手性對(duì)阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系揮發(fā)性產(chǎn)物形成的影響

羅昌榮侯亞龍陳正行

（1.上海煙草集團(tuán)上海牡丹香精香料有限公司，上海 201210；2.花臣香精（昆山）有限公司，上海 200235；3.江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝及技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122）

手性對(duì)阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系揮發(fā)性產(chǎn)物形成的影響

羅昌榮1侯亞龍2陳正行3

（1.上海煙草集團(tuán)上海牡丹香精香料有限公司，上海 201210；2.花臣香精（昆山）有限公司，上海 200235；3.江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝及技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122）

采用HS－SPME－GC／MS分析，研究戊糖／半胱氨酸模型體系揮發(fā)性產(chǎn)物的形成規(guī)律。結(jié)果表明，阿拉伯糖的手性構(gòu)型差異決定其反應(yīng)活性；反應(yīng)120 min內(nèi)，D－阿拉伯糖體系更易產(chǎn)生閾值較低的硫醇和硫醚類風(fēng)味化合物，L－阿拉伯糖則形成了更多閾值較高的醇、酚和烷烴類化合物；反應(yīng)180 min后，D－和L－阿拉伯糖兩反應(yīng)體系中各主要揮發(fā)性產(chǎn)物的含量趨向一致。

阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系；手性；固相微萃取耦合氣質(zhì)聯(lián)用；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

Maillard反應(yīng)是食品科學(xué)研究領(lǐng)域最受關(guān)注的反應(yīng)之一，對(duì)其研究主要集中在對(duì)模型體系中反應(yīng)機(jī)理的闡釋上。由于食品基質(zhì)的復(fù)雜性、反應(yīng)途徑影響因素的多樣性及反應(yīng)活性中間體提取的困難性，使得研究真實(shí)食品體系中的Maillard反應(yīng)變得十分困難。因而Maillard反應(yīng)多基于模型體系進(jìn)行研究。即將單一的氨基酸與糖或其碎片物質(zhì)混和，在不同的熱反應(yīng)條件下研究反應(yīng)機(jī)理?？此坪?jiǎn)單的模型體系可為闡明反應(yīng)機(jī)理提供大量的Maillard反應(yīng)揮發(fā)性產(chǎn)物。自從1953年Hodge［1］首次利用模型體系研究Maillard反應(yīng)并提出了著名的Hodge反應(yīng)路線圖以后，模型體系成為廣受研究者喜愛(ài)和應(yīng)用的研究方法。Parliament等［2］總結(jié)了使用模型體系的優(yōu)點(diǎn)：① 簡(jiǎn)單體系產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物比加熱的食品中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物在種類上要少很多；② 由于特定產(chǎn)物的量更大就更容易分離和鑒別；③ 如果反應(yīng)物已知并且種類有限就更有可能推測(cè)其反應(yīng)途徑；④ 可以模擬加熱食物中或生物體系內(nèi)的Maillard反應(yīng)從而進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而其它方法無(wú)法做到。

在研究各種模型體系的揮發(fā)性產(chǎn)物時(shí)首先要對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，?duì)提取和濃縮揮發(fā)、半揮發(fā)性化合物選擇適當(dāng)?shù)姆治鍪侄?。目前?guó)內(nèi)外最常用的分離和提取不同體系中的揮發(fā)或半揮發(fā)性產(chǎn)物的方法主要包括溶劑萃取法［3］、靜態(tài)頂空法［4］、吹掃捕集法［5，6］、固相微萃取法以及同時(shí)蒸餾萃取法［6－8］等。頂空固相微萃取（HS－SPME）采樣技術(shù)雖然1993年才出現(xiàn)，但已經(jīng)成為分析食品揮發(fā)、半揮發(fā)性風(fēng)味成分的最有發(fā)展前景的技術(shù)［9－12］，是一種快速、簡(jiǎn)便、有效、不使樣品組分發(fā)生變化的分離技術(shù)，近年來(lái)深受研究者的喜愛(ài)，許多研究者［13－15］開(kāi)始使用頂空固相微萃取法分析 Maillard反應(yīng)產(chǎn)物。本試驗(yàn)采用HS－SPME－GC－MS法分析各模型體系的揮發(fā)、半揮發(fā)性產(chǎn)物。手性分子是化學(xué)中結(jié)構(gòu)上鏡像對(duì)稱而又不能完全重合的分子，手性物質(zhì)在熔點(diǎn)等物理性質(zhì)上有差異，一些手性化合物其不同的構(gòu)型具有不同的香氣特征，不同的手性藥物在生理活性或藥效方面具有非常顯著的差別。而手性物質(zhì)對(duì)Miallard反應(yīng)的反應(yīng)活性影響尚未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)通過(guò)建立阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系，通過(guò)比較D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖與半胱氨酸反應(yīng)產(chǎn)物的差異，研究阿拉伯糖的手性構(gòu)型差異對(duì)揮發(fā)性產(chǎn)物形成規(guī)律的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

