丙氨酸和丁二酮Maillard反應(yīng)形成烷基吡嗪化合物動力學(xué)分析

林珮璇，張宏婧，陳繼承

（福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002）

美拉德反應(yīng)是食品熱加工或長期貯藏后香氣和色澤至關(guān)重要的來源[1]。烷基吡嗪[2]作為揮發(fā)性美拉德反應(yīng)產(chǎn)物其中一類獨(dú)特的風(fēng)味物質(zhì)，具有烤香、咖啡香、肉香、炒芝麻香、堅(jiān)果香、花生香等強(qiáng)烈的芳香特征。烷基吡嗪既可單獨(dú)使用，也可與其他香氣產(chǎn)生疊加效果，使香味更加豐富多彩。對咖啡和面包等烘焙食品[3-4]，葵花籽油等糧油產(chǎn)品[5]，醋類、酒類和醬類等發(fā)酵制品[6-7]的風(fēng)味品質(zhì)評價(jià)都具有重要指導(dǎo)性意見。一直是香精香料學(xué)、食品加工工藝學(xué)、食品化學(xué)等領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

美拉德反應(yīng)是羰基化合物和氨基化合物的反應(yīng)，底物雖簡單但所涉及的生成路徑、反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜多樣并且受多種反應(yīng)條件影響，機(jī)制復(fù)雜[8]。Zhao Jian[9]和Zhan Huan[10]等均認(rèn)為反應(yīng)溫度和時(shí)間是影響美拉德反應(yīng)產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)的重要因素。Scalone等[11]研究也發(fā)現(xiàn)反應(yīng)pH值影響風(fēng)味物質(zhì)種類及含量。烷基吡嗪的形成與羰基化合物密切相關(guān)，但仍存在很大爭議[12-13]。Strecker降解是生成路徑之一[14-15]，Strecker降解涉及α-氨基羰基化合物的生成、縮合與氧化。α-氨基羰基化合物衍生自碳水化合物降解產(chǎn)生的二羰基化合物，在堿性、高溫等條件下與氨基酸結(jié)合生成[9,16-17]。α-氨基羰基化合物通過縮合反應(yīng)生成二氫吡嗪，二氫吡嗪作為重要的中間產(chǎn)物發(fā)生自氧化反應(yīng)或與羰基化合物反應(yīng)生成吡嗪類化合物[11,18]。烷基吡嗪的形成已在各種反應(yīng)體系中進(jìn)行了模擬研究，但建立的反應(yīng)體系大多數(shù)集中于以糖類化合物或具有相似結(jié)構(gòu)的化合物為碳源。多項(xiàng)研究[19-23]均以抗壞血酸為主體，與不同氨基酸建立反應(yīng)體系探究吡嗪等芳香化合物的生成影響，且表示吡嗪化合物的生成過程中氨基酸只提供氮源，對碳骨架沒有影響。Adams等[24]對吡嗪的生成探討也基于抗壞血酸和氨基酸反應(yīng)體系。也有部分研究涉及肽類對吡嗪類化合物生成的影響，但碳源底物大多仍以糖類化合物為主[15,25-26]。在糖類化合物參與的美拉德反應(yīng)中會有部分糖類化合物參與發(fā)生焦糖化反應(yīng)[27]，焦糖化反應(yīng)會引起褐變現(xiàn)象，而對風(fēng)味貢獻(xiàn)較小。烷基吡嗪的生成途徑是從α-氨基酮開始，這是二羰基化合物與氨基酸通過Strecker降解縮合的產(chǎn)物[28-29]。在美拉德反應(yīng)中二羰基化合物是烷基吡嗪生成的關(guān)鍵前體。Yu Ainong等[22-23]的研究也表示吡嗪芳香化合物的生成可能與L-抗壞血酸熱降解過程中產(chǎn)生的一系列活性中間體，如乙二醛、丙酮醛、羥基丁二酮和丁二酮等密切相關(guān)。但較少研究涉及建立以α-二羰基化合物為碳源底物的反應(yīng)體系，同時(shí)關(guān)于烷基吡嗪生成動力學(xué)也缺少討論。另有研究指出乙偶姻是烷基吡嗪生成的重要前體物質(zhì)之一，2,3-丁二酮（2,3-butanedione, 2,3-BD）又為乙偶姻的下游物質(zhì)[30]。因此，本實(shí)驗(yàn)選以2,3-BD為美拉德反應(yīng)羰基化合物來源，構(gòu)建丙氨酸（alanine，Ala）-2,3-BD反應(yīng)體系，通過高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法研究反應(yīng)溫度、時(shí)間、pH值對烷基類吡嗪化合物生成規(guī)律的影響，并通過數(shù)學(xué)擬合構(gòu)建動力學(xué)模型，確定烷基類吡嗪化合物的表觀活化能，以期為深入探討吡嗪類化合物反應(yīng)機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

