绿原酸影响羟甲基糠醛形成的机理研究

Low pH in the fruit juice does not favor Maillard reaction, and the acidity and drying processing cannot cause the formation of hydroxymethylfurfural (HMF) through the pathway of fructofuranosyl cation. However, high content of HMF was produced in fruits during drying, such as production of preserved fruits. Our previous research found that chlorogenic acid, a phenolic acid ubiquitously existing in fruits,significantly promoted HMF formation. In this research proposal, chlorogenic acid and its analogues, along with the derivatives formed during Maillard reaction will be used to test their effect on Maillard reaction in acidic condition, and how to promote the transformation of the HMF's precursors to HMF. Firstly, different ratios of phenol to quinone of chlorogenic acid will be prepared using polyphenol oxidase, the mixture, along with the adducts of quinone reacted with amino acids, will be used to test whether and how they efficiently initiate Maillard reaction at low pH value. Secondly, chlorogenic acid and its analogues, derivatives will be used to test their effect on the trasformation of the precursors of HMF (3-deoxyosone, 3,4-deoxyosone, glyceraldehyde, fructofuranosyl cation, etc.)to HMF. And the mechanism of chlorogenic acid on the formation of HMF will be investigated in detail on the basis of the research results in combination of quantum chemical calculations and activation energy. This research project would present a support for the control of HMF content in dried fruits.

水果的低pH环境不利于美拉德反应、且其酸性和干制加工强度难以使呋喃果糖阳离子脱水形成羟甲基糠醛（HMF）。那么，干制水果为何产生大量的内源污染物HMF呢？我们的前期工作发现，水果中普遍存在的绿原酸在HMF形成中发挥重要作用。本项目拟研究绿原酸如何在酸性环境下有效启动美拉德反应，同时促进反应中间产物转化为HMF。（1）用多酚氧化酶将绿原酸进行不同程度的氧化，在低pH值条件下，研究绿原酸衍生物及其与氨基酸反应产生的加合物对美拉德反应的启动机理；（2）将复杂的HMF形成过程分为几个关键阶段（即3-脱氧奥苏糖和3，4-脱氧奥苏糖形成与脱水，甘油醛和丙酮醛的形成和聚合，呋喃果糖阳离子脱水），研究绿原酸及其衍生物、类似物影响几种关键前体物质的产生及其转化为HMF的机理，确定绿原酸发挥作用的关键位点；结合量子化学计算技术全面阐明绿原酸的作用机理，为水果加工过程中HMF的控制提供参考。

羟甲基糠醛（HMF）是己糖在高温和酸性条件下脱水，或己糖与氨基酸发生Maillard反应产生的食品内源污染物。我们在完成前一国家基金的研究过程中发现，水果中普遍存在的绿原酸在促进丙烯酰胺形成的同时，促进HMF的产生，为此提出本课题研究，取得了以下成果：（1）在柠檬酸-果糖、果糖-氨基酸构成的模拟反应体系中，绿原酸的酚型结构促进HMF的形成，而醌型结构抑制HMF的形成。（2）阐明了绿原酸促进HMF形成的机理：在较高pH下绿原酸能提供较多质子，促进己糖脱水；绿原酸在促进HMF形成的同时抑制HMF降解并阻止其发生Maillard反应。（3）绿原酸促进HMF形成的关键位点是增加3-脱氧奥苏糖的产生，同时促进其转化为HMF。（4）阐明了绿原酸促进HMF形成的关键基团：绿原酸中的羧基和酚羟基（特备是二酚）在促进绿原酸形成中发挥重要作用。（6）在果汁加热体系中，发现3-绿原酸能转化为4-和5-绿原酸，并水解为咖啡酸和奎尼酸，它们均促进HMF的产生。（7）发现绿原酸在水果片干燥过程中，显著促进HMF的形成。（8）发表论文14篇（其中英文论文10篇，SCI收录10篇，引用68次)，出版专著1部（获得中国科学院10部优秀科普图书奖），获得中国商业联合会科学技术奖一等奖1项，培养硕士研究生10名（其中4人获得国家奖学金），博士研究生1名。以上研究较好地解释了绿原酸影响HMF形成的机理，为干制水果中HMF的控制提供了参考。