天然产物的美拉德反应产物及其检测手段.doc

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天然产物的美拉德反应产物及其检测技术

摘要：

美拉德反应又称羰氨反应，指含有游离氨基的化合物和含有羰基的化合物之间经缩

合、聚合，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素

的反应。

它与食品加工、疾病生理过程等有重要关系。

除该反应对食品品质影响的研究仍

在进行外，近年来美拉德反应的研究更多地集中在蛋白质交联、类黑素、动力学以及丙烯

酰胺等与人类健康关系更密切的方面。

本文对天然产物的美拉德反应产物（MRPs）及其

检测手段进行了综述。

关键词：

天然产物美拉德反应产物检测手段

美拉德反应又称“非酶棕色化反应”，主要指还原糖与氨基酸、蛋白质之间的复杂反应。

1912年，法国人Louis-CamilleMaillard发现了这个反应，1953年Hodge等把这个反应

正式命名为美拉德（Maillard）反应[1]。

美拉德反应经过复杂的历程，最终生成各种小分子

和高分子的棕色甚至黑色的混合物，其中高分子产物也被成为蛋白黑素、类黑素或类黑精。

（melanoidins）在食品工业中，美拉德反应的结果使食品颜色加深并赋予食品一定的风味。

MRPs的抗氧化活性是由Franzke和Iwainsky于1954年首次发现的。

至上世纪八十年代关于美拉德反应产物的抗氧化性的研究逐渐增多。

MRPs中含有类黑精、还原酮及一系列含N、S的杂环化合物。

研究表明，这类物质具有一定的抗氧化性能，其中某些物质的抗氧化强度可以与食品中常用的抗氧化剂相媲美[2,3]。

Kong等[4]发现美拉德反应产物中呋喃的衍生物具有抗突变的作用；Hayse等[5]和Kim等[6]则认为美拉德反应产物的抗突变作用与其抗氧化的能力有关。

人体环境适宜的温度和复杂的物质体系为美拉德反应的创造了良好的条件。

体内美拉德反应，其反应过程及产物十分复杂，反应终产物被称为晚期糖基化终产物（AdvancedGlycationEndproductionsAGEs）。

体内美拉德反应能导致一些氨基酸残基的损伤，可消化性下降，可溶性下降，褐变，荧光物质的生成及交联，从而导致生物体内相关蛋白的生物活性的丧失，并且与细胞和组织的老化病因相关[7-9]，与衰老[10]、糖尿病[11]、尿毒症[12,13]等临床疾病的发生、发展过程密切相关。

美拉德反应产物比较复杂，单一产物不易大量获得，所以大多数研究者只能局限于混合的美拉德反应产物的抗氧化、抗突变方面的研究。

关于美拉德反应单一产物的深入研究，文献很少见[14,15]。

由此可见，研究天然产物美拉德反应产物以及检测手段具有非常积极的意义。

1.美拉德反应的机理

美拉德反应机理十分复杂，其反应历程、产物组成及其性质等受多种因素影响，氮基化

合物和还原糖的种类、性质以及它们间的反应比例，反应时的pH值、温度、反应时间、水分活度、缓冲液浓度对反应的速率以及最终产物的组成有着重要的影响。

Hodge在1953年提出的美拉德反应的4条可能的反应途径[16]。

包括：

初级反应阶段：

还原糖的羰基与氨基酸或蛋白质的游离氨基缩合生成席夫碱，再经环化形成相应的N-取代的醛糖基基胺，经Amadori重排形成Amadori化合物（1-氨基-1-脱氧-2-酮糖）。

见图1

中间反应阶段：

Amadori化合物在中间阶段进行的反应，主要有三条路线：

1.当pH值等于或小于7时，Amadori化合物主要发生1,2-烯醇化而形成糠醛（当糖为戊糖时）或羟甲基糠醛（当糖为己糖时）；2.当pH值大于7时，Amadori化合物主要发生2,3-烯醇化反应，产生还原酮类及脱氢还原酮类，例如4-羟基-5-甲基-2,3-二氢呋喃和很多裂解产物产物包括1-羟基-2-丙酮、丙酮醛、二乙酰基等，这些都是高活性的中间体，可以继续参加反应，形成含羰基或双羰基化合物以进行最后阶段。

