葡萄糖-谷氨酸二肽模型體系中5-羥甲基糠醛形成的動力學分析

孫 穎，張莉莉，張玉玉，孫寶國，陳海濤

（北京工商大學化學與材料工程學院 北京市食品風味化學重點實驗室 北京 100048）

5-羥甲基糠醛是食品在熱處理、發(fā)酵等加工過程中形成的內源性毒素[1]。果汁[2]、咖啡[3]、啤酒[4]、面包[5]、黑蒜[6]、醋[7]等食品中均含有5-羥甲基糠醛。在肉味香精的生產過程中可通過焦糖化反應和美拉德反應產生，進而對肉味香精的外觀品質與內在質量產生一定程度的損害。美拉德反應是由還原糖和氨基酸或蛋白質中的氨基在一定條件下發(fā)生的一系列復雜的化學反應，是熱加工食品中風味和色澤產生的重要途徑[8]。在美拉德反應途徑中，游離氨基酸或者蛋白質中的氨基與還原糖結合形成Amadori 產物，再異構為烯醇式，然后脫去整個氨基[9]。5-羥甲基糠醛也是焦糖化反應中一類重要的熱解產物，在葡萄糖注射液的高壓滅菌和儲存過程中，或糖含量高的食品（如蜂蜜、甜酒、甜面醬等）的儲存過程中，都會產生糠醛和5-羥甲基糠醛。糖類物質發(fā)生焦糖化反應產生的糠醛、羥甲基糠醛等中間物質，可進一步反應生成醇類、烴類、呋喃衍生物及羰基化合物，而其中二羰基和三羰基化合物參與的Strecker 降解反應及呋喃衍生物與H2S 的反應，均會產生大量的風味物質[10-11]。一般認為糠醛反應的底物是單糖化合物，然而，陸續(xù)有相關研究報道了不同的結果：在高于250 ℃的條件下烘烤餅干，若將葡萄糖或果糖置換為蔗糖，則會產生大量的5-羥甲基糠醛，這可能是由于蔗糖在高溫條件下產生了具有較高活性的呋喃果糖基離子[12-13]。5-羥甲基糠醛的形成速度受加熱時間和溫度的影響，動力學模型能夠反映化學反應速度的快慢和產物形成的規(guī)律，如米酒、蜂蜜和曲奇餅干等[14-16]。Ameur 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，曲奇餅中5-羥甲基糠醛的形成符合一級動力學模型。在低于250 ℃時，添加蔗糖的曲奇餅中5-羥甲基糠醛的形成量遠低于添加葡萄糖和果糖的曲奇餅。在單糖溶液體系中，葡萄糖、果糖和半乳糖在加熱溫度為80，100，120 ℃時，為一級動力學模型[18]。在雙糖溶液體系中，乳糖、蔗糖和麥芽糖在加熱溫度為80，100，120 ℃時，為零級動力學模型[19]。在蛋糕的烘焙過程中，隨著烘烤溫度的升高和時間的延長，5-羥甲基糠醛的含量與蛋糕的pH 值成反比，為一級動力學模型[20]。阮衛(wèi)紅等[21]發(fā)現(xiàn)在熱處理80，90，100 ℃條件下，5-羥甲基糠醛的含量在桃汁中持續(xù)增大，為零級動力學模型（R2＞0.905）。卜利偉等[22-23]發(fā)現(xiàn)5-羥甲基糠醛為黑蒜的主要呈色物質之一，在70～90 ℃條件下加工，加工時間和5-羥甲基糠醛含量的函數關系為一級反應動力學模型。還有研究發(fā)現(xiàn)氨基酸種類會影響5-羥甲基糠醛形成的速度，天門冬氨酸-葡萄糖體系要比甘氨酸-葡萄糖體系的速率常數k 值大得多[24]。

谷氨酸是肉類及其酶解液中廣泛存在的一種酸性氨基酸，具有一定的鮮味，可用來提升肉制品的滋味[25]。含有谷氨酸的鮮味肽呈鮮效果尤為明顯，鮮味肽作為一種可增強食物鮮味和醇厚味的呈味肽，具有良好的加工特性、呈鮮效果以及營養(yǎng)價值，符合“天然、營養(yǎng)、安全”的食品發(fā)展潮流。其不僅可直接增強食物的鮮美口感，還可作為揮發(fā)性風味物質的前體物參與美拉德反應，進一步增強食品的特征香味[26]。谷氨酸被廣泛應用于各類肉味香精的制備。在反應過程中，谷氨酸對5-羥甲基糠醛的積累具有明顯的促進作用。有研究發(fā)現(xiàn)氨基酸的二肽、三肽形式比其自身具有更高的反應活性，小分子肽對于5-羥甲基糠醛的積累作用顯著[27]。

