基于果糖-组氨酸模拟体系的黑蒜褐变机理研究

发布时间：2020-09-29 08:29

　　黑蒜是一种鲜蒜通过控制温度和湿度,经过高温熟化而形成的、去除了大蒜臭味并增强了其抗氧化生理活性的大蒜深加工产品。黑蒜蒜瓣呈黑褐色,柔软而具有弹性,口味酸甜,没有鲜蒜的辛辣味。黑蒜加工过程中,蒜瓣颜色由白色逐渐褐变,最终呈现黑褐色。蒜瓣颜色的改变是黑蒜加工过程中最直观的感官变化,黑色的形成也是黑蒜成熟的一个重要指标。但黑蒜褐变机理目前尚不明确,黑蒜褐变与品质形成的关系也待进一步研究。揭示黑蒜褐变机理,阐明黑蒜褐变与品质之间的关系,对于优化黑蒜加工工艺、保证黑蒜品质具有重要的指导意义。本论文采用果糖-组氨酸模型,通过研究美拉德反应关键物质,考察褐变与关键物质的相关性,探究反应物浓度、初始pH和加热温度对褐变度的影响,并对褐变产物进行分离纯化和结构解析,探索黑蒜褐变机理。主要研究结果如下:(1)果糖-组氨酸褐变模型的建立。研究发现,氨基酸对于还原糖的生成具有促进作用,并且可以加快褐变反应速度,与对照组相比,还原糖产生可增加9.9倍,褐变度可提高11.4倍。分析结果发现,果糖为黑蒜还原糖的主要成分,组氨酸促进褐变速度最为显著,其褐变度是对照组的52.4倍。基于以上发现,建立了果糖-组氨酸褐变模型。(2)褐变度与美拉德反应关键物质的相关性分析。褐变过程中,果糖含量和组氨酸含量呈下降趋势,其变化符合一级动力学方程。褐变度和类黑精含量呈先上升后下降的趋势,分别在第18天和第24天达到最大值,褐变度上升和下降过程均符合零级动力学方程,类黑精含量上升过程符合零级动力学方程。乙酸和5-HMF含量呈上升趋势,分段拟合结果显示,其变化过程符合零级动力学方程,乙酸含量变化前期速率常数大于后期,5-HMF含量变化后期速率常数大于前期。相关性分析结果表明,类黑精含量和乙酸含量与褐变度呈显著正相关,果糖含量和组氨酸含量与褐变度呈显著负相关,5-HMF含量和褐变度无显著相关性。(3)反应物浓度、初始pH和加热温度对褐变度及关键物质的影响。果糖浓度或组氨酸浓度增加,模型褐变度增大,果糖和组氨酸消耗量增加,乙酸含量增加,5-HMF含量随果糖浓度增加而增大,随组氨酸浓度增加而减少。果糖浓度对褐变度及关键物质的影响程度为:果糖消耗量褐变度5-HMF含量乙酸含量组氨酸消耗量。组氨酸浓度对褐变度及关键物质的影响程度为:果糖消耗量褐变度组氨酸消耗量乙酸含量5-HMF含量。果糖和组氨酸浓度同时增加对褐变度及关键物质的影响程度为:褐变度组氨酸消耗量=5-HMF含量果糖消耗量乙酸含量。初始pH变化能影响模型紫外光谱和荧光光谱的强度和形状。初始pH增加,模型褐变度增大,果糖和组氨酸消耗量增加,乙酸含量增加,5-HMF含量减小。初始pH对褐变度及关键物质影响程度为:褐变度果糖消耗量乙酸含量组氨酸消耗量5-HMF含量。温度升高,模型褐变度增大,果糖和组氨酸消耗量增加,乙酸和5-HMF含量增大。加热温度对褐变度及关键物质影响程度为:果糖消耗量组氨酸消耗量褐变度乙酸含量5-HMF含量。(4)果糖-组氨酸美拉德反应中间产物的分离鉴定。建立了半制备高效液相色谱从美拉德反应产物乙酸乙酯部位中进行关键产物的分离制备方法,并通过二维核磁对其进行结构解析。通过与葡萄糖-组氨酸褐变模型对比,确定美拉德反应的重要中间产物为2-乙酰吡啶骈[3,4-d]咪唑。(5)果糖-组氨酸模型类黑精结构解析。采用凝胶排阻色谱和PDA检测器、元素分析、傅里叶变换红外光谱等分析方法对果糖-组氨酸美拉德反应的可溶性色素产物的分子量、元素组成以及其他指标进行了分析,探索了类黑精的结构及其性质。结果显示,果糖-组氨酸美拉德反应生成的色素物质分子量在400-4,617 Da之间,类黑精中碳氮比为4∶1,200~oC以上发生吸热分解。不同分子量的类黑精具有相似的紫外-可见光谱,其中分子量在1,000-3,500 Da的类黑精吸光度最大。电镜扫描结果显示,随着分子量的增加,其颗粒尺寸增大,当分子量大于3,500 Da时,颗粒直径达到2μm以上。傅里叶变换红外光谱显示,随分子量增加,类黑精在1371 cm~(-1)处吸光度减弱,1209 cm~(-1)和1034 cm~(-1)处吸光度增强。元素分析结果表明,类黑精分子量增加,碳元素和氮元素含量增加,氧元素含量减少。以上结果为类黑精化合物的结构解析提供了数据参考。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS255.1
【部分图文】：

标准曲线,标准曲线,还原糖,吸光度

定溶液在 540 nm 处测的吸光度。以吸光度为纵坐标，葡萄标准曲线，如图 1所示。根据标准曲线得线性回归方程：Y = 1.3882X 0.0492, R2= 0.99960 nm处吸光度；X为葡萄糖浓度（mg/mL）。

大蒜,溶液,还原糖,字母表示

谱（图 3）可以看出，模型溶液在加热过程中生成的还原糖蒜中性多糖发生水解反应生成了果糖。大蒜中性多糖-甘氨显著高于大蒜中性多糖溶液中还原糖的含量（如图 2），说中性多糖的水解。

大蒜,甘氨酸,混合溶液,液相色谱图

从而形成了褐变。如图 4 所示，大蒜中性多糖的吸光度随加热时间的延长不断增大，加热 10 天后，其褐 11.4 倍；大蒜中性多糖水解物-甘氨酸混合溶液由于还原糖。

【参考文献】