付苗苗

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院，河南鄭州450012）

面包中丙烯酰胺抑制技術(shù)研究

付苗苗

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院，河南鄭州450012）

高溫焙烤食品中產(chǎn)生的丙烯酰胺是食品安全研究的熱點。研究如何抑制食品中丙烯酰胺的產(chǎn)生，具有十分重要的現(xiàn)實意義。以面包為研究對象，探索面包中丙烯酰胺產(chǎn)生的抑制技術(shù)，篩選出抑制效果良好的添加劑甘氨酸，并將其應用在面包中，對其抑制效果、外觀和質(zhì)構(gòu)的影響進行研究，尋找出理想的丙烯酰胺抑制劑，研究其最佳抑制工藝條件，初步探討其抑制機理。研究發(fā)現(xiàn)，烘烤時間和烘烤溫度分別在10 min～25 min，160℃～220℃范圍變化時，對丙烯酰胺含量影響不顯著（p≤0.05）。甘氨酸能顯著降低面包中丙烯酰胺的含量。

面包；丙烯酰胺；抑制技術(shù)

2002年瑞典國家食品管理局研究發(fā)現(xiàn)，淀粉類食品經(jīng)過高溫烘烤，將產(chǎn)生對人體有害的有機化合物丙烯酰胺。丙烯酰胺是一種潛在致癌物質(zhì)，已被國際癌癥研究機構(gòu)列入2A類致癌物，應引起人們的高度重視。自發(fā)現(xiàn)至今，丙烯酰胺成了食品安全方面關(guān)注的焦點之一。研究如何抑制食品中丙烯酰胺的產(chǎn)生，具有十分重要的現(xiàn)實意義。開發(fā)安全、可靠的丙烯酰胺抑制技術(shù)成了目前研究的熱點和難點問題。各國科學家紛紛開展相關(guān)研究，并提出了一些對策來減少高溫加工食品中的丙烯酰胺含量，例如品種選育、調(diào)整加工工藝等[1]。本文以此為出發(fā)點，在前期研究過程中建立的丙烯酰胺模擬反應，篩選出抑制效果良好的添加劑甘氨酸，并將其應用在實物體系（面包）中對其抑制效果、外觀和質(zhì)構(gòu)的影響進行研究，尋找出理想的丙烯酰胺抑制劑，研究其最佳抑制工藝條件初步探討其抑制機理。

1 材料

1.1 試劑

丙烯酰胺：標準品，美國Sigma公司；面包專用粉、人造奶油：福建省晉江福源食品有限公司；甲醇（色譜純）、乙腈（色譜純）：韓國SK化學公司；甘氨酸：純度≥99%，美國Amresco公司；甲酸：色譜純，天津康科德科技有限公司；六氰合鐵（Ⅲ）化鉀（分析純）、硫酸鋅（分析純）：北京北化精細化學品有限責任公司。

1.2 實驗儀器

868型酸度計：美國奧立龍公司；2000D型超純水器：北京長風儀器儀表公司；VDRTEX－5型旋渦混合器：江蘇海門市其林貝爾儀器制造有限公司；Waters 2695 LC：美國waters公司；TGL-16G-A高速冷凍離心機：上海安亭科學儀器公司；氮吹儀：上海安普科技有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：北京德天佑科技有限公司；醒發(fā)箱：廣州市白云區(qū)石井美天廚具電器廠；烤箱：捷嘉食品機械設(shè)備有限公司；揉面機：萬杰食品機械有限公司；粉碎機：西貝樂有限公司；物性測試儀：北京微訊超技儀器技術(shù)有限公司。

2 方法

2.1 面包的制作

面包粉500 g，即發(fā)干酵母5 g，鹽5 g，糖30 g，起酥油20 g，奶粉20 g，水按面團吸水量而定。面粉及各種配料稱重→混合攪打→基礎(chǔ)醒發(fā)→稱重、分割→整形→成型→醒發(fā)→烘烤→冷卻→成品。在Brathen[2]建立RSM的基礎(chǔ)上進行改進，采用二因素五水平設(shè)計，中心點設(shè)置為3次重復，用于估計實驗誤差，2個變量烘烤時間和烘烤溫度的變化范圍分別為10 min～25 min，160℃～220℃，并考慮他們之間的交互作用。采用三因素五水平設(shè)計，中心點設(shè)置為3次重復，3個變量為烘烤時間，烘烤溫度，添加甘氨酸（每千克面粉中添加0 mmol～400 mmol甘氨酸）。手工將面包皮剝下，冷凍儲藏待分析。

