美拉德反应产物的研究现状

2010-04-13谢嘉宾

四川畜牧兽医 2010年1期

谢嘉宾，谢青

（1.四川省动物疫病预防控制中心，四川成都 610041；2.四川省兽药监察所，四川成都 610041）

美拉德反应是广泛存在于食品、饲料加工中的一种非酶褐变，是氨基化合物（如胺、氨基酸、蛋白质等）和羰基化合物（如还原糖、脂质以及由此而来的醛、酮、多酚、抗坏血酸、类固醇等）之间发生的非酶促反应，也称为羰氨反应。反应经过复杂的历程，最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质——类黑精或称拟黑素。Maillard在1912～1917年间对美拉德反应做了卓有成效的研究，以后Hodge等多人对该反应的历程及机理进行了研究和论述。

1 美拉德反应产物（MRPs）抗氧化机理的研究

尽管MRPs的抗氧化性能被广泛研究，但仍不完全了解它的抗氧化机理。早期研究认为MRPs中间体——还原酮类化合物的还原能力及MRPs的金属离子络合特性与其抗氧化能力有关。近年来的研究表明，MRPs有很强的消除活性氧的能力。Hayase（1989）认为类黑精具有很强的消除活性氧的能力，因而可抑制脂类氧化。Yen等（1992，1993，1995）指出，在木糖-赖氨酸MRP的XL-MRP中存在许多能消除过氧化物的化合物（主要存在于褐变色素中），过氧化物间接引发脂类氧化（因为过氧化物能提供原始氧）。XL-MRP显著的抗氧化能力很可能与它们强有力的消除过氧化物有关。Kawane等（1999）在美拉德反应物（MRPs）的根基清除作用研究中认为，自由基结构与化学发光相关，大豆来源的酱油，含有MRPs，将其与发光性活性氧簇混合，通过测定化学发光性来研究酱油中的MRPs对过氧化物和羟基清除的活性，结果表明大豆酱油中的MRPs有清除活性氧的活性。

2 MRPs的诱变和抗突变作用

抗突变是指抗某一种或几种化学诱变剂的诱变作用，也预示着可能有抗诱变剂致癌作用的功效。

2.1 诱变作用 Skog（1993）从模式实验中鉴定出的几种温热性诱变剂支持了“肌酸、肌酐、氨基酸和糖形成温热性诱变剂”的理论。人们一般接受肌酸是一种诱变剂的先体物，有趣的是由肌酸转化成的肌酐表现出了对于过量糖的阻滞作用，引起诱变活性降低；从葡萄糖碳原子的并入所产生的食物诱变剂分子已证明，葡萄糖是一种先体物，糖已显示出了既能加强又能抑制诱变剂产生的作用，主要依赖于糖和其反应物的分子比例。

Chen-JiauHua（1996）在进行MRPs介导的DNA诱变研究时，用0.025～1.0M的葡萄糖-赖氨酸美拉德产物（MRPs）处理质粒pUC12，结果从处理5min到24h均降低了质粒pUC12的转化率，通过同MRPs孵化后，比较质粒pUC12 DNA模式，结果显示凝胶电泳DNA的大小无变化；增加质粒pUC12同MRPs孵化时间到4～12 d，质粒pUC12的转化率为3.2%和0.15%，质粒pUC12同MRPs孵化12 d时的转化率比4 d时低几倍；接着将质粒pUC12同MRPs的混合物用乙醇沉析变性，在Tris-EDTA中复性，质粒pUC12的转化效率增加10倍以上，这种现象在孵化12 h时存在。

Brands（2000）在120℃加热糖-酪蛋白形成诱变剂，然后用S.typhimurium TA-100进行Ames试验，比较几种糖——葡萄糖、果糖、半乳糖、塔格糖（已酮糖）、乳糖、乳果糖反应物的诱变性。结果认为诱变性完全归因于MRPS，由于不同的反应率和不同的反应机制，各种糖的诱变性完全不同。Kitts（1993）用葡萄糖-甘氨酸的MRPS产物在有和无S-9混和时对于S.typhimurium TA-100、TA-98均具有诱变和染色体畸变活性；MRP对于TA-98和TA-100的诱变活性在没有S-9预处理时被获得，但在有S-9预处理时TA-100组被减少，TA-98组总体上被消除。

2.2 美拉德褐色产物的抗诱变作用目前对MRPs中的抗诱变混合物及其机理仍不完全清楚。一些研究认为，MRPs的抗诱变能力可能与类黑精还原性有关，这类物质可消除自由基，钝化抑制酶活力（Hayase，1989；Kim，1986）。

美拉德产物具有一定的抗诱变能力，但是不同的氨基酶-糖产物能力不同（Yamaguchi，1986）。Yen等（1992）通过在100℃加热单糖（果糖、葡萄糖和木糖）和氨基酸（精氨酸、甘氨酸、赖氨酸、和色氨酸）10 h制得MRPS，抗诱变活性的5种因子通过S.typhimurium TA-98和S-9大鼠微球蛋白进行Ames分析，结果木糖和赖氨酸具有最大的褐变程度，木糖的MRPs显示出了最大的抗氧化效果，木糖-色氨酸强烈地抑制了3种诱变剂的诱变，其抗诱变能力强弱顺序为：木糖-氨基酸＞葡萄糖-氨基酸＞果糖-氨基酸。然而一些MRPs可能使一些因子成为诱变剂，黄曲毒素B1的诱变活性在除了木糖-色氨酸外的所有MRPs中增加。

