徐東路，宋賢良

1(諾維信(中國)投資有限公司，北京，100085)2(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州，510642)

食品中的丙烯酰胺及生物解決方案

徐東路1，宋賢良2

1(諾維信(中國)投資有限公司，北京，100085)2(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州，510642)

綜述了食品中丙烯酰胺的含量及關(guān)注丙烯酰胺的重要性，提出了降低食品中丙烯酰胺含量的方法，認(rèn)為生物酶法是降低食品中丙烯酰胺含量的有效方法。通過在加工過程中添加天冬酰胺酶，可將天冬酰胺轉(zhuǎn)化為天冬氨酸，能從根源上抑制丙烯酰胺的形成。

食品，丙烯酰胺，生物解決方案，天冬酰胺酶

自2002年4月，瑞典國家食品管理局(NFA)與Stockholm大學(xué)在多種高溫烹飪的食品中發(fā)現(xiàn)了丙烯酰胺(acrylamide)后，挪威、英國、瑞士和美國等國家也相繼報道了類似結(jié)果。經(jīng)研究證實，以馬鈴薯和谷類等食品原料為主要成分的食品在烹調(diào)過程中，其中的還原糖和天冬酰胺會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一種可疑的致癌物，即丙烯酰胺。140～180℃為其生成的最佳溫度，當(dāng)加工溫度較低時生成丙烯酰胺的量相當(dāng)?shù)?。烘烤、油炸食品在最后階段水分減少，表面溫度升高后，其丙烯酰胺形成量更高。那么，食品中存在丙烯酰胺含量有多少，對人體有何危害，應(yīng)如何控制食品加工過程中丙烯酰胺的生成是人們普遍關(guān)注的問題，本文將從這幾個方面展開論述。

1 食品中丙烯酰胺的含量

食品中丙烯酰胺的形成與加工烹調(diào)方式、溫度、時間、水分等因素密切相關(guān)。不同食品加工方式和條件不同，其形成丙烯酰胺的量有很大不同，即使不同批次生產(chǎn)出的相同食品，其丙烯酰胺含量也有很大差異。在JECFA 64次會議上，從瑞典、挪威、英國、瑞士和美國等24個國家獲得的2002～2004年間不同食品中丙烯酰胺的檢測數(shù)據(jù)見表1。從表1可看出，丙烯酰胺含量較高的3類食品是:高溫加工的土豆制品(包括薯片、薯條等)，平均含量為477μg/kg，最高含量為5 312μg/kg;咖啡及其類似制品，平均含量為509μg/kg，最高含量為 7 300μg/kg;早餐谷物類食品，平均含量為343μg/kg，最高含量為7 834μg/kg;其他種類食品的丙烯酰胺含量基本在l00μg/kg以下。

表1 不同食品中丙烯酰胺的含量［1］

和歐美國家相比，我國居民對面包、咖啡或炸薯片、炸薯條的消費量相對較低，但并不能說明我國居民膳食中丙烯酰胺的含量就低。由中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與食品安全研究所提供的資料顯示［2］，在檢測的100余份樣品中，丙烯酰胺含量為:薯類油炸食品平均為 780μg/kg，最高為 3 210μg/kg;谷類油炸食品平均為 150μg/kg，最高為 660μg/kg;谷物類烘烤食品平均為 130μg/kg，最高為 590μg/kg;其他食品，如速溶咖啡為360μg/kg、大麥茶為510μg/kg 和玉米茶為 270μg/kg。

