UHT奶生产过程中晚期糖基化末端产物的抑制调控2024-01-11

0 引言

晚期糖基化末端产物(advanced glycation endproducts,AGEs)是在食品加工和贮藏过程中,通过美拉德反应生成的一类不可逆的共价化合物。研究发现一些疾病如糖尿病及其并发症、动脉硬化、肾功能障碍、心血管疾病等是由AGEs引起的。在食品热加工过程中,如巴氏杀菌、高温杀菌、烘烤和油炸等过程容易形成AGEs。因此如何控制食品加工过程中AGEs形成显得尤为重要。

UHT奶经过超高温瞬时灭菌后,具有常温贮存时间长、销售方便的优点。但是UHT奶加工和贮藏过程中会产生对人体有害的产物AGEs,如何降低UHT奶加工过程中产生的AGEs是急需解决的问题。近年来,国内外学者研究发现黄酮类化合物除具有较好抗氧化作用外,同时具有显著抗糖基化活性,如芹菜素、芦丁、沙棘籽渣黄酮、玉米须黄酮等黄酮类物质对AGEs具有较高抑制作用,但是黄酮类物质应用于乳制品生产过程中的AGEs的抑制作用未见报道。针对UHT奶在生产和贮藏过程中AGEs的形成因素及控制鲜见报道的现状,本研究以UHT奶为对象,以UHT奶中荧光性AGEs含量为指标,考查加工条件(糖种类、糖添加量)、贮藏条件(温度和时间)以及添加食源性黄酮(槲皮素、芦丁、染料木素和儿茶素)对UHT奶生产和贮藏过程中AGEs形成的影响,以期控制UHT奶生产和贮藏过程中的AGEs,旨在为UHT奶的安全生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料乳;槲皮素、芦丁、染料木素、儿茶素;磷酸氢二钠;蔗糖、果糖、葡萄糖、果葡糖浆,蔗糖脂肪酸酯、单甘油脂肪酸酯。

1.2 仪器与设备

酶标仪,均质机,;高速离心机;Agilent LC-MS;恒温恒湿培养箱;超高温瞬时杀菌系统;p H计。

1.3 实验方法

1.3.1 UHT奶的制备流程

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1.3.2 荧光性AGEs含量的测定

进行荧光性AGEs含量的测定。将2 m L UHT奶和4 mL甲醇混匀后在-80℃的条件下保存1 h,然后离心(1 3000 r/min,30 min),取0.3 mL上清液,在λexem=340 nm/465 nm波长处测定荧光值,λex为荧光激发波长340nm处的荧光值;λem为荧光发射波长465 nm处的荧光值。以磷酸盐缓冲溶液作为对照,每组样品重复3次。

1.3.3 糖种类对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响

原料奶经过检验后过滤、冷却、贮存,加入0.3%的复配稳定剂(蔗糖脂肪酸酯和单甘油脂肪酸酯),然后分别加入添加量为2%的果糖、蔗糖、葡萄糖和果葡糖浆,充分混匀后,经过过滤均质,然后在137℃条件下进行UHT杀菌,杀菌时间4 s,然后取UHT奶样品按照1.3.2节的方法测定荧光性AGEs含量,以磷酸盐缓冲溶液代替UHT奶作为对照组,每组样品重复3次。

1.3.4 糖添加量对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响

原料奶经过检验后过滤、冷却、贮存,加入0.3%的复配稳定剂(蔗糖脂肪酸酯和单甘油脂肪酸酯),然后分别加入添加量为2%、4%、6%、8%的蔗糖,充分混匀后,经过过滤均质,然后在137℃条件下进行UHT杀菌,杀菌时间4 s,然后取UHT奶样品按照1.3.2节的方法测定荧光性AGEs含量,以磷酸盐缓冲溶液代替UHT奶作为对照组,每组样品重复3次。

