《Journal of Food Measurement and Characterization》：Effect of flavonoid structures on Maillard reaction product formation in cookies
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黄酮类化合物的结构在焙烤过程中对美拉德反应产物形成的抑制起着关键作用，并可能影响终产品的感官特性。本研究旨在评估全谷物中常见的黄酮类化合物对曲奇——一种低水分化学膨松模型体系中美拉德反应产物（Maillard reaction product, MRP）形成的
黄酮类化合物的结构在焙烤过程中对美拉德反应产物形成的抑制起着关键作用，并可能影响终产品的感官特性。本研究旨在评估全谷物中常见的黄酮类化合物对曲奇——一种低水分化学膨松模型体系中美拉德反应产物（Maillard reaction product, MRP）形成的影响。研究人员在曲奇配方中添加了四种黄酮类化合物——木犀草素（luteolin）、儿茶素（catechin）、圣草酚（eriodictyol）和花旗松素（taxifolin），添加量为0.1%，并与未添加黄酮的对照组进行比较。采用比色法、荧光光谱法、色谱法测定美拉德衍生反应产物，并使用质构剖面分析仪评估其他产品质量属性。结果表明，与对照组相比，经木犀草素处理的曲奇荧光单位降低了44%，而其他黄酮类化合物的降低值较低（圣草酚为4%，儿茶素为21%），这可能表明其对曲奇中美拉德反应中间体（Maillard reaction intermediates, MRI）和类黑精的抑制程度更高。此外，儿茶素在曲奇中的表观回收率（47%）显著低于其他黄酮类化合物（64–70%），这可能是由于儿茶素及其热异构化/降解产物更多地参与了抑制MRP形成的反应。尽管需要进一步研究以确定其机制细节，但木犀草素较高的抑制效果可能归因于其黄酮C环上C2＝C3双键与C4羰基的共轭，而儿茶素C环C-3位上独特的羟基可能导致邻苯二酚氧化、亲电羰基捕获、A环C6/C8反应性、降解/差向异构化和聚合。总体而言，结果表明所测试的黄酮类化合物之间的结构差异在抑制美拉德反应产物形成中发挥了关键作用，这表明可通过调控原料和工艺条件来更好地理解黄酮结构对美拉德反应的影响。
研究背景与科学问题
全谷物食品因其富含膳食纤维、维生素及多种生物活性成分而被广泛认为有助于降低心血管疾病、糖尿病及某些癌症的风险。然而，全球范围内全谷物的摄入量仍远低于膳食推荐水平，其主要原因之一是感官品质不佳，如口感粗糙、颜色偏暗以及带有苦涩味等。这些不良感官特征在很大程度上与美拉德反应产物（Maillard reaction products, MRP）的形成有关。美拉德反应是还原糖与氨基酸在加热条件下发生的一系列复杂反应，生成包括吡嗪类、呋喃衍生物在内的多种风味物质和褐色色素（类黑精）。虽然适量MRP可赋予烘焙产品诱人的色泽和香气，但过量或不当的MRP积累也会导致颜色过深、风味失衡等问题。
近年来研究发现，黄酮类化合物作为全谷物麸皮中的重要酚类成分，能够通过亲电加成或羰基捕获等机制抑制美拉德反应的进程。然而，不同结构类型的黄酮类化合物（如黄酮、黄烷醇、黄烷酮、二氢黄酮醇）在真实食品基质中对MRP形成的抑制作用尚缺乏系统比较。此前，研究人员的实验室在赖氨酸-木糖水溶液模型体系中发现抑制趋势为木犀草素（luteolin）> 圣草酚（eriodictyol）> 儿茶素（catechin），而在酵母发酵面包体系中却观察到相反顺序。这种矛盾暗示食品基质（尤其是水分含量和膨松方式）可能显著影响黄酮的作用效果。此外，酵母发酵体系会引入微生物代谢和还原糖消耗等混杂因素。因此，本研究选用化学膨松的低水分曲奇作为模型体系，以排除酵母的干扰，系统评估四种结构迥异的黄酮类化合物对MRP形成的影响。
主要技术方法