8 種標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)品（≥99%）：2,3-二甲基吡嗪（2,3-dimethylpyrazine，2,3-DMP）、2,5-二甲基吡嗪（2,5-dimethylpyrazine，2,5-DMP）、2,6-二甲基吡嗪（2,6-dimethylpyrazine，2,6-DMP）、2,3,5-三甲基吡嗪（2,3,5-trimethylpyrazine，TriMP）、四甲基吡嗪（tetramethylpyrazine，TMP）、乙基吡嗪（ethylpyrazines，EP）、2-乙基-3-甲基吡嗪（2-ethyl-3-methylpyrazine，EP-3-MP）和2-乙基-5-甲基吡嗪（2-ethyl-5-methylpyrazine，EP-5-MP） 上海源葉生物科技有限公司；Ala、2,3-BD、鹽酸、氫氧化鈉、Na2HPO4·12H2O和NaH2PO4·2H2O 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醇、乙腈（均為色譜級） 德國默克公司；實(shí)驗(yàn)用水是超純水，使用Millipore公司的Direct-Q UV 3系統(tǒng)（18.2 MΩ·cm）生產(chǎn)；所有化學(xué)藥品均為超純或分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FE28-standard pH計(jì) 上海梅特勒-托利多儀器有限公司；MX-S渦旋振蕩器 北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器股份公司；DHG-9245A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；水熱合成反應(yīng)釜 上海秋佐科技有限公司；2695-2998 HPLC儀、XBridge C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm） 美國Waters公司。

1.3 方法

1.3.1 不同pH值磷酸鹽緩沖液的制備

0.2 mol/L Na2HPO4的制備：稱取71.628 0 g Na2HPO4·12H2O定容至1 000 mL容量瓶；0.2 mol/L NaH2PO4的制備：稱取31.200 0 g NaH2PO4·2H2O定容至1 000 mL容量瓶。其中0.2 mol/L NaH2PO4的pH 4.2，按照一定體積比進(jìn)行均勻混合配制得pH值分別為5、6、7、8和9的磷酸鹽緩沖液（現(xiàn)配現(xiàn)用）。

1.3.2 體系反應(yīng)液的制備

將Ala（1 mmol）溶解于10 mL Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液中，通過0.1 mol/L NaOH溶液進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)。隨后2,3-BD（1 mmol）加入溶液中，充分渦旋混合液并密封于水熱合成反應(yīng)釜中，置于鼓風(fēng)干燥箱中反應(yīng)。模型反應(yīng)初始濃度為Ala∶2,3-BD=0.1 mol/L∶0.1 mol/L，每個(gè)樣品重復(fù)進(jìn)行3 次。待反應(yīng)結(jié)束，迅速冰浴冷卻終止反應(yīng)，進(jìn)行HPLC分析。

在反應(yīng)溫度90 ℃、反應(yīng)pH 9，考察反應(yīng)時(shí)間（2、4、6、8、10 h和12 h）對Ala-2,3-BD反應(yīng)體系生成烷基類吡嗪化合物的影響。