羰基能与自由氨基缩合，这样就使最终产物中含氮。

3.上阶段的活性中间体能和氨基酸反应形成醛和α-氨基酮，这个反应成为Strecker反应。

见图2,3

最终反应阶段：

包括环合、脱氢、retro-Aldol反应、重排、异构化，进一步缩合，最终形成棕色含氮聚合物或共聚物，成为类黑素（melanoidins）。

2.天然产物的美拉德反应产物

1980年代，几本书详细论证了美拉德反应在化学、营养学、食品的色香味、食

品加工、体内过程、毒理学等方面的研究进展。

1990年Ledl等[17]综述了美拉德反应的一

些小分子中间体或产物，列出了与食品香味、色泽相关的一些杂环产物。

1996年Friedman[18]

列出了一些美拉德反应的蛋白质交联产物、对身体健康有害的杂环胺类化合物以及可能的

减慢或阻止美拉德反应的方法[16]。

由于天然美拉德反应的产物结构数量多，结构复杂且分

离不易，本文选择对美拉德反应各个不同进行阶段中有代表性的MRPs进行了综述。

2.1蛋白质交联产物

体内美拉德反应，其反应终产物被称为晚期糖基化终产物（AGEs）。

AGEs是蛋白质

交联的产物，人体内半衰期长的蛋白质等均可积累AGEs。

免疫化学方法和化学方法均表

明组织蛋白中的AGEs随年龄增长而增加[19]。

在眼球蛋白、血浆、红细胞中、动脉和肾脏

中都发现AGEs随着年龄增长而增加，特别是在糖尿病人和尿毒症病人中增加更快[20-23]。

AGEs和白内障的形成[24]、动脉硬化[25]、早老性痴呆（阿尔茨海默氏病）[26]、淀粉性变样、

肾病、神经病、视网膜病等有关[27-29]。

目前发现的主要有以下几种交联产物：

2.1.1pentosidine

Monnier和Brownlee等发现了糖尿病人、糖尿病动物和高血糖实验中[30]的美拉德类

型的荧光物质在不断增加，推断起作用的可能是荧光物质。

Monnier等[31]分离得pentosidine并确定了结构，还得到了pentosidine和年龄的线性关系，发现在糖尿病人中的pentosidine

量增加速度加快。

2.1.2LM-1（Versperlysine）

LM-1是一种荧光的蛋白质交联产物，Nagaraj等[32]从人的白内障的眼晶体蛋白中将

其提取和分离出来，发现LM-1随眼球中色素的提高而增加，尤其在糖尿病人中。

LM-1类的荧光物质可以通过BSA和核糖、抗坏血酸及它的氧化物来合成，不能用葡萄糖和果糖[33]

