食品中丙烯酰胺的产生及控制途径

食品中丙烯酰胺的产生及控制途径摘要：丙烯酰胺是一种对人体有神经毒性和潜在致癌性的物质，2002年首次发现在高温油炸后的富含碳水化合物食品中存在，并引起了世界各国研究者的广泛关注。本文就丙烯酰胺的性质、食品中丙烯酰胺的形成机制以及控制途径等方面的研究进展进行了综述。关键词：丙烯酰胺、食品加工、形成机理、控制途径FormationandcontrolmethodsofacrylamideinfoodAbstract:Acrylamideisapotentialcarcinogenicitytohumanbodyandneurotoxicsubstances,firstdiscoveredin2002inthehightemperaturefryingcarbohydraterichfoods,andhascausedtheextensiveconcernofresearchersallovertheworld.Thispaperhassummarizedtheresearchprogressofacrylamideacrylamideinfoodproperties,formationmechanismandcontrolmethodetc..Keywords:acrylamide、foodprocessing、formationmechanism、controlmethod油炸系指以热油为传热媒介，使食品原料内部的水分因急剧蒸发而干燥的过程。油炸食品是中国重要的传统食品，具有独特的质构和良好的风味，深受人们的喜爱，如油炸薯片(条)、方便面、油炸花生米、油条。但是，近10年来，油炸食品的安全性受到了质疑。起因是2002年4月一份来自瑞典国家食品管理局(NFA)和斯德哥尔摩大学的研究报告，表明油炸薯条、马铃薯片等含有淀粉质碳水化合物的高温加工食物中含有致癌物质——丙烯酰胺(Ac-rylamide)[1]，其中油炸马铃薯片被列为丙烯酰胺含量最高的食品之列。一、丙烯酰胺的基本性质丙烯酰胺(CH2=CH-CONH2)是一种不饱和酰胺，相对分子质量为71.09，沸点125.0℃，熔点85.5℃，一种白色晶体物质。丙烯酰胺能溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、氯仿，不溶于苯及庚烷中。当丙烯酰胺加热溶解时，释放出强烈的腐蚀性气体和氮的氧化物类化合物。在酸性环境中可水解成丙烯酸。在室温下很稳定，但当处于熔点或以上温度、氧化条件以及在紫外线的作用下很容易发生聚合反应而生成聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在工业上有广泛的用处，它可以作为一种絮凝剂对城市供水进行处理，污水处理、纸浆和纸加工过程中也需要聚丙烯酰胺，除此之外，它还可用作化妆品的添加剂、土壤调节剂等。食品中丙烯酰胺之所以受到关注是因为它的毒性。丙烯酰胺凝聚后生成的聚丙烯酰胺是无毒的，但丙烯酰胺单体却是一种公认的神经毒素和准致癌物。已被WHO国际癌症研究中心（IRAC）列为可能致癌物质（ⅡA类）。研究表明，丙烯酰胺具有较强的渗透性，可经消化道、呼吸道、皮肤、黏膜快速进入体内[2]，引起人体神经损害并造成生殖毒性，动物试验结果证明它可引起动物畸形、癌症，是潜在致癌物质[3]。二、食品中丙烯酰胺形成机理随着研究的深入，发现多种食品及饮料在热加工过程中通过以下几种途径形成丙烯酰胺[2、3]：1、天冬酰胺与还原糖在高温条件下发生的美拉德反应是食品中丙烯酰胺产生的重要途径之一，被称为天冬酰胺途径。