蘇長順， 薛 鵬， 張 淼， 武新雨， 袁 媛

（ 吉林大學 食品科學與工程學院， 吉林 長春 130062）

0 引言

丙烯酰胺（Acrylamide， AA） 為無色透明片狀晶體， 易溶于水、 乙醇， 微溶于苯、 甲苯， 其毒性主要包括神經毒性、 遺傳毒性、 生殖毒性、 免疫毒性及致癌性等[1]。 自2002 年在油炸薯片中發(fā)現(xiàn)高水平的AA 開始， 由AA 引起的食品安全問題已引起人們的高度關注。 聯(lián)合國糧農組織和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合食品添加劑專家委員會在第64 次、 72 次會議上2 次對AA 的安全問題進行評估并向公眾警示， 在保證做熟的情況下盡量避免過度烹飪食品， 同時應注重平衡膳食， 減少油炸和高脂肪食品的攝入， 以確保食品安全[2]。

中國傳統(tǒng)膳食由于其結構特點和加工方式， 可能會產生AA 等危害化合物。 因此， 闡明中國傳統(tǒng)食品中AA 等的形成機制、 影響因素及控制措施， 對于進一步加強中國傳統(tǒng)食品的安全性具有重要意義。

1 不同種類傳統(tǒng)食品中AA 的含量

1.1 中國傳統(tǒng)膳食結構

中國傳統(tǒng)膳食結構以植物性食物為主， 主食為糧谷類食品（ 米、 面、 薯類等） ， 輔以各種新鮮的天然食品（ 水果、 蔬菜、 少量動物性食物等） ， 豆類及豆制品也占有重要位置。 肉類以豬肉和雞鴨肉為主，牛羊肉食用量較少， 近海地區(qū)魚蝦攝入占比較高。烹調方法以蒸、 炒、 燉為主， 在中外飲食文化交流中， 熏、 烤、 煎、 炸等烹調方法逐漸增多[3]， 烹調形式的多樣性也決定了中國傳統(tǒng)食品中AA 含量的多變性。

1.2 傳統(tǒng)食品中AA 含量

傳統(tǒng)淀粉類食品中以煎炸方式烹調產生的AA 量高于蒸煮方式； 加工肉制品中AA 的含量范圍為83～386 μg/kg， 且不同部位含量差別較大； 水產品中AA 的含量范圍為36～148 μg/kg； 炒制蔬菜中AA 的含量范圍為＜10～360 μg/kg。

中國傳統(tǒng)食品中AA 分布情況[4-15]見表1。

表1 中國傳統(tǒng)食品中AA 分布情況/μg·kg-1

在不同傳統(tǒng)食品中， AA 含量主要受食物種類、加工或烹調方式的影響。 由表1 可知， 在谷物、 蔬菜和肉類食品中， 谷物食品中AA 含量最高， 肉類次之， 蔬菜最低； 在食物加工過程中， 蒸煮方式不產生或產生少量AA， 烘焙方式產生AA 的量相對偏高， 而煎、 炸、 烤等方式產生量極高， 主要是由于長時間高溫狀態(tài)下美拉德反應過度， 導致AA 的大量產生。

2 中國傳統(tǒng)食品中丙烯酰胺的檢測方法

2.1 氣相色譜- 質譜聯(lián)用法（GC-MS）

GC-MS 法以同位素稀釋技術為基礎， 將標有13C3 標記的AA 作為內標添加到樣品中， 以進行多反應或選擇性離子監(jiān)測。 GC-MS 作用的被分析物要求具備一定程度的揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性， 但是AA 很容易被熱分解， 因此不可以直接被檢測， 通常將其衍生化來增強反應的穩(wěn)定性。

GC-MS 方法具有較高的靈敏度、 特異性， 但其不足是溴化衍生所需的時間長， 反應條件苛刻， 如AA 不經衍生， 則需要借助高靈敏度的氣相色譜檢測器， 如串級質譜、 氮磷檢測器等， 但是樣品回收率較低。

2.2 液相色譜- 質譜聯(lián)用法（LC-MS/MS）

使用液相色譜方法時， AA 不需要衍生， 在傳統(tǒng)的反相色譜中， LC 與UV 檢測器或二極管陣列檢測器的組合選擇性低， 僅適用于高AA 含量的檢測。 國標GB/T 5009.204—2014 將13C3 標記的AA 作為內標溶液， 基于穩(wěn)定同位素稀釋技術， 通過水溶劑萃取和純化后， 利用LC-MS/MS 進行測定[16]， 該方法可直接測定， 過程簡便、 快捷、 準確， 在食品中AA 的檢測應用上更為廣泛。

2.3 毛細管電泳法（CE）

CE 由高壓直流場產生的電滲流驅動， 通過石英毛細管的熔融， 利用其內壁形成的分離載體， 由于電泳、 電滲和分子擴散的作用， 流動相與固定相之間的速度差使各組分被分離。 但AA 不帶電， 要先被表面活性劑包裹或其他方法使其帶電才能采用此方法進行高效分析。 CE 法測定食品中的AA 的主要優(yōu)點是高效、 迅速、 檢測品量小、 無需復雜的設備及預處理且靈敏度很高。