2 關(guān)注食品中丙烯酰胺的重要性

20世紀(jì)50年代，人們就意識到丙烯酰胺具有潛在的毒性作用。因為丙烯酰胺具有較強的滲透性，能通過消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和皮膚以及胎盤進入人體，并立即分布全身。目前的研究表明，丙烯酰胺的毒性作用主要表現(xiàn)在3個方面:(1)神經(jīng)毒性。丙烯酰胺對各類動物均有不同程度的神經(jīng)毒性，能抑制腦能量代謝［3］，對心、肝、腎及脾有一定的損傷作用［4］，會導(dǎo)致動物共濟失調(diào)、骨骼肌萎縮、體重減輕等神經(jīng)性綜合癥，而且還會阻礙神經(jīng)損傷的恢復(fù)功能［5］。通過深入研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)末梢可能是丙烯酰胺的直接作用位點。丙烯酰胺首先引起神經(jīng)末梢退化萎縮，隨后便出現(xiàn)功能紊亂，神經(jīng)退化等癥狀［6－7］。(2)遺傳毒性。一些研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺會導(dǎo)致哺乳動物細胞基因變異和染色體異常，從而引起遺傳毒性。Janusz等［8］對丙烯酰胺基因毒性的分子機理進行了研究，認(rèn)為它對正常細胞DNA的影響是多種形式的，包括改變DNA基質(zhì)，促進細胞凋亡，削減DNA合成時的修復(fù)功能等;Rochelle等［9］研究報道丙烯酰胺具有動物雄性生殖毒性作用，丙烯酰胺或其代謝產(chǎn)物甘氨酰胺與多巴胺的感受器及子細胞的精蛋白結(jié)合，改變精子的形態(tài)，抑制驅(qū)動蛋白和動力蛋白的活性，從而干擾細胞間物質(zhì)的傳輸和精子的遷移，導(dǎo)致雄性動物生殖能力降低。(3)致癌性。Bull等［10］研究發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺可誘發(fā)小鼠皮膚腫瘤，促進肺腺瘤的發(fā)展。Johnson和Friedman 等［11－12］研究了攝入低劑量丙烯酰胺對小鼠的致癌性，結(jié)果表明丙烯酰胺可以增加乳腺、甲狀腺良性或惡性腫瘤以及間皮瘤的發(fā)生率。長期動物試驗研究表明，丙烯酰胺可致大鼠多種器官腫瘤，包括乳腺、甲狀腺、睪丸、腎上腺、中樞神經(jīng)、口腔、子宮、腦下垂體、肺等。目前已經(jīng)有足夠的證據(jù)證明丙烯酰胺是一種動物致癌劑。有關(guān)丙烯酰胺對人致癌的危險至今還沒有確切證據(jù)。斯德哥爾摩Karolimka研究所的研究人員分析認(rèn)為，丙烯胺可增加人體發(fā)生大腸、腎臟和膀胱癌的危險。但也有研究報道，瑞典專家收集了l 000名左右的癌癥患者和與其年齡匹配的5OO多名未患癌癥人的詳細日常飲食記錄，以分析攝入煎、炸馬鈴薯食品和患癌癥危險性的關(guān)系，結(jié)果表明攝入煎炸馬鈴薯制品與患癌癥的危險性沒有重要聯(lián)系［13］。迄今有關(guān)丙烯酰胺對人體致癌性的影響評價是基于少數(shù)幾種食物得到的數(shù)據(jù)，研究規(guī)模太小，因此不能肯定或者推翻丙烯酰胺與人體癌癥的相關(guān)性，人們必須進行較大規(guī)模與較長時間的研究方可定論。

正是由于丙烯酰胺具有潛在的神經(jīng)毒性、遺傳毒性和致癌性，因此食品中丙烯酰胺的污染問題已引起國際社會和各國政府的高度關(guān)注。為此，2002年6月25日世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)聯(lián)合緊急召開了食品中丙烯酰胺污染專家咨詢會議，對食品中丙烯酰胺的食用安全性進行了探討。2005年2月，F(xiàn)AO和WHO又聯(lián)合食品添加劑專家委員會(JECFA)對食品中的丙烯酰胺進行了系統(tǒng)的危險性評估。國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)將丙烯酰胺歸為可能使人致癌的物質(zhì)。而高溫加熱是食品加工最普遍和廣泛使用的一種加工方法，如高溫殺菌、油炸等。因此關(guān)注高溫加熱食品中丙烯酰胺的產(chǎn)生與預(yù)防對于食品安全具有重要的現(xiàn)實意義。

