《Food Control》：Utilization of Sesame Maillard Reaction Products as Natural Anti-staling Agent for Bread: Dual Control of Flavor and Texture Deterioration
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芝麻肽水解物不同分子量组分（F1-F4）的美拉德反应产物（MRP）对面包品质及陈化延缓的影响。研究发现3-10kDa组分（F2P）效果最佳，1%添加量使感官接受度提升43.96%，面包水分保持率提高32.62%，陈化率降低15.57%，并抑制淀粉结晶度增加33.93%。GC-MS和氨基酸分析表明F2P富含鲜味氨基酸及醛酮类化合物，PLSR模型证实分子量与风味及抗陈化功能呈显著相关性。
刘书云|何淑东|孙汉菊|纳加萨·梅尔加|邓玉龙|孔玲硕|周旭新
食品与生物工程学院，教育部生物过程工程研究中心，安徽省农产品加工重点实验室，合肥工业大学，安徽合肥230009，中国
摘要
本研究探讨了来自芝麻粉水解物不同分子量（MW）肽段的Maillard反应产物（MRPs）在改善面包品质和延缓面包老化方面的潜力。其中，3-10 kDa肽段（F2P）的MRPs表现出更优异的效果。添加1%的F2P显著提升了面包的感官品质，整体接受度提高了43.96%，并丰富了关键芳香成分。同时，它还具有显著的抗老化作用，表现为水分含量增加了32.62%，面包的老化速率和淀粉相对结晶度分别降低了15.57%和33.93%。综合分析表明，F2P能有效抑制淀粉的回生和水分迁移。此外，GC-MS和氨基酸分析结果显示F2P是美味氨基酸、醛类、酮类、醇类及杂环化合物的最丰富来源。偏最小二乘回归分析明确建立了结构-功能关系，证实了3-10 kDa肽段与关键风味成分及改善老化性能之间的关联。本工作强调了肽分子量在设计功能性MRPs中的重要性，并将F2P视为一种天然多功能成分，可用于提升面包的感官品质和延长保质期。
引言
随着全球人口的增长和生活水平的提高，对膳食蛋白质的需求也在增加（Yuliarti, Kiat Kovis, & Yi, 2021），因此有必要探索可持续的蛋白质来源。几千年来，人类一直将芝麻作为蛋白质的潜在来源（Orru?o & Morgan, 2007）。提取油脂后剩余的富含蛋白质的芝麻粉年产量约为100万吨。芝麻粉的蛋白质含量高达40%，具有巨大的价值潜力，超越了其作为低成本动物饲料的用途（Saatchi, Kiani, & Labbafi, 2019）。为了进一步提高其利用价值，研究人员通过酶解将其转化为生物活性肽和氨基酸。这一过程将蛋白质分解为较小的肽和游离氨基酸（FAAs），不仅提高了它们的溶解性、抗氧化性和抗菌性，还为风味物质的形成提供了前体（Qoms et al., 2023; Naibaho et al., 2022）。这些肽和FAAs是食品风味和香气的关键贡献者，在热加工过程中是风味化合物形成的基础（Barros et al., 2019）。
Maillard反应（MR）是一种非酶促反应，发生在还原糖与氨基酸、肽或蛋白质加热时（Hafsa, Smach, Sobeh, Majdoub, & Yasri, 2019）。面包中33%的风味化合物来源于MR（Tsanasidou, Kosma, Badeka, & Kontominas, 2021）。烤面包中含有典型的Maillard反应产物（MRPs），如醛类、烷基吡嗪和呋喃衍生物（Belkova et al., 2021）。除了风味作用外，MR还促进了淀粉和面筋的相互作用，减少了淀粉的水分损失，从而提高了面包的持水能力和热稳定性（Li et al., 2024; Yu et al., 2023）。最近我们的实验室证实，MRPs通过延缓淀粉回生、改变水分分布和增强面筋网络稳定性，显著延缓了面包的老化（Liu et al., 2024）。
然而，MRPs的功能特性高度依赖于其蛋白质前体的特性。特别是肽的分子量（MW）分布对MR的路径、速率和结果有重要影响，最终决定了MRPs的化学组成和功能。目前尚不清楚芝麻粉肽的分子量如何具体影响MRPs的结构和功能。关于MW特异性MRPs在同时提升面包风味和延缓老化方面的多功能作用，尚未进行系统研究。为填补这一空白，本研究提出了三项关键创新：首先，系统比较了来自四种不同分子量芝麻肽段的MRPs，建立了直接的结构-功能关联；其次，通过偏最小二乘回归（PLSR）首次建立了肽MW与MRPs双重功能之间的定量关系，实现了风味改善和老化延缓的双重效果；第三，通过分析淀粉回生、水分动态和挥发性化合物的保留情况，提出了基于MW的设计天然面包添加剂的策略。
