低聚殼聚糖與葡萄糖和麥芽糖的美拉德反應(yīng)及其衍生物的抗氧化性能

1、第30卷第4期2011年7月食品與生物技術(shù)學(xué)報Journal of Food Science and BiotechnologyV ol.30 N o.4Jul. 2011文章編號:1673-1689(201104-0556-05 收稿日期:2010-06-04基金項目:上海市生物醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域重點科技項目(0839*;2009年上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人計劃(09XD1402000;上海市教委重點學(xué)科建設(shè)項目(J50704。作者簡介:孫濤(1970-,女,黑龍江依蘭人,工學(xué)博士,副教授,主要從事多糖改性及生物功能研究。低聚殼聚糖與葡萄糖和麥芽糖的美拉德反應(yīng)及其衍生物的抗氧化性能孫濤, 陳春紅,

2、 謝晶, 梁齊(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海201306摘 要:低聚殼聚糖(COS作為氨基供體分別與提供羰基的葡萄糖和麥芽糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)(氨基與羰基的物質(zhì)量比均為3:1,考察了反應(yīng)過程中吸光度和熒光值的變化。醇沉法提取低聚殼聚糖美拉德反應(yīng)衍生物CG 和CM 。對兩種衍生物進(jìn)行紅外表征和相對分子質(zhì)量測定,并研究其對超氧陽離子O 2.-、DPPH 自由基的清除能力以及還原能力。結(jié)果顯示:抗氧化能力強(qiáng)弱次序為CG>CM >COS,即美拉德反應(yīng)后低聚殼聚糖衍生物抗氧化能力得到顯著提高,且CG 的抗氧化活性優(yōu)于CM,表明與單糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)制得的殼聚糖衍生物具有更好的抗氧化性。關(guān)鍵詞:低聚殼

3、聚糖;美拉德反應(yīng);葡萄糖;麥芽糖;抗氧化性中圖分類號:R 284;Q 539;TS 202.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AMaillard Reaction between Chitosan Oligosaccharide and G lucose/Maltoseand the Antioxidant Activity of the DerivativesSU N T ao , CH EN Chun -hong, XIE Jing, LIANG Qi(Co lleg e of F ood Science and T echnolog y,Shanghai O cean U niv ersity ,Shang

4、 hai 201306,ChinaAbstract:M aillard reaction w as occured by heating chitosan o ligosaccharide (COSw ith g lucose and maltose separately (the ratio o f NH 2and OH w as 3B 1.T he absorbance and fluo rescence w er e determ ined dur ing the reaction.T w o kinds of chito san oligo saccharidederivatives

5、w ere ex tracted,nam ed CG and CM.Chitosan oligo saccharide derivatives w er e characterized by FTIR and their m olecular w eight was determined by GPC.T heir antiox idant activity w as inv estig ated by employ ing various established in vitro systems,such as supero xide/1,1-dipheny-l 2-picr ylhydra

6、zyl (DPPH radicals scaveng ing and reducing po w er.T he results show ed two kinds o f the chito san oligosaccharide deriv atives show ed stro ng antiox idant activity co mpared w ith chito san olig osaccharide.T he antiox idant activ ity w as found to be in the order of CG>CM >COS,w hich indi

7、cated that the der iv atives pr epared by monosaccharide had the better antiox idant activity.Key words:chitosan oligo saccharide,M aillard reaction,glucose,m altose,antio xidant activity美拉德反應(yīng)是多指發(fā)生在食品加工和貯存過程中還原糖的羰基與蛋白質(zhì)、氨基酸及一些含氮化合物的氨基產(chǎn)生的一系列復(fù)雜反應(yīng)的集合,在反應(yīng)過程中也會產(chǎn)生一些小分子化合物,如色素和熒光物質(zhì),使得體系的光吸收特征(包括紫外和可見及熒光特征增強(qiáng)