目前對肉味香精制備過程中糖-肽體系中5-羥甲基糠醛形成的動力學研究較少。本試驗以葡萄糖-谷氨酸二肽為對象，對糖-肽體系中反應物（葡萄糖、谷氨酸二肽）及反應產物（5-羥甲基糠醛）的動力學進行研究，揭示其形成5-羥甲基糠醛的動力學特征，反映化學反應的速度快慢和產物的形成規(guī)律，旨在為熱加工香精中5-羥甲基糠醛的形成提供新的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葡萄糖（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；谷氨酸二肽（純度＞95%，分析純），浙江昂拓萊司生物技術有限公司；乙腈、三氟乙酸（色譜純），賽默飛世爾科技公司；5-羥甲基糠醛（色譜純），美國西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；甲醇（色譜純），賽默飛世爾科技公司；超純水，實驗室自制（Milli-Q Integral 5 系統(tǒng)）；0.45 μm 尼龍濾膜，天津博納艾杰爾科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Agilent 1260 Infinity 液相色譜儀，安捷倫科技（中國）有限公司；Venusil XBP-C18 色譜柱（粒徑5 μm、孔徑100 ?、規(guī)格4.6 mm×250 mm），天津博納艾杰爾科技有限公司；Innoval NH2色譜柱（粒徑5 μm、孔徑100 ?、規(guī)格4.6 mm×250 mm）、Venusil XBP-C18（L）色譜柱（粒徑5 μm、孔徑150 ?、規(guī)格4.6 mm×150 mm），天津博納艾杰爾科技有限公司；DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司；T-403 數字電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 模型體系的制備 準確稱取谷氨酸二肽0.4362 g、葡萄糖0.2973 g，溶解（超純水）并定容至50 mL 容量瓶中，配置成0.03 mol/L 溶液。將溶液轉移至四口燒瓶中，油浴恒溫加熱，反應結束后迅速冷卻，放置于4 ℃遮光保存，濾膜過濾后進儀器檢測分析。糖-肽模型體系動力學試驗設計如表1所示。

表1 動力學試驗設計Table 1 Dynamic test design

1.3.2 葡萄糖含量的測定 液相色譜條件為：In noval NH2色譜柱（粒徑5 μm、孔徑100 ?、規(guī)格4.6 mm×250 mm）；柱溫30 ℃；RI 檢測器（40 ℃）；流動相為80%乙腈水溶液，等梯度洗脫；流速1.0 mL/min；進樣20 μL。葡萄糖標品和樣品的液相色譜圖如圖1、圖2所示。

圖1 標品中葡萄糖的液相色譜圖Fig.1 Liquid chromatogram of glucose standard

圖2 樣品中葡萄糖的液相色譜圖Fig.2 Liquid chromatogram of glucose in the sample

標準曲線的建立：準確稱取葡萄糖標品0.7000 g，在燒杯中溶解（超純水）后加入容量瓶中，定容至50 mL 得到14.0 mg/mL 的葡萄糖標準品儲備液，分別將儲備液用超純水稀釋為14.0，12.0，9.6，7，4.67，1.5556，0.5185，0.1728，0.0576 mg/mL 的標準品溶液，最后用乙腈溶液將9 個濃度的標準品溶液稀釋2 倍，得最終標準品溶液，濃度分別為7.0，6.0，4.8，3.5，2.3333，0.7778，0.2593，0.0864，0.0288 mg/mL。濾膜過濾后進儀器分析，重復進樣3 次。以葡萄糖的濃度和對應色譜峰面積的數據作圖，得葡萄糖濃度與其峰面積的標準曲線。

葡萄糖濃度與其峰面積的線性關系如圖3所示，線性回歸方程為：y=190500x-8095.4，R2=0.9994。由圖3可得出，葡萄糖質量濃度在0.0288-7.0 mg/mL 范圍內與峰面積的線性關系良好。