3 降低食品中丙烯酰胺的方法

降低食品中的丙烯酰胺含量，需要堅持幾個原則:(1)食品中使用的化學(xué)品或改良劑必須符合國家食品添加劑的要求，保證食品的衛(wèi)生和安全。(2)必須保證食品在微生物方面的規(guī)定和要求。(3)不能影響了原有食品的營養(yǎng)。(4)盡可能對食品的產(chǎn)品特性沒有影響或影響很小。如組織結(jié)構(gòu)，口味風(fēng)味等。

對于丙烯酰胺形成機制的研究指出:還原糖數(shù)量、游離氨基酸數(shù)量和加熱條件是生成丙烯酰胺的3大主要因素，所以考慮降低丙烯酰胺含量可從原材料，產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝3個方面進行。

(1)原材料的選擇。不同種類的食物或作物，來自不同地區(qū)的同種食物或作物，因種植方法、生長條件和收獲后的貯存方法不同，其中的化學(xué)成分(天冬酰胺和還原糖)含量不同，致使加工后食品中丙烯酰胺的含量差異性很大。但谷物中糖的成分并非是丙烯酰胺決定性因素，所以理論上可以根據(jù)食品中天冬酰胺濃度進行選擇，但是改變基本的原材料對產(chǎn)品特性影響很大;對同一原料，不同批次進行選擇，也有很多現(xiàn)實困難。

(2)調(diào)整生產(chǎn)工藝。熱加工溫度和時間對丙烯酰胺的生成有重要影響。大量研究表明，熱加工溫度越高，產(chǎn)品中生成丙烯酰胺的含量越高。因此，降低溫度可有效控制食品中丙烯酰胺的含量，一般降低加熱溫度 10～15℃，可減少丙烯酰胺 10% ～30%［14－15］。熱加工時間是影響丙烯酰胺含量的另一重要因素。當(dāng)在200℃的烤箱中處理馬鈴薯薯條時，隨著加工時間的延長，丙烯酰胺含量呈指數(shù)增長，當(dāng)加工時間增長到一定值后，丙烯酰胺含量開始下降［16］，說明丙烯酰胺在食品體系中是生成和消解共同發(fā)生的過程，當(dāng)生成速率在全過程中占優(yōu)勢時，丙烯酰胺的含量不斷增加，但隨著反應(yīng)過程的逐漸延長，丙烯酰胺的消解速率會明顯增加并逐漸占據(jù)優(yōu)勢，因而丙烯酰胺的濃度出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。因此，在不影響食品品質(zhì)的情況下，降低熱加工溫度以及縮短加工時間有利于減少食品中丙烯酰胺的形成。

(3)配方的調(diào)整。通過添加合適的添加劑，調(diào)整產(chǎn)品配方，也能有效降低食品中丙烯酰胺的生成。產(chǎn)品配方調(diào)整方案見表2。

表2 熱加工食品產(chǎn)品配方調(diào)整

4 降低食品中丙烯酰胺的生物解決方案

天冬酰胺是合成丙烯酰胺最重要的前體物質(zhì)之一，降低原料中的天冬酰胺對抑制丙烯酰胺具有非常重要的意義。采用生物技術(shù)法去除原料中的天冬酰胺是目前用于控制高熱加工食品中丙烯酰胺含量最有效的方法，其原理如圖1所示。天冬酰胺在天冬酰胺酶的作用下可生成天冬氨酸和氨氣，而天冬氨酸在美拉德反應(yīng)中僅生成極微量的丙烯酰胺，因此可以達到抑制丙烯酰胺生成的目的。

