韋錚，黃先智，丁曉雯*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400716)2(西南大學(xué)科技處，重慶，400716)

丙烯酰胺(acrylamide，AA)在1994年被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer，IARC)歸類為2A類致癌物[1]，2002年瑞典國家食品監(jiān)督局發(fā)現(xiàn)，食品在高溫加熱過程中會產(chǎn)生AA，這引起了全世界的關(guān)注[2]。有研究測得商業(yè)薯條和自制炸薯條中AA含量在218～1 260 μg/kg[3]；LIU等檢測出面包中含AA(219.95±3.28) μg/ kg[4]；美國加州某一星巴克咖啡中檢測出AA[5]；嬰幼兒營養(yǎng)米粉中也檢測到了AA[6]。除了飲食，人們還能夠通過皮膚、呼吸道等其他途徑吸收AA，但是通過消化道的吸收最快[7]。

據(jù)報道，長期接觸AA可能會對人和動物的神經(jīng)系統(tǒng)造成損害,在懷孕期間接觸AA會影響孕激素的分泌和胎兒的生長[8]，相關(guān)研究認(rèn)為，AA是具有誘變和致癌特性的潛在遺傳和生殖毒素。德國聯(lián)邦風(fēng)險評估研究所(Bundesinstitut für Risikobewertung，BFR)估計，在德國AA的每日攝入量約為0.6 μg/kg(bw)·d，而我國為0.319 μg/kg(bw)·d，世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)和美國環(huán)境保護(hù)署(United States Enviromental Protection Agency,USEPA)進(jìn)行的單位風(fēng)險評估顯示，終身暴露于AA下可能會導(dǎo)致10萬人中70～450例癌癥。歐洲毒性、生態(tài)毒性和環(huán)境科學(xué)委員會(CSTEE)對AA風(fēng)險的評估表明，AA具有神經(jīng)毒性、致癌性、生殖毒性及對體細(xì)胞和生殖細(xì)胞的遺傳毒性[9-10]。經(jīng)小鼠等動物實驗顯示，試驗動物經(jīng)口攝入AA的半數(shù)致死劑量在150 mg/kg(bw)左右，每日攝入量達(dá)40 μg/kg(bw)時會引起神經(jīng)毒性，每日攝入量達(dá)2.6 μg/kg(bw)·d時可能致癌[11-12]。膳食中AA暴露已成為人類健康的潛在風(fēng)險，為保證人類健康，有必要深入探究控制食品中AA含量的方法，為降低食品中AA含量提供有效的參考依據(jù)。

1 食品中丙烯酰胺的來源

AA是一種不飽和酰胺，呈白色晶體狀，可溶于水、乙醇等極性溶劑中，廣泛存在于富含碳水化合物(例如馬鈴薯和谷物)的熱加工食品中，同時也被廣泛用作工業(yè)生產(chǎn)中的原料，例如聚丙烯酰胺的合成，廢水管理，礦石加工，化妝品制造和染料的合成[10,13]。在食品中AA的產(chǎn)生主要有以下2個途徑。

1.1 天冬酰胺途徑

AA主要由天冬酰胺(asparagine,Asn)和羰基化合物之間的美拉德反應(yīng)產(chǎn)生。食品成分中的主要羰基化合物包括還原糖，特別是葡萄糖(glucose,Glc)、羥羰基、二羰基、烷二烯、5-羥甲基糠醛，它們可以在高溫下變成各種活性羰基化合物，并且引發(fā)AA的形成。羰基化合物與天冬酰胺反應(yīng)生成希夫氏堿(schiff base，schiff堿)[14]。由schiff堿產(chǎn)生AA的途徑有2條：(1) schiff堿發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化形成5-惡唑烷酮中間體，通過該中間體脫羧形成甲亞胺葉立德，重排成amadori產(chǎn)物后通過3-氨基丙酰胺途徑轉(zhuǎn)變?yōu)锳A[15]。(2) schiff堿經(jīng)脫水脫氨生成二羰基化合物，天冬酰胺與該羰基化合物經(jīng)strecker降解(α-氨基酸與α-二羰基化合物反應(yīng)時，α-氨基酸氧化脫羧生成比原來氨基酸少一個碳原子的醛，氨基與二羰基化合物結(jié)合并縮合成吡嗪)脫羧脫氨生成AA[16-17]。