因此，从芝麻肽段（<3 kDa、3–10 kDa、10–30 kDa、>30 kDa）合成了四种MRPs（F1P–F4P），并以1%的比例（按面粉重量计）加入面包中。通过感官分析、质地分析和5天储存期间的老化速率测量，系统评估了它们对面包品质的影响。为了阐明抗老化机制，利用X射线衍射和FTIR分析了淀粉回生情况，通过低场NMR分析了水分分布和流动性，利用GC-MS表征了风味化合物。这种多方面的方法有助于全面理解MW特异性MRPs如何调节面包的老化过程。
化学试剂
碱性蛋白酶（200 u/mg）由YuanyeBio-Technology Co.,Ltd（中国上海）提供。葡萄糖（CAS 50-99-7, ACR）购自Aladding Biochemical Technology Co., LTD（中国上海）。NaAC（CAS 127-09-3, 99%）、三乙胺（CAS 121-44-8, AR）、四氢呋喃（CAS 109-99-9, AR）、甲醇（CAS 67-56-1, LC）和乙腈（CAS 75-05-8, LC）由Maclin Biochemical Technology Co., LTD（中国上海）提供。小麦粉的成分包括71.50%的淀粉、12.70%的蛋白质和11.34%的水分。
MRPs的pH值和褐变程度
Maillard反应（MR）的进程通过pH值及294 nm和420 nm处的紫外吸收变化进行监测（Xiao, Woo, Hu, Xiong, & Zhao, 2021; Petka, Tarko, & Duda-Chodak, 2020）。如图1A所示，所有MRPs的pH值均从初始的7.5下降，其中F1P（降至pH 5.44）和F2P（降至pH 5.53）的下降最为明显，其次是F3P（降至pH 6.02）和F4P（降至pH 6.40）（Yu, He, Tang, Zhang, Zhu, & Sun, 2018; Lin, Ting, Ndraha, Hsiao, & Sung, 2022）。结论
本研究系统证明，来自芝麻粉水解物的MRPs，尤其是特定肽段的MRPs，可以作为多功能面包改良剂。前体肽的分子量是决定MRPs化学组成及其对面包品质影响的关键因素。3-10 kDa肽段（F2P）的MRPs表现出优异的性能，有效提升了面包的感官属性。
作者贡献声明
刘书云：撰写——原始草稿、软件应用、方法论设计、数据整理、概念构建。何淑东：撰写——审稿与编辑、资金获取。孙汉菊：撰写——审稿与编辑、资金获取。纳加萨·梅尔加：撰写——审稿与编辑。邓玉龙：撰写——审稿与编辑、软件应用。孔玲硕：撰写——审稿与编辑。周旭新：撰写——审稿与编辑、软件应用
未引用的参考文献
Liu et al., 2024; Sinesio et al., 2019; Smith and Peterson, 2020; Tongdeesoontorn et al., 2011; van der Lugt et al., 2020; Zhang et al., 2024; Zhang et al., 2024; Zheng et al., 2022.
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。
伦理声明
本研究无需伦理委员会批准，因为它不涉及动物实验或人体临床试验，也不违反伦理原则。根据《赫尔辛基宣言》的规定，所有参与者在参与研究前均签署了知情同意书。参与者的匿名性和保密性得到了保障，参与完全是自愿的。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写过程中，作者使用了DeepSeek工具来提升手稿的可读性和语言表达。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。
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
本研究得到了教育部生物过程研究中心的支持。部分分析工作在合肥工业大学仪器分析中心完成。作者还感谢中国中央高校基础研究基金（PA2024GDSK0092, PA2025GDGP0026）的财政支持。