由含羟基的化合物（尤其是α-羟基）与天冬酰胺的氨基反应，在高温下脱水缩合生成Schiff碱，Schiff碱具有很高的反应活性，在加热条件下脱除羧基，随后发生分子内重排，通过以下两种形式生成丙烯酰胺：（1）直接分解生成丙烯酰胺和亚胺；（2）先脱水生成3-氨基丙酰胺（3-APA），后者再经脱氨生成丙烯酰胺。同时，Stadler和Varoujan还发现，如果用水合天冬酰胺酸代替天冬酰胺酸或者是往天冬酰胺酸/还原糖无水反应体系加入少量的水，则丙烯酰胺的量得到显著的提高，是无水反应体系生成量的三倍多。2、氨与丙烯醛或丙烯酸在加热条件下也能产生大量的丙烯酰胺。氨主要来自于含氮化合物的高温分解，而丙烯酰胺的前体化合物丙烯醛和丙烯酸则有以下几个来源:①丙烯醛可能来自于食物中的单糖在加热过程中的非酶降解；②它有可能来自油脂在高温加热过程中释放的甘油三酸酯和丙三醇，油脂加热到冒烟后，分解成丙三醇和脂肪酸，丙三醇的进一步脱水或脂肪酸的进一步氧化均可产生丙烯醛；③是食物中蛋白质氨基酸如天门冬氨酸的降解；④在脂肪、蛋白质、碳水化合物的高温分解反应中，会产生大量的小分子醛（如乙醛、甲醛等），它们在适当的条件，重新化合生成丙烯醛；⑤最后是来自于氨基酸或蛋白质与糖之间发生的美拉德反应，蛋氨酸、丙氨酸等多种氨基酸均可通过此反应产生丙烯醛。丙烯醛经由直接氧化反应生成丙烯酸，丙烯酸再与氨水作用，最终生成丙烯酰胺。3、食物中含氮化合物自身的反应丙烯酰胺可通过食物中含氮化合物自身的反应，如水解、分子重排等作用形成，而不经过丙烯醛过程。一些小分子的有机酸如苹果酸、乳酸、柠檬酸等经过脱水等作用可形成丙烯酰胺。4、直接由氨基酸形成天冬酰胺在180℃下热解，可生成少量的丙烯酰胺。氨基酸分子的重排也是美拉德反应的常见过程。天门冬酰胺脱掉一个二氧化碳分子和一个氨分子就可以转化为丙烯酰胺。三、食品中丙烯酰胺的控制方法目前，国内外关于食品中丙烯酰胺的抑制方法已有较多研究，且主要集中于控制原料中天门冬酰胺和还原糖含量、加工工艺[4]、抑制剂和生产设备四个方面。1、控制原料中天门冬酰胺和还原糖含量[6]天门冬酰胺和还原糖是形成丙烯酰胺的重要底物，控制原料中游离天门冬酰胺和还原糖含量是控制食品中丙烯酰胺的最根本途径。目前主要有以下途径可供选择：①通过品种选育和改变栽培条件降低原料中天冬酰胺和还原糖含量；②采用适当温度贮存马铃薯，抑制其淀粉转化成葡萄糖以降低还原糖浓度；③采用生物、化学方法去除原料中的天门冬酰胺，其中研究的最多的是采用天门冬酰胺酶和其它酰胺酶。因为它们可在热加工前选择性地除去天门冬酰胺，使丙烯酰胺的生成量大大减少，这在饼干和油炸薯条中都得到证实。对于面制品，加工前采用酵母发酵也是降低丙烯酰胺产生的有效途径之一，因为原料中的天门冬酰胺在酵母发酵后几乎可被全部利用。不过，对于一些由液态或浆状原料生产出来的食品，天门冬酰胺酶的应用存在局限性，且安全性有待评估；④通过加工方法除去部分天门冬酰胺，如提高面粉精度可大幅度降低面粉中天门冬酰胺含量。2、优化加工工艺①热烫和降低pH值热烫可减少原料表面和内部的还原糖和游离天门冬酰胺含量，使表面淀粉凝胶化，减少油炸过程中吸油量。研究发现，中性条件下最有利于丙烯酰胺的产生，而酸性条件下则对其不利。有研究发现焦磷酸二氢二钠，柠檬酸，醋酸和乳酸的添加降低了体系的pH值，抑制美拉德反应中Schiff碱的形成，从而显著降低了丙烯酰胺的含量。②控制加热温度和时间影响高温加工食品中丙烯酰胺含量的两个重要因素是温度和时间。超过100℃时，丙烯酰胺浓度会随加热时间的延长而增加，并在一段时间后趋于平缓。因此，降低热加工温度和缩短加工时间可有效降低丙烯酰胺产生，但要考虑到对食品感官的影响。