圖3 葡萄糖的標準曲線Fig.3 Standard curve of glucose

樣品的測定：取1 mL 熱反應溶液，加入1 mL乙腈，振蕩混勻后靜置1 min，濾膜過濾后進儀器檢測分析。

1.3.3 谷氨酸二肽含量的測定 測定條件：色譜條件：Venusil XBP-C18（L）色譜柱（粒徑5 μm、孔徑150 ?、規(guī)格4.6 mm×150 mm）；柱溫為30 ℃；DAD 檢測器，檢測波長220 nm；流動相為0.05%三氟乙酸水溶液，等梯度洗脫；流速：1.0 mL/min；進樣20 μL；檢測5 min。標品和樣品中谷氨酸二肽的液相色譜圖如圖4、圖5所示。

圖4 標品中谷氨酸二肽的液相色譜圖Fig.4 Liquid chromatogram of glutamate dipeptide in standard

圖5 樣品中谷氨酸二肽的液相色譜圖Fig.5 Liquid chromatogram of glutamate dipeptide in the sample

標準曲線的建立：準確稱取谷氨酸二肽標品0.1500 g，在燒杯中溶解（超純水）后加入容量瓶中，定容至10 mL，得到15 mg/mL 的谷氨酸二肽標準品儲備液，分別將儲備液稀釋為7.5，5.0，3.0，1.5，0.5，0.15，0.015，0.005，0.0015 mg/mL 的標準品溶液。用濾膜過濾后進儀器檢測分析，重復3 次進樣。以谷氨酸二肽濃度和對應色譜峰面積作圖，得谷氨酸二肽濃度與峰面積的標準曲線。

谷氨酸二肽濃度與峰面積的線性關系，如圖6所示，線性回歸方程為：y=6655.4x+755.77，R2=0.9943。由圖6可知，谷氨酸二肽在0.0015～7.50 mg/mL 的質量濃度范圍內與其峰面積線性關系良好。

圖6 谷氨酸二肽標準曲線Fig.6 Standard curve of glutamate dipeptide

樣品的測定：將熱反應制得的樣品放置于4 ℃遮光處，濾膜過濾后進儀器測定分析。

1.3.4 5-羥甲基糠醛含量的測定 測定條件：色譜條件：Venusil XBP-C18 色譜柱（粒徑5 μm、孔徑100 ?、規(guī)格4.6 mm×250 mm）；流動相：甲醇-水（5 ∶95，V/V），等梯度洗脫；流速：1.0 mL/min；DAD檢測器，檢測波長：284 nm；柱溫：30 ℃；進樣量：20 μL；檢測25 min。葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛測定的液相色譜圖如圖7所示。

圖7 葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛液相色譜圖Fig.7 Liquid chromatogram of 5-hydroxymethyl furfural in glucose-glutamate dipeptide sample

標準曲線的建立：準確稱取5-羥甲基糠醛標準品0.0286 g，在燒杯中溶解（超純水）后，倒入容量瓶中并定容至100 mL，得286 μg/mL 的5-羥甲基糠醛標準品儲備液，分別將儲備液稀釋為71.5，57.2，28.6，11.44，2.288，0.4576，0.2288，0.0730，0.0365 μg/mL 的標準品溶液。0.45 μm 濾膜過濾后用高效液相色譜檢測分析，重復進樣3 次，取平均值。以5-羥甲基糠醛濃度和對應色譜峰面積作圖，得濃度與峰面積的標準曲線。

樣品的測定：將熱反應制得的樣品于4 ℃遮光存放，0.45 μm 濾膜過濾后，進高效液相色譜檢測分析。

2 結果與分析

2.1 加熱過程中葡萄糖消耗的動力學分析

圖8為不同加熱時間和溫度對葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中葡萄糖消耗的影響，如表8為葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中葡萄糖消耗的動力學分析結果。

圖8 不同加熱時間和溫度對葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中葡萄糖消耗的影響Fig.8 Effect of different heating time and temperature on glucose consumption in glucose-glutamate dipeptide samples

由圖8可以看出在葡萄糖-谷氨酸二肽模型體系中，初始反應物葡萄糖的含量與加熱時間呈負相關。在未加熱的體系中，葡萄糖的含量為（5.59±0.06）mg/mL，隨著加熱時間的延長，試驗條件中5 個溫度下葡萄糖的含量均出現(xiàn)不同程度的降低趨勢，當反應條件高于95 ℃，1 h 時，葡萄糖的消耗速度明顯加快。

