黄酮抑制烘焙食品中1,2-二羰基化合物诱导的非酶蛋白糖基化机制及构效研究

1,2-Dicarbonyl compounds, reactive intermediate products in Maillard reaction, are precursors of advanced glycation products (AGEs), which are extremely reactive to modification protein. 1,2-Dicarbonyl compounds, such as methylglyoxal (MGO) and glyoxal (GO), together with AGEs from diet are most important sources of AGEs accumulation in body. Many research results showed that the accumulation of AGEs in body led to cardiovascular, diabetes and Alzheimer’s diseases. In order to improve the food safety, in this project the kinetics of MGO, GO and AGEs formation, together with the glycation-induced structural changes of protein in Maillard reaction using sugar-amino acid and sugar-protein model system are analyzed, and in which stage during Maillard reaction flavonoids inhibiting the formation of AGEs via trapping 1,2- dicarbonyls (MGO and GO) using glusose- ovalbumin and glucose-gluten model system is further investigated. To elucidate the inhibitory mechanism and structure-activity relationship of flavonoids against glycation, the kinetics of nine flavonoids in scavenging the formation of MGO/GO, along with the follow-up effect of adducts of flavonoids with MGO or GO were examined in this study. Furthermore, the dose-response relationship of antiglycation by flavonoids in cake processing are discussed. This research will establishe a theoretical basis for reduction of 1,2-dicarbonyl compounds and AGEs in industrial production of food.

1,2-二羰基化合物是晚期糖基化终产物（AGEs）形成的前体，属于高活性反应因子。食品中1,2-二羰基化合物[甲基乙二醛（MGO）和乙二醛（GO）]和AGEs是体内外源性AGEs摄入的重要来源。AGEs在人体内的蓄积容易引发心脑血管、糖尿病、老年痴呆等慢性病。为了提高食品安全，本项目拟通过构建氨基酸-糖和蛋白质-糖模型，剖析MGO/GO和AGEs在Maillard反应的不同阶段产生的过程、路径和来源，及糖基化对蛋白结构的影响；继而在小麦谷朊蛋白-葡萄糖和鸡蛋卵白蛋白-葡萄糖体系中，研究黄酮抑制1,2-羰基化合物及AGEs形成的关键控制点，及黄酮与MGO和GO加成产物的活性和后续效应，阐明九种不同结构黄酮在加工条件下抑制非酶蛋白糖基化的整体作用机制和构效关系。并在实际蛋糕体系中评价黄酮抑制蛋白糖基化的量效关系。为工业化生产奠定理论基础，以期达到降低食品中1,2-二羰基化合物和AGEs的目标。

1,2-二羰基化合物是晚期糖基化终产物（AGEs）形成的前体，属于高活性反应因子。食品中1,2-二羰基化合物（MGO/GO）和AGEs是体内外源性AGEs摄入的重要来源。MGO/GO/AGEs在人体内的蓄积容易引发心脑血管、糖尿病、老年痴呆、癌症等慢性病。食品在热处理加工、煎炸烹饪和长期储藏过程中发生的焦糖化反应、Maillard 反应、油脂的氧化等均能导致食物中1,2-二羰基化合物含量增高。为了提高食品安全性，本项目从食源性黄酮中筛选出高活性1,2-二羰基化合物抑制剂，槲皮素、杨梅素、染料木素、根皮素、儿茶素和PG。合成制备了槲皮素-MGO,杨梅素-MGO,表儿茶素-MGO，染料木素-MGO，根皮素-MGO，6-姜烯酚-MGO，PG-MGO,PG-GO,OG-GO,DG-GO等多个多酚-MGO/GO加合物，鉴定其结构。并考察验证了所得黄酮-MGO加合物抗氧化和抑制AGEs活性。首次证明槲皮素-MGO 加合物B环上保留的酚羟基依然具有抗氧化活性。首次报道了槲皮素B环依然具有捕获MGO的活性。进而构建了氨基酸-糖、蛋白-糖（小麦谷朊蛋白-糖、卵白蛋白-糖、大米蛋白-糖、大豆蛋白7S/11S-糖）模型，添加黄酮前后，研究了MGO/GO和AGEs随时间变化消长的反应动力学过程。三种食品蛋白产生有害产物由高到低依次为：大豆蛋白、鸡蛋蛋白、小麦谷朊蛋白、大米蛋白。通过单因素、正交试验分析食品配料（糖种类、油脂、膨松剂-碳酸氢铵，盐等），加工条件（温度、时间、pH值、加工方式），抑制剂等因素对体系中MGO/GO/AGEs形成的影响，找出了主要影响因素。首次发现淀粉与蛋白的交互作用，显著降低了蛋白糖基化。在模型和实际体系中采用LC-MS2跟踪监控黄酮捕获MGO/GO形成加合产物种类和产量的变化，解析验证了黄酮的抑制AGEs作用机理是通过捕获MGO/GO形成加合物，如：槲皮素-MGO,槲皮素-2MGO，槲皮素-3MO，阻断MGO/GO诱导的蛋白糖基化过程。并在实际油脂体系（玉米油、大豆油、棕榈油、植物黄油）、植物蛋白饮料体系(豆奶、豆粉)、烘焙实际体系（蛋糕、饼干）中评价验证了黄酮抑制MGO/GO以及蛋白糖基化的量效关系。以上成果为实际工业化生产中减控美拉德有害产物MGO/GO/AGEs奠定理论基础，为食源黄酮在不同食品体系添加提供了技术支持。