《Food Chemistry》：Early reaction pathways in a glucose-glutathione Maillard system to form meat flavor
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本研究通过多响应动力学建模方法，揭示GSH-葡萄糖麦拉德反应早期反应途径，发现GSH直接与葡萄糖反应生成GSH-阿玛多尼化合物，并水解形成其他阿玛多尼化合物，其中前途径效率更高，为肉类风味形成机制提供参考。
张晨萍|甄大伟|何金鑫|李可欣|梁宇|胡晴晴|谢建春
北京工商大学食品科学与健康学院，北京100048，中国
摘要
本研究采用多响应动力学建模方法阐明了类肉质葡萄糖-谷胱甘肽美拉德反应体系中的早期反应路径。通过液相色谱-质谱、固相微萃取/气相色谱-质谱以及294和420纳米紫外吸收光谱，分别检测了三种反应温度下非挥发性衍生物和早期中间体、挥发性风味化合物、α-二羰基化合物和黑色素的水平变化。通过对实验数据进行数学建模，提出了从美拉德反应早期到最终阶段的反应网络。反应步骤的速率常数和活化能计算表明，谷胱甘肽（GSH）直接与葡萄糖反应生成GSH-Amadori化合物（该化合物可进一步水解为另一种Amadori化合物），同时GSH与水解产物一起与葡萄糖反应生成多Amadori化合物，这两种途径都是风味形成的早期路径。然而，前一种途径的效率更高。这些结果有助于理解GSH-美拉德反应形成肉味风味的机制。
引言
美拉德反应在食品加工过程中普遍存在，对食品的颜色、风味、营养价值和安全性具有重要影响（Li等人，2025；Shakoor等人，2022）。近年来，由于肽在食品中含量丰富，肽参与的美拉德反应在风味形成中的作用受到了广泛关注（Wang等人，2020；Yang等人，2025）。然而，关于肽-美拉德反应的风味形成机制的知识仍然不足。谷胱甘肽（GSH）是一种由L-谷氨酸、L-半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，在多种生物系统中存在并参与生化代谢（Lu等人，2019；Shakoor等人，2025；Wang等人，2020）。GSH具有抗氧化特性，在解毒过程中发挥重要作用（Lu等人，2019；Shakoor等人，2025；Yao等人，2016）。特别是GSH与还原糖的美拉德反应在肉味风味的发展中起着关键作用，因为它能生成多种肉味化合物，如硫醇、硫醚、噻吩和吡嗪等，其中2-甲基-3-呋喃硫醇和呋喃硫醇是已知的肉味成分（Shakoor等人，2025；Yao等人，2025；Zhao等人，2025）。
一般来说，美拉德反应分为三个阶段：在早期阶段，氨基化合物与还原糖反应生成Amadori重排产物（Cao等人，2023）；在中期阶段，Amadori重排产物可降解为α-二羰基化合物，如乙二醛和乙醛（Shakoor等人，2022；Zhai等人，2023）；高活性的α-二羰基化合物会引发一系列复杂的化学反应，生成挥发性风味化合物和黑色素（Starowicz & Zieliński，2019）。近年来，研究人员利用基于美拉德反应产生的羰基反应物的同位素标记技术，阐明了GSH-还原糖美拉德反应中各个风味化合物的形成路径（Wang等人，2012；Zhao, Wang, Xie, Xiao, Cheng等人，2019）。然而值得注意的是，肽在美拉德反应过程中的水解会导致新的氨基化合物的形成（Wang等人，2012），这使得早期美拉德反应路径变得复杂，因为可能形成多种早期中间体。对于“GSH-还原糖”系统，除了GSH的Amadori重排产物（GSH-Amadori）外，还发现了其他早期中间体，如焦谷氨酸的Amadori重排产物（pGlu-Amadori）（Jeri? & Horvat，2009；Wang等人，2020），这些中间体都可能参与风味形成。然而，这些多早期中间体是通过何种路径形成的，以及哪种路径更有效地形成肉味风味仍不清楚。
多响应建模是一种有效的方法，可以全面理解美拉德反应机制（Chansataporn等人，2018；Martins & Van Boekel，2005；Yu等人，2018）。该方法考虑了从原材料消耗到产物生成的多个变量和反应路径，能够建立反应路径网络，对动力学进行数学建模，并计算每个反应步骤的速率常数和活化能（Kocada?l? & G?kmen，2016；Martins & Van Boekel，2003）。因此，可以揭示包括关键反应路径和限速步骤在内的宝贵反应机制信息（Kocada?l? & G?kmen，2016；Yu等人，2020）。例如，基于多响应动力学建模方法发现，吡喃醇更容易通过3-DG路径生成（Yu等人，2020）。
在本研究中，首先通过三种反应温度下的反应时间，鉴定出类肉质GSH-葡萄糖美拉德体系中的非挥发性成分（尤其是早期中间体）和挥发性风味成分，并对其水平进行了表征。然后采用多响应动力学建模方法，阐明了GSH-葡萄糖美拉德反应体系中形成挥发性风味的早期反应路径。
化学试剂
分析级谷胱甘肽、d-葡萄糖、L-甘氨酸、L-半胱氨酸、焦谷氨酸和GSSG购自J&K Chemical Ltd.（北京，中国）。Cys-Gly（95%）购自Qyaobio Ltd.（上海，中国）。用于测定保留指数的n-烷烃（C6–C27）也购自J&K Chemical Ltd.（北京，中国）。用于鉴定挥发性风味化合物的纯度超过95%的化学试剂均购自J&K Chemical Ltd.（北京，中国），包括以下成分：
反应溶液中的非挥发性成分
在类肉质反应体系中，含硫分子（包括起始物质、中间体和风味化合物）容易发生化学变化（例如氧化或降解），这使得美拉德反应机制变得复杂（Wang等人，2022）。因此，与以往的研究（Lee等人，2010；Zhao, Wang, Xie, Xiao, Cheng等人，2019）不同，本研究在较低的温度和较短的反应时间内进行了葡萄糖-GSH反应。
结论
通过监测反应溶液中成分随反应时间的变化（包括起始物质、肽水解产物、早期中间体、α-二羰基化合物、挥发性风味化合物和黑色素），研究了GSH-葡萄糖反应的进展。利用多响应动力学建模方法，验证了从美拉德反应早期到最终阶段的三个反应网络。
作者贡献声明
张晨萍：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，数据整理。甄大伟：撰写 – 审稿与编辑，数据整理。何金鑫：撰写 – 审稿与编辑，数据整理。李可欣：可视化，数据整理。梁宇：撰写 – 初稿，可视化。胡晴晴：可视化，数据整理。谢建春：撰写 – 审稿与编辑，监督。伦理声明
作者声明，本研究中参与感官评估和GC-O分析的人员符合公认的伦理标准。所有程序均遵守相关法律法规，并获得了北京工商大学伦理委员会的批准（编号234，2024年11月20日）。此外，采取了适当的措施保护所有参与者的权利和隐私。
未引用的参考文献
Mohsin等人，2018
Sun等人，2023
Zhang等人，2025
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号32372462）的支持。