在反應(yīng)時(shí)間4 h、反應(yīng)pH 9，考察反應(yīng)溫度（60、80、90、100 ℃和120 ℃）對Ala-2,3-BD反應(yīng)體系生成烷基類吡嗪化合物的影響。

在反應(yīng)時(shí)間2 h、反應(yīng)溫度60 ℃條件下，考察pH值（4.2、5、6、7、8和9）對Ala-2,3-BD反應(yīng)體系生成烷基類吡嗪化合物的影響。

1.3.3 HPLC分析

參考課題組前期方法[31]，并稍作改進(jìn)。使用XBridge C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）進(jìn)行色譜分離，將樣品（10 μL）注入HPLC系統(tǒng)。流動相A為乙腈，B為0.1%甲酸和0.1%三氟乙酸混合溶液。流速設(shè)置為1.0 mL/min，柱溫為40 ℃，檢測波長為275 nm。梯度洗脫程序見表1。

表1 HPLC梯度洗脫程序Table 1 HPLC gradient elution program

1.3.4 動力學(xué)模型

通過線性或非線性方程擬合將動力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為不同溫度下的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)回歸系數(shù)（R2）評估所建立模型的性能。根據(jù)零級和一級反應(yīng)動力學(xué)的生成濃度（Ct，lnCt）相對于反應(yīng)時(shí)間t（h）的線性回歸得到烷基類吡嗪化合物的反應(yīng)速率（k）。通過Arrhenius方程確定烷基類吡嗪化合物的表觀活化能（Ea）。零級動力學(xué)、一級動力學(xué)、Arrhenius方程分別如式（1）～（3）所示：

式中：Ct為烷基類吡嗪化合物濃度/（mmol/L）；C0為反應(yīng)初始濃度/（mmol/L）；k、k0和k1為反應(yīng)速率常數(shù)/（mmol/（L·h））；A為指前因子/h-1；T為熱力學(xué)溫度/K；R為氣體摩爾常數(shù)（8.314 J/（mol·K））。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 9.0軟件（美國Origin Lab Corporation）進(jìn)行線性回歸分析和動力學(xué)常數(shù)計(jì)算。應(yīng)用SPSS分析軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）和均值比較。P＜0.05，差異顯著，結(jié)果平行重復(fù)3 次，表示為。

2 結(jié)果與分析

2.1 烷基吡嗪化合物生成隨反應(yīng)時(shí)間變化的關(guān)系

Ala-2,3-BD反應(yīng)體系中共檢測了5 種甲基類吡嗪化合物：2,3-DMP、2,5-DMP、2,6-DMP、TriMP和TMP，其中2,3-DMP、2,5-DMP和2,6-DMP總概括為DMPs；3種乙基類吡嗪：EP、E-3-MP和E-5-MP。如圖1所示，對于甲基類吡嗪而言，總含量隨時(shí)間延長逐步累積（P＜0.05），在反應(yīng)前中段范圍內(nèi)（2～8 h）含量積聚變化幅度大，8 h后增速變化相對較為平緩。由圖1A觀察到，TriMP隨反應(yīng)時(shí)間變化趨勢與總含量相似，反應(yīng)10 h后含量趨于穩(wěn)定（P＞0.05）。DMPs反應(yīng)8 h后含量增長也趨于平緩，其中2,6-DMP在體系反應(yīng)中生成量最小，在2～12 h之間，質(zhì)量濃度從1.28 mg/L上升至2.01 mg/L；2,5-DMP隨時(shí)間的延長穩(wěn)步增長，質(zhì)量濃度最高達(dá)13.74 mg/mL；不同的是，2,3-DMP的增長速率在反應(yīng)后段（12 h）含量略有下降。分子質(zhì)量相同且共同具有2個(gè)甲基取代位點(diǎn)的2,3-DMP、2,5-DMP和2,6-DMP生成表現(xiàn)不同與其生成路徑密切相關(guān)[32]，在Yu Ainong等[23]研究中檢出的甲基類吡嗪中2,5-DMP也具有較高的檢出量。值得注意的是，TMP具有較大的占比，對總甲基類吡嗪化合物的貢獻(xiàn)率高達(dá)39.3%～42.7%，并與反應(yīng)時(shí)間延長呈正相關(guān)。Xiao Zijun等[30]研究指出乙偶姻是四甲基吡嗪的前體物質(zhì)，并且課題組前期研究[33]也證實(shí)乙偶姻與四甲基吡嗪生成具有良好的正相關(guān)。2,3-BD作為乙偶姻的下游物質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一定程度上也說明了以2,3-BD作為前體物質(zhì)對TMP的生成具有一定優(yōu)勢性?？傮w而言，甲基類吡嗪化合物與反應(yīng)時(shí)間具有良好的量效關(guān)系（P＜0.05）。

