低聚殼聚糖與葡萄糖和麥芽糖的美拉德反應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)科技領域重點科技項目(0839*;2009年上海市優(yōu)秀學科帶頭人計劃(09XD1402000;上海市教委重點學科建設項目(J50704。作者簡介:孫濤(1970-,女,黑龍江依蘭人,工學博士,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(上海海洋大學食品學院,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行美拉德反應(氨基與羰基的物質(zhì)量比均為3:1,考察了反應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衍生物CG 和CM 。對兩種衍生物進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:抗氧化能力強弱次序為CG>CM >COS,即美拉德反應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,表明與單糖進行美拉德反應制得的殼聚糖衍生物具有更好的抗氧化性。關鍵詞:低聚殼

3、聚糖;美拉德反應;葡萄糖;麥芽糖;抗氧化性中圖分類號:R 284;Q 539;TS 202.3文獻標識碼: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)生的一系列復雜反應的集合,在反應過程中也會產(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

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)復雜、種類繁多,與反應時間、溫度以及參與反應的糖和氨基酸等有很大關系2。糖的結(jié)構(gòu)和種類會影響美拉德反應發(fā)生的速率,一般而言,單糖的反應速度要大于雙糖3。低聚殼聚糖的抗氧化作用日益受到廣泛關注,由于含有大量游離氨基,殼聚糖可以作為氨基的供應體與還原糖發(fā)生美拉德反應。還原糖中,單糖和雙糖易于發(fā)生美拉德反應,但美拉德產(chǎn)物的性質(zhì)有所差別4。作者以美拉德反應作為低聚殼聚糖改性的手段,分別與葡萄糖和麥芽糖反應,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,考察反應過程中吸光度以及熒光值的變化。反應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;標準物質(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7測定并稍做改進。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)量分數(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體積分數(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)量分數(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的標示物,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。隨著反應的進行,體系的熒光強度明顯增高,這表明具有熒光性質(zhì)的美拉德產(chǎn)物的產(chǎn)生和積累,且與葡萄糖反應的體系在反應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

15、的指示劑,因為它們靈敏地反映了美拉德反應的早期過程9,反應后期熒光物質(zhì)將參與類黑素等大分子的形成,所以隨著反應進行,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),當加入葡萄糖進行美拉德反應后,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相互反應形成了更大的分子。558食 品 與 生 物 技 術(shù) 學 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,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,這可能是由于低聚殼聚糖是大分子物質(zhì),分子鏈較長,當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,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及其衍生物的抗氧化性能 3結(jié)語作者以美拉德反應為低聚殼聚糖的改性手段,分別與葡萄糖和麥芽糖反應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,故可以認為美拉德反應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的衍生物抗氧化性更強,這可能是由于單糖的分子較雙糖小,更易于向氨基進攻發(fā)生美拉德反應,生成的衍生物抗氧化性能也更強。表明低聚殼聚糖與葡萄糖的美拉德反應是提高抗氧化性更有效的手段,其機理還有待進一步研究。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(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.美拉德反應產(chǎn)物性質(zhì)的研究進展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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