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美拉德反应（Maillard reaction，MR）也称羰氨反应，是广泛存在于食品加工及储存过程中的非酶促褐变反应。MR是羰基化合物（如还原糖）和氨基化合物（如氨基酸、肽和蛋白质等）在常温或加热时发生的一系列氧化、环化、脱水、聚合等反应，能产生多种MR产物（MRPs），并有助于食物外形、风味和颜色的形成。
湖北工业大学 发酵工程教育部重点实验室，湖北省工业微生物重点实验室，细胞调控与分子药物学科创新引智基地（“111基地”）的欧阳宇、赵扩权、吴 茜*等人综述了美拉德反应产物的抗氧化、抗菌和抗炎等生物学活性，同时也探讨了美拉德反应产生的晚期糖基化终末产物和丙烯酰胺等有害化合物的损伤机制和预防措施，以期为美拉德反应的深入研究提供科学参考。
1、饮食中的MRPs
MR是一个极其复杂的连续和平行反应，在体系中产物的生成和降解是同时发生，进而从两方面造成了MRPs的复杂性。一方面是MR本身，MR第一阶段形成产物之间的相互作用将会决定其后续阶段的反应路径；另一方面是MR的反应底物和环境因素，根据食物基质组成的不同，例如还原糖类型、氨基酸类型、促MR化合物（自由基和羰基化合物等）和抑制MR化合物的存在与否；反应的理化参数，如温度、pH值、a w 和反应时间等。这些因素综合作用致使MR产生了数百种不同的化合物，食品中常见的MRPs见表1。
2、MRPs的生物学活性
MRPs的抗氧化性
许多研究报道，MRPs在食品中有优良的抗氧化活性。在复杂的MRPs混合物中存在不同的化学成分，因此存在着不同的抗氧化机制。MRPs的抗氧化特性主要是由低分子质量吡咯、呋喃和高分子质量MeH和还原酮等高活性中间体所提供。这些小分子中间产物通过提供电子来阴断自由基链式反应的进程，清除活性氧（ROS），消除过氧化氢（H2O2）和螯合金属离子，从而使得MRPs拥有良好的抗氧化能力，其机理如图2所示。
MRPs的抗菌性
近年来，很多相关研究把MRPs的抗氧化性和抗菌性联系起来。一方面，科研人员研究了单纯的糖-氨基酸模型混合物中MRPs的抗菌作用。这些模型混合物中MRPs对不同菌株的细菌（例如大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium））具有不同程度的抗菌活性；另一方面，对于富集MRPs的食物（咖啡或饼干），其提取物也具有类似的抗大肠杆菌活性。
MRPs的抗炎活性
对于哺乳动物，氧化应激是导致炎症的主要原因，炎症可激活单核细胞和巨噬细胞，并促进中性粒细胞浸润。活化的巨噬细胞会产生大量促炎细胞因子，从而触发全身性炎症反应。这些细胞因子会导致细胞分泌多种炎症介质，形成复杂的相互作用并导致多个炎症级联反应的发生。大多数参与免疫和炎症反应的分子在转录水平上会受到转录因子的调控。而细胞的氧化还原状态作为炎症反应的重要调节因素，可通过特定基因的上调和转录因子（例如核因子（nuclear factor，NF）-κB）的激活调控。在正常生理条件下产生的ROS和活性氮（RNS）可作为重要的细胞信号传导分子，调节特定基因的表达，这些基因涉及到氧化应激稳态和抗氧化防御系统。而过量产生的ROS和RNS会引发细胞氧化还原稳态向氧化应激转变，促进炎症的发展。因此，可以清除ROS和RNS的抗氧化剂也可以提供潜在的间接抗炎活性。
MRPs对肠道菌群的影响