圖1 Ala-2,3-BD反應(yīng)體系中甲基類吡嗪（A）和乙基類吡嗪（B）化合物質(zhì)量濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化Fig. 1 Relationship between methyl pyrazine (A) and ethyl pyrazine (B)concentrations and reaction time

如圖1B所示，乙基類吡嗪化合物較甲基類吡嗪化合物總生成量大，且隨時(shí)間的延長顯著增加（P＜0.05）。圖1B中明顯觀察到EP具有較大的生成量。EP是吡嗪環(huán)的2-位經(jīng)甲基單取代而來，Yu Ainong等[23]在L-抗壞血酸和L-谷氨酸反應(yīng)體系研究中曾指出此類乙基吡嗪類化合物是來自抗壞血酸降解產(chǎn)生的丁二酮，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有共通性，2,3-BD為吡嗪類化合物生成直接創(chuàng)造了前體物質(zhì)條件。反應(yīng)時(shí)間的延長對EP和EP-5-MP都具有很大的促進(jìn)作用，經(jīng)12 h反應(yīng)后的質(zhì)量濃度最高，分別達(dá)到44.82 mg/L和28.72 mg/L。反應(yīng)時(shí)間對EP-3-MP的作用不突出，EP-3-MP在整個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)整體變化較為平緩，在2～12 h之間，質(zhì)量濃度僅從9.53 mg/L上升至14.83 mg/L，但在短時(shí)反應(yīng)下也具有一定生成比例因此可能其于體系反應(yīng)的前段已積聚產(chǎn)生。

2.2 烷基吡嗪化合物生成隨反應(yīng)溫度變化的關(guān)系

溫度是美拉德反應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)控因素[10]。如圖2所示，在60～120 ℃，反應(yīng)4 h，體系鑒定得到烷基吡嗪種類齊全且具有顯著差異（P＜0.05）。由圖2A可知，甲基類吡嗪含量隨溫度變化顯著（P＜0.05），在100 ℃條件下總質(zhì)量濃度達(dá)到最高值42.95 mg/L，隨溫度的遞增含量出現(xiàn)了回落。TriMP、TMP和2,3-DMP隨溫度變化趨勢均與總含量表現(xiàn)相似。其中TriMP和2,3-DMP在100 ℃溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢，且生成量達(dá)到最高分別為8.87 mg/L和6.89 mg/L。TMP生成表現(xiàn)略有差別，在90 ℃時(shí)達(dá)到最高生成量（15.84 mg/L）隨后呈下降趨勢，但在120 ℃條件下仍有22.6%的檢出率，在所有甲基類吡嗪中具有較高的檢出比例。由圖2A明顯觀察到TMP和2,5-DMP產(chǎn)生量在體系中具有較高的占比，不同的是2,5-DMP在高溫條件下（90～120 ℃）含量仍呈積聚現(xiàn)象。2,6-DMP隨溫度變化同2,5-DMP呈增加趨勢，但積聚效果稍低?？傮w而言，甲基類吡嗪對溫度具有較大敏感性，溫度促進(jìn)作用明顯，在2,3-BD的反應(yīng)體系下為吡嗪化合物的生成創(chuàng)造了更明確的前體條件，減少了前期副產(chǎn)物的生成，但與此同時(shí)，長時(shí)間過高溫度的反應(yīng)也加速了美拉德反應(yīng)進(jìn)程，推進(jìn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化更多生成了如類黑精等物質(zhì)，從而出現(xiàn)吡嗪類化合物含量降低現(xiàn)象[34]。

