丙烯醛-丙氨酸加合物制备与细胞毒性

丙烯醛是热加工食品中存在的有害物质,形成后易与氨基酸反应生成加合物,但目前对其加合物的毒性研究较少。本研究设置不同丙烯醛与丙氨酸浓度比(2:1、1:1、1:2、1:3、1:4),于37℃和50℃下分别水浴反应0.5、3、5、6 h,发现丙烯醛与丙氨酸浓度比1:2在50℃反应5 h所获得目标加合物产率最高。通过反相硅胶柱层析进行分离纯化后,经高效液相和液相色谱-质谱联用分析,结果显示该加合物最大吸收波长为220 nm,纯度达95%以上。高分辨质谱和核磁共振鉴定结果表明,该加合物相对分子质量为183.0823,是由一分子丙氨酸与两分子丙烯醛发生迈克尔加成反应后,经羟醛缩合形成的含氮六元环化合物。采用加合物培养人正常胃黏膜细胞(GES-1)24 h和48 h后发现,加合物半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC_(50))分别为3.286、0.869 mmol/L,显著降低了丙烯醛(IC_(50)分别为0.058、0.067 mmol/L)的细胞毒性,说明丙氨酸可作为食品中丙烯醛的潜在清除剂。

7种氨基酸与丙烯醛典型反应产物的表征

为探究油炸薯片中的内源有害物丙烯醛产生后显著消减的原因,本研究利用马铃薯中7种含量较高的氨基酸(甘氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、缬氨酸、苏氨酸)与丙烯醛在不同温度及时间条件下反应,对反应产物进行分离纯化和结构鉴定,研究氨基酸对丙烯醛的清除作用及其作用机理。研究发现,所选氨基酸可高效消除丙烯醛,并生成8种首次发现的新产物。其主要反应机理是:1分子氨基酸与2分子丙烯醛发生迈克尔加成反应后,再通过羟醛缩合反应生成较为稳定的、类似于吡啶结构的环状化合物。而结构最简单的甘氨酸,还会与丙烯醛形成另一主要产物,该产物由2分子甘氨酸与3分子丙烯醛反应产生。推测其反应机理为:1分子甘氨酸先与2分子丙烯醛发生迈克尔加成反应,加成后的1分子丙烯醛与另1分子甘氨酸发生羰氨反应后脱水,另一个丙烯醛与1分子游离的丙烯醛发生羟醛缩合后脱水,产生1个共轭结构。此外,通过建立加合物的HPLC-MS/MS检测方法,发现氨基酸-丙烯醛加合物存在于油炸薯片中,表明马铃薯中存在的游离氨基酸可能在油炸薯片的丙烯醛消减中发挥重要作用。