由于天冬酰胺是馬鈴薯塊莖中最豐富的游離氨基酸，有時占所有游離氨基酸含量的50%以上，因此加熱的馬鈴薯產(chǎn)品中AA含量相對較高[3]。LEE等也證明了天冬酰胺是馬鈴薯和谷物中的主要氨基酸，是產(chǎn)生AA的重要參與成分[18]，在后續(xù)控制方法研究中，可以選擇控制天冬酰胺含量來控制AA的生成。

1.2 非天冬酰胺途徑

油脂類物質(zhì)在加熱過程中，脂肪會脫水產(chǎn)生大量的丙烯醛，丙烯醛既能與氨在180 ℃下生成AA，也能通過褐變作用進(jìn)而氧化成丙烯酸后進(jìn)一步與氨反應(yīng)生成AA。氨和丙烯醛在熱處理時在富含脂質(zhì)的食品中的AA形成中起著重要作用，但在相同條件下，丙烯酸與氨反應(yīng)能得到更多的AA[19]。不同油脂對AA的控制也有一定的作用。

2 丙烯酰胺的毒性

AA主要表現(xiàn)出神經(jīng)毒性、生殖毒性和致癌性。它可以導(dǎo)致實驗動物和長期暴露于AA的人類出現(xiàn)出血、骨骼肌無力和體重減輕等癥狀[20]。AA引起的神經(jīng)毒性會誘導(dǎo)周圍神經(jīng)病變、感覺功能和力量減弱[21]。大量文獻(xiàn)表明，哺乳動物大腦中的生物鐘系統(tǒng)對認(rèn)知功能、記憶形成和復(fù)雜思維產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，由時差或睡眠剝奪引起的晝夜節(jié)律紊亂可引起認(rèn)知障礙和記憶障礙，而給實驗動物接觸AA則會導(dǎo)致生物鐘紊亂，誘導(dǎo)認(rèn)知功能障礙和記憶喪失[22-23]。此外，AA的生殖毒性和心臟毒性也不容忽視。若女性在懷孕前暴露于AA則會阻礙卵母細(xì)胞成熟，影響女性生育能力[24]。有人曾在人臍帶血和母乳中檢測出AA，并表明孕婦暴露于AA會引起明顯的心血管系統(tǒng)紊亂，心臟萎縮、形態(tài)和功能失常，既對胎兒不利，也對嬰兒早期的心臟發(fā)育有不良影響[25]。在哺乳動物中，肝臟是各種代謝功能的重要器官之一，肝細(xì)胞有第二大量的線粒體，AA會產(chǎn)生肝毒性引發(fā)線粒體功能障礙造成肝損傷[26]。另有研究顯示，長期接觸AA后，人體的腎臟、肺、腸等器官均會受到一定程度的損傷，嚴(yán)重者甚至?xí)掳27]。由此可見，探究有效控制食品中AA含量的技術(shù)方法刻不容緩。

3 食品中丙烯酰胺的控制

3.1 控制食品加工的溫度與時間

食物在高于120 ℃的溫度加工、烹調(diào)會產(chǎn)生AA，140～180℃為其生成的最佳溫度。某些還原性糖類能夠在大于100 ℃的條件下與天冬酰胺生成AA，但是當(dāng)溫度達(dá)到190 ℃以上時，AA的生成量逐漸減少[28]。本實驗室測得當(dāng)油炸麻花的溫度高于120 ℃時，AA開始產(chǎn)生并呈上升趨勢，高于190℃時麻花所含AA開始下降。