8、。美拉德產(chǎn)物具有一定的抗氧化性能,其中某些物質(zhì)的抗氧化活性可以與食品中常用的抗氧化劑相媲美1。其產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多,與反應(yīng)時間、溫度以及參與反應(yīng)的糖和氨基酸等有很大關(guān)系2。糖的結(jié)構(gòu)和種類會影響美拉德反應(yīng)發(fā)生的速率,一般而言,單糖的反應(yīng)速度要大于雙糖3。低聚殼聚糖的抗氧化作用日益受到廣泛關(guān)注,由于含有大量游離氨基,殼聚糖可以作為氨基的供應(yīng)體與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)。還原糖中,單糖和雙糖易于發(fā)生美拉德反應(yīng),但美拉德產(chǎn)物的性質(zhì)有所差別4。作者以美拉德反應(yīng)作為低聚殼聚糖改性的手段,分別與葡萄糖和麥芽糖反應(yīng),制得低聚殼聚糖衍生物,考察了兩種衍生物對O2#-、DPPH 的清除能力以及還原能力,為低聚殼聚

9、糖的改性和天然高效抗氧化劑的開發(fā)提供了新思路。1材料與方法111原料與試劑低聚殼聚糖:購自浙江金殼生物化學(xué)有限公司;魯米諾,DPPH:購自Sig ma公司;其余試劑:分析純,購自上?；瘜W(xué)試劑公司;抗氧化測試所需溶液由二次蒸餾水配制。112主要設(shè)備和儀器WFZ UV2000型紫外分光光度計;970CRT熒光分光光度計;EQUN OX55傅立葉紅外-拉曼光譜儀;Waters515型凝膠色譜儀;IFFM2D型流動注射化學(xué)發(fā)光分析儀。113低聚殼聚糖衍生物的制備稱取殼聚糖2010g兩份,分別加入葡萄糖和麥芽糖各6167g,使得殼聚糖氨基和葡萄糖以及麥芽糖的羰基物量比為3B1。用200mL的二次蒸餾水溶

10、解,在80e下回流反應(yīng),考察反應(yīng)過程中吸光度以及熒光值的變化。反應(yīng)8h后,產(chǎn)物經(jīng)多次醇純,直至檢測產(chǎn)物中無葡萄糖和麥芽糖的存在,烘干得殼聚糖衍生物CG和CM。114測試表征紅外光譜在EQU NOX55傅立葉紅外-拉曼光譜儀上進(jìn)行,采用KBr壓片法制樣,測定波數(shù)范圍為5004000cm-1,分辨率為018cm-1。產(chǎn)物的相對平均分子質(zhì)量及其分布采用GPC 法測定。GPC測試條件如下:流動相:011mo l/L 硝酸鈉水溶液;監(jiān)測器:W aters2410示差折光監(jiān)測器;柱子:Ultrahyg rog el500,120串連;溫度:40e;標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為:葡聚糖。115抗氧化性能測定11511對超氧陰

11、離子自由基O2#-的清除濃度為11510-3mo l/L的魯米諾溶液用pH=10120的0105m ol/L N a2CO3-NaH CO3緩沖溶液配制,濃度為011m ol/L的鄰苯三酚儲備液用110-3mo l/L 的鹽酸配制,使用前用去離子水稀釋至110-4 mo l/L。以緩沖液作為溶劑,配制不同濃度的樣品溶液。用流動注射化學(xué)發(fā)光分析儀依次測定從稀到濃的樣品溶液,讀出峰面積5。清除率=(A0-A i/A0100%。其中A0為空白溶液峰面積;A i為樣品溶液峰面積。經(jīng)SOD,過氧化氫酶及甘露醇檢測,該體系產(chǎn)生的自由基為超氧陰離子O2#-。11512對DPPH自由基的清除在裝有210m L

12、 的濃度為110-4m ol/L DPPH無水乙醇溶液的比色管中,加入不同濃度的樣品溶液210mL,室溫下避光靜置半小時,在517nm處測量吸光度A i。用去離子水代替樣品溶液,得吸光度A0,無水乙醇代替DPPH,得吸光度A j6。清除率=(1-(A i-A j/A0100%。11513還原能力的測定還原能力根據(jù)文獻(xiàn)7測定并稍做改進(jìn)。取210mL不同濃度的樣品,加入pH=6160的012m ol/L磷酸緩沖液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%鐵氰化鉀溶液各215m L,混勻,50e水浴20 min后迅速冷卻,加入215mL體積分?jǐn)?shù)10%三氯乙酸溶液,混勻后在3000r/min下離心10min,取上清液210mL,