肠道微生物可降解未消化的食物并产生大量代谢物，能够维持机体正常的免疫功能，保护肠道免受肠道病原菌的侵袭。肠道微生物主要通过两种代谢途径降解未消化的食物：糖酵解和蛋白水解。高分子质量的MRPs不能直接在消化系统的前段被吸收，因此大部分会到达结肠被肠道微生物代谢。但是目前对MRPs在肠道中的代谢以及与微生物的相互作用知之甚少。大多数研究集中在MRPs对肠道微生物的影响，已经通过在厌氧发酵罐中培养粪便细菌来进行体外研究。Hellwig等的研究表明人体肠道微生物的体外发酵4 h，能够降解MRPs中的N-ε-果糖基赖氨酸（FL）、CML和吡咯啉（PYR）。在低聚半乳糖糖化的乳球蛋白模型中也显示了微生物利用褐变化合物作为氮和碳源的能力。
其他活性
除以上生理活性外，MRPs还被证明具有良好的免疫调节和抗肿瘤作用。Yamabe等从人参皂苷-赖氨酸的混合物中提取了具有抗癌活性的MRPs，而且抗癌作用主要来自于MR产生的低极性化合物。蛋白质水解液和葡萄糖制备的MRPs具有降低Caco-2细胞增殖的潜力。体外细胞实验表明，MRPs通过抑制氧化应激和炎症来抑制人类结肠癌细胞的生长来体现出抗增生能力。
3、MRPs的潜在食品安全性
晚期糖基化终末产物
AGEs作为一种典型的有害MRPs，在动物实验和临床试验结果中已被证实过多摄入可能会导致糖尿病及其并发症，如视网膜病变、肾病、神经退行性疾病和癌症等其他健康危害。研究表明，通过口服给药的方式，只有10%～30%的AGEs被吸收进入体循环。AGEs以游离态或者与蛋白结合形成高分子化合物。游离的CML可通过简单扩散方式吸收，而PYR的肠道吸收主要是以二肽的形式，通过肽转运蛋白1（PEPT1）介导转运被肠道上皮吸收。PEPT1也适用于CML，CEL和丙酮醛修饰精氨酸脱水咪唑啉酮（MG-H1）连接的二肽的转运吸收。游离态的AGEs的吸收优于结合态，而高分子化合物需要在被吸收之前进行蛋白水解消化，AGEs的低分子质量更有可能被吸收。
丙烯酰胺
在MR中，通过游离天冬酰胺与还原糖（特别是果糖和葡萄糖）的反应或其他途径可形成AA。其中食品中AA的含量主要受外界条件以及食品原料中还原糖和天冬酰胺含量的影响。国际癌症研究机构已将AA列为人类2A类致癌物，并证实其会随着生命历程在体内积累并造成损害。研究表明，在低剂量和高剂量的AA中都可以观察到相同的毒性作用，区别在于低剂量仅需更长的暴露时间。自从在日常饮食中发现AA以来，许多流行病学研究已经评估了它与癌症的潜在联系。
结 语
MR是食品加工过程中不需额外添加化学试剂就可以发生的化学反应，而MRPs在食品中具有很多的理想属性，为天然抗氧化剂、抑菌剂和增味剂的开发和使用提供了新的思路和方向。但由于MR体系的多样性、反应过程的复杂性以及对MRPs的具体组成的不确定性，使MRPs作为天然产物的利用还有待进一步的研究。同时，MRPs也存在对健康不利的影响，其参与上述多种疾病的发病机制的分子基础还尚不清楚。在评估饮食中AGEs和AA与癌症之间关系的流行病学研究中，也需要通过改进评估方法来解释两者的相关性。尽管如此，该领域仍然需要开发有效的技术，以控制MRPs的范围并赋予所需的最终产品特性，使MR变成一种有益的化学修饰。目前有研究天然抗氧化剂作为AGEs的有效抑制剂，而MRPs也被视为天然抗氧化剂，两者的关系会如何影响对MRPs的发展，目前在这一领域存在的很多问题还需要去验证。
本文《美拉德反应产物的生物学活性和潜在健康风险》来源于《食品科学》2021年42卷17期350-362页，作者：欧阳宇，赵扩权，冯莹娜，张梁，吴茜。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200610-135。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网
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