圖2 Ala-2,3-BD反應(yīng)體系中甲基類吡嗪（A）和乙基類吡嗪（B）化合物含量隨反應(yīng)溫度的變化Fig. 2 Relationship betweenmethyl pyrazine (A) and ethyl pyrazine (B)concentrations and reaction temperature

如圖2B所示，乙基類吡嗪化合物隨溫度變化呈現(xiàn)正相關(guān)性（P＜0.05）。其中EP和E-5-MP隨溫度升高均呈較大幅度增加，最高質(zhì)量濃度分別達(dá)到42.12 mg/L和18.64 mg/L。E-3-MP隨溫度變化最為平緩，60～120 ℃含量僅增加了27.8%，與時(shí)間變化趨勢相同。但在低溫條件下，E-5-MP在體系中的生成比例低于E-3-MP，說明E-5-MP的生成需要一定溫度條件驅(qū)動才有利于激發(fā)。對體系中烷基類吡嗪總體而言，乙基類吡嗪化合物總質(zhì)量濃度較甲基類吡嗪化合物質(zhì)量濃度高33.32 mg/L，這主要?dú)w因于EP對總含量的貢獻(xiàn)。在100 ℃條件下，EP占比高達(dá)58.20%。譚志偉等[35]建立的抗壞血酸-賴氨酸反應(yīng)體系中，2,5-DMP、E-5-MP和E-3-MP隨溫度變化具有同樣效果，進(jìn)而分析高溫有利于α-二羰基化合物發(fā)生縮合反應(yīng)從而利于吡嗪的生成。不同取代基的吡嗪化合物隨時(shí)間和溫度的增加表現(xiàn)出不同的變化趨勢這可能與復(fù)雜的美拉德反應(yīng)進(jìn)程，吡嗪化合物生成機(jī)理、反應(yīng)速率密切相關(guān)[36]。

2.3 反應(yīng)pH值對烷基吡嗪化合物生成影響

表2 pH值對Ala-2,3-BD反應(yīng)體系中烷基類吡嗪化合物生成影響Table 2 Effect of pH on the formation of alkylpyrazines

在不同pH值反應(yīng)體系溶液中進(jìn)行8 種吡嗪化合物的生成鑒定。隨著反應(yīng)pH值的升高，吡嗪含量顯著增加。由表2可知，當(dāng)反應(yīng)溶液pH值小于6時(shí)，除EP外體系中未檢測出其他類吡嗪；當(dāng)反應(yīng)溶液pH值大于6時(shí)，吡嗪檢出種類明顯豐富且含量有所增加，與前人結(jié)論一致[22]。在pH 6的溶液中開始達(dá)到3種乙基類吡嗪檢出的條件，但甲基類吡嗪仍有部分缺失。本研究中，在pH 8～9溶液中，目標(biāo)烷基類吡嗪化合物得到完全檢出，值得注意的是，僅TMP和E-3-MP含量上具有顯著差異（P＜0.05），但在pH 9時(shí)，吡嗪總質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加至31.52 mg/L（P＜0.05），與前期研究[21,37]發(fā)現(xiàn)一致趨勢。結(jié)果證明，堿性條件下更有利于吡嗪化合物的生成，堿性條件下可能有利于促進(jìn)氨基和羰氨的反應(yīng)性，使美拉德反應(yīng)發(fā)生更劇烈從而促進(jìn)吡嗪的生成[20,37]。

