手性對阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系揮發性產物形成的影響

羅昌榮侯亞龍陳正行

（1.上海煙草集團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.江南大學糧食發酵工藝及技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122）

手性對阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系揮發性產物形成的影響

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.江南大學糧食發酵工藝及技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122）

采用HS－SPME－GC／MS分析，研究戊糖／半胱氨酸模型體系揮發性產物的形成規律。結果表明，阿拉伯糖的手性構型差異決定其反應活性；反應120 min內，D－阿拉伯糖體系更易產生閾值較低的硫醇和硫醚類風味化合物，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180 min后，D－和L－阿拉伯糖兩反應體系中各主要揮發性產物的含量趨向一致。

阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系；手性；固相微萃取耦合氣質聯用；揮發性風味物質

Maillard反應是食品科學研究領域最受關注的反應之一，對其研究主要集中在對模型體系中反應機理的闡釋上。由于食品基質的復雜性、反應途徑影響因素的多樣性及反應活性中間體提取的困難性，使得研究真實食品體系中的Maillard反應變得十分困難。因而Maillard反應多基于模型體系進行研究。即將單一的氨基酸與糖或其碎片物質混和，在不同的熱反應條件下研究反應機理。看似簡單的模型體系可為闡明反應機理提供大量的Maillard反應揮發性產物。自從1953年Hodge［1］首次利用模型體系研究Maillard反應并提出了著名的Hodge反應路線圖以后，模型體系成為廣受研究者喜愛和應用的研究方法。Parliament等［2］總結了使用模型體系的優點：① 簡單體系產生的揮發性產物比加熱的食品中產生的揮發性產物在種類上要少很多；② 由于特定產物的量更大就更容易分離和鑒別；③ 如果反應物已知并且種類有限就更有可能推測其反應途徑；④ 可以模擬加熱食物中或生物體系內的Maillard反應從而進行監測，而其它方法無法做到。

在研究各種模型體系的揮發性產物時首先要對樣品進行適當的處理，對提取和濃縮揮發、半揮發性化合物選擇適當的分析手段。目前國內外最常用的分離和提取不同體系中的揮發或半揮發性產物的方法主要包括溶劑萃取法［3］、靜態頂空法［4］、吹掃捕集法［5，6］、固相微萃取法以及同時蒸餾萃取法［6－8］等。頂空固相微萃取（HS－SPME）采樣技術雖然1993年才出現，但已經成為分析食品揮發、半揮發性風味成分的最有發展前景的技術［9－12］，是一種快速、簡便、有效、不使樣品組分發生變化的分離技術，近年來深受研究者的喜愛，許多研究者［13－15］開始使用頂空固相微萃取法分析 Maillard反應產物。本試驗采用HS－SPME－GC－MS法分析各模型體系的揮發、半揮發性產物。手性分子是化學中結構上鏡像對稱而又不能完全重合的分子，手性物質在熔點等物理性質上有差異，一些手性化合物其不同的構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。而手性物質對Miallard反應的反應活性影響尚未見報道。

本試驗通過建立阿拉伯糖／半胱氨酸模型體系，通過比較D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖與半胱氨酸反應產物的差異，研究阿拉伯糖的手性構型差異對揮發性產物形成規律的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

D－阿拉伯糖：純度＞99%，美國Sigma公司；

L－半胱氨酸：BR級，國藥集團上海試劑有限公司；

L－阿拉伯糖：純度＞99%，美國Sanland公司；

氯化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉：均為AR級，國藥集團上海試劑有限公司。

磁力攪拌器：C－MAG HS 4，德國IKA公司；

分析天平：AL204型，瑞士Mettler Toledo公司；

p H計：DELTA 320，瑞士Mettler Toledo公司；

控溫油浴：HE－4，德國Julabo公司；

氣相色譜儀／質譜儀：Finnigan GC2000／Finnigan Trace MS，美國Finnigan公司；

纖維萃取頭：75μm CAR／PDMS，美國Supelco公司；

耐壓反應管：中國科學院有機化學所定制。

1.2 方法

1.2.1 反應液的制備 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個具螺旋口的耐壓反應管中，擰緊螺旋蓋。在精度為±0.02℃ 油浴中120 ℃分別反應20，40，60，120，180 min后，立即取出反應管，迅速放入冰水浴冷卻至室溫以下，冷卻后的反應樣品放入4℃冰箱備用。

1.2.2 頂空固相微萃取（HS－SPME） 分別移取8 m L 1.2.1反應液加入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，待瓶內溶液溫度穩定后，插入萃取頭，恒溫吸附揮發性風味物質40 min。萃取完成后將萃取頭插入氣相色譜儀進樣口，250℃解吸4 min。

1.2.3 氣相色譜－質譜聯用法

（1）色譜條件：DB－5（60 m×0.32 mm×0.25μm）毛細管柱，進樣口溫度250℃，載氣為氦氣（純度99.999%），氦氣流速1.2 m L／min，分流比10∶1，升溫程序為40℃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）質譜條件：質譜電離方式為EI，電子能量70 e V，燈絲發射電流20μA，離子肼溫度200℃，傳輸線溫度250℃。全掃描，m／z33～495。