2.2 AA的測定

2.2.1 標準溶液的配置

準確稱取100 mg丙烯酰胺標準品溶于10 mL容量瓶中，用超純水溶解并稀釋至刻度，-20℃冰箱保存作為儲備溶液。分別配制濃度為50、80、100、150、200、250、300 ng/mL的AA標準溶液。經(jīng)0.45 μm的膜過濾，用Waters液相工作站繪制丙烯酰胺標準曲線。

2.2.2 樣品提取及凈化

2 g粉碎樣品稱入25 mL離心管中。10 mL 75%甲醇水溶液，100 uL CarrezⅠ，100 uL CarrezⅡ，分別加入試管中。樣品經(jīng)搖床震蕩提取45 min（25℃，100 rpm），10 000 rpm轉(zhuǎn)速離心（10℃，10 min）。5 mL上清液定量轉(zhuǎn)移至玻璃試管中，在45℃下氮吹至1 mL。Oasis HLB固相萃取柱用5 mL甲醇，5 mL水平衡后用于純化樣品。濃縮的提取液完全通過萃取柱，再經(jīng)2 mL 10%（體積比）甲醇水溶液洗脫。收集洗脫液，經(jīng)0.45 μm針孔濾膜過濾，準備用于液相分離。

2.2.3 儀器條件及參數(shù)設(shè)置

HPLC條件：美國Waters2695高效液相系統(tǒng)，配有二極管陣列檢測器，進樣量20 μL，HC-75H+柱（305× 7.75 mm，Hamilton，NV，USA），流動相10 mM的甲酸水溶液，流速為0.6 mL/min，柱溫50℃，紫外檢測波長200 nm。

2.3 水分含量的測定

稱取樣品約2 g，精確至0.001 g，于已知恒重的鋁皿中，置于（103±2）℃的鼓風電熱恒溫干燥箱內(nèi)（皿蓋斜放在皿邊），加熱2 h～4 h，加蓋取出。在干燥器內(nèi)冷卻0.5 h，稱量。再置于（103±2）℃的鼓風電熱恒溫干燥箱內(nèi)，加熱1 h，加蓋取出。在干燥器內(nèi)冷卻0.5 h，稱量。重復加熱1 h的操作，直至連續(xù)2次稱量差不超過0.002 g，即為恒重。以最小稱量為準（GB/T 14769-1993《食品中水分的測定方法》）。

2.4 數(shù)據(jù)分析

不同工藝制作的每個樣品測定3次，取其平均值。用SAS8.0對數(shù)據(jù)進行方差分析，顯著水平為0.01。用軟件Microcal Origin（Microcal Software，Inc.，Northampton USA）、Statistic 6.0（Statsoft，Inc.，USA）進行其它分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 面包中丙烯酰胺的變化

不同烘烤溫度以及烘烤時間對丙烯酰胺的影響如圖1所示。

圖1 不同烘烤溫度和時間的丙烯酰胺含量Fig.1 The acryl amide content under different baking temperature and time

從圖1中可以看出，隨著烘烤時間的延長，烘烤溫度的升高，丙烯酰胺的含量也隨著增加，面團在240℃烘烤30 min時，AA的含量達到最大值399.48 μg/kg。但是烘烤溫度對丙烯酰胺的影響程度比烘烤時間更顯著，圖1顯示，當烘烤溫度從220℃上升到240℃時，丙烯酰胺的含量增長了1.5倍。對烘烤溫度、烘烤時間對丙烯酰胺含量的影響程度以及2個因素的交互作用進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：各因素及其交互作用的影響均極顯著（α＜0.01）。

由于美拉德反應是典型的溫度敏感型反應，反應溫度對美拉德反應的進程有很大的影響，溫度的增加可以增加反應物糖和氨基酸的活性，進而加快化學反應速度。從圖中我們可以看出，降低處理溫度，可以明顯減少丙烯酰胺的含量，因此，在面包的實際加工中，可以通過調(diào)整工藝條件控制加熱溫度，減少丙烯酰胺的形成。