3.2 加入丙烯酰胺產(chǎn)生的抑制劑

3.2.1 天然提取物

不同水果提取物對AA的影響不同，蘋果醇提取物能降低AA的產(chǎn)生，而火龍果醇提取物則會加強(qiáng)AA的產(chǎn)生。蘋果醇提取物主要成分為原花青素，加入15 mg/mL該提取物對油炸馬鈴薯片的AA抑制作用能達(dá)約30%[32]。陳媛媛等[33]研究發(fā)現(xiàn)，蓮房原花青素(LSPC)對薯條和油條中AA形成有抑制作用，將薯條浸漬于0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) LSPC溶液中90 s，油條浸漬于0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))LSPC溶液中60 s，對AA產(chǎn)生的抑制率分別達(dá)到57.59%和67.38%。李金旺[34]研究大蒜粉對油炸薯條AA的抑制作用及活性成分，研究表明，在油炸前將馬鈴薯浸泡在0.1 g/mL的大蒜粉溶液中，在浸泡120 min左右，AA的產(chǎn)生達(dá)到最大抑制率為37.3%，超過120 min后抑制率趨于平穩(wěn)，并證明大蒜中對AA生成起抑制作用的最主要成分為大蒜素。

3.2.2 香辛料

劉玲玲[35]研究了香辛料對紅燒肉加工過程中AA產(chǎn)生的影響。實驗結(jié)果顯示，在紅燒肉中按比例加入蔥、姜、黃酒，AA的含量呈降低趨勢；當(dāng)加入糖和老抽，由于老抽中含有豐富的氨基酸，AA的生成量顯著增加；八角、草果、香葉能抑制紅燒肉中AA的產(chǎn)生，而花椒、胡椒對其無抑制作用。MOUSA等[36]的研究則表明，紅辣椒、姜黃和芫荽(香菜)中提取的抗氧化劑的混合體，相對于黑胡椒和小茴香中提取的抗氧化劑為最有希望的AA形成抑制劑，在薯條制作中按1∶1∶1將馬鈴薯條浸泡在1.5%的該混合體中60 min后，170 ℃ 用棕櫚油炸3 min可減少AA高達(dá)88%。

3.2.3 天冬酰胺酶

國內(nèi)外大量研究表明，天冬酰胺酶既可有效減少原料中天冬酰胺的含量，從源頭上控制AA的生成，還可以避免影響食品的品質(zhì)。在小麥面包制作過程中，在面粉中加入752.15 U/kg的天冬酰胺酶能減少面包中90%～97%的AA[37]。因此，在面粉中加入天冬酰胺酶也是一種有效的抑制AA生成的方法。

3.2.4 金屬陽離子

將馬鈴薯條浸入1%NaCl溶液在25 ℃維持5 min, 油炸馬鈴薯條中的AA減少約62%[38]。在制作餅干的過程中，往小麥面粉中加入1.4 × 10-2mol/L CaCl2和1.0 × 10-2mol/L MgCl2可有效減少60%的AA形成[39]。焙烤面包過程中，當(dāng)加入配比為檸檬酸0.45%、硫酸鈣0.95%時，面包中AA含量從0.592 μg/g降至0.118 μg/g[40]。金屬陽離子抑制AA產(chǎn)生的機(jī)理可能是由于負(fù)責(zé)AA形成的schiff堿受到了金屬離子的抑制，進(jìn)而阻礙了天冬氨酸途徑的AA的形成。

3.3 選擇合適的油和食材

不同油脂也會影響油炸食品中AA的含量[41]。DANIALI等[42]經(jīng)檢測得到，經(jīng)過高溫(160、180、200 ℃)處理后，棕櫚油中AA含量約為大豆油中AA含量的2倍；管玉格[29]分別用大豆油、花生油、菜籽油和棕櫚油在165 ℃條件下油炸饃片3 min至熟，結(jié)果在相同條件下，使用大豆油炸饃片產(chǎn)生的AA含量最低為1.124 μg/g，使用棕櫚油炸饃片產(chǎn)生的AA含量最高，達(dá)到1.655 μg/g。本實驗室也對比了菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棕櫚油對油炸麻花中AA含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用棕櫚油生產(chǎn)的麻花中AA最高，其含量是其他4種油炸制麻花中AA的1.94倍。因此，選擇適宜的油進(jìn)行烹制也能減少AA的形成。