13、加入215mL去離子水和015m L 質(zhì)量分?jǐn)?shù)011%的三氯化鐵溶液,靜置10min后在700nm處測定吸光度。2結(jié)果與討論211吸光度的變化圖1和2描述了低聚殼聚糖分別與葡萄糖、麥芽糖反應(yīng)過程中的紫外-可見吸收光譜圖。由圖可知,在278nm處吸收峰有明顯增加,表明有新的物質(zhì)生成并不斷積累,且與葡萄糖反應(yīng)的體系增幅較大,表明該體系物質(zhì)積累較快。在酸性條件下,美拉德反應(yīng)易發(fā)生糖的異構(gòu)和脫水,產(chǎn)生糠醛類物質(zhì)。羥甲基糠醛是美拉德反應(yīng)的標(biāo)示物,在280nm 左右存在特征吸收峰8。557第4期孫濤等:低聚殼聚糖與葡萄糖和麥芽糖的美拉德反應(yīng)及其衍生物的抗氧化性能 圖1 低聚殼聚糖與葡萄糖美拉德反應(yīng)過程中吸

14、光度的變化Fig.1 UV -Vis absorbance of Maillard reaction with glucose圖2 低聚殼聚糖與麥芽糖美拉德反應(yīng)過程中吸光度的變化Fig.2 UV -Vis absorbance of Maillard reaction withmaltose212 熒光值的變化圖3和4描述的是在美拉德反應(yīng)過程中,兩種體系在343nm 的激發(fā)波長和435nm 發(fā)射波長下測得的熒光值變化趨勢。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,體系的熒光強(qiáng)度明顯增高,這表明具有熒光性質(zhì)的美拉德產(chǎn)物的產(chǎn)生和積累,且與葡萄糖反應(yīng)的體系在反應(yīng)前期熒光值增幅較大,表明該物質(zhì)積累較快。熒光物質(zhì)被視為美拉德反應(yīng)

15、的指示劑,因為它們靈敏地反映了美拉德反應(yīng)的早期過程9,反應(yīng)后期熒光物質(zhì)將參與類黑素等大分子的形成,所以隨著反應(yīng)進(jìn)行,熒光物質(zhì)的積累會越來越少10。213 低聚殼聚糖衍生物的測試表征圖5是低聚殼聚糖及其衍生物(CG 與CM 的紅外光譜圖。殼聚糖及兩種衍生物在1100cm-1附近都有3個較強(qiáng)的多糖特征吸收峰,分別是1037cm -1、1085cm -1、1155cm -1,這些吸收峰都來自殼聚糖主鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu),可作為判定低聚殼聚糖及其衍生物存在的特征吸收峰11。殼低聚糖在1622、1516和1381cm -1附近的吸附帶,分別歸因于酰胺I (C=O、自由氨基(-NH 2和酰胺Ó12。圖中顯

16、示低聚殼聚糖美拉德衍生物在1516cm -1的峰較低聚殼聚糖有明顯降低,表明了自由氨基的減少;同時,在1155和896cm -1處的吸收峰,分別歸因于C -O 伸縮振動和B -D -氨基葡萄糖結(jié)構(gòu),當(dāng)加入葡萄糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)后,該處吸收峰漸漸降低,表明殼聚糖的糖單元發(fā)生了變化4 。圖3 低聚殼聚糖與葡萄糖美拉德反應(yīng)的過程中熒光值的變化Fig.3 Fluorescence absorbance of Maillard reactionwith glucose圖4 低聚殼聚糖與麥芽糖美拉德反應(yīng)的過程中熒光值的變化Fig.4 Fluorescence absorbance of Maillard r

17、eactionwith maltose采用GPC 法,測得樣品低聚殼聚糖的相對分子質(zhì)量為8190,低聚殼聚糖衍生物CG 和CM 的相對分子質(zhì)量分別為11800和9880。美拉德衍生物的相對分子質(zhì)量較低聚殼聚糖都有所增加,表明殼低聚糖分子中的游離氨基酸和還原糖基團(tuán)相互反應(yīng)形成了更大的分子。558食 品 與 生 物 技 術(shù) 學(xué) 報 第30卷圖5低聚殼聚糖及3種低聚殼聚糖美拉德衍生物的紅外光譜圖Fig.5FTIR spectra of C OS,C G and C M214超氧陰離子自由基O2#-清除圖6描述了低聚殼聚糖及其衍生物對O2#-的清除效果。兩種衍生物CG和CM對于O2#-的清除能力均隨著

