廖晰晰，蘇小軍，2，李清明，李文佳，郭時(shí)印，*（.湖南省農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長沙4028；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)湖南省作物種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙4028）

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食品中丙烯酰胺形成與調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

廖晰晰1，蘇小軍1，2，李清明1，李文佳1，郭時(shí)印1，*
（1.湖南省農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長沙410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)湖南省作物種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410128）

摘要：丙烯酰胺自2002年在食品中發(fā)現(xiàn)以來就引起了廣泛的關(guān)注，本文對(duì)丙烯酰胺的毒性、在食品中的生成及調(diào)控機(jī)制的方面進(jìn)行的綜述并對(duì)丙烯酰胺未來的研究方向提出展望。

關(guān)鍵詞：丙烯酰胺；食品；調(diào)控機(jī)制

丙烯酰胺是一種有毒的化合物，呈白色晶體狀，可溶于水、乙醇、甲醇、二甲醚、丙酮等極性溶劑中。固體的丙烯酰胺在常溫下比較穩(wěn)定，但溫度接近單體的熔點(diǎn)或在紫外線照射下時(shí)會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚丙烯酰胺，氧化劑的存在會(huì)加快這一反應(yīng)的發(fā)生[1]。丙烯酰胺在工業(yè)上有著廣泛的使用，在城市的供水處理上可以作為一種絮凝劑，同時(shí)在紙漿和紙的加工過程上也有著同樣的作用，但食品中的丙烯酰胺是有毒有害物質(zhì)?，F(xiàn)將其毒性及形成與調(diào)控機(jī)制綜述如下。

1　丙烯酰胺的毒性

丙烯酰胺在工業(yè)上的運(yùn)用十分廣泛，但這種小分子化合物具有神經(jīng)毒性，可通過呼吸道進(jìn)入人體，快速分布全身組織，其早期的中毒表現(xiàn)為皮膚皸裂、肌肉無力、手足出汗、麻木、震動(dòng)覺減弱、膝蓋條件反射的喪失、神經(jīng)異常等周圍神經(jīng)損害，長時(shí)間還可損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能[2]。丙烯酰胺的攝入量決定著神經(jīng)損壞的時(shí)間，但并不決定其最終損壞的程度，具有累積性?，F(xiàn)在有關(guān)丙烯酰胺神經(jīng)毒性的機(jī)理很多，但并無定論。丙烯酰胺不但具有神經(jīng)性毒性，而且還有致癌的作用。在以鼠類的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所得的致癌實(shí)驗(yàn)中，已明確表明丙烯酰胺是一種致癌物，它能引發(fā)鼠類的子宮腺癌、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤等癌癥[3-4]。國際癌癥研究組織已將丙烯酰胺列入可能致癌的2B組，卻沒有明確的研究報(bào)告來直接證明對(duì)人體具致癌作用[5-6]。丙烯酰胺還具有遺傳性毒性，它可引起染色體異常、細(xì)胞的轉(zhuǎn)化、姊妹染色體的交換頻率增高等有關(guān)細(xì)胞遺傳物質(zhì)的變化[7]。丙烯酰胺轉(zhuǎn)化不同系的細(xì)胞與細(xì)胞的質(zhì)量和濃度有關(guān)，比如HL-60和NB4Z只有在丙烯酰胺高劑量的條件下才能對(duì)黃嘌呤、鳥嘌呤、磷酸核糖基轉(zhuǎn)酶有明確的致突變作用，點(diǎn)突變和缺失部分是其誘發(fā)的主要組成部分[8]，但目前其機(jī)理并不明確。

2　食品中丙烯酰胺的形成機(jī)理

2002年瑞典科學(xué)家margareta在油炸和烘焙的馬鈴薯中發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺的存在，同年2月24日瑞典食品管理局聲明許多高含量的淀粉食品在高溫加熱過程中都會(huì)產(chǎn)生酰胺，并且具有很高的含量[9-10]，結(jié)果可見表1[11]。

表1市售食品中丙烯酰胺的含量Table 1 Commercially available content of acrylamide in food

同年5月17日英國食品標(biāo)準(zhǔn)局也公布了同樣的結(jié)果，隨后的大批歐美國家都對(duì)高溫加工的淀粉類食物進(jìn)行檢測(cè)都獲得類似的結(jié)果，丙烯酰胺成為了近年來食品安全關(guān)注的熱點(diǎn)。