D－阿拉伯糖：純度＞99%，美國(guó)Sigma公司；

L－半胱氨酸：BR級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)上海試劑有限公司；

L－阿拉伯糖：純度＞99%，美國(guó)Sanland公司；

氯化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉：均為AR級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)上海試劑有限公司。

磁力攪拌器：C－MAG HS 4，德國(guó)IKA公司；

分析天平：AL204型，瑞士Mettler Toledo公司；

p H計(jì)：DELTA 320，瑞士Mettler Toledo公司；

控溫油浴：HE－4，德國(guó)Julabo公司；

氣相色譜儀／質(zhì)譜儀：Finnigan GC2000／Finnigan Trace MS，美國(guó)Finnigan公司；

纖維萃取頭：75μm CAR／PDMS，美國(guó)Supelco公司；

耐壓反應(yīng)管：中國(guó)科學(xué)院有機(jī)化學(xué)所定制。

1.2 方法

1.2.1 反應(yīng)液的制備 稱取D－阿拉伯糖和L－阿拉伯糖，分別與L－半胱氨酸等摩爾溶于0.2 mol／L的p H 5磷酸鹽緩沖溶液中形成濃度為0.2 mol／L的溶液，分別將這兩種溶液裝入5個(gè)具螺旋口的耐壓反應(yīng)管中，擰緊螺旋蓋。在精度為±0.02℃ 油浴中120 ℃分別反應(yīng)20，40，60，120，180 min后，立即取出反應(yīng)管，迅速放入冰水浴冷卻至室溫以下，冷卻后的反應(yīng)樣品放入4℃冰箱備用。

1.2.2 頂空固相微萃?。℉S－SPME） 分別移取8 m L 1.2.1反應(yīng)液加入15 m L頂空瓶，用氯化鈉飽和，放入磁力攪拌子，封好頂空瓶蓋后，置于恒溫磁力攪拌器上40℃恒溫，待瓶?jī)?nèi)溶液溫度穩(wěn)定后，插入萃取頭，恒溫吸附揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)40 min。萃取完成后將萃取頭插入氣相色譜儀進(jìn)樣口，250℃解吸4 min。

1.2.3 氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法

（1）色譜條件：DB－5（60 m×0.32 mm×0.25μm）毛細(xì)管柱，進(jìn)樣口溫度250℃，載氣為氦氣（純度99.999%），氦氣流速1.2 m L／min，分流比10∶1，升溫程序?yàn)?0℃保持2 min，然后以3℃／min升至200℃，接著以5℃／min升至250℃，在250℃保持5 min。

（2）質(zhì)譜條件：質(zhì)譜電離方式為EI，電子能量70 e V，燈絲發(fā)射電流20μA，離子肼溫度200℃，傳輸線溫度250℃。全掃描，m／z33～495。

（3）數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成，未知化合物采用計(jì)算機(jī)及手動(dòng)兩種方式相結(jié)合進(jìn)行檢索，正反匹配度均大于800的結(jié)果給予采用。

2 結(jié)果與討論

2.1 阿拉伯糖的手性結(jié)構(gòu)對(duì)Maillard反應(yīng)揮發(fā)性產(chǎn)物影響

圖1 0.2 M的D－阿拉伯糖模型體系不同反應(yīng)時(shí)間揮發(fā)性產(chǎn)物總離子流圖Figure 1 Total ion chromatogram of volatiles formed from 0.2 M D－arabinose model system during aging

