一种用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器及其制备和应用

摘要

本发明属于食品监测技术领域，公开了一种用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器(TTI)及其制备方法和应用。本发明TTI包括一个容器及容器内的指示混合液，所述指示混合液含有氨基酸、单糖及磷酸缓冲溶液。本发明提供的TTI其活化能与食源性AGEs活化能接近，可用于目测监测食品消费端加工过程中AGEs含量的变化，其颜色的变化规律与AGEs含量的变化规律更接近，因此指示效果更准确，具有实时指示食源性AGEs含量的特点，方便快捷、直观且具有可靠性，满足了消费者对食品AGEs含量直观动态标识的需要。本发明TTI无需冷藏、颜色变化明显、制作成本低、方法简单和无毒无害，有利于大规模生产。

说明书

技术领域

本发明属于食品监测技术领域，特别涉及一种用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器及其制备方法和应用。

背景技术

晚期糖化终末产物(Advanced glycation end products，AGEs)是美拉德反应中由糖类和蛋白质、氨基酸等物质的氨基端不经过酶促反应所形成的一类稳定的产物。食源性AGEs是体内AGEs的重要来源，因此减少摄入食源性AGEs是控制糖尿病等慢性疾病发生与发展的重要手段。

为了建立完善食品AGEs含量数据库，现有的检测手段主要集中于工厂生产端利用精密仪器(如荧光分光度计、液相质谱等)对AGEs含量进行检测。消费者购买食品后，食品在消费端也会存在短时间、简单的加工(如复热、烹煮等)，但是，现阶段在消费端的食品加工过程AGEs含量缺乏有效的检测手段，同时，消费者(尤其是糖尿病及其并发症患者)需要一种方便且可识别的食品AGEs含量标识。为了让消费者直观地了解食源性AGEs含量，所以，需要一种可以提供消费端AGEs含量信息的方法，这种方式不要求数据精确，但要求直观且具有一定可靠性。

传统的保质期和食品标签的方式不能反映食品品质的动态变化，适用性不够强，时间温度指示器(Time-temperature Indicator，TTI)是一种可以通过时间温度积累效应指示食品的温度变化历程和产品质量关键参数的变化的监控方式，这种监控方法主要利用温度敏感型的颜色变化来指示温度敏感型的食品质量变化，具有方便、快捷且易于观察的特点，极大地提升了消费者对所购食品质量的信心。

但是将TTI应用到指示消费端食品加工过程食源性AGEs变化中仍面临着以下问题：(1)要符合TTI和食品质量的匹配原则，要求TTI的颜色变化和食品质量关键参数的变化的反应活化能接近；(2)理想的TTI应该是安全、廉价和可靠的，所以TTI原料的设计要符合此要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器(TTI)。利用本发明TTI，可让消费者直观地从指示器颜色变化获得食品的AGEs含量的信息。

本发明另一目的在于提供一种上述用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器在食源性AGEs含量监测中的应用。本发明提供的美拉德反应型时间温度指示器活化能与食品模拟体系和大多数类型食品中晚期糖化终末产物的活化能相接近，可用于指示食源性晚期糖化终末产物含量。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器(TTI)，包括一个容器及容器内的指示混合液，所述指示混合液含有氨基酸、单糖及磷酸缓冲溶液。

在其中一个实施例中，所述氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸和赖氨酸中的至少一种。本发明选用高溶解度的氨基酸保证了制作的TTI的灵活性。

在其中一个实施例中，所述氨基酸为赖氨酸。选用赖氨酸制备得到的TTI，其美拉德反应颜色变化更加明显。

在其中一个实施例中，所述单糖包括木糖、葡萄糖和半乳糖中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述单糖为木糖。选用木糖制备得到的TTI，其美拉德反应颜色变化更加明显。

在其中一个实施例中，所述指示混合液中氨基酸的浓度为0.1～0.5mol/L。

在其中一个实施例中，所述指示混合液中氨基酸的浓度为0.4mol/L。

在其中一个实施例中，所述指示混合液中单糖的浓度为0.1～0.5mol/L。

在其中一个实施例中，所述指示混合液中单糖的浓度为0.3～0.5mol/L。

在其中一个实施例中，所述磷酸缓冲溶液的pH范围为6.0～8.0。

在其中一个实施例中，所述磷酸缓冲溶液的pH范围为7.0。

在其中一个实施例中，所述磷酸缓冲溶液的浓度为0.2M。

在其中一个实施例中，所述磷酸缓冲溶液具体由包括以下步骤的方法制备得到：将二水合磷酸二氢钠溶于水中得到浓度为31.1～31.3g/L的A液，将十二水合磷酸氢二钠溶于水中得到浓度为71.5～71.7g/L的B液，将A液和B液按39:61的体积比混合均匀，得到pH7.0浓度为0.2M的磷酸缓冲溶液。

