富含蔗糖和低水分的坚果种子烘烤中美拉德和焦糖化反应的模型建立

烘烤是坚果加工的重要过程之一，通常在130-200°C对坚果烘烤能产生理想的香气、颜色和质地，从而提高整体可接受性。除物理变化外，烘烤过程中还会发生美拉德反应（MR）、糖降解、脂质氧化、蛋白质变性和维生素降解等化学反应。MR和焦糖化能改变食品的特性，如色泽、味道、风味和抗氧化特性等。另一方面，这些反应可能导致蛋白质营养价值丧失及有害化合物的形成。MR从羰基与氨基化合物的缩合开始，早期形成N-取代的糖基胺，这种化合物不稳定，若羰基来自醛糖，则会重排以形成更稳定的Amadori产物（AP），若涉及酮糖，则形成Heyns产物（HP）。在MR的晚期，AP和HP可以发生降解反应，并且根据pH值，形成几种α-二羰基化合物，如甲基乙二醛（MGO），乙二醛（GO），葡萄糖醛（G），二甲基乙二醛（DMG），3-脱氧葡萄糖酮（3-DG）和1-脱氧葡萄糖酮（1-DG），这些化合物还涉及与肽或蛋白质侧链的进一步反应，导致晚期糖基化终产物（AGEs）的形成。N-ε-羧甲基赖氨酸（CML）和N-ε-羧乙基赖氨酸（CEL）可以由AP / HP的氧化或α-二羰基化合物（如GO和MGO）与赖氨酸的ε氨基反应产生。5-羟甲基糠醛（HMF）是MR晚期形成的另一种产物，可通过3-DG脱水产生，也可以通过蔗糖降解产生。在MR的最后阶段，先前形成的反应性中间体发生缩合和聚合反应，形成类黑素的棕色含氮化合物。焦糖化是在糖异构化和糖降解反应之前在食品热过程中观察到的另一种非酶促褐变反应，通过烯醇化反应将单糖转化为其差向异构体的过程称为“Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein转化”，随后单糖不可逆降解为羧酸。由于两种反应同时发生，并且形成了副产物，例如α-二羰基化合物和HMF，因此很难区分焦糖化和MR形成的产物。

该研究拟通过监测作为反应物的糖和氨基酸、HMF和AGEs等热污染物以及作为中间体的α-二羰基化合物在不同温度焙烧过程下浓度变化，拟利用多响应动力学建模方法阐明反应物与产物的反应机理和相互关系。

该研究探索性提出了低水分活度、中性pH值、富含蔗糖但低水分的食物系统（如坚果和种子）中美拉德反应和焦糖化的动力学模型，并通过多响应动力学建模方法确定了重要中间体和最终产物形成的主要途径。根据所提出的MR模型，发现通过3-DG形成HMF在定量上很重要；在3-DG的形成中，糖降解比MR更占主导地位；1-DG表现出降解为MGO而不是DMG的趋势；FL（N-∊-果糖赖氨酸）氧化是CML形成的主要原因，而CEL主要是由MGO与赖氨酸残基反应形成的。与其他坚果种子的模型不同，在南瓜籽中，确定AP和HP转化为α-二羰基化合物也很重要，因此在所提出的模型中不排除FL形成GO和HP形成1-DG的步骤。该研究针对水分活度低、蔗糖含量高的坚果种子提出了一种通用的动力学模型，研究者展望后续可以通过测量和掺入更多的中间和高级反应产物来启发所提机理的细节，以进一步提高所建立模型的准确性。

（a）坚果和种子烘烤过程中美拉德反应和焦糖化的综合模型，（b）160和180 °C下烘烤过程中美拉德反应和焦糖化的机理模型

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