2.4 熒光生物傳感法

Hu Qinqin 等人[17]首先發(fā)現(xiàn)的新型熒光生物傳感法， 利用霍夫曼反應使AA 降解產生的乙烯胺與熒光物質反應， 生成的吡咯啉酮可以在波長480 nm 照射下發(fā)出強熒光， 熒光強度與AA 質量濃度呈正比。 從而根據光強測定出AA 質量濃度， LOD 值和線性范圍值分別為0.015， 0.05～20 μg/mL。

該方法的優(yōu)勢在于其簡單、 快速， 但不足之處在于只能用于可以發(fā)出紫外光的樣品， 且與傳統(tǒng)方法相比， 其靈敏度并不高， 容易受到食品基質干擾。

2.5 酶聯(lián)免疫法（ELISA）

酶聯(lián)免疫法利用抗原和抗體結合的高度特異性，結合酶催化產生顏色反應， 進而對樣品進行迅速、定量的檢測， 主要分為直接競爭法和間接競爭法。由于AA 是小分子， 只具有半抗原的性質， 不具備免疫原性， 所以必須將其與免疫性載體蛋白交聯(lián)， 制備的耦合物完全抗原使動物機體免疫進而產生抗體[18]。

與傳統(tǒng)方法相比， ELISA 法靈敏度高、 成本低、方便快捷， 并且不需要復雜的樣品準備， 回收率高，但較難獲得穩(wěn)定性強、 高親和力又穩(wěn)定的抗體。

2.6 計算機視覺技術

美拉德反應生成AA 的過程有著明顯的顏色變化。 通過計算機視覺技術將樣品圖像進行顏色分區(qū)，并對其進行分析處理， 建立食品中褐變率與AA 質量濃度之間的定量關系。 此法簡便、 操作容易， 可實時在線監(jiān)測食品中AA 的含量， 但其不足在于受物料、加工方式等因素影響， 只適合于AA 的初步篩查[19]。

3 中國傳統(tǒng)食品中丙烯酰胺的控制措施

自AA 在食品中被發(fā)現(xiàn)以來， 由于其毒性、 致癌性等危害引起了人們的廣泛關注， 其形成機理、 形成途徑、 影響因素等也被人們廣泛研究， 通過研究使人們能夠從原理上尋找降低中國傳統(tǒng)食品中AA 含量的方法， 從而為控制中國傳統(tǒng)食品中AA 的含量提供理論依據。

3.1 AA 的形成機理

目前， 國際上普遍認可的AA 主要形成途徑是天冬酰胺途徑， 即還原糖與天冬酰胺在高溫下發(fā)生美拉德反應。 而蛋白質、 碳水化合物和油脂等在高溫條件下也能夠產生AA[20-22]。

天冬酰胺途徑生成AA 見圖1。

圖1 天冬酰胺途徑生成AA

根據AA 的形成機理及形成途徑可以推知， 在中國傳統(tǒng)食品的加工過程中AA 的產生量會受到反應溫度、 反應時間、 生產配方、 pH 值、 預處理方式、 氨基酸和還原糖的摩爾比等因素的影響。

3.2 傳統(tǒng)食品中AA 的控制措施

3.2.1 控制加工溫度

劉健南等人[23]在葡萄糖/ 賴氨酸模擬體系中研究發(fā)現(xiàn)在140～180 ℃條件下， 隨著溫度的不斷增加體系中AA 含量不斷增加且增幅超過100%， 在180～220 ℃條件下AA 的含量隨著溫度升高迅速下降， 其原因可能是隨著溫度的升高導致了葡萄糖的快速分解， 從而抑制了AA 的產生[24]， 所以可以通過控制加工溫度而降低AA 的生成。

3.2.2 控制加工時間

柴曉玲等人[25]研究發(fā)現(xiàn)， 在天冬酰胺和葡萄糖反應的模擬體系中， 以固定溫度不斷加熱， 在低于200 ℃反應條件下AA 的含量隨著時間升高有明顯的上升趨勢， 當溫度高于200 ℃時AA 的含量有明顯的先上升后下降的趨勢。 韓小存[26]在研究燒餅加工條件對AA 含量的影響過程中發(fā)現(xiàn)， 在190 ℃加工條件下隨著烘烤時間的增加， 燒餅中AA 含量迅速上升， 與加工10 min 相比加工30 min 時燒餅內AA 含量上升了292.7%。 因此， 在實際生產操作中在確保不影響食品品質的前提下， 可以通過降低反應時間或在不超過200 ℃的條件下適當增加反應時間， 從而達到降低AA 生成的目的。