在其中一个实施例中，所述容器为透明或半透明容器。

在其中一个实施例中，所述容器的导热性好。

本发明还提供一种上述用于指示食源性晚期糖化终末产物含量的美拉德反应型时间温度指示器的制备方法，包括以下步骤：将氨基酸和单糖分别溶于磷酸缓冲溶液中，再将两者混合均匀，装于容器中，得到美拉德反应型时间温度指示器。

本发明还提供了上述TTI在食源性AGEs含量监测中的应用，特别适用于液体调味品、速溶食品、罐装食品、酱料等食品中。根据建立的时间温度指示器的活化能与所要指示的食源性晚期糖化终末产物的活化能匹配，就可以将该美拉德反应型时间温度指示器用于指示食源性晚期糖化终末产物的含量。

食品在加工过程中，TTI和食品经历了相同的时间温度历史。在整个加热过程中，美拉德反应型TTI的颜色随着时间温度的累积不断发生变化，食品中的AGEs含量也随着时间温度的不断累积，美拉德反应型时间温度指示器TTI显现的不同颜色分别对应着食品中AGEs的不同含量，消费者可以通过辨别颜色直观判断食品中AGEs的含量。

本发明根据美拉德反应过程中褐色物质活化能约为120kJ/mol，与AGEs含量变化的活化能接近，通过构建美拉德反应型的TTI，以美拉德反应的褐色物质颜色变化反映食源性AGEs的含量。当本发明美拉德反应型TTI原料由赖氨酸和木糖组成时，由于赖氨酸的反应能力比其他氨基酸更强，木糖的反应能力也比其他单糖更强，所以加热过程中赖氨酸/木糖组合反应颜色变化更快，因此更加适合指示消费端短时间加工过程AGEs含量。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

本发明利用氨基酸和单体作为TTI的原料，特别是赖氨酸和木糖，来源广泛，采购方便快捷，且美拉德反应型TTI相较于其他类型TTI更具有无需冷藏、颜色变化明显、制作成本低、方法简单和无毒无害的特点，有利于大规模生产。

本发明提供的TTI其活化能与食源性AGEs活化能接近，可用于目视监测食品消费端加工过程中AGEs含量的变化。相对于现有对于食源性AGEs的检测方法，该美拉德反应型TTI提供了一种新的指示消费端AGEs含量信息的方法，弥补了现阶段在消费端检测AGEs手段的缺失。相对于目前存在的美拉德反应型TTI，该美拉德反应型TTI颜色的变化规律与AGEs含量的变化规律更接近，因此指示效果更准确。另外，本发明美拉德反应型TTI具有实时指示食源性AGEs含量的特点，这种方式具有方便快捷、直观且具有可靠性，满足了消费者对食品AGEs含量直观动态标识的需要。

附图说明

图1为食品模拟体系荧光性AGEs在不同温度下荧光强度的变化散点图及其拟合曲线。

图2为食品模拟体系荧光性AGEs的荧光强度变化lnk对1/T的关系曲线。

图3为本发明TTI在变温条件下加热15min的颜色变化历程。

图4～图6为酱油荧光性AGEs在不同温度下荧光强度的变化散点图及其拟合曲线。

图7为酱油荧光性AGEs的荧光强度变化lnk对1/T的关系曲线。

图8～图10为奶粉荧光性AGEs在不同温度下荧光强度的变化散点图及其拟合曲线。

图11为奶粉荧光性AGEs的荧光强度变化lnk对1/T的关系曲线。

图12～图14为八宝粥荧光性AGEs在不同温度下荧光强度的变化散点图及其拟合曲线。

图15为八宝粥荧光性AGEs的荧光强度变化lnk对1/T的关系曲线。

图16～图18为黄豆酱荧光性AGEs在不同温度下荧光强度的变化散点图及其拟合曲线。

图19为黄豆酱荧光性AGEs的荧光强度变化lnk对1/T的关系曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下列实施例中的物料均可从商业渠道获得。