丙烯酰胺主要在高溫加工食品中形成，含淀粉質(zhì)的食品如馬鈴薯、面包、餅干、麥片等這些含碳水化合物食品或低蛋白質(zhì)的植物性食品當加熱到120℃以上往往容易產(chǎn)生丙烯酰胺，而且隨著加工溫度的提高，丙烯酰胺的含量也隨之增加，有研究報道，當溫度在140℃～180℃之間時，AA的生成量最大[3]。但是在本研究中，AA的含量并未到達一個最大值，而是一直呈上升的趨勢，這種現(xiàn)象可能由于水分的蒸發(fā)有效地降低了實際溫度[2]。

3.2 烘烤溫度和時間對丙烯酰胺含量的影響

根據(jù)設(shè)計方案進行實驗后，采用離子排阻色譜檢測面包皮中丙烯酰胺含量如表1。

表1 加工條件和面包皮中的丙烯酰胺含量Table 1 The processing conditions and the acrylamide content in bread crust

響應面分析的系數(shù)在表2中。

表2 面包皮中各因素響應面的系數(shù)和p值Table 2 Factors of the crust in the response coefficient and the value of P

烘烤時間和烘烤溫度與丙烯酰胺的產(chǎn)生有顯著相關(guān)性（P＜0.05），因此面包皮中的丙烯酰胺含量隨著烘烤時間的延長和烘烤溫度的提高而增加。實驗過程中使用的烤箱溫度調(diào)節(jié)不夠精準，所以設(shè)定同樣的烘烤溫度仍會有波動，從而導致中心點相同的條件產(chǎn)生的丙烯酰胺含量不同，這些不同沒有顯著性差異。不過這種情況與實際生活更接近。不同的烘烤溫度和烘烤時間產(chǎn)生的丙烯酰胺含量之間有顯著性差異。

3.3 烘烤條件和甘氨酸添加量對丙烯酰胺含量的影響

不同的工藝條件和面包皮中丙烯酰胺的含量見表3。

表3 各因素變化量和面包皮中丙烯酰胺含量Table 3 The factor variation and the acrylamide content in bread crust

響應面分析的系數(shù)在表4中。

表4 面包皮中各因素響應面的系數(shù)和p值Table 4 Factors of the crust in the response coefficient and the value of P

烘烤時間和烘烤溫度的影響顯著（p≤0.05），甘氨酸與丙烯酰胺含量有明顯的相關(guān)性（p=0.008）。甘氨酸的二次項和甘氨酸與溫度的交互作用也顯著相關(guān)，p值分別為0.003和0.05。

對添加甘氨酸對面包皮中丙烯酰胺含量的影響進行分析，見圖2。

圖2 添加甘氨酸對面包皮中丙烯酰胺含量的影響Fig.2 The effect of adding glycine on acrylamide content in bread

由圖2可知，添加甘氨酸能將每千克面粉中丙烯酰胺含量降低100 ug～150 ug，說明甘氨酸能夠顯著抑制美拉德反應生成的丙烯酰胺。但是不同的甘氨酸添加水平之間沒有顯著差異。為了進一步驗證烘烤時間、烘烤溫度、甘氨酸添加量對丙烯酰胺的影響，對結(jié)果進行單因素方差分析。由于10 min和30 min的烘烤時間只有一次實驗，所以方差分析中沒有包括這兩個時間。同樣的理由，烘烤溫度的檢驗中略去160℃和240℃。方差分析結(jié)果表明，烘烤時間（p=0.12）和烘烤溫度（p=0.7）都不能顯著降低面包皮中丙烯酰胺的含量。只有甘氨酸能有效降低面包皮中的丙烯酰胺含量（p=0.000），但是不同的添加水平?jīng)]有顯著差異。

以上結(jié)果均表明添加甘氨酸到面團中能有效降低面包中丙烯酰胺的含量。即使在最低的添加量81 mmol/kg的水平，面包皮中丙烯酰胺含量能降低73%。這個結(jié)果比Amrein等將甘氨酸添加到姜餅中的抑制效果要好，他們的添加量和81 mmol/kg的相近，有133 mmol/kg。然而由于并未給出詳細的姜餅的制作配方，所以還不能確定存在的主要差別。