在體系溫度為90 ℃時，體系中葡萄糖含量由（5.60±0.08）mg/mL（1 h）逐漸降低至（5.09±0.03）mg/mL（6 h），當加熱由1 h 增加到2 h 時，樣品中葡萄糖的含量出現(xiàn)明顯的消耗（P＜0.05），隨著時間的繼續(xù)增加，樣品中葡萄糖的消耗并不顯著（P＞0.05）。最長加熱時間條件（6 h）下，體系中葡萄糖含量消耗了9.15%，對90 ℃（0～6 h）時所得數據進行動力學分析（表2）可知，7 個加熱時間條件下，對葡萄糖含量的擬合相關系數為0.8734，葡萄糖消耗的速率常數為0.0170。

在體系溫度為95 ℃時，體系中葡萄糖含量由（5.50±0.19）mg/mL（1 h）逐漸減少至（4.65±0.05）mg/mL（6 h），隨著溫度由90 ℃升高至95 ℃，體系中葡萄糖含量相比90 ℃（6 h） 時降低增加了7.85%，對95 ℃（0～6 h）時所得葡萄糖數據進行動力學分析（表2），發(fā)現(xiàn)該試驗條件下，一級動力學對葡萄糖的消耗擬合效果較好，消耗的速率常數為0.0320，對Af、Bf、SS、RMSE 進行計算發(fā)現(xiàn)模型對數據的擬合效果較好，且數據的精確性較好（R2=0.9686）。

在體系溫度為100 ℃時，體系中葡萄糖的含量由（5.39±0.03）mg/mL（1 h）降低至（4.64 ± 0.05）mg/mL（6 h），當加熱時間由0 h 增加至3 h 時，樣品中葡萄糖的消耗增多（P＜0.05），當加熱溫度為4～5 h 時，體系中葡萄糖未出現(xiàn)顯著消耗（P＞0.05），當時間繼續(xù)延長，樣品中葡萄糖消耗顯著（P＜0.05）。對100 ℃（0～6 h）時樣品中的葡萄糖含量進行分析（表2），發(fā)現(xiàn)該試驗條件下，一級動力學對葡萄糖的消耗擬合效果較好，消耗的速率常數為0.0310，且模型對數據的擬合效果及數據的精確性均較好（R2=0.9722）。

在體系溫度為105 ℃時，體系中葡萄糖的含量由（5.35±0.36）mg/mL（1 h）降低至（4.51±0.02）mg/mL（6 h），在該試驗條件下，葡萄糖的消耗為19.36%。對105 ℃（0～6 h）時所得的葡萄糖數據進行動力學分析（表2），發(fā)現(xiàn)該試驗條件下，一級動力學對葡萄糖的消耗擬合效果較好，消耗的速率常數為0.0340，模型對數據的擬合效果及數據的精確性均較好（R2=0.9700）。

在體系溫度為110 ℃時，體系中葡萄糖的含量由（5.16±0.30）mg/mL（1 h）降低至（3.58±0.05）mg/mL（6 h），在該試驗條件下，葡萄糖的消耗達到36.08%。對110 ℃（0～6 h）時的葡萄糖數據進行動力學分析（表2）可知，一級動力學模型對葡萄糖含量的的擬合相關系數為0.7467，葡萄糖消耗的速率常數為0.0550，葡萄糖的消耗量最多。

表2 葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中葡萄糖消耗的動力學分析Table 2 Kinetic analysis of glucose consumption in glucose-glutamate dipeptide samples

在90～110 ℃時，葡萄糖的消耗速率常數整體上呈增長趨勢，且溫度越高，速率常數越大[28]。Kavousi 等[29]對單一葡萄糖溶液中葡萄糖的消耗動力學進行了分析，發(fā)現(xiàn)時間和溫度的增加均可促進葡萄糖的消耗。結合本試驗結果可以看出，溫度、時間均對葡萄糖轉化為5-羥甲基糠醛的促進作用顯著，且在110 ℃，6 h 時葡萄糖的消耗量達到最高值。當加熱時間在2～5 h 時，葡萄糖的消耗速率較緩，但當5～6 h 葡萄糖的消耗量達到頂峰，因此可以將反應時間控制在5 h 以內。