比較圖1和圖2可知，D－阿拉伯糖和L－阿拉伯糖體系在反應(yīng)中前期（20～120 min）的揮發(fā)性產(chǎn)物有較為明顯的差異，揮發(fā)性產(chǎn)物的出峰位置、出峰物質(zhì)的個(gè)數(shù)及各出峰物質(zhì)的峰高均有較明顯差別，但這種差別隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)是逐漸減小的；而180 min的揮發(fā)性產(chǎn)物，無(wú)論是揮發(fā)性產(chǎn)物的出峰位置、出峰物質(zhì)個(gè)數(shù)還是出峰物質(zhì)的峰高均無(wú)明顯差異。對(duì)各時(shí)間段內(nèi)揮發(fā)性產(chǎn)物總峰面積作圖（圖3），比較發(fā)現(xiàn)，D－阿拉伯糖體系揮發(fā)物總量的變化趨勢(shì)明顯不同于L－阿拉伯糖體系的。D－阿拉伯糖體系在40～60 min內(nèi)揮發(fā)性產(chǎn)物量增加不大，而其它時(shí)間段變化較為明顯；而L－阿拉伯糖在20～60 min揮發(fā)性產(chǎn)物量增加較大，60～120 min內(nèi)增幅卻不大。二者在反應(yīng)初期（20 min內(nèi)）和后期（120～180 min）的揮發(fā)物總峰面積相差不多。說(shuō)明反應(yīng)20～120 min，二者的反應(yīng)性存在差別，經(jīng)過(guò)180 min反應(yīng)后二者對(duì)揮發(fā)物總量的貢獻(xiàn)度一致。

圖2 0.2 M的L－阿拉伯糖模型體系不同反應(yīng)時(shí)間揮發(fā)性產(chǎn)物總離子流圖Figure 2 Total ion chromatogram of volatiles formed from 0.2 M L－arabinose model system during aging

圖3 不同反應(yīng)時(shí)間D－、L－阿拉伯糖揮發(fā)物總峰面積比較Figure 3 Comparison of total peak areas of volatiles produced in the D－，L－arabinose model systems during aging

2.2 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應(yīng)20 min揮發(fā)性產(chǎn)物比較

對(duì)比表1、表2可知，反應(yīng)20 min后，L－阿拉伯糖體系的揮發(fā)性產(chǎn)物種類比D－阿拉伯糖體系的略多，從揮發(fā)物總峰面積來(lái)看二者基本沒(méi)有差別；從產(chǎn)物的相對(duì)百分含量來(lái)看，在排序靠前的化合物中，D－阿拉伯糖體系的2－甲基－3－呋喃硫醇和雙（2－甲基－3－呋喃基）二硫醚的百分含量很高，分別占揮發(fā)物總量的第一和第三位，而L－阿拉伯糖體系中這兩種化合物的百分含量分別占第三和第一位；D－阿拉伯糖體系中檸檬烯的百分含量排第二，而其在L－阿拉伯糖體系中的百分含量排在第9位；從烷烴類化合物在兩種體系的百分含量來(lái)看，L－阿拉伯糖體系中的烷烴比例明顯高于D－阿拉伯糖體系中的；D－阿拉伯糖體系中糠醛、糠硫醇、3－巰基－2－戊酮的總峰面積及百分含量均高于L－阿拉伯糖體系的，L－阿拉伯糖體系中2，4－二叔丁基酚、丁基羥基甲苯、薄荷醇、2－己基己醇等醇類化合物的量均高于D－阿拉伯糖體系的，由于硫醇類風(fēng)味化合物的閾值低，而醇、酚類化合物的閾值高，使得短反應(yīng)時(shí)間內(nèi)D－阿拉伯糖對(duì)產(chǎn)物的風(fēng)味貢獻(xiàn)度明顯強(qiáng)于L－阿拉伯糖。

2.3 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應(yīng)40 min揮發(fā)性產(chǎn)物比較

40 min揮發(fā)性產(chǎn)物比較發(fā)現(xiàn)，D－阿拉伯糖體系的雙（2－甲基－3－呋喃基）二硫醚和2－甲基－3－呋喃硫醇的百分含量為17.33%和17.22%，L－阿拉伯糖體系的為13.47%和10.06%，兩種化合物在兩種體系中的百分含量均比20 min的上升較多，并且成為排名1、2的化合物。在D－阿拉伯糖體系中排名前十的其它化合物依序?yàn)闄幟氏?、糠醛、糠硫醇?，4－二叔丁基酚、3－巰基－2－戊酮、2－甲基呋喃、薄荷醇、雙（2－糠基）二硫醚；L－阿拉伯糖體系中的為檸檬烯、2，4－二叔丁基酚、糠醛、糠硫醇、丁基羥基甲苯、雙（2－糠基）二硫醚、十八烷、薄荷醇。從排名順序及百分含量來(lái)看，L－阿拉伯糖體系中的醇類及烷烴類化合物比D－阿拉伯糖體系的高，而硫醇、硫醚的含量較低。