經(jīng)大量的研究后，Mottram等人發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺的形成與游離天冬門酰胺參和美拉德反應(yīng)有直接的關(guān)系，并在后期的研究發(fā)現(xiàn)，丙烯酰胺的形成不僅是因?yàn)橛坞x天冬氨酸參與了美拉德反應(yīng)，還與還原糖含量有關(guān)[12-13]。在天冬門酰胺含量為1.25 %時(shí)，并與還原糖比例為1∶1時(shí)，隨著還原糖含量的增加丙烯酰胺的生成會(huì)呈線性增長，而當(dāng)還原糖與只含有天冬門酰胺的蛋白質(zhì)反應(yīng)卻不產(chǎn)生丙烯酰胺，這證明了游離的天冬門酰胺和游離還原糖是生成丙烯酰胺的基礎(chǔ)[14]?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為還原糖和游離天冬門酰胺通過美拉德反應(yīng)生成丙烯醛，丙烯醛被氧化后產(chǎn)生丙烯酸進(jìn)而形成丙烯酰胺。進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，丙烯酰胺的形成途徑有2種。一是strecker途徑，在美拉德反應(yīng)中，當(dāng)schiff堿中間物形成后繼續(xù)發(fā)生美拉德反應(yīng)schiff堿經(jīng)過Amaderi重排生成Amafori產(chǎn)物，繼而水脫氨生成羥基產(chǎn)物，天冬門酰胺在這些羥基分子的存在下通過strecker的降解機(jī)制再脫羧氨后生成丙烯酰胺。另一種反應(yīng)途徑是schiff堿經(jīng)過分子內(nèi)的環(huán)化反應(yīng)生成唑烷酮進(jìn)而脫羧形成脫羧A-madori產(chǎn)物，這一產(chǎn)物的C-N鍵在高溫下斷裂生成丙烯酰胺。這2種途徑雖然解釋了食品中丙烯酰胺的來源，但食品中的其他成分是否對(duì)丙烯酰胺的生成有影響還并不清楚，且產(chǎn)生羥基分子的其他途徑也還需進(jìn)一步的研究[15]。

3　食品中丙烯酰胺的調(diào)控機(jī)制

3.1 pH的調(diào)節(jié)

pH是影響美拉德反應(yīng)的主要因素，pH的高低會(huì)影響美拉德反應(yīng)中氨基酸和糖的活性，pH的降低可以有效的阻斷schiff堿的形成，主要是通過天冬門酰胺中非質(zhì)子化的α-氨基組分轉(zhuǎn)化為質(zhì)子化的氨基組分來阻斷schiff堿生成，而schiff堿正是丙烯酰胺生成的來源。袁媛[16]等用天冬門酰胺和葡萄糖組成的模擬體系來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH為4.0時(shí)所生成的丙烯酰胺的含量是pH為8.0時(shí)丙烯酰胺生成含量的九分之一。jung等用0.2 %的檸檬酸處理煎炸式的法式玉米片，經(jīng)過檸檬酸處理的玉米片丙烯酰胺含量相對(duì)未處理的減少了82.2 %[17]，可見，降低pH可有效的減少丙烯酰胺的生成。

3.2溫度與時(shí)間的控制

溫度是發(fā)生美拉德反應(yīng)的主要條件，影響丙烯酰胺的重要因素。mottra曾用葡萄糖-天冬門酰胺的模擬系統(tǒng)在pH為5.5條件下進(jìn)行加熱反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度為120℃時(shí)開始形成丙烯酰胺，溫度不斷升高丙烯酰胺的生成也不斷增多，但當(dāng)溫度升到180℃左右時(shí)，丙烯酰胺的生成量達(dá)到最高值，而這一現(xiàn)象在何秀麗的實(shí)驗(yàn)中也得到了驗(yàn)證[18]。同時(shí)也有數(shù)據(jù)表明，時(shí)間也是影響丙烯酰胺生成的重要因素，用200℃的溫度烘烤馬鈴薯，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的延長丙烯酰胺的生成呈指數(shù)增長，當(dāng)其生成值達(dá)到頂峰時(shí)，繼續(xù)高溫，丙烯酰胺的含量卻是減少的，這證明了在加工過程中丙烯酰胺的生長與消解是同時(shí)發(fā)生的，如當(dāng)丙烯酰胺的生成速率大于其消解的速率，那么食品中的丙烯酰胺的含量會(huì)不斷增加，反之，丙烯酰胺的含量就會(huì)減少，所以在加工過程中控制加工的溫度和時(shí)間能有效的減少丙烯酰胺的生成。