1.3.5 贮藏温度和时间对UHT奶中荧光性AGEs的影响

原料奶经过检验后过滤、冷却、贮存,然后加入0.3%的复配稳定剂(蔗糖脂肪酸酯和单甘油脂肪酸酯)和2%的蔗糖,充分混匀后,经过过滤均质,然后在137℃条件下进行UHT杀菌,杀菌时间4 s,灭菌完成后取出冷却至室温。将UHT奶分别贮藏在4、25℃和37℃的培养箱中,于0、5、15、30、60 d后取样,样品按1.3.2节的方法测定AGEs含量,以磷酸盐缓冲溶液代替UHT奶作为对照组,每组样品重复3次。

1.3.6 黄酮对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响

原料奶经过检验后过滤、冷却、贮存,然后加入0.3%的复配稳定剂(蔗糖脂肪酸酯和单甘油脂肪酸酯)和2%的蔗糖,充分混匀后,然后加入质量分数分别为4、6和8%的槲皮素、芦丁、染料木素和儿茶素,经过过滤均质,然后在137℃条件下进行UHT杀菌,杀菌时间4 s,然后取UHT奶样品按照1.3.2节的方法测定荧光性AGEs含量,以磷酸盐缓冲溶液代替UHT奶作为对照组,每组样品重复3次。

1.3.7 数据处理

每组数据进行3次平行试验取平均值,以“平均值±标准差”表示,作图采用Origin8.0软件,利用spss20软件处理数据软件进行方差分析和统计学分析(P<0.05表示存在统计学差异)。

2 结果与讨论

2.1 糖种类对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响

糖种类对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响结果见图1。从图1可以看出,不同糖对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响较大。与蔗糖、葡萄糖和果葡糖浆相比,果糖对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的生成起到明显的促进作用(P<0.05),蔗糖对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的生成的促进作用最小(P<0.05),有利于降低AGEs的生成。这4种糖对AGEs的生成促进作用由大到小依次为果糖、葡萄糖、果葡糖浆和蔗糖,促进AGEs的生成的原因是因为单糖、低聚糖等受热自身发生焦糖化反应,产生丙酮醛(methylglyoxal,MGO),糖自身发生羟醛缩合和自氧化生成乙二醛(glyoxal,GO)。MGO和GO又进一步与蛋白质结合,通过系列反应生成戊糖素、类黑素以及羧甲基赖氨酸等AGEs。因此,本实验中的糖原料中单糖比如葡萄糖、果糖和果葡糖浆与蔗糖相比,更易发生糖基化反应形成荧光性AGEs,因此为了减少荧光性AGEs的生成,蔗糖适宜作为UHT奶加工过程中的糖原料。

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图1 糖种类对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响   


注:不同字母表示存在统计学差异(P<0.05)。

2.2 糖添加量对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响

在确定蔗糖作为适宜生产UHT奶的原料的基础上,需要确定蔗糖合适的添加量。蔗糖添加量对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响见图2,从图2可以看出,随着蔗糖添加量的增加,UHT奶中荧光性AGEs生成量逐步增高。当蔗糖添加量在0%~4%范围时,随着蔗糖添加量的增加,荧光性AGEs生成量明显增加(P<0.05),原因可能是随着糖添加量的增加,促进了蛋白糖基化反应。当蔗糖添加量在4%~8%范围时,随着蔗糖添加量的增加,荧光性AGEs生成量有一定程度的增加,但是增加不明显(P>0.05)。可能是因为随着蔗糖添加量(大于4%)进一步增加,形成荧光性AGEs的量呈现基本饱和状态,进而达到最高值。因此适宜的蔗糖添加量为2%。

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图2 蔗糖添加量对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响   