2.2 加熱過程中谷氨酸二肽消耗的動力學分析

圖9為不同加熱時間和溫度對葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中谷氨酸二肽消耗的影響，表3為葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中谷氨酸二肽消耗的動力學分析結果。

由圖9可以看出在葡萄糖-谷氨酸二肽模型體系中，初始反應物谷氨酸二肽的含量與加熱時間呈負相關。在未加熱的體系中，谷氨酸二肽的含量為（7.92±0.02）mg/mL，隨著加熱時間的延長，試驗條件中5 個溫度下谷氨酸二肽均出現(xiàn)不同程度的消耗。

在體系溫度為90 ℃時，樣品中谷氨酸二肽的含量隨時間增加由（7.85±0.03）mg/mL（1 h）顯著降低至（4.47±0.01）mg/mL（6 h）（P＜0.05），當加熱6 h時，體系中谷氨酸二肽的消耗率為43.56%。所以在較低溫度（90 ℃）時，即使延長加熱時間，谷氨酸二肽的消耗量也沒有顯著增加。對其動力學分析進行分析（表3）發(fā)現(xiàn)，90 ℃試驗條件下，一級動力學對谷氨酸二肽的消耗擬合效果較好，速率常數為0.0960。一級動力學模型對90 ℃（0～6 h）體系中谷氨酸二肽含量的擬合度較高（RMSE=0.3688，Af=1.1022），且該一級動力學模型描述谷氨酸二肽數據的精確性較好（R2=0.9364）。

在體系溫度為95 ℃時，樣品中谷氨酸二肽含量在加熱時間小于1 h 時消耗較慢，加熱1 h 時，谷氨酸二肽的消耗量為0.83%。隨著加熱時間的不斷延長，體系中谷氨酸二肽的消耗逐漸增大，由（7.85±0.03）mg/mL（1 h）顯著降低至（3.43±0.00）mg/mL（6 h）（P＜0.05），6 h 時，谷氨酸二肽的消耗量達到最大值，為56.75%，與90 ℃（6 h）相比，谷氨酸二肽的消耗量增長了13.19%。由表3可得，95 ℃試驗條件下，一級動力學對谷氨酸二肽的消耗擬合效果較好，速率常數為0.1520，對擬合模型進行評價得出，該模型對95 ℃（0～6 h）體系中谷氨酸二肽含量的擬合度較高（RMSE=0.3373，Af=1.0739），且該一級動力學模型描述谷氨酸二肽數據的精確性較好（R2=0.9821）。

在100 ℃（1 h）加熱時，樣品中谷氨酸二肽的含量為（6.73±0.02）mg/mL，隨著加熱時間的不斷延長逐漸減少至（2.10±0.00）mg/mL（6 h）（P＜0.05）。在0～6 h 的考察范圍內，當加熱時間由1 h增加至2 h 時，體系中谷氨酸二肽的消耗速率最快，當加熱時間大于2 h 時，其消耗速率逐漸降低，加熱時間為6 h 時，谷氨酸二肽的最終消耗量為73.51%。與95 ℃（6 h）相比，谷氨酸二肽的消耗量增長了16.76%。由表3可得，100 ℃試驗條件下，一級動力學對谷氨酸二肽的消耗擬合效果較好，速率常數為0.2270，對擬合模型進行評價得出，該模型對100 ℃（0～6 h）體系中谷氨酸二肽含量的擬合度較高（RMSE=0.2125，Af=1.0703），且該一級動力學模型描述谷氨酸二肽數據的精確性較好（R2=0.9935）。

在體系溫度為105 ℃（1 h）時，樣品中谷氨酸二肽的含量為（6.33±0.02）mg/mL，隨著加熱時間的不斷延長其含量逐漸降低至（1.63±0.00）mg/mL（6 h）（P＜0.05）。當加熱時間為1～2 h 時，谷氨酸二肽呈現(xiàn)最大消耗速率，當加熱時間為6 h 時，體系中谷氨酸二肽的消耗率為79.43%，與100 ℃（6 h）相比，谷氨酸二肽的消耗量增長了5.92%。由表3可得，105 ℃試驗條件下，一級動力學對谷氨酸二肽的消耗擬合效果較好，速率常數為0.2700，對擬合模型進行評價得出，該模型對105 ℃（0～6 h）體系中谷氨酸二肽含量的擬合度和精確性均較好（RMSE=0.3440，Af=1.1625，R2=0.9824）。

