非酶褐变反应是指在没有酶催化下发生的褐变反应,在食品加工和贮藏过程中最为关键。其包括Maillard反应、抗坏血酸褐变及焦糖化作用,其中以Maillard反应最为常见。Maillard反应是指含有氨基与羰基的化合物,经过一系列复杂的反应,最终生成类黑精等褐色物质的反应。该反应不仅过程复杂,产物种类繁多,因此对其研究显得十分困难。L-抗坏血酸是在传统食品工业的Maillard反应体系,继还原糖后,又一个具有潜在的羰基基团并能与氨基酸类化合物发生反应的物质。如能从化学的角度出发,研究探讨基于L-抗坏血酸的非酶褐变反应化学行为,并从动力学手段分析探讨反应过程褐变动力学特征及反应过程挥发性物质生成机制,将进一步完善食品工业非酶褐变反应研究。此研究将为我们在食品工业中探讨基于L-抗坏血酸的非酶褐变反应提供理论依据和基础数据。本文以L-抗坏血酸、L-抗坏血酸/甘氨酸、L-抗坏血酸/甘氨酸/半胱氨酸为体系,对基于L-抗坏血酸非酶褐变反应的化学动力学行为及风味物质的生成机理进行研究。主要研究内容:1.L-抗坏血酸自降解非酶褐变研究。分别考察了低温与高温下,中、碱性溶液环境中,L-抗坏血酸自降解过程的非酶褐变反应化学行为。研究包括反应因素对底物消耗、无色中间体及褐色物质生成的影响;分析探讨了褐色物质生成的动力学特征。根据L-抗坏血酸降解情况及实验数据,对L-抗坏血酸降解机理进行了探讨,提出了在中、碱性条件下其可能的降解机理。结果表明:反应体系温度越高,时间越长,溶液越偏向碱性环境,越有利于L-抗坏血酸的自降解及无色中间体和褐色物质的生成。生成褐色物质动力学研究表明:褐色物质的生成取决于L-抗坏血酸的降解;通过建立褐色物质生成动力学方程发现,褐色物质的生成符合准零级动力学特征。不同pH环境,生成褐色物质的活化能不一样。当溶液pH值为9.5时,褐色物质的生成活化能为27.62 kJ/mol,均小于其它pH值下的生成活化能。2.以L-抗坏血酸/甘氨酸体系为研究对象,通过过量浓度法,探讨不同pH环境中L-抗坏血酸/甘氨酸非酶褐变行为及动力学特征。通过调节L-抗坏血酸与甘氨酸的物质量浓度比例,分析探讨底物对自身消耗、无色中间体及褐色物质生成的影响;对反应过程褐色物质的生成动力学特征进行了研究。结果表明:反应过程褐变产物的生成源于L-抗坏血酸自降解及L-抗坏血酸与甘氨酸发生的Maillard反应,当L-抗坏血酸浓度稍大时,更有利于褐变产物的生成。pH为4.5,ASA/Gly浓度比为4:1时,褐色物质生成活化能最小,为17.57±4.50 kJ/mol。3.利用响应面分析法优化了L-抗坏血酸自降解工艺条件。根据中心组合Box-Benhnken实验设计采用4因素水平的分析方法,分析优化得到L-抗坏血酸自降解工艺条件。以L-抗坏血酸降解率为响应值,建立数学模型,拟合线性回归方程,通过响应面分析法得到L-抗坏血酸的最佳理论预测值,其最佳降解条件:时间为146 min;温度为149℃;pH为4.52;物质的量之比为1:2,此时的降解率为88.69%。4.以L-抗坏血酸/甘氨酸/半胱氨酸体系为研究对象,对不同pH(pH为4.5,5.8,7.0,8.0,9.5)溶液中,考察了各体系挥发性物质的生成情况。主要对L-抗坏血酸、半胱氨酸自降解过程挥发性生成情况;对L-抗坏血酸/甘氨酸、L-抗坏血酸/半胱氨酸、甘氨酸/半胱氨酸及L-抗坏血酸/甘氨酸/半胱氨酸Maillard反应挥发性物质形成过程及形成机制进行了探讨。结果表明:pH对反应过程挥发性物质的形成种类有很大影响,且各底物降解产物会影响Maillard反应中挥发性物质的生成种类。在酸性条件下L-抗坏血酸/甘氨酸体系主要为糠醛及呋喃类化合物;而碱性溶液下L-抗坏血酸/甘氨酸、L-抗坏血酸/半胱氨酸主要为吡嗪类、噻吩类化合物。对于L-抗坏血酸/甘氨酸/半胱氨酸三元体系,在酸性条件下主要为噻吩类化合物,碱性条件下主要为噻吩、噻唑及噻吩并噻吩化合物,还有少许吡嗪类化合物。研究结果表明:在三元体系中,不同种类挥发性物质的生成主要是由于甘氨酸、半胱氨酸分别与L-抗坏血酸反应竞争而产生。以其生成种类来看,反应挥发性物质的生成主要依赖于L-半胱氨酸与L-抗坏血酸之间的反应。