3.3水分含量

水分含量的多少也影響加工過程中丙烯酰胺的生成含量。水在美拉德反應(yīng)的過程中不僅是反應(yīng)物，也具有溶劑和遷移載體的作用，其含量高低會(huì)影響美拉德中褐變反應(yīng)的活化能，進(jìn)而影響丙烯酰胺的生成。高水分含量的原料丙烯酰胺生成量很低，當(dāng)水分含量在11 %～21 %時(shí)，丙烯酰胺的生成量增高[14]，若對(duì)馬鈴薯進(jìn)行預(yù)干燥，使得馬鈴薯的水分含量減少后再用120℃～200℃的高溫進(jìn)行油炸，發(fā)現(xiàn)預(yù)干燥的時(shí)間越長，所生成的丙烯酰胺越少，由此可見控制好原料的水分含量是一種有效抑制丙烯酰胺生成的手段[18]。

3.4其他因素

天冬門酰胺和酰胺酶等其他因素也能影響丙烯酰胺的形成，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明改變?cè)显耘鄺l件能減少原料中天冬門酰胺或降低還原糖的含量，從而達(dá)到減少在加工過程中生成的丙烯酰胺含量的目的。也有研究表明用天冬胺酶或其他酰胺酶的生化方法來除去食物原料中的天冬門酰胺，也可減少丙烯酰胺的生成[19-23]?？寡趸瘎?duì)丙烯酰胺的生成也有著一定的影響。歐仕益等人將抗氧化劑結(jié)合阿魏酸、兒茶素、VC加入到添有丙烯酰胺的有機(jī)溶劑中，在實(shí)驗(yàn)研究過程中發(fā)現(xiàn)抗氧化劑本身對(duì)丙烯酰胺的形成沒有任何的影響，但與阿魏酸等結(jié)合能更有效的阻斷丙烯酰胺的形成，并認(rèn)為其機(jī)理可能是抗氧化劑通過抑制油脂氧化來阻止羧基化合物的形成，進(jìn)而減少丙烯酰胺的生成[24]，除抗氧化劑之外，也有實(shí)驗(yàn)證明如生物黃酮、天然的植物提取物能抑制丙烯酰胺的生成[25-27]。

4　展望

自丙烯酰胺被發(fā)現(xiàn)以來，其毒性研究、形成機(jī)理、調(diào)控機(jī)制和方法都取得了一些初步研究成果，但有關(guān)于丙烯酰胺在食品方面的研究報(bào)告并不多見，更加深入的研究其在食品中的生成和調(diào)控機(jī)制，不但有利于食品的安全性，更能對(duì)食品加工起到指導(dǎo)性的意義。

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The Study of Acrylamide Formation and Regulatory Mechanism in Food

LIAO Xi-xi1，SU Xiao-jun1，2，LI Qing-ming1，LI Wen-jia1，GUO Shi-yin1，*
（1. College of Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China；2. Key Laboratory of Crop Germplasm Innovation and Resource Utilization of Hunan Province，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China）

Abstract：Acrylamide has caused wide attention since it was found in the food in 2002 .This paper summarizes acrylamide in the following aspects，the toxicity of acrylamide，the generation and regulatory mechanis in food and points out the future research directions.

Key words：acrylamide；food；regulatory mechanism

收稿日期：2014-12-02

*通信作者：郭時(shí)印，男（漢），副教授，研究方向：食品營養(yǎng)、功能食品。

作者簡介：廖晰晰（1990—），女（漢），在讀碩士，研究方向：營養(yǎng)與食品衛(wèi)生。

基金項(xiàng)目：湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014NK3052）

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.03.051