3、丙烯酰胺抑制剂①氨基酸和蛋白质游离甘氨酸、半胱氨酸、L-赖氨酸和氨基乙酸、丙氨酸、谷氨酸和高蛋白物质加入马铃薯样品中都可以有效地降低丙烯酰胺的含量，这可能是两方面原因引起的：添加的氨基酸和天冬酰胺形成了一定的竞争，阻止了美拉德反应，抑制了丙烯酰胺的形成；或者是这些蛋白质和已产生的丙烯酰胺发生共价结合，从而降低了产品中丙烯酰胺的含量。Dhiraj等人[7]实验发现用2%（m/V）的鹰嘴豆蛋白涂抹在土豆片上，油炸后可抑制丙烯酰胺的形成。作者推测蛋白质的加入对丙烯酰胺的形成有抑制作用，并由此解释了高蛋白食品如面包、肉制品中丙烯酰胺含量较低的原因。这也说明美拉德反应不是食品中丙烯酰胺形成的唯一途径，否则蛋白质含量高的食品高温加热后所生成的丙烯酰胺也更多，因为高蛋白更加有利于美拉德反应。②抗氧化剂YuZhang等[8]研究了竹叶中的天然抗氧化物（AOB）和绿茶提取物（EGT）对油条中丙烯酰胺的影响，发现当它们的浓度分别为1和0.1g/kg时，可使油条中的丙烯酰胺减少82.9%和72.5%，且不会对产品的风味和脆性产生明显影响，推测其原因可能是抗氧化物在一定程度上阻止了丙烯醛的氧化。③研究表明，通过在食品原料中加入多价未螯合的金属离子，如钙、镁、锌、铜、铝等金属离子，可以显著降低食品中的丙烯酰胺减少（10%~90%）。4、改进加工方法和设备Granda早在2004年便研究过真空条件下油炸马铃薯片，结果表明真空下操作可使产品中的丙烯酰胺降低94%；通过光辐射，如红外线、可见光、紫外线、χ-射线、γ-射线等可使丙烯酰胺发生聚合反应，从而减少其在食品中的含量；利用臭氧使丙烯酰胺发生分解反应，生成小分子物质，也可减少其在食品中的含量。四、结束语丙烯酰胺是高温加工食品中产生的一种有害物质，我们了解了它在食品中的形成机制和控制途径后，必须采取措施。作为普通消费者，增强食品安全的意识，对于保持自己的身体健康非常重要。就降低丙烯酰胺的摄入量而言，我们可以摄入多种食物，均衡膳食，减少油炸食品的摄入量，少吃炸土豆条之类的西式快餐，少吃含糖量高的食品，多吃蔬菜和水果。食品加工处理时应尽可能避免不必要的长时间高温加热，尽量减少丙烯酰胺的产生。参考文献：[1]李薇.食品中丙烯酰胺测定方法的探讨[J]．中国卫生检疫杂志，2007，17(9):1613-1614[2]张根义．热加工食品中丙烯酰胺的形成机理和风险分析[J]．无锡轻工大学学报，2003，22(4):91-99.[3]吴克刚,许淑娥,刘泽奇.丙烯酰胺的形成机理、危害及预防措施[J].现代食品科技,2007,23(3):57-60.[4]余以刚,李理.减少高温加工食品中丙烯酰胺含量的几种方法[J].现代食品科技,2006,23(1):84-86.[5]龙小涛，何嘉锐等.食品中丙烯酰胺的抑制方法研究进展[J].现代食品科技,2012,28(6):687-689.[6]张玉萍，欧仕益，朱易佳，等．高温加工食品丙烯酰胺抑制技术[J]．食品工业科技，2006，27(5):185-187.[7]DhirajA,Vattem,KalidasShetty.Acrylamideinfood:amodelformechanismofformationanditsreduction[J].InnovativeFoodScienceandEmergingTechnologies,2003,(4):331-338[8]YuZhang,YingZhang.Studyonreductionofacrylamideinfriedbreadsticksbyadditionofantioxidantofbambooleavesandextractofgreentea[J].AsiaPacJClinNutr2007,16(1):131-136