2.4 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應(yīng)60 min揮發(fā)性產(chǎn)物比較

由表1可以看出，兩種體系的60 min產(chǎn)物中硫醇、硫醚類化合物的百分含量繼續(xù)上升，D－阿拉伯糖體系中排名前十的化合物依序?yàn)殡p（2－甲基－3－呋喃基）二硫醚、2－甲基－3－呋喃硫醇、糠硫醇、糠醛、3－巰基－2－戊酮、2，4－二叔丁基酚、2－甲基－3－呋喃基2－氧－3－戊基二硫醚、雙（2－糠基）二硫醚、2－甲基噻吩、薄荷醇；L－阿拉伯糖體系的為雙（2－甲基－3－呋喃基）二硫醚、檸檬烯、2－甲基－3－呋喃硫醇、糠硫醇、糠醛、2，4－二叔丁基酚、3－巰基－2－戊酮、檸檬醛、雙（2－糠基）二硫醚、十六烷。從這個(gè)比較可以發(fā)現(xiàn)D－阿拉伯糖體系產(chǎn)物中少數(shù)幾種肉類特征風(fēng)味化合物含量很高，導(dǎo)致產(chǎn)物整體風(fēng)味帶有強(qiáng)烈肉香的同時(shí)也有較強(qiáng)的硫味，而L－阿拉伯糖體系產(chǎn)物中2－甲基－3－呋喃硫醇及其二硫醚的含量比D－阿拉伯糖體系的低了很多，且總揮發(fā)物量較大，有檸檬烯、檸檬醛、酚類等化合物沖淡了硫味，使得產(chǎn)物的整體風(fēng)味較D－阿拉伯糖的柔和。

2.5 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應(yīng)120 min揮發(fā)性產(chǎn)物比較

反應(yīng)120 min后，D－阿拉伯糖與L－阿拉伯糖模型體系產(chǎn)物中排名1、2的化合物，2－甲基－3－呋喃硫醇、雙（2－甲基－3－呋喃基）二硫醚在D－阿拉伯糖體系中的百分含量為12.95%和11.57%，二 者 在 L－阿 拉 伯 糖 體 系 中 的 為14.56%和15.31%，首次超過(guò)D－阿拉伯糖體系的。其它排序在前的化合物，如2－甲基呋喃、糠硫醇、雙（2－糠基）二硫醚等化合物的百分含量也首次超過(guò)D－阿拉伯糖體系。觀察這些化合物隨反應(yīng)時(shí)間的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在D－阿拉伯糖體系中（除2－甲基呋喃外）這些化合物的百分含量都是隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而增加，在60 min時(shí)達(dá)到最大值，隨后減少；在L－阿拉伯糖體系中，它們同樣是隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而增加，但達(dá)到最大百分含量是在120 min。這說(shuō)明D－阿拉伯糖形成這些化合物的速度較快，峰值出現(xiàn)在60 min，而L－阿拉伯糖形成它們的速度則相對(duì)較慢，峰值出現(xiàn)在120 min。

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

主要揮發(fā)性產(chǎn)物中區(qū)別最大的是檸檬烯，其在D－、L－阿拉伯糖體系中分別為9.25%和0.13%，檸檬烯在D－阿拉伯糖體系中隨反應(yīng)時(shí)間的變化規(guī)律是20 min時(shí)百分含量最大，隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而減少，至120 min時(shí)量再次增多，在180 min又驟減；在L－阿拉伯糖體系中則是20 min時(shí)量很小，隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)量增加，到60 min時(shí)達(dá)到最大值，隨后減少，說(shuō)明在兩種體系中檸檬烯形成的速度不同，在D－阿拉伯糖體系中形成快，由于其形成后很快被還原或轉(zhuǎn)化為其它產(chǎn)物，因此量逐漸減少，但由于體系中的糖并未被完全反應(yīng)掉，因此當(dāng)其減少到一定程度，體系中的殘?zhí)抢^續(xù)反應(yīng)形成檸檬烯；糠醛在兩種體系中的百分含量變化類似檸檬烯，在D－阿拉伯糖中20 min時(shí)的糠醛百分含量最大，隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)其百分含量逐漸下降，而在L－阿拉伯糖體系中40 min時(shí)糠醛百分含量最高，隨后隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而降低，同樣說(shuō)明D－阿拉伯糖體系形成糠醛的速度快于L－阿拉伯糖。

