1的殼聚糖與葡萄糖和麥芽糖進(jìn)行MR，用醇沉法提取MR衍生物CG(低聚殼聚糖和葡萄糖)和CM(低聚殼聚糖和麥芽糖)，研究其對大腸桿菌、銅綠假單胞菌和副溶血性弧菌的抑菌活性。結(jié)果表明：CG和CM的抑菌效果比單一的低聚殼聚糖要好，CG比CM的抑菌活性高，還可以得出與單糖進(jìn)行MR制得的殼聚糖衍生物具有更好的生物活性這樣一個結(jié)論。該研究為制備天然、安全、有效的防腐劑提供了一個很好的途徑。為了證實MR是否能夠提高黃鯽蛋白抗菌液對副溶血弧菌的抑菌效果，阮關(guān)強(qiáng)等[34]利用黃鯽蛋白抗菌液和葡萄糖進(jìn)行MR，在單因素的基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面分析法確定最佳的抑菌條件為：3%的葡萄糖，初始pH為9.0，并在120 ℃加熱100 min。該實驗表明MR可以提高黃鯽蛋白抗菌液的抑菌活性。Trang Vu Thu等首次報道了氨基還原酮而不是類黑精對幽門螺桿菌(共24株，其中19株臨床分離株，5株同基因突變株)的抑菌性。研究發(fā)現(xiàn)：即便在酸性條件下，氨基還原酮在有效的劑量范圍內(nèi)具有不同的殺菌活性。研究體內(nèi)氨基還原酮對幽門螺桿菌的抑制機(jī)理，能夠為食品工業(yè)研發(fā)出健康、安全和高品質(zhì)的食品開創(chuàng)一個新的途徑。

對比歸納近幾年國內(nèi)外MRPs的抑菌效果可以發(fā)現(xiàn)革蘭氏陽性菌對抑制物質(zhì)的敏感性更強(qiáng)，即MRPs對革蘭氏陽性菌的抑制作用強(qiáng)于陰性。

4 前景與展望

MRPs作為食品加工和儲藏過程中自身產(chǎn)生的一類物質(zhì)，可以認(rèn)為是天然的，這在尋找和應(yīng)用天然食品增味劑、抗氧化劑和防腐劑的當(dāng)今食品行業(yè)中具有非常重要的意義。因此，深入研究MR和MRPs的反應(yīng)機(jī)理和條件，控制有害物質(zhì)的生成，運(yùn)用高新檢測技術(shù)與分析方法如高效液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、紅外等更進(jìn)一步地分離、純化及鑒定MRPs，保證食品的質(zhì)量與安全在食品工業(yè)中具有重要的現(xiàn)實意義。利用MR生產(chǎn)天然、綠色以及具有保健作用的天然食品添加劑，不僅在食品工業(yè)，而且在煙草行業(yè)和醫(yī)療行業(yè)均具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

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