圖1 天冬酰胺酶解過程

目前，國外有少數(shù)學(xué)者和研究機構(gòu)開展了利用天冬酰胺酶來控制高熱加工食品中丙烯酰胺形成的研究。Amrein等［17］研究了天冬酰胺酶對姜汁面包中丙烯酰胺形成的影響，結(jié)果表明，在面團中添加天冬酰胺酶可使丙烯酰胺的含量減少55%，天冬酰胺酸降解了75%，該方法對姜汁面包的口味和色澤沒有不利影響。Vass等［18］人研究也表明天冬酰胺酶可以降低馬鈴薯薄脆餅干50%～80%的丙烯酰胺含量。Ciesarova等［19］研究了天冬酰胺酶對以馬鈴薯為主要原料的高熱加工食品中丙烯酰胺含量的影響，發(fā)現(xiàn)在馬鈴薯干粉中加入天冬酰胺酶，可使丙烯酰胺的含量減少約90%～97%。Franco等［20］采用熱燙和天冬酰胺酶浸泡的方式處理馬鈴薯條，發(fā)現(xiàn)油炸后的馬鈴薯條中丙烯酰胺含量比對照樣降低了60%。在國內(nèi)于2009年已批準(zhǔn)諾維信公司的天冬酰胺酶(Acrylaway)在中國市場使用，通過在面團攪拌時添加Acrylaway，使天冬酰胺轉(zhuǎn)化為天冬氨酸，從根源上抑制丙烯酰胺的形成，而其它的氨基酸和糖則保持原有的活性，仍然參與美拉德反應(yīng)。試驗表明(見圖2)，增加Acrylaway的用量和延長作用時間，能使低糖餅干中丙烯酰胺的含量明顯減少。當(dāng)酶用量為300 mg/kg，作用時間為15分鐘時，丙烯酰胺含量減少85%;延長作用時間為30分鐘時，低糖餅干中丙烯酰胺含量減少高達93%。而Acrylaway的使用不會影響面團特性、烘焙過程及成品的外觀和口感。通過采用頂空氣相色譜法對產(chǎn)品揮發(fā)性香氣成分進行分析，對照樣和添加Acrylaway的樣本所含香氣成分的濃度相同，表明該酶對產(chǎn)品的風(fēng)味沒有改變。

圖2 Acrylaway用量對低糖餅干中丙烯酰胺含量的影響

5 展望

丙烯酰胺是高溫加工食品中產(chǎn)生的一種有害物質(zhì)，對人的健康會產(chǎn)生潛在危害，歐美等國已立法限制食品中丙烯酰胺最高含量。高溫煎炸、油炸和焙烤等加工工藝在我國傳統(tǒng)及現(xiàn)代加工食品中普遍使用，但這些加工工藝同時又是丙烯酰胺形成的有利條件。因此如何抑制高溫加工食品中丙烯酰胺的形成是擺在食品科學(xué)工作者面前的一項重要課題。

要減少高溫加工食品中的丙烯酰胺含量首先要選擇還原糖(如葡萄糖、果糖)和天冬酰胺含量低的原料，控制好原料的儲藏溫度。其次是高溫加工過程中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時應(yīng)盡量使用較低的溫度和較短的時間。但是這些方法在實際生產(chǎn)過程中實施起來具有一定的難度，而且對控制丙烯酰胺的生成量有限。諾維信公司的Acrylaway在實際使用過程中證明，生物酶法可以從根源上抑制丙烯酰胺的生成，而且操作簡單易行，丙烯酰胺降低幅度大，對生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品外觀，風(fēng)味口味以及營養(yǎng)等方面沒有改變。因此是一種值得推廣的用于控制食品中丙烯酰胺含量的有效方法。

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Acrylamide Content in Food and Enzymatic Solution

Xu Dong-lu1，Song Xian-liang2
1(Novozymes China，Beijing 100085，China)2(College of Food Science，South China Agriculture University，Guangzhou 510642，China)

Acrylamide is formed naturally in foods as a by－product during frying or baking.It might be a cancer risk factor and attract more concern recent years，mainly the discussion of the importance of Acrylamide to food safety and the method of reducing its content.This paper describes the procedure by adding asparaginase during the dough blending as an enzymatic solution，converting asparagine into aspartic acid，and reducing the level of acrylamide without changing the taste and appearance of the end product.

food，acrylamide，enzymatic solution，asparaginase

工程師(宋賢良教授為通訊作者)。

2010－07－18