2.6 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應(yīng)180 min揮發(fā)性產(chǎn)物比較

反應(yīng)180 min后，兩反應(yīng)體系中各主要化合物的百分含量趨向一致，說(shuō)明反應(yīng)180 min后兩種阿拉伯糖對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)趨向一致。兩種體系排名前十的化合物均占各自總揮發(fā)物的49%，而反應(yīng)120 min時(shí)兩體系中排名前十的化合物均占各自總揮發(fā)物的59%，說(shuō)明隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)體系中所形成的揮發(fā)性化合物的種類在增加，原來(lái)一些相對(duì)含量比較小的化合物組分含量隨著反應(yīng)的進(jìn)行也在增加，所形成的揮發(fā)性化合物種類也在增加，造成主要的揮發(fā)性化合物的含量比重逐漸下降。

以上結(jié)果表明，D－、L－阿拉伯糖的結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致其與L－半胱氨酸進(jìn)行Maillard反應(yīng)時(shí)，120 min前反應(yīng)活性存在明顯差異，180 min后趨向一致。180 min反應(yīng)時(shí)間（120 min除外）內(nèi)L－阿拉伯糖體系的揮發(fā)性產(chǎn)物總量均高于D－阿拉伯糖體系且產(chǎn)物風(fēng)味柔和，而D－阿拉伯糖在自然界中少見(jiàn)，人工生產(chǎn)成本較高，因此實(shí)際生產(chǎn)中可選用L－阿拉伯糖。

表2 L－阿拉伯糖模型體系不同反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)物分析+Table 2 Analysis of products formed in the L－arabinose model system during aging

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

3 結(jié)論

D－、L－阿拉伯糖的結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致其120 min前反應(yīng)活性差別明顯。D－阿拉伯糖體系易產(chǎn)生閾值較低的硫醇和硫醚類風(fēng)味物質(zhì)，L－阿拉伯糖則形成了更多閾值較高的烯烴、醇、酚及烷烴類化合物；從揮發(fā)性產(chǎn)物的形成規(guī)律來(lái)看，D－阿拉伯糖的 Maillard反應(yīng)速度高于L－阿拉伯糖，反應(yīng)時(shí)間≤60 min時(shí)，D－阿拉伯糖體系產(chǎn)物中肉類特征風(fēng)味物質(zhì)含量高于L－阿拉伯糖體系的，而反應(yīng)120 min后，L－阿拉伯糖體系中的肉類特征風(fēng)味物質(zhì)含量較高。反應(yīng)180 min后，兩反應(yīng)體系中主要揮發(fā)性產(chǎn)物的百分含量趨向一致。

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Effects of chirality of arabinose on formation of volatile flavor compounds in arabinose／cysteine model systems

LUO Chang－rong1HOU Ya－long2CHEN Zheng－xing3

（1.Peony Flavor ＆Fragrance Co.，Ltd.of Shanghai Tobacco Group，Shanghai，201210，China；2.Frutarom Flavors（Kun Shan）Co.，Ltd.，Shanghai，200235，China；3.National Engineering Laboratory for Cereals Fermentation Technology，Wuxi，Jiangsu214122，China）

The formation rules of volatile compounds in arabinose／cysteine systems were investigated originally using headspace－solid phase microextraction coupled with gas chromatography－mass spectrometry analysis.The studies revealed that the chirality of arabinose influenced its reactivity.Within 120 min，D－arabinose／cysteine system favored to the formation of volatiles such as thiols and sulfides.While more alcohols，phenols and alkanes generated in L－arabinose／cysteine system.After 3 hours of reaction，the percentage of each main flavor compound tended to identical.

arabinose／cysteine model system；chirality；SPME／GC／MS；volatile flavor compounds

10.3969／j.issn.1003－5788.2012.01.002

上海市引進(jìn)技術(shù)的吸收與創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：04－20－2）

羅昌榮（1970－），男，上海煙草集團(tuán)高級(jí)工程師。E－mail：luocr＠sh.tobacco.com.cn

2011－11－01