实施例1

测定食源性AGEs的活化能与该TTI的活化能进行对比，首先建立食品模拟体系，对TTI指示食源性AGEs含量的可行性进行初步探讨。

配置食品模拟体系：在每毫升磷酸缓冲溶液中溶解0.013～0.015g赖氨酸粉末和0.017～0.019g木糖粉末，混合均匀后制成食品模拟体系，备用。

将食品模拟体系分别置于80℃、90℃、100℃下加热15min，每隔3min测定一次荧光性AGEs含量，以荧光测量波长为λ_ex/λ_em＝370nm/440nm处表征荧光性AGEs含量，得到荧光强度变化的趋势图和相关动力学参数，如图1和表1所示。

表1不同温度下食品模拟体系荧光性AGEs的反应动力学参数

表1是不同温度下荧光强度变化的相关参数，从表1可以看出，对不同温度下荧光强度的散点图进行线性拟合后，线性相关系数R²均大于0.99，说明在15min的加热过程中，荧光强度变化与时间线性关系显著，可以得到不同温度下的反应速率。

根据Arrhenius方程：建立关系曲线lnk对1/T，即可绘出荧光强度变化lnk对1/T的关系曲线，如图3所示。食品模拟体系的活化能由直线斜率计算获得，即为118.18kJ/mol。

将食品模拟体系的活化能和本发明提供的TTI活化能进行对比，同理，对TTI在80℃、90℃和100℃加热过程中颜色进行测量，以420nm处的吸光度表征TTI的颜色，得到吸光度变化的趋势图和相关动力学参数，绘制关系曲线lnk对1/T，可以获得TTI的活化能，发现与以浓度为0.8mol/L赖氨酸溶液和0.6mol/L木糖溶液以1:1体积比混合后制成的美拉德反应型TTI的活化能与食品模拟体系的活化能最为接近，该TTI的活化能为96.17kJ/mol，则两者活化能之差为22.01小于25kJ/mol，说明该TTI可准确用于食品模拟体系AGEs含量的监测。

该TTI的配置方法如下：

配置赖氨酸溶液：在每毫升磷酸缓冲溶液中溶解0.115～0.117g赖氨酸粉末，得到浓度为0.8mol/L赖氨酸溶液，备用。

配置木糖溶液：在每毫升磷酸缓冲溶液中溶解0.090～0.092g木糖粉末，得到浓度为0.6mol/L木糖溶液。

所述赖氨酸溶液和所述木糖溶液以体积比为1:1混合均匀，装入容器中，即制得美拉德反应型TTI。

图3为在变温条件下，15min内该TTI的颜色变化历程，从图3可以看出，随着时间的迁移，TTI产生了从无色、淡黄、橘黄、棕色直到深棕色的明显的颜色变化。

实施例2

选择常见的液体调味品——酱油，对本发明美拉德反应型TTI的实用性进行进一步的探究。

对酱油在80℃、90℃和100℃加热过程中荧光性AGEs的含量变化进行测量，以荧光测量波长为λ_ex/λ_em＝370nm/440nm处荧光强度表征荧光性AGEs的含量。

酱油测定荧光强度的前处理方法：

酱油中蛋白质含量为0.11g/mL，需将样品中蛋白质含量控制在0.02～0.05g蛋白/mL样品范围内，即取1mL酱油用蒸馏水稀释3倍。取0.5mL稀释后样品，加入链酶蛋白酶(35U/mL)0.25mL，在30℃下酶解90min。将酶解后的样品在高速离心机中20℃，10000g离心10min，取上清液稀释160倍以保证荧光强度在测量范围内。

酱油在不同温度条件下加热过程中荧光强度变化的趋势图和相关动力学参数，如图4～图6和表2所示，同理，绘制关系曲线lnk对1/T，如图7，由图可以获得酱油中荧光性AGEs活化能为75.55kJ/mol。

表2不同温度下酱油中荧光性AGEs的反应动力学参数

对比酱油和本发明的TTI的活化能，发现以浓度为0.8mol/L赖氨酸溶液和1.0mol/L木糖溶液以1:1体积比混合后制成的美拉德反应型TTI的活化能与酱油中荧光性AGEs变化的活化能最为接近，该TTI的活化能为83.55kJ/mol，酱油与该TTI活化能之差为8.00kJ/mol小于25.00kJ/mol，说明该TTI可准确用于酱油荧光性AGEs含量的监测。

实施例3

选择常见的速溶食品——奶粉，对该美拉德反应型TTI的实用性进行进一步的探究。

对奶粉在80℃、90℃和100℃加热过程中荧光性AGEs的含量变化进行测量，以荧光测量波长为λ_ex/λ_em＝370nm/440nm处荧光强度表征荧光性AGEs的含量。