18、濃度的增加,其IC50(對自由基清除率為50%時所需要的自由基清除劑濃度分別為01077和01092mm ol/L,而低聚殼聚糖的IC50為01196m mol/L,可見兩種衍生物對O2#-的清除能力優(yōu)于低聚殼聚糖,且CG的清除能力優(yōu)于CM。研究表明,低聚殼聚糖對O2#-的清除活性可能與其分子中的活性羥基和氨基有關(guān)13,低聚殼聚糖作為氨基的供體與提供羰基的葡萄糖和麥芽糖發(fā)生美拉德反應(yīng),與低聚殼聚糖相比,其活性氨基含量下降,但其衍生物對O2#-的清除能力有所提升。相比麥芽糖,低聚殼聚糖與葡萄糖生成的衍生物對O2#-清除能力更強(qiáng),這可能是由于低聚殼聚糖是大分子物質(zhì),分子鏈較長,當(dāng)殼聚糖的氨基與兩種

19、糖的羰基物質(zhì)量比相同時,葡萄糖作為單糖,分子較小,易于進(jìn)攻殼聚糖的羰基,使得衍生物具有更好的抗氧化活性。215對DPPH自由基的清除圖7描述了殼聚糖及其衍生物對DPPH自由基的清除能力。由圖可知,CG、CM和COS的IC50分別為01026、01051以及01144mm ol/L,即抗氧化能力CG>CM>COS。這一結(jié)果同樣與對O2#-的清除結(jié)果相仿。216還原能力的測定還原能力是表示抗氧化物質(zhì)提供電子能力的重要指標(biāo),通過提供電子,阻斷了Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)變,從而表現(xiàn)出一定的還原能力。研究表明,抗氧化活性和還原能力之間存在著密切的關(guān)系14。如圖8所示,在濃度為0120m mol

20、/L時,COS、CG和CM的吸光度分別為01328、01865和01625,還原能力強(qiáng)弱順序為CG>CM>COS,這與前面的結(jié)果保持一致。圖6低聚殼聚糖及兩種美拉德衍生物對O2#-的清除能力Fig.6Scavenging activity of COS,CG and CM on su-peroxide radicals圖7低聚殼聚糖及兩種美拉德衍生物對DPPH的清除能力Fig.7Scavenging activity of COS,C G and CM on DP-PH radicals圖8低聚殼聚糖及兩種美拉德衍生物的還原能力Fig.8Reducing power of COS,

21、C G and CM559第4期孫濤等:低聚殼聚糖與葡萄糖和麥芽糖的美拉德反應(yīng)及其衍生物的抗氧化性能 3結(jié)語作者以美拉德反應(yīng)為低聚殼聚糖的改性手段,分別與葡萄糖和麥芽糖反應(yīng)來制備低聚殼聚糖衍生物,并檢測了低聚殼聚糖及其衍生物對O2#-、DPPH的清除能力以及還原能力。結(jié)果顯示,衍生物的抗氧化性均優(yōu)于低聚殼聚糖,故可以認(rèn)為美拉德反應(yīng)是低聚殼聚糖改性的有效手段;低聚殼聚糖與葡萄糖美拉德反應(yīng)的衍生物抗氧化性更強(qiáng),這可能是由于單糖的分子較雙糖小,更易于向氨基進(jìn)攻發(fā)生美拉德反應(yīng),生成的衍生物抗氧化性能也更強(qiáng)。表明低聚殼聚糖與葡萄糖的美拉德反應(yīng)是提高抗氧化性更有效的手段,其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。本研究為制

22、備天然、安全、高效的抗氧化劑提供了一定的參考依據(jù)。參考文獻(xiàn)(R eferences:1Wag ner K H,Derkit s S,Her r M,et al.A ntiox idative po tent ial of melanoidins iso lated fr om a r oasted gluco se-g ly cinemodelJ.Food C hem,2002,78:375-382.2龔平,闞建全.美拉德反應(yīng)產(chǎn)物性質(zhì)的研究進(jìn)展J.食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(4:141-145.GO NG Ping,K A N Jian-quan.Study on the pr og re

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