3.4 適宜的發(fā)酵菌種

面包制作過程中需要添加酵母菌對面團(tuán)進(jìn)行發(fā)酵，研究顯示選擇合適的菌種能降低面包中AA含量。戊糖片球菌、腸膜名串珠菌和彎曲乳桿菌、植物乳桿菌等已被證明適用于面包的生產(chǎn)，選用8.9 lg10 CFU/mL用戊糖片球菌和腸膜名串珠菌發(fā)酵，面包中AA含量降低了29.5%;選用等量的戊糖片球菌和彎曲乳桿菌發(fā)酵，AA降低67.2%[43]。此外，酵母出芽短梗菌能產(chǎn)生天冬酰胺酶，在馬鈴薯片油炸前用酵母出芽短梗菌(Aureobasidiumpullulans)最終能將游離天冬酰胺的含量降低16%，油炸馬鈴薯片中AA降低83%，暫未有實驗等顯示酵母出芽短梗菌對人體有害。抑制作用的機(jī)理可能是因為該菌株能消耗新鮮馬鈴薯中游離天冬酰胺，從而減少了AA的生成，同時此方法也能減少馬鈴薯褐變[44]。

3.5 其他消減食品中AA的方法

由于控制食品中AA方法的原理不同，采用復(fù)合法可能達(dá)到更好的抑制效果。例如，將法式薯條在75 ℃漂燙10 min后，在天冬酰胺酶溶液中40 ℃浸泡20 min，可使油炸薯條中的AA消減約60%[45]。將馬鈴薯片用超聲波清洗機(jī)在功率為200 W，超聲溫度40 ℃的條件下預(yù)處理30 min，馬鈴薯中還原糖含量降低31%；與僅在水中浸泡30 min比，AA降低了50%；而與直接油炸相比，AA降低率高達(dá)90%，說明采用超聲波作為煎炸預(yù)處理能通過降低馬鈴薯中還原糖含量有效降低油炸馬鈴薯中AA含量[46]。

4 展望

此外，有研究表明，將馬鈴薯片分別浸泡在不同濃度(0.1%，0.5%和1%)的VB3、VB6中，結(jié)果當(dāng)各維生素的濃度為1%時，馬鈴薯片中AA的形成分別減少了58%、50%，且不會影響薯片的原始風(fēng)味和脆度[47]。賴氨酸和甘氨酸也能通過抑制schiff堿的形成而有效地抑制AA的生成。將馬鈴薯片浸泡在0.5% 甘氨酸中1 min，薯片中AA減少了57%；浸泡在1%賴氨酸中1 min，AA的減少量達(dá)58%[48]，該抑制作用的機(jī)理可能是賴氨酸和甘氨酸促進(jìn)了競爭反應(yīng)，減弱了天冬氨酸途徑產(chǎn)生AA。在《GB 14880—2012 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[49]中顯示，L-賴氨酸、VB6、VB3均可作為食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑，小麥粉及其制品中L-賴氨酸的允許使用量為1～2 g/kg， 餅干中VB6的允許使用量為2～5 mg/kg，其他烘焙食品為3～15 mg/kg，餅干中VB3的允許使用量為30～60 mg/kg，面包為40～50 mg/kg。因此，L-賴氨酸、VB6、VB3既能夠作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑加入到食品中彌補(bǔ)人群對相應(yīng)氨基酸和維生素攝入的不足，同時也能有效緩解AA的產(chǎn)生，這為AA的控制方法提供了有利的指導(dǎo)。

在日常生活中，人們可以通過不同的途徑攝入AA，而AA對人類的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)均會產(chǎn)生不良反應(yīng)，其致毒作用機(jī)制可能與氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，誘發(fā)癌癥以及AA在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物環(huán)氧丙酰胺(glycidamide，GA)攻擊DNA等有關(guān)。目前，減少油炸食物中AA的產(chǎn)生已引起了世界各國的廣泛關(guān)注，同時也成為了食品加工工藝研究的熱點(diǎn)，盡管在國內(nèi)外研究中已取得很大的進(jìn)展，但仍存在例如AA致癌性缺乏流行病學(xué)的證據(jù)；除油炸食品外，烘焙食品、飲用水以及煙草中也可能含有AA等問題，這些問題均有待于解決，尋找控制AA產(chǎn)生的有效方法，不僅對食品安全和人體健康起到有益作用，對食品加工工藝的完善也有指導(dǎo)性意義。