食品中HMF衍生物的形成及其在模拟胃肠道中的释放

摘要

5-羟甲基糠醛（5-HMF）是热加工食品的内源性污染物质，广泛存在于咖啡、蜂蜜及各种烘焙食品中。我们在研究氨基酸对5-HMF形成的影响时发现，氨基酸能与5-HMF形成衍生物而消除5-HMF。为此，我们对部分衍生物进行了结构鉴定，推测其形成机理和影响因素。在此基础上，采用模拟胃肠道消化体系研究了5-HMF在人体消化系统中的迁移规律。主要结论如下： （1）半胱氨酸、甘氨酸和CaCl2对模拟体系和自制饼干中HMF形成的影响 在天冬酰胺-果糖模拟体系下半胱氨酸能够抑制5-HMF的形成，CaCl2能够促进5-HMF的形成，甘氨酸则呈现出低浓度（0～0.20mol/L）下促进、高浓度（0.25～0.50mol/L）下抑制5-HMF形成的双重影响。在面团中添加半胱氨酸和甘氨酸能够有效抑制自制饼干中5-HMF的形成，添加0.36g/100g半胱氨酸和0.20g/100g甘氨酸后饼干中5-HMF的消除率达到93.2%。 （2）8种氨基酸对5-HMF的消除作用 将5-HMF分别与8种氨基酸（天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、赖氨酸）（1∶10）在160℃下反应15min，发现所有氨基酸均能消除5-HMF。半胱氨酸、甘氨酸和赖氨酸对5-HMF的消除效果最好，消除率分别是97.7%，39.3%和93.3%。温度升高，氨基酸对HMF的消除作用增大；pH降低，氨基酸对5-HMF的消除效果减弱。温度对氨基酸消除HMF的影响较大，半胱氨酸在低温短时间下（40℃、15min）对5-HMF的消除率可达到90%，而甘氨酸和赖氨酸则需在100℃以上才能对5-HMF产生消除效果。 （3）半胱氨酸、甘氨酸及赖氨酸与HMF衍生物的结构鉴定 采用HPLC-MS-MS初步鉴定了半胱氨酸-HMF、甘氨酸-HMF、赖氨酸-HMF衍生物的结构，发现了4种半胱氨酸-HMF衍生物、3种赖氨酸-HMF衍生物以及1种甘氨酸-HMF衍生物。其中半胱氨酸主要通过活泼巯基与5-HMF发生Michael加成反应形成衍生物；甘氨酸和赖氨酸则主要通过氨基与5-HMF发生美拉德反应形成薛夫碱产物。此外，氨基酸-HMF衍生物在低酸性（模拟胃环境）下会再次释放HMF，半胱氨酸-HMF、甘氨酸-HMF和赖氨酸-HMF衍生物释放率分别为1.7%，2.6%和10.5%。 （4）在体外模拟消化过程中，饼干、咖啡、方便面、薯片中5-HMF的迁移规律 除咖啡外，饼干、方便面、薯片在模拟胃消化后5-HMF含量显著上升，然后经过肠消化后明显减少。此外，饼干、方便面、薯片的肠消化产物对外加5-HMF有明显的消除作用。 食品被胃肠道消化后，氨基酸总量和种类大大增加，其中以赖氨酸、精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸含量最高。蛋白质被酶解后的氨基酸和小分子肽在pH中性的小肠环境下可能与5-HMF反应，从而导致食物进入肠道后5-HMF浓度下降。 综上所述，在食品中产生的5-HMF会与氨基酸形成衍生物，在酸性的胃环境中5-HMF会从加合物中释放出来，而在中性的肠环境中又会与食品中蛋白质酶解后释放的氨基酸和小分子肽反应形成加合物。

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