注:不同字母表示存在统计学差异(P<0.05)。

2.3 贮藏温度和时间对UHT奶中荧光性AGEs的影响

贮藏温度和时间对UHT奶中荧光性AGEs的影响见表1,从表1可以看出,UHT奶在贮藏60 d内,荧光性AGEs生成量随着贮藏温度的提高及贮藏时间的延长而增加。贮藏期在30 d内,UHT奶中荧光性AGEs生成量随着贮藏温度的提高及贮藏时间的延长差异显著(P<0.05)。在相同贮藏时间、温度不同条件下,UHT奶中荧光性AGEs生成量差异显著(P<0.05)。在4、25℃和37℃条件下,15 d内荧光性AGEs生成量增幅较大,贮藏时间超过15 d,荧光性AGEs生成量变化不大。25℃和37℃条件下,贮藏期为30 d时,UHT奶中荧光性AGEs形成量分别是4℃条件下的1.07倍和1.13倍。原因可能是贮藏温度越高,促进了UHT奶中糖类物质发生羟醛缩合,促进脂肪发生氧化,使得生成更多的1,2-二羰基化合物,导致产生越多的AGEs。随着温度增加AGEs产量差值增加量逐渐减小,是因为温度升高生成AGEs所需的底物越来越少,温度增加导致AGEs生成量增加不明显。由此,UHT奶低温存放更有利于抑制蛋白糖基化,降低AGEs的生成。

  

表1 贮藏温度对UHT奶中荧光性AGEs的影响  



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注:不同小写字母表示不同温度之间存在统计学差异(P<0.05);不同大写字母表示不同贮藏时间之间存在统计学差异(P<0.05)。

2.4 黄酮对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响

黄酮对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响见表2,从表2可以看出,随着黄酮添加量的增加,UHT奶中荧光性AGEs生成量显著减少(P<0.05)。4种黄酮对降低荧光性AGEs的生成的效果排序为:芦丁>槲皮素>染料木素>儿茶素。以芦丁为例,当添加量由4%增加到8%时,荧光性AGEs的生成量降低了40.7%。黄酮能够抑制UHT奶生产过程中荧光性AGEs的生成,可能是因为黄酮能够结合中间产物1,2-二羰基化合物,从而阻断由1,2-二羰基化合物介导生成AGEs的路径,另外可能是因为黄酮具有抗氧化作用,从而通过抗氧化作用阻断由自由基引发的合成AGEs的路径。

  

表2 黄酮对UHT奶生产过程中荧光性AGEs的影响  



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注:不同小写字母表示不同温度之间存在统计学差异(P<0.05);不同大写字母表示不同贮藏时间之间存在统计学差异(P<0.05)。

3 结论

本文以UHT奶生产过程中晚期糖基化末端产物调控为核心,阐明了在UHT奶生产过程中,糖(包括糖种类、糖添加量)、贮藏条件(温度和时间)以及添加食源性黄酮(槲皮素、芦丁、染料木素和儿茶素)对UHT奶中AGEs生成的影响,结果表明糖对AGEs的生成促进作用由大到小依次为果糖、葡萄糖、果葡糖浆和蔗糖,为了减少荧光性AGEs的生成,蔗糖适宜作为UHT奶加工过程中的糖原料。随着蔗糖添加量的增加,UHT奶中荧光性AGEs生成量逐步增高。因此,在UHT奶加工过程中,减少糖的添加量可以大大减少荧光性AGEs的形成。适宜的蔗糖添加量为2%。UHT奶低温贮藏(4℃)、减少贮藏时间(贮藏时间不易超过15 d,)更有利于抑制蛋白糖基化,降低AGEs的生成。在UHT奶加工过程中,食源性黄酮具有明显的抑制AGEs的生成,并且随着黄酮添加量的增加,UHT奶中荧光性AGEs生成量显著减少(P<0.05)。4种黄酮对降低荧光性AGEs的生成的效果排序为:芦丁>槲皮素>染料木素>儿茶素。芦丁具有较好的抗糖化作用,适宜作为一种UHT奶贮藏过程中天然有效的AGEs抑制剂。

该研究聚焦UHT奶生产过程中晚期糖基化末端产物调控,阐明了影响UHT奶生产过程中影响荧光性AGEs生成的影响因素,从而为有效调控UHT奶生产和贮藏过程中有害物质的产生,为UHT奶的安全生产提供了参考。