2.4 動力學(xué)研究

相關(guān)研究表明[10]，不同美拉德反應(yīng)步驟對溫度敏感性不同，它們可能不遵循相同的動力學(xué)模型。為更好地分析烷基類吡嗪化合物的生成，綜合前面不同溫度和時(shí)間的變化趨勢，建立60～90 ℃范圍內(nèi)烷基類吡嗪形成的動力學(xué)模型，并用相關(guān)系數(shù)R2測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型的擬合優(yōu)度。體系制備的Ala和2,3-BD的初始濃度均為0.1 mol/L。

圖3 在60、80 ℃和90 ℃處理溫度下Ala-2,3-BD反應(yīng)體系6 種烷基吡嗪化合物動力學(xué)模型擬合Fig. 3 Kinetic models for the formation of six alkylpyrazines at reaction temperatures of 60, 80 and 90 ℃

表3 Ala-2,3-BD反應(yīng)體系中6 種烷基吡嗪化合物動力學(xué)分析Table 3 Kinetic parameters for the formation of six alkylpyrazines

從圖3、表3可以看出，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越長，產(chǎn)生的烷基類吡嗪也越多，這與前期研究具有一致性[34,38]。圖3A顯示DMPs的形成較好地?cái)M合了一級動力學(xué)模型，速率常數(shù)k在60、80、90 ℃條件下分別為0.038 64、0.054 32、0.060 21 mmol/（L·h），并且R2均大于0.9。如圖3B、C所示，在60 ℃條件下反應(yīng)2 h，TriMP平均產(chǎn)量從0.020 19 mmol/L提高到0.084 03 mmol/L（120 ℃條件下反應(yīng)12 h），TMP從0.018 53 mmol/L 提高到0.174 1 mmol/L，在不同時(shí)間下TMP隨反應(yīng)溫度升高的濃度變化較TriMP高。與DMPs不同，具有3個(gè)甲基取代位點(diǎn)和4個(gè)甲基取代位點(diǎn)的TriMP和TMP生成均較好的符合零級動力學(xué)模型，與前期研究一致[38]。TriMP速率常數(shù)k在60、80、90 ℃時(shí)分別為0.002 92、0.003 70、0.004 32 mmol/（L·h）；TMP分別為0.004 76、0.006 16、0.007 41 mmol/（L·h）。在各溫度下的TMP生產(chǎn)反應(yīng)速率常數(shù)均較TriMP大，說明在Ala-2,3-BD反應(yīng)體系下TMP的產(chǎn)生較TriMP快。通過得到的反應(yīng)速率將lnk相對于1/T作圖，獲得一條直線并根據(jù)Arrhenius方程使用該線的斜率計(jì)算表觀活化能，y軸的截距等于lnA的值。由等式計(jì)算，DMPs表觀活化能為15.161 3 kJ/mol，指前因子為9.277 9 h-1（表3）。TriMP和TMP具有與DMPs相近的表觀活化能分別為12.880 3 kJ/mol和14.477 7 kJ/mol。Yu Hang等[38]在葡萄糖-甘氨酸模型體系中研究也指出2,5-DMP、TriMP和TMP三者在的表觀活化能差異不大，具有差異的是，在本研究中觀察到TMP較TriMP具有更高的表觀活化能，這可能是由于反應(yīng)前體的不同而表現(xiàn)出不同的積聚反應(yīng)。