3 生物体内的美拉德反应

近年来发现，生理条件下还原糖与蛋白质之间的反应可导致蛋白褐变、荧光物质的生成和发生交联等，在美拉德反应后期阶段形成的糖化终产物积累于长寿组织蛋白如晶体蛋白和胶原蛋白等蛋白质上，促进人体老化和导致糖尿病、白内障、动脉硬化、肾炎、网膜症、神经障碍和心脏血管等疾病的发生。因此，对生理条件下蛋白质和还原糖之间美拉德反应的研究已成为了一个新的热点。

在1968年，Rahbar等在观察糖尿病人的血红蛋白时就发现该血红蛋白AIC是一种糖基化的血红蛋白。糖尿病患者的红细胞中HbAIC的含量升高，HbAIC是血红蛋白（Hb）通过β链N-末端的缬氨酸与葡萄糖以Amadori型结合形成的糖基化蛋白质。因HbAIC的含量能很好地反映血糖值，后来，对HbAIC含量的测定就成为控制糖尿病的临床工具。

李莉和印大中（2003）认为，脂质过氧化和糖基化产生的中间产物——不饱和醛酮（即应激醛）会造成缓慢积累的生理改变（称为醛应激现象）。直到最近几年才证明这些应激醛产物有很强的生物毒性，能对细胞造成种种与衰老过程相关的急性或慢性伤害。

Yin和 Brunk（1995，1996）根据老年色素逐步形成的生物化学过程，提出了羰基毒化衰老学说：糖基化造成的蛋白质的交联损伤是衰老的主要原因，主要发生反应的氨基酸残基有赖氨酸、精氨酸、组氨酸、酪氨酸、色氨酸、丝氨酸以及苏氨酸等。Stadtman（1992）发现老年动物体内蛋白质的羟基含量大大高于幼龄动物，据估计，老龄动物体内40%～50%的蛋白质已被氧化而以含羟基的醛酮形式存在。这些实验结果与脂质过氧化的结果不谋而合。

Furth等（1989）认为，蛋白质的糖化作用导致了Amadori产物以及Maillard产物的形成，或AGE随着年龄的增长而积累，包括血中的白蛋白由于糖化失去了与长链脂肪酸的结合能力，运载胆固醇的脂蛋白由于其糖化不再被细胞表面的受体识别，免疫球蛋白结合细菌毒素的能力减弱。Monnier等用牛的晶状体蛋白与葡萄糖在模拟生理条件下放置数月，发现其酶解产物与患有白内障的人晶状体蛋白的酶解产物极为相似，这意味着美拉德反应与白内障的发生有密切关系。

Lee（1999）认为3-DG是美拉德反应中间阶段的主要产物，反应性极强，是蛋白质与葡萄糖或果糖发生聚合的交联剂，并且是Lys、Arg、Try的攻击者，引起蛋白质Lys、Arg、Try损伤，进而引起褐变、荧光的发生和交联的形成。动脉硬化是老年常见病，孙贺英等（1996）有实验证明:随着年龄的增长，动脉壁内荧光物质含量增加，动脉壁弹性随之下降，从而加速动脉硬化的发生。

4 美拉德反应的调控研究

美拉德反应的调控研究在医学上具有重要意义，目前，该领域的研究热点分为两个方面：一是寻找有调节作用的有机、无机化合物；二是从动植物体内寻找有调节作用的活性物质。这些物质之所以能达到抑制褐变及AGE形成的效果，在于它们能完全捕捉住具有强反应活性的化合物如2-羰基醛化合物（甲基乙二醛、3-脱氧葡糖醛酮）等中间体，从而抑制美拉德反应。

Sell等人用24个人的脑膜（湿重600 g）提取Pentosidine，发现人脑膜中的Pentosidine水平与年龄成线性关系。日本中村等人（1994）就用Pentosidine作为标记物进行了Ge-132抑制maillard反应的体外实验：在由精氨酸、核酸和赖氨酸反应生成的Pentosidine系统中，加入不同浓度的Ge-132，发现Ge-132可抑制Pentosidine的形成。

Manjari等（1999）通过分光光度法研究葡萄糖、果糖与甘氨酸在谷氨酸和天冬氨酸中90℃条件下的颜色动力学反应，表明：谷氨酸和天冬氨酸对褐色反应的形成具有抑制效果，且天冬氨酸比谷氨酸具有更强的抑制效果。Vasiliauskaite（1997）将甲醛加入到葡萄糖和甘氨酸的混合物中，在pH值5.5、55℃下反应，用14C标记反应物，发现葡萄糖和甘氨酸的C1、C2以及甲醛分子促进了非透析性类黑精分子的形成，甲醛抑制了葡萄糖加甘氨酸的褐变反应，减少了高分子量美拉德反应产物的形成，改变了分子的色谱吸光度。

丁斌鹰（2000）在棉酚和干酪素反应中引进尿素，以有效赖氨酸含量为指标，120℃时，棉酚和干酪素反应趋势呈线性下降（R=0.9887）。说明尿素能抑制该反应（P<0.01），有效防止有效赖氨酸的损失。

Jellum报道了鼠和羊肝脏中的2-羰基醛还原酶可以分解3-脱氧葡糖醛酮，而乙二醛酶不能。Oimomi等人从兔子肝脏中也分离出2-羰基醛脱氢酶，通过该酶对3-脱氧葡糖醛酮的分解能阻止美拉德反应的进行。