表3 葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中谷氨酸二肽消耗的動力學分析Table 3 Kinetic analysis of glutamate dipeptide consumption in glucose-glutamate dipeptide samples

在體系溫度為110 ℃時，隨著加熱時間的不斷延長體系中谷氨酸二肽的含量由（6.27±0.00）mg/mL，逐漸降低至（1.59±0.00）mg/mL（6 h）（P＜0.05），當加熱時間為1～2 h 時，體系中谷氨酸二肽的消耗速率最快，當加熱時間大于2 h 時，消耗速率明顯降低。當加熱時間為6 h 時，谷氨酸二肽的消耗量達到最大值，為79.93%，與105 ℃（6 h）相比，僅增長了0.50%。由表3可得，110 ℃試驗條件下，一級動力學對谷氨酸二肽的消耗擬合效果較好，速率常數為0.2750，對擬合模型進行評價得出，該模型對110 ℃（0～6 h）體系中谷氨酸二肽含量的擬合度和精確性均較好。

試驗條件下，體系中谷氨酸二肽的消耗量分別 為43.56%（90 ℃，0～6 h），56.75%（95 ℃，0～6 h），73.51%（100 ℃，0～6 h），79.43%（105 ℃，0～6 h）和79.93%（110 ℃，0～6 h），由分析可知，當加熱溫度為90～100 ℃時，谷氨酸二肽的最終消耗量隨溫度變化趨勢明顯，當在高于100 ℃反應時，谷氨酸二肽的最終消耗量逐漸趨于定值，且當體系加熱溫度大于90 ℃，谷氨酸二肽均在加熱時間為1～2 h 時出現(xiàn)最大消耗速率，此時成為體系反應的關鍵階段。解怡[30]對葡萄糖-甘氨酸二肽在420 nm處的吸光度進行了動力學分析，發(fā)現(xiàn)溫度對葡萄糖-甘氨酸二肽體系的褐變程度影響較大。

2.3 加熱過程中5-羥甲基糠醛形成的動力學分析

圖10為不同加熱時間和溫度對葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛累積的影響，表4為葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛積累的動力學分析結果。

由圖10可以看出在葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中，5 個試驗溫度下，5-羥甲基糠醛的積累量與時間變化一致。在未加熱的體系中，無5-羥甲基糠醛，此后樣品中5-羥甲基糠醛隨溫度和時間的增加均出現(xiàn)不同程度的積累。

圖10 不同加熱時間和溫度對葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛累積的影響Fig.10 Effect of different heating time and temperature on accumulation of 5-hydroxymethylfurfural in glucose-glutamate dipeptide samples

當體系溫度為90 ℃時，樣品中5-羥甲基糠醛的含量由（0.09±0.00）μg/mL（1 h）增至（3.31±0.01）μg/mL（6 h）。加熱時間為5～6 h 時，體系中5-羥甲基糠醛的累積最快，其質量濃度增加了0.82 μg/mL。經模型擬合（表4）發(fā)現(xiàn)，零級動力學對數據擬合曲線的決定系數較高（R2=0.9819）且RMSE 值較?。?.1591），實際測量值與模型的預測值的偏離度較大（Af=5.8579，SS=16.9415），總體來說，零級動力學對其擬合效果良好。

當體系溫度為95 ℃時，體系中5-羥甲基糠醛的含量由（0.18±0.00）μg/mL（1 h）增加至（5.93±0.01）μg/mL（6 h），且增長明顯（P＜0.05）。當加熱時間為5～6 h 時，體系中5-羥甲基糠醛出現(xiàn)最快增長速率，增長量為1.95 μg/mL。經模型擬合（表4）發(fā)現(xiàn)，零級動力學對數據的擬合效果較好（R2=0.9716，RMSE=0.3526），實際測定值略低于模型預測值（Bf=0.8733），整體偏離度較小（SS=0.3081）。