如圖3D所示，EP的生成同DMPs遵循一級反應(yīng)動力學(xué)，在不同時(shí)間下隨溫度的升高，EP表現(xiàn)出較高的生成量。在60 ℃條件下反應(yīng)2 h，平均產(chǎn)量從0.098 18 mmol/L提高到0.414 49 mmol/L （120 ℃條件下反應(yīng)12 h）。EP速率常數(shù)k分別為0.051 28、0.088 26、0.113 01 mmol/（L·h），相應(yīng)R2值為0.975 4、0.995 8和0.961 4，具有較好地?cái)M合效果，且具有最高的活化能（26.5036 kJ/mol）。此外2 種甲基取代的乙基類吡嗪化合物均遵循零級動力學(xué)模型（圖3E和圖3F），且具有較好的擬合效果（R2介于0.986 4～0.999 9之間）。EP-3-MP的速率常數(shù)k分別為0.003 27、0.004 06、0.004 53 mmol/（L·h）；EP-5-MP分別為0.007 34、0.007 86、0.008 10 mmol/（L·h）。在體系整個(gè)反應(yīng)過程中，EP-3-MP產(chǎn)量變化幅度較小，可能是該體系下EP-3-MP的生成較為穩(wěn)定。相較于EP，EP-3-MP和EP-5-MP所需的活化能較低。其中EP-3-MP的表觀活化能與甲基類吡嗪具有一定接近性，但較低于三者甲基類吡嗪，為10.872 1 kJ/mol；EP-5-MP的表觀活化能為3.310 6 kJ/mol，是所有吡嗪中最低的，說明EP-5-MP的生成過程中具有較大的溫度依賴性。

3 結(jié) 論

吡嗪的形成始于α-氨基酮，這是由氨基酸與二羰基化合物在美拉德反應(yīng)中通過Strecker降解縮合而成的產(chǎn)物。在復(fù)雜的美拉德體系中吡嗪形成的作用途徑不止一條，即使是一個(gè)非常簡單的模型體系也能產(chǎn)生大量、種類繁多的烷基吡嗪。本實(shí)驗(yàn)建立Ala-2,3-BD美拉德反應(yīng)體系，通過HPLC對2,3-DMP、2,5-DMP、2,6-DMP、TriMP、TMP、EP、E-3-MP和E-5-MP等烷基類吡嗪生成規(guī)律進(jìn)行探討。吡嗪的形成雖與氨基酸側(cè)鏈無關(guān)，但不同氨基酸的反應(yīng)性會決定不同吡嗪的形成程度，不同前體的選擇將決定某種生成路線更占據(jù)優(yōu)勢性。α-二羰基化合物為吡嗪化合物的生成創(chuàng)造了更明確的前體物質(zhì)。2,3-丁二酮為乙偶姻的下游物質(zhì)，在該體系中檢測到乙基類吡嗪相較于甲基類吡嗪具有更高的生成量，其中甲基類吡嗪中TMP和2,5-DMP生成量具有較高的占比；乙基類吡嗪中EP生成較為突出。總體而言，較高的反應(yīng)溫度和較長的反應(yīng)時(shí)間有利于吡嗪類化合物的生成，但過長的時(shí)間以及過高溫度加速了美拉德反應(yīng)進(jìn)程，推進(jìn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，可能更多生成了諸如類黑精等產(chǎn)物，從而在反應(yīng)后段觀察到TriMP、TMP和2,3-DMP出現(xiàn)含量降低的現(xiàn)象。烷基類吡嗪的形成具有堿催化效應(yīng)，堿性條件下可能更有利于氨基和羰氨的反應(yīng)性，使美拉德反應(yīng)發(fā)生更劇烈從而促進(jìn)吡嗪的生成，在pH 9的條件下吡嗪總量高達(dá)（31.52±1.35） mg/L。不同烷基吡嗪的生成過程中具有不同的生成速率，盡管烷基吡嗪在不同時(shí)間隨溫度變化生成濃度不同，但仍有部分吡嗪的生成動力學(xué)具有一定相似性。除DMPs和EP遵循一級動力學(xué)模型，其他吡嗪與零級動力學(xué)模型具有更好的擬合效果。3種甲基類吡嗪和乙基類吡嗪中的E-3-MP表觀活化能具有一定相近性，此外E-5-MP所需的活化能最低，與吡嗪生成途徑α-二羰基化合物縮合與氧化及其對溫度敏感性密切相關(guān)。本研究結(jié)果為進(jìn)一步明確吡嗪類化合物生成規(guī)律和反應(yīng)機(jī)理提供參考。