對于甘氨酸能夠降低面包中丙烯酰胺含量的機理，至少有兩個合理的解釋。甘氨酸能夠在美拉德反應中與天冬酰胺競爭，從而天冬酰胺參與反應的效率降低，生成丙烯酰胺的量減少；另外是甘氨酸有可能與丙烯酰胺參與反應。這兩個解釋先已有相關(guān)研究給予科學支持，張海霞[4]的研究表明天冬酰胺/葡萄糖/甘氨酸模擬體系中甘氨酸與天冬酰胺的變化趨勢，是整個體系多種復雜反應因素的綜合結(jié)果。甘氨酸與天冬酰胺的降解符合一級動力學模型。競爭反應模型的擬合結(jié)果顯示，在天冬酰胺/葡萄糖/甘氨酸模擬體系中，甘氨酸與天冬酰胺均能與葡萄糖發(fā)生反應，且兩反應之間存在競爭關(guān)系（α＜0.05）。葡萄糖/甘氨酸/丙烯酰胺的模擬體系中，葡萄糖、丙烯酰胺分別與甘氨酸反應，其變化規(guī)律符合一級動力學模型。競爭反應模型的擬合結(jié)果顯示，在葡萄糖/甘氨酸/丙烯酰胺的模擬體系中，葡萄糖與丙烯酰胺均能與甘氨酸發(fā)生反應，且兩反應之間存在競爭關(guān)系（α＜0.05）。Liu J.et al[5]的研究得到了丙烯酰胺與甘氨酸在模擬體系中的產(chǎn)物，通過產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定提出了丙烯酰胺與甘氨酸反應的兩條途徑：證實了丙烯酰胺的雙鍵與甘氨酸上的α氨基發(fā)生親核加成反應的假設(shè)，提出了甘氨酸先經(jīng)氧化再與丙烯酰胺發(fā)生加成反應的新途徑。

4 結(jié)論

通過優(yōu)化加工工藝和利用添加劑，研究了面包中丙烯酰胺生成抑制技術(shù)。烘烤時間和烘烤溫度分別在10 min～25 min，160℃～220℃范圍變化時，對丙烯酰胺含量影響不顯著（p≤0.05）。甘氨酸能顯著降低面包中丙烯酰胺的含量（p=0.008），但是不同的甘氨酸添加水平之間差異不顯著。

[1]何方奕.9種果汁對油炸薯條中丙烯酰胺的抑制作用[J].食品科學,2010,31(18):175-177

[2]Br?then E,Kita A,Knutsen S H,et al.Addition of glycine reduces the content of acrylamide in cereal and potato products[J].Agric. Food Chem,2005,53:3259-3264

[3]Cook D J,Taylor A J.On-line MS/MS monitoring of acrylamide generation in potato-and cereal-based systems[J].Agric Food Chem, 2005,53:8926-8933

[4]張海霞.Gly對AA生成的抑制作用研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學,2007

[5]Liu J,Zhao G,Yuan Y,et al.Quantitative analysis of acrylamide in tea by liquid chromatography coupled with electrospray ionization tandem mass spectrometry[J].Food Chem,2008,108:760-767

Study on the Technology of Acrylamide Inhibition of Bread

FU Miao-miao
（Henan Industry and Trade Vocational College，Zhengzhou 450012，Henan，China）

crylamide formation in high temperature baked food is hot food safety research.The research on how to prevent the production of acrylamide in food，has the extremely important practical significance.In this paper，the bread as the research object，the suppression technology of acrylamide in bread was explored，screened inhibitor additive glycine，which has good effect，and its application in bread，to study its inhibitory effect，appearance and texture effects，find out the ideal acrylamide inhibitor，and study the best technological conditions of inhibition.The study found that when time changed from 10 to 25 minutes，and temperature changed from 160 to 220 degree Celsius，the effects on acrylamide content were not significant，glycine can significantly reduce the acrylamide content in bread.

bread；acrylamide；suppression technique

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.007

付苗苗（1981—），女（漢），講師，碩士，研究方向：糧油加工與食品品質(zhì)。

2015-01-15