當體系溫度為100 ℃時，體系中5-羥甲基糠醛的含量由（0.20±0.01）μg/mL（1 h）增至（34.54±0.16）μg/mL（6 h），且增長明顯（P＜0.05）。當加熱時間為5～6 h 時，體系中5-羥甲基糠醛出現(xiàn)最大增長速率（22.80 μg/mL/h），該累積量遠遠高于體系在90～95 ℃溫度下的最大增長量。經模型擬合（表4）發(fā)現(xiàn)，100 ℃時一級動力學對數據的擬合效果較好（R2=0.9617，RMSE=1.2777）。

當體系溫度為105 ℃時，體系中5-羥甲基糠醛的含量由（1.66±0.02）μg/mL（1 h）增加至（64.53±0.03）μg/mL（6 h）。當加熱時間為5～6 h時，體系中5-羥甲基糠醛出現(xiàn)最大增長速率，為19.65 μg/mL/h。經模型擬合（表4）發(fā)現(xiàn)，一級動力學對數據進行擬合時的擬合效果良好。

當體系溫度為110 ℃時，體系中5-羥甲基糠醛的含量由（1.68±0.03）μg/mL（1 h） 增加至（94.69±0.55）μg/mL（6 h）。當加熱時間為5～6 h時，體系中5-羥甲基糠醛出現(xiàn)最大增長速率，為39.24 μg/mL/h。經模型擬合（表4）發(fā)現(xiàn)一級動力學進行擬合時效果較好。

表4 葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛積累的動力學分析Table 4 Kinetic analysis of 5-hydroxymethyl furfural accumulation in glucose-glutamate dipeptide samples

葡萄糖-谷氨酸二肽樣品在90～110 ℃時，5-羥甲基糠醛的形成均隨時間的延長呈顯著增長趨勢（P＜0.05），且體系中的5-羥甲基糠醛均在加熱時間為5～6 h 時出現(xiàn)最大累積量。當加熱溫度為90～95 ℃時，零級動力學對樣品中5-羥甲基糠醛的擬合效果較好；隨著溫度的進一步提高（100～110 ℃），5-羥甲基糠醛呈指數累積。葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛的含量隨溫度的升高、時間的延長也呈現(xiàn)顯著的增長趨勢（P＜0.05）。研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖-谷氨酸二肽體系的速率常數高于葡萄糖-谷氨酸體系。因為羧基在催化分子內反應時具有顯著的效果，谷氨酸二肽側鏈中的羧酸殘基數量比谷氨酸中多，體系具有更低pH 值，從而使得葡萄糖-谷氨酸二肽模型體系具有更高的反應速率[31]。Kok 等[32]建立了葡萄糖-甘氨酸二肽模型，對模型的反應速率進行比較發(fā)現(xiàn)，糖-二肽體系的反應速率遠遠高于糖-氨基酸體系。因此在葡萄糖-谷氨酸二肽模型體系中，反應溫度高于100 ℃，反應時間超過5 h，反應速率明顯增加，5-羥甲基糠醛的生成量增長較快。肉味香精在制備中采用“味料同源”的生產理念，將肉中的大分子蛋白進行酶解，以釋放更多物質來豐富香精產品的滋味輪廓，然而與氨基酸相比，肽段更易與還原糖作用，生成5-羥甲基糠醛，因此有效酶解在肉味香精制備過程中尤為重要，可以有效降低5-羥甲基糠醛的形成。

3 結論

對葡萄糖-谷氨酸二肽模型體系中兩種反應物（葡萄糖、谷氨酸二肽）的消耗及反應產物5-羥甲基糠醛的形成進行了動力學試驗。結果顯示：在試驗條件90～110 ℃（0～6 h）5 個溫度梯度下，一級動力學對樣品中反應物葡萄糖和谷氨酸二肽的消耗擬合效果較好，且消耗速率不斷增大。在試驗條件90，95 ℃（1～6 h）溫度梯度下，零級動力學對葡萄糖-谷氨酸二肽樣品中5-羥甲基糠醛的擬合效果良好，100，105 和110 ℃（1～6 h）時，一級動力學對其擬合效果較好。加熱時間和加熱溫度對葡萄糖、谷氨酸二肽的消耗和5-羥甲基糠醛的生成影響較大。所以，在香精的加工過程中，熱處理溫度低于100 ℃，熱處理時間短于5 h，以及用氨基酸代替二肽與糖反應，可以有效降低5-羥甲基糠醛的形成。