（3）數據處理：數據處理由Xcalibur軟件系統完成，未知化合物采用計算機及手動兩種方式相結合進行檢索，正反匹配度均大于800的結果給予采用。

2 結果與討論

2.1 阿拉伯糖的手性結構對Maillard反應揮發性產物影響

圖1 0.2 M的D－阿拉伯糖模型體系不同反應時間揮發性產物總離子流圖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中前期（20～120 min）的揮發性產物有較為明顯的差異，揮發性產物的出峰位置、出峰物質的個數及各出峰物質的峰高均有較明顯差別，但這種差別隨反應時間的延長是逐漸減小的；而180 min的揮發性產物，無論是揮發性產物的出峰位置、出峰物質個數還是出峰物質的峰高均無明顯差異。對各時間段內揮發性產物總峰面積作圖（圖3），比較發現，D－阿拉伯糖體系揮發物總量的變化趨勢明顯不同于L－阿拉伯糖體系的。D－阿拉伯糖體系在40～60 min內揮發性產物量增加不大，而其它時間段變化較為明顯；而L－阿拉伯糖在20～60 min揮發性產物量增加較大，60～120 min內增幅卻不大。二者在反應初期（20 min內）和后期（120～180 min）的揮發物總峰面積相差不多。說明反應20～120 min，二者的反應性存在差別，經過180 min反應后二者對揮發物總量的貢獻度一致。

圖2 0.2 M的L－阿拉伯糖模型體系不同反應時間揮發性產物總離子流圖Figure 2 Total ion chromatogram of volatiles formed from 0.2 M L－arabinose model system during aging

圖3 不同反應時間D－、L－阿拉伯糖揮發物總峰面積比較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20 min揮發性產物比較

對比表1、表2可知，反應20 min后，L－阿拉伯糖體系的揮發性產物種類比D－阿拉伯糖體系的略多，從揮發物總峰面積來看二者基本沒有差別；從產物的相對百分含量來看，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，由于硫醇類風味化合物的閾值低，而醇、酚類化合物的閾值高，使得短反應時間內D－阿拉伯糖對產物的風味貢獻度明顯強于L－阿拉伯糖。

2.3 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應40 min揮發性產物比較

40 min揮發性產物比較發現，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為檸檬烯、糠醛、糠硫醇、2，4－二叔丁基酚、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60 min揮發性產物比較

由表1可以看出，兩種體系的60 min產物中硫醇、硫醚類化合物的百分含量繼續上升，D－阿拉伯糖體系中排名前十的化合物依序為雙（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。從這個比較可以發現D－阿拉伯糖體系產物中少數幾種肉類特征風味化合物含量很高，導致產物整體風味帶有強烈肉香的同時也有較強的硫味，而L－阿拉伯糖體系產物中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，使得產物的整體風味較D－阿拉伯糖的柔和。

2.5 D－阿拉伯糖、L－阿拉伯糖反應120 min揮發性產物比較

反應120 min后，D－阿拉伯糖與L－阿拉伯糖模型體系產物中排名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D－阿拉伯糖體系。觀察這些化合物隨反應時間的變化規律發現，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時間延長而增加，在60 min時達到最大值，隨后減少；在L－阿拉伯糖體系中，它們同樣是隨反應時間延長而增加，但達到最大百分含量是在120 min。這說明D－阿拉伯糖形成這些化合物的速度較快，峰值出現在60 min，而L－阿拉伯糖形成它們的速度則相對較慢，峰值出現在120 min。

續表1

續表1

續表1

主要揮發性產物中區別最大的是檸檬烯，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時間的變化規律是20 min時百分含量最大，隨反應時間延長而減少，至120 min時量再次增多，在180 min又驟減；在L－阿拉伯糖體系中則是20 min時量很小，隨反應時間延長量增加，到60 min時達到最大值，隨后減少，說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化為其它產物，因此量逐漸減少，但由于體系中的糖并未被完全反應掉，因此當其減少到一定程度，體系中的殘糖繼續反應形成檸檬烯；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時的糠醛百分含量最大，隨反應時間延長其百分含量逐漸下降，而在L－阿拉伯糖體系中40 min時糠醛百分含量最高，隨后隨反應時間延長而降低，同樣說明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180 min揮發性產物比較

反應180 min后，兩反應體系中各主要化合物的百分含量趨向一致，說明反應180 min后兩種阿拉伯糖對風味的貢獻趨向一致。兩種體系排名前十的化合物均占各自總揮發物的49%，而反應120 min時兩體系中排名前十的化合物均占各自總揮發物的59%，說明隨著反應時間的延長，反應體系中所形成的揮發性化合物的種類在增加，原來一些相對含量比較小的化合物組分含量隨著反應的進行也在增加，所形成的揮發性化合物種類也在增加，造成主要的揮發性化合物的含量比重逐漸下降。

以上結果表明，D－、L－阿拉伯糖的結構差異導致其與L－半胱氨酸進行Maillard反應時，120 min前反應活性存在明顯差異，180 min后趨向一致。180 min反應時間（120 min除外）內L－阿拉伯糖體系的揮發性產物總量均高于D－阿拉伯糖體系且產物風味柔和，而D－阿拉伯糖在自然界中少見，人工生產成本較高，因此實際生產中可選用L－阿拉伯糖。

表2 L－阿拉伯糖模型體系不同反應時間產物分析+Table 2 Analysis of products formed in the L－arabinose model system during aging

續表2

續表2

續表2

3 結論

D－、L－阿拉伯糖的結構差異導致其120 min前反應活性差別明顯。D－阿拉伯糖體系易產生閾值較低的硫醇和硫醚類風味物質，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；從揮發性產物的形成規律來看，D－阿拉伯糖的 Maillard反應速度高于L－阿拉伯糖，反應時間≤60 min時，D－阿拉伯糖體系產物中肉類特征風味物質含量高于L－阿拉伯糖體系的，而反應120 min后，L－阿拉伯糖體系中的肉類特征風味物質含量較高。反應180 min后，兩反應體系中主要揮發性產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

上海市引進技術的吸收與創新項目（編號：04－20－2）

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

2011－11－01