来合成。

2.1.3CML（N-取代羟甲基赖氨酸）

Baynes小组首先从果糖赖氨酸（fructoselysine）氧化物中得到CML，接着又在眼球蛋白

中也分离出CML[34]。

Dunn等[35]发现随着年龄的增长，CML在不断增加，但是果糖赖氨

酸的量不变，后来又发现了CML的类似物CMhL[（carboxymethyl）hydrolysine]，CMhL也

随着年龄增长而增加。

2.1.4Pyrraline

Monnier小组用免疫化学和色谱方法证明在血浆蛋白、眼球蛋白和角膜后弹性层在

Pyrraline类化合物[36]。

2.1.5Crossline

Nakamura等[37]在α-N-乙酰基-L-赖氨酸和D-葡萄糖的反应中发现了crossline。

Obayash

等[38]发现Crossline的量在糖尿病人中随年龄增长而增加。

2.1.6咪唑赖氨酸盐（imadazoliumsaltGOLD和MOLD）

Velisek[38]在高温下的甘氨酸或氨基乙酰基甘氨酸和乙二醛的反应中发现了咪唑赖氨

酸的类似物。

2.2丙烯酰胺（AA）

丙烯酰胺是具有神经毒性的小分子化合物。

可引起急性、亚急性、慢性中毒。

主要表现为神经系统的损害，出现感觉-运动型周围神经核中枢神经病变。

而且具有眼毒性、生殖毒性、遗传毒性。

对于致癌性，虽然现阶段还没有临床试验和人群资料支持AA的致癌作用，但动物实验早已证实为B类致癌物。

2002年瑞典科学家发现在食品加工过程中，油炸或焙烘的淀粉类食品中发现含有较高含量的AA以来，引起了国际上对其毒性的关注。

自从发现食品中存在AA后，各国对于AA做出了新的规定，WHO也与2002年7月在网上公布了新的LC/MS/MS检测方法[40,41]。

Becalski等[42]证明天冬酰胺是形成AA的重要前提。

Zyzak等[43]报道的AA形成机理见图4。

2.3四甲基吡嗪（川芎嗪）

白酒中四甲基吡嗪（tetramethylpyrazineTMP）在制曲、堆积发酵过程均会产生，并经蒸馏带入酒中，在我国白酒主要酒种中有较高含量。

TMP是美拉德反应的产物，北京制药工业研究所在上世纪70年代中期，从川芎中分离得到的含量仅千分之几的四甲基吡嗪，后命名为川芎嗪（ligustrazine）。

TMP能通过血脑屏障，在脑干分布较多，又具有扩张血管、改善微循环及抑制血小板集聚等作用，因此在临床上用于缺血性血管疾病的治疗[44]。

吡嗪类化合物可以由Amadori重排的产物，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖二聚缩合产生，也可以二羰基化合物与氨基酸经Strecker降解，生成的氨基酮二聚缩合产生。

袁春伟采用对甲苯胺与3,5,6-三甲基-D-葡萄糖在酸性条件下生成较稳定的Amadori化合物，此化合物再经而据和反应形成1,4-二氢吡嗪，二氢吡嗪氧化即生成吡嗪[45,46]。

见图5。

酿酒生产过程中，TMP是由美拉德反应第一条路线生成的中间体丁二酮与蛋白质水解的氨基酸缩合反应生成的。

所以白酒中TMP的研究，应成为白酒有益于健康研究的重要方向。

适量饮用白酒有益于健康，甚至比干红葡萄酒（功能性成份白芦藜醇）更有益于人体的健康。

2.4红参中麦芽酚和精氨酸双糖苷（AFG）

鲜人参中含有丰富的游离精氨酸（Arg）。

鲜人参经蒸制至熟后通过烘烤干燥所制成棕红色半透明角质状的出加工品称之为红参。

红参的抗肿瘤活性强于鲜人参和生晒参，且红参中精氨酸含量降低，并含鲜人参中所不具有的成分，其原因在于红参加工过程中，鲜人参中的麦芽糖或葡萄糖与精氨酸发生了美拉德反应[47]，产生了新的具有较强活性的化合物。

其美拉德反应的主要产物为麦芽酚和精氨酸双糖苷（AFGArgininyl-Fructosyl-Glucose）。

李向高，郑毅男等提出了红参中麦芽酚[48]和精氨酸双糖苷[49]的可能形成反应过程。

如图6与图7。

李向高，郑毅男利用L-精氨酸和麦芽糖，在醋酸中80℃反应1h，合成制得AFG[47]。

经测试，AFG具有增强免疫、扩大血管及抑制小肠麦芽糖酶活性等生理作用[50]。

2.5类黑素（melanoidins）

类黑素（melanoidins）是美拉德反应的最终产物，其反应过程非常复杂。

到目前为止，关于类黑素的结构还不是很清楚。

起始原料、反应条件的不同都会影响黑色素组成。

类黑素是一类聚合度不等的高分子混合体，多以短肽或蛋白复合物的形式存在，亲水性极强，具有类似膳食纤维的功能，可降低人体餐后血糖，抑制胰蛋白酶和ACE活性，阻断致癌物亚硝胺合成，抗杂环胺诱变，结合封闭金属离子[51]。

研究表明随美拉德反应时间的延长，抗氧化能力明显增加，而经脱色处理的美拉德反应产物抗氧化能力则显著下降，说