美拉德反应中金属配合物的形成机理及构效研究

本课题以葡萄糖-甘氨酸、天冬酰氨等美拉德反应底物或产物为配体与金属反应制备配合物以提高美拉德反应产物的生物活性和食用安全性。研究方法是把配合物看成一个体系，金属和葡萄糖-氨基酸及美拉德反应产物在系统中处在一定状态和层次之中，通过具体技术调节和改变金属在体系中的状态，通过所得产物，研究其生成机理和构效关系。用无机生物化学理论研究美拉德反应无机衍生物的活性机理，以期为食品工业产品与技术的创新和功能性增强提供理论基础。在方法上除了常用的活性多糖研究方法外，另采用生物无机化学的理论和方法来研究、分析和解释金属和美拉德反应底物或产物间相互作用的机理。建立一套系统的葡萄糖-氨基酸-金属配合物的研究方法，为企业和科研在同一领域的研究奠定基础。为拓宽美拉德反应产物的衍生化和功能性研究提供技术基础。

本项目按照计划书要求完成任务，达到预期目标。在制备多种美拉德反应产物-金属离子配合物的同时，对其结构表征、理化性质和生物活性进行了较为细致的研究。在此基础之上，研究物理场诱导美拉德反应以及强化美拉德反应产物与金属离子配位的机理。简述如下：对葡萄糖-甘氨酸、-脯氨酸美拉德反应产物进行分离纯化，制备了5-羟甲基糠醛、果糖基甘氨酸、果糖基脯氨酸、麦芽酚、不同分子量范围的类黑精等美拉德反应中间阶段和高级阶段产物，对其结构进行表征，并将其作为配体与金属离子Fe3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等进行配位反应，结果表明，麦芽酚易于与Fe3+、Zn2+发生配位反应，形成配合物晶体，类黑精可与Fe2+进行配位，配位机制是金属离子与类黑精分子的N和O的孤对电子进行配位形成类蛋盒结构，从而将金属离子紧密包裹于类黑精分子中，形成金属离子/类黑精纳米颗粒。研究脉冲电场和强超声场促进美拉德反应，结果表明，脉冲电场通过正负极产生的强电子牵引效应，使OH-中的O孤对电子发生电子转移，加速胺（氨）类化合物中氮原子孤对电子攻击还原糖半缩醛羟基碳原子，从而促进美拉德反应初级阶段的进行。超声场诱导碱性条件下美拉德反应的机理可认为是：空化效应中释放大量自由基，从而诱导反应体系发生氧化-脱水-氧化等一系列以氧化为主的链式反应，从而促进美拉德反应的极性。采用脉冲电场诱导美拉德反应产物与金属离子配位，并对其反应条件进行优化，结果表明， pH为3.0时有助于Fe2+与类黑精形成配合物，碱性环境则不利于金属配合物的形成，同时研究发现，高强脉冲电场（80kV/cm）作用下，Fe2+与类黑精的缔合比可高达21.4%。本课题研究成果将为企业与科研机构在同一领域的研究提供理论依据。