综述：非酶褐变反应对淀粉和蛋白质消化率及肠道微生物发酵的影响

本综述系统探讨了烹饪过程中非酶褐变（NEB）反应（包括美拉德反应、焦糖化和氧化）对淀粉和蛋白质消化特性及肠道微生物发酵的深远影响。文章深入解析了NEB产物（MRPs）通过抑制消化酶（如α-葡萄糖苷酶）和诱导蛋白质交联降低营养消化率，同时揭示了其通过调控微生物群落（如增加丁酸盐生产者Ruminococcaceae和抑制有害菌Parasutterella）对肠道健康的双重作用，为开发健康烹饪技术提供了重要理论依据。

　　

1 引言

非酶褐变（NEB）是食品加工中常见的一系列化学反应，主要包括美拉德反应（Maillard reaction）和焦糖化（caramelization）。这些反应在烘焙、烧烤等烹饪过程中产生特有的香气、色泽和风味，同时显著影响食物的营养价值和健康效应。NEB反应涉及蛋白质、糖类及其他食品组分的复杂交互，形成多种降解产物，不仅降低淀粉和蛋白质的消化率，还会改变肠道微生物的发酵模式，进而影响人体健康。近年来，随着肠道微生物组研究的兴起，NEB反应对肠道菌群的调控作用已成为食品科学与健康领域的新焦点。

2 NEB反应类型与机制

2.1 美拉德反应

美拉德反应是还原糖与氨基酸或蛋白质中的胺基结合的过程，经历三个阶段：初始阶段生成席夫碱和阿马多里产物（Amadori product）；中间阶段通过糖裂解和斯特雷克降解（Strecker degradation）产生低分子量风味化合物（如呋喃、吡嗪）；终末阶段通过聚合形成褐色高分子色素即类黑精（melanoidins）。美拉德反应产物（MRPs）可通过直接与淀粉结合或抑制淀粉消化酶（如α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶）而降低淀粉消化率。分析NEB的常用方法包括分光光度法（测定420 nm吸光度）、色度分析（CIE Lab*）、荧光光谱及色谱技术（HPLC、LC-MS），其中类黑精的定量常采用Martins和Boekel建立的消光系数法。

2.2 氧化反应

美拉德反应中广泛存在电子转移和氧化还原过程，氧气作为反应物参与形成活性中间体，如二羰基化合物（3-脱氧葡萄糖醛酮）和活性氧（ROS）。蛋白质氧化是NEB的重要分支，高温烹饪导致蛋白质羰基化和席夫碱形成，引发二酪氨酸交联和二硫键桥接，从而降低蛋白质消化酶的可及性。研究表明，油炸和烘烤等干热烹饪方式比蒸煮更易引发蛋白质氧化，且加热时间延长会显著增加羰基和席夫碱水平。

2.3 焦糖化

焦糖化是糖类在高温下的热解反应，不涉及氨基酸，主要生成焦糖聚合物（caramelans、caramelens、caramelins）及5-羟甲基糠醛（HMF）。反应速率受温度、pH和时间调控：果糖在110°C即可焦糖化，而葡萄糖和蔗糖需160°C；酸性或碱性环境（pH＜3或＞9）会加速反应。焦糖化与美拉德反应常同时发生，共同影响食品的消化特性。

3 NEB对淀粉和蛋白质体外消化的影响

3.1 MRPs通过抑制消化酶降低淀粉消化率

美拉德反应产物（如阿马多里化合物）可抑制α-葡萄糖苷酶活性，阻碍淀粉水解。研究表明，葡萄糖-甘氨酸模型在90°C加热后产生的MRPs能显著降低大米淀粉的酶解速率，其机制可能与短链α-葡聚糖竞争酶结合位点有关。多酚类物质在加热中氧化为醌类，与蛋白质巯基共价结合引发交联，进一步降低蛋白酶有效性。

3.2 食物基质与蛋白质消化率的交互作用

蛋白质消化率受食物基质中糖类和多酚的显著影响。β-乳球蛋白和β-酪蛋白在葡萄糖存在下加热形成聚集体，降低酶解效率；多酚氧化产物促进蛋白质交联，减少游离巯基。氧化修饰（如赖氨酸脱氨生成羰基）直接破坏蛋白酶切割位点，而二酪氨酸交联和二硫键增加蛋白质刚性，共同导致消化率下降。动物实验证实，长时间加热（如大豆粕100°C处理8小时）使蛋白质消化率从80.34%降至74.00%。

4 NEB对体外发酵及肠道微生物的影响

4.1 NEB产物对肠道菌群的双重调控

NEB产物对肠道微生物的影响具有两面性：一方面，烘烤面包皮中的类黑精可促进双歧杆菌（Bifidobacterium）生长，增强丁酸盐生产者（如Ruminococcaceae）的丰度；另一方面，糖化蛋白（如乳铁蛋白）发酵增加厚壁菌门（Bacillota），减少变形菌门（Pseudomonadota）。游离CML摄入提升短链脂肪酸（SCFA）产生菌（如Blautia、Faecalibacterium），而结合CML增加阿克曼菌（Akkermansia）。人群试验显示，高MRP饮食降低乳酸杆菌和肠杆菌科数量，可能缓解炎症性肠病（IBD）风险。

4.2 蛋白质交联降低可发酵性

蛋白质交联虽减少上消化道消化，但可能降低结肠蛋白质发酵，从而抑制有害代谢物（氨、硫化氢、酚类和吲哚）的产生。研究表明，过度烹饪的牛肉和面包发酵后变形菌门（含多种蛋白水解菌）丰度下降，游离胺减少，印证了交联对微生物底物可及性的限制。这种效应可能解释NEB产物对肠道菌群影响的矛盾结果，即同时存在益处和风险。

5 健康关联与风险平衡

NEB产物如晚期糖基化终末产物（AGEs）与慢性疾病相关，但膳食AGEs的健康效应尚存争议：约10%可被吸收，其中30%经尿排泄，短期摄入未显示显著代谢危害。活性氧（ROS）和致癌物（如丙烯酰胺、多环芳烃）是潜在风险因素，可能引发氧化应激和DNA损伤。然而，适度摄入烹饪食品中的MRPs通常是安全的，且其通过调控菌群产生的丁酸盐等有益代谢物可能抵消部分风险。营养生物利用度方面，美拉德反应导致赖氨酸等必需氨基酸损失，并破坏维生素（如硫胺素），需在烹饪中平衡风味与营养。

6 结论

NEB反应通过复杂化学改变深刻影响淀粉和蛋白质的消化命运与肠道微生物发酵模式。未来研究需聚焦不同烹饪方式对营养生物利用度的系统比较，并阐明特定MRPs在肠道健康中的精准作用机制，为健康食品设计提供科学依据。