奶粉测定荧光强度的前处理方法：

奶粉中蛋白质含量为0.18g/g，需将样品中蛋白质含量控制在0.02～0.05g蛋白/mL样品范围内，即取1g奶粉溶于6mL蒸馏水中。取0.5mL稀释后样品，加入链酶蛋白酶(35U/mL)0.25mL，在30℃下酶解90min。将酶解后的样品在高速离心机中20℃，10000g离心10min，取上清液稀释10倍以保证荧光强度在测量范围内。

奶粉在不同温度条件下加热过程中荧光强度变化的趋势图和相关动力学参数，如图8～图10和表3所示，绘制关系曲线lnk对1/T，如图11，由图可以获得奶粉中荧光性AGEs活化能为106.12kJ/mol。

表3不同温度下奶粉中荧光性AGEs的反应动力学参数

对比奶粉和本发明提供的TTI的活化能，发现与以浓度为0.8mol/L赖氨酸溶液和0.6mol/L木糖溶液以1:1体积比混合后制成的美拉德反应型TTI的活化能与奶粉荧光性AGEs变化的活化能最为接近，该TTI的活化能为96.17kJ/mol，则两者活化能之差为9.95kJ/mol小于25.00kJ/mol，说明该TTI可准确用于奶粉荧光性AGEs含量的监测。

实施例4

选择常见的罐装食品——八宝粥，对该美拉德反应型TTI的实用性进行进一步的探究。

对八宝粥在80℃、90℃和100℃加热过程中荧光性AGEs的含量变化进行测量，以荧光测量波长为λ_ex/λ_em＝370nm/440nm处荧光强度表征荧光性AGEs的含量。

八宝粥测定荧光强度的前处理方法：

八宝粥中蛋白质含量为0.03g/g，需将样品中蛋白质含量控制在0.02～0.05g蛋白/ml样品范围内，即取10g八宝粥均质用蒸馏水后定容至10mL。取0.5mL稀释后样品，加入链酶蛋白酶(35U/mL)0.25mL，在30℃下酶解90min。将酶解后的样品在高速离心机中20℃，10000g离心10min，取上清液稀释10倍以保证荧光强度在测量范围内。

八宝粥在不同温度条件下加热过程中荧光强度变化的趋势图和相关动力学参数，如图12～图14和表4所示，绘制关系曲线lnk对1/T，如图15，由图可以获得食品模拟体系活化能为62.95kJ/mol。

表4不同温度下八宝粥中荧光性AGEs的反应动力学参数

对比八宝粥和本发明提供的TTI的活化能，发现以浓度为0.8mol/L赖氨酸溶液和1.0mol/L木糖溶液以1:1体积比混合后制成的美拉德反应型TTI的活化能与八宝粥荧光性AGEs变化的活化能最为接近，该TTI的活化能为83.55kJ/mol，八宝粥与该TTI活化能之差为20.60kJ/mol小于25.00kJ/mol，说明该TTI可准确用于八宝粥荧光性AGEs含量的监测。

实施例5

选择常见的酱料——黄豆酱，对该美拉德反应型TTI的实用性进行进一步的探究。

对黄豆酱在80℃、90℃和100℃加热过程中荧光性AGEs的含量变化进行测量，以荧光测量波长为λ_ex/λ_em＝370nm/440nm处荧光强度表征荧光性AGEs的含量。

黄豆酱测定荧光强度的前处理方法：

黄豆酱中蛋白质含量为0.09g/g，需将样品中蛋白质含量控制在0.02～0.05g蛋白/mL样品范围内，即取3.3g黄豆酱均质后用蒸馏水定容至10mL。取0.5mL稀释后样品，加入链酶蛋白酶(35U/mL)0.25mL，在30℃下酶解90min。将酶解后的样品在高速离心机中20℃，10000g离心10min，取上清液稀释50倍以保证荧光强度在测量范围内。

黄豆酱在不同温度条件下加热过程中荧光强度变化的趋势图和相关动力学参数，如图16～图18和表5所示，绘制关系曲线lnk对1/T，如图19，由图可以获得食品模拟体系活化能为81.04kJ/mol。

表5不同温度下黄豆酱中荧光性AGEs的反应动力学参数

对比黄豆酱和本发明提供的TTI的活化能，发现以浓度为0.8mol/L赖氨酸溶液和1.0mol/L木糖溶液以1:1体积比混合后制成的美拉德反应型TTI的活化能与奶粉荧光性AGEs变化的活化能最为接近，该TTI的活化能为83.55kJ/mol，黄豆酱与该TTI活化能之差为2.51kJ/mol小于25.00kJ/mol，说明该TTI可准确用于黄豆酱荧光性AGEs含量的监测。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。