研究人员采用改良AACC Method 10-52制备曲奇，以100%糕点粉为基础，添加果糖和葡萄糖作为还原糖，甘氨酸促进美拉德反应，并通过2-羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）和二甲基甲酰胺（DMF）辅助溶解黄酮。分别采用反相高效液相色谱-二极管阵列检测器（RP-HPLC-DAD）测定黄酮的表观回收率；采用荧光光谱法（激发365 nm/发射465 nm）和尺寸排阻高效液相色谱-荧光检测器（SE-HPLC-FLD，350/430 nm）评估类黑精含量；采用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）鉴定非挥发性美拉德反应中间体（MRI）；采用色差仪测定CIELAB色空间参数（L、a、b*），并以蔗糖非还原糖曲奇校正黄酮固有颜色；采用三点弯曲试验测定曲奇的硬度和脆性。
研究结果
黄酮结构对其在曲奇中反应活性的影响：通过对比烘烤前后黄酮含量变化发现，儿茶素的表观回收率最低（47%），显著低于木犀草素（70%）、圣草酚（64%）和花旗松素（64%）。这一差异主要归因于儿茶素C环C-3位羟基在高温下易发生亲核攻击、差向异构化（生成表儿茶素）及聚合反应，从而使其更积极地参与抑制美拉德反应的途径。而含有C-4酮基的其他三种黄酮则相对稳定。
黄酮结构对曲奇颜色的影响：视觉观察显示，添加黄酮的处理组曲奇颜色均较对照组浅。CIELAB色度分析表明，木犀草素处理组曲奇表现出最高的b值（黄度）和色调角（H°），最低的a值（红度）和总色差（ΔE），表明其对美拉德褐变的抑制效果最强。经校正黄酮固有颜色后，木犀草素的绝对Δa*值最大（6.8），提示其虽自身呈黄色，但对美拉德反应产生的红色调抑制最为明显。圣草酚处理组的ΔE反而高于对照组（9.4 vs. 7.5），可能与低水分体系中黄酮溶解度差及氧化产物的吸光干扰有关。
黄酮结构对类黑精形成的影响：荧光光谱结果显示，木犀草素处理使荧光单位降低44%，显著优于儿茶素（21%）、花旗松素（11%）和圣草酚（4%）。SE-HPLC-FLD对高分子量类黑精的定量也呈现相似趋势：木犀草素和儿茶素处理组的高分子量荧光组分含量最低。木犀草素的强抑制效果归因于其C环C2=C3双键与C4羰基的共轭结构，该结构增强了与MRI的亲电加成反应能力。儿茶素则通过其C-3羟基引发的降解产物捕获MRI。
UPLC-MS/MS分析非挥发性MRI：共鉴定出十余种MRI，包括呋喃、呋喃酮及苯并呋喃衍生物。值得注意的是，对照样品中丰富的2-甲基苯并呋喃和一种未知中间体（m/z [M-H]- 144）在所有黄酮处理组中均未检出，表明黄酮有效清除了这些特定MRI。不同黄酮还诱导了特征性MRI的积累，如圣草酚处理组中出现3-苯基呋喃，花旗松素处理组中出现O-甲基-苯基-呋喃。虽然这些鉴定为初步推断，但数据一致表明黄酮结构差异改变了美拉德反应的路径分支。
黄酮对曲奇质构的影响：三点弯曲试验表明，各处理组间的硬度（3972–5542 g）和脆性（33.58–34.41 mm）均无统计学显著差异。这与先前面包研究中黄酮增加硬度的结论不同，原因在于曲奇面团中面筋网络发育有限（高油高糖包裹面粉、短时低速搅拌），削弱了黄酮对面筋二硫键交联的抑制作用。
讨论与结论
综合各项指标，木犀草素（黄酮类）和儿茶素（黄烷醇类）在低水分曲奇模型中展现出最强的美拉德反应抑制潜力，而圣草酚（黄烷酮类）和花旗松素（二氢黄酮醇类）的效果较弱。这种差异源于C环结构的关键作用：木犀草素的C2=C3共轭双键增强了对MRI的捕获能力；儿茶素的C-3羟基则促使其发生热降解和聚合，生成的活性片段进一步阻断美拉德反应链。不过，本研究中所有黄酮的抑制效果均弱于此前在水溶液和面包体系中的表现，主要原因是曲奇的低含水量限制了黄酮的分散性和可利用性。
研究结论指出，全谷物中黄酮的结构多样性不仅关乎其健康功效，还直接影响加工过程中美拉德反应的走向和最终产品的感官品质。这一发现为工业上通过选择特定黄酮组成的小麦品种或调整配方（如适当提高水分含量以增强黄酮分散性）来优化全谷物烘焙产品的色泽和风味提供了理论依据。未来的研究需进一步明确黄酮-MRI加合物的精确结构，并探索在不同水分活度体系中的动力学差异。