3.2.3 調整生產配方

研究顯示， 在一些面食[27]的生產配方中通過減少蔗糖、 添加食鹽發(fā)現(xiàn)， 2 種條件下均可以降低其中AA 的含量。 這是由于蔗糖分解為單糖會促進美拉德反應， 從而導致產品中AA 含量升高； 食鹽則會抑制淀粉酶活性， 減少淀粉的分解， 降低還原糖的含量，從而降低AA 的產生， 但若添加過多的食鹽反而會抑制酵母的作用， 從而促進AA 的生成。

3.2.4 調節(jié)pH 值

結果表明， 中性條件下最有利于AA 的生成， 而酸性條件下對AA 抑制效果最明顯， 有學者通過將一些酸性物質添加至模擬反應體系中降低體系的pH值， 發(fā)現(xiàn)其對美拉德反應中的Schiff 堿的形成起抑制作用， 并對AA 的產生表現(xiàn)出明顯抑制作用[28]， 所以可以用酸性溶液浸泡耐酸性原料來降低其pH值， 進而降低AA 的含量， 并且在一定程度上起到改善產品風味的作用。

3.2.5 控制AA 生成前體物質氨基酸和還原糖的含量

AA 主要是由天冬酰胺和還原糖反應產生， 所以這2 種物質含量的關系對AA 的生成有著很大的影響。 當反應物中2 種物質含量比例適當時， 產品中AA 的含量才會達到最大值； 當一種物質含量遠低于另一種時， AA 的生成量就會大大降低。

與西方國家肉制品為主的飲食模式不同， 中國以糧谷類作為主食， 對于谷物類原料， AA 的生成量主要是與其中天冬酰胺的含量呈正比[29]， 不同種類的谷物淀粉中還原糖和天冬酰胺的含量不同， 所以可以選用天冬酰胺含量低的谷物來進行加工， 從而從生產原料降低AA 的生成。

3.2.6 控制食品中的水含量

在美拉德反應過程中， 含水量為12%～18%的條件下美拉德反應最為迅速， 結果表明， 含水量為10%的小麥粉在相同反應條件下所產生的AA 量是干燥小麥粉的10 倍左右[30]， 而當水分含量過高時則會稀釋反應物， 進而降低美拉德反應速率， 從而減少了反應過程中AA 的生成。

3.2.7 加入AA 抑制劑

向食品中添加一些AA 抑制劑， 如金屬離子、 維生素、 大蒜素、 膠體、 天然抗氧化劑（ 黃酮類） 、 氨基磷脂和卵磷脂、 硫磺酸類等[31]均能在不同程度上抑制AA 的產生。

（1） 金屬離子。 溫超[32]通過研究K+、 Ca2+、 Zn2+、Fe3+、 Al3+5 種金屬離子對AA 的抑制作用過程中發(fā)現(xiàn)5 種金屬離子均在不同程度上對AA 的生成起一定的抑制作用， 且抑制作用均隨著金屬離子濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低趨勢， 其中Ca2+的抑制效果最好，其最高抑制率為71.3%， 但隨著金屬離子的濃度升高對AA 的抑制率明顯下降， 并且在高濃度下不能顯著降低AA 的生成量， 但其結果還有待進一步研究。

（2） 親水膠體。 研究結果顯示， 當果膠、 褐藻酸和黃原膠等親水膠體的質量分數(shù)達到5%時， 會對一些油炸小吃中的AA 產生約30%的抑制率[33]。 此外， AA 的生成還受到原料在親水膠體中浸泡時間長短的影響。

（3） 維生素。 Zeng Xiaohui 等人[34]在食品及Glu-Asn 模擬體系中研究發(fā)現(xiàn)維生素對AA 的生成有良好的抑制效果， 且水溶性維生素比脂溶性維生素對AA有更好的抑制作用， 其中維B 的抑制效果最為明顯。

（ 4） 抗氧化劑。 饅頭是典型的中國傳統(tǒng)食品，Rikke Vingborg Hedegaard 等人[35]通過將1%迷迭香油、 迷迭香水提取物或干燥迷迭香葉子到小麥面團中， 結果發(fā)現(xiàn)饅頭中的AA 含量分別降低67%，62%， 57%。 雖然3 種典型的抗氧化劑不能直接對AA 的合成起破壞或抑制作用， 但其氧化產物會直接破壞AA 或其前體物質天冬酰胺， 從而起到抑制作用。

（5） 硫醇。 Hidalgo F J 等人[36]研究表明在無氧條件下, 硫醇易與AA 發(fā)生反應并生成穩(wěn)定的聚合物，從而降低AA 的含量。 在有氧條件下， 硫醇會轉化成相對應的硫醇自由基， 可以誘導AA 聚合， 從而抑制AA 的生成。

（6） 加入天冬酰胺酶。 天冬酰胺酶會使食品原料中的天冬酰胺發(fā)生分解， 從而阻斷AA 的生成， 但其存在并不會影響其他的氨基酸和還原糖發(fā)生美拉德反應， 因而不會影響食品的色澤和風味等感官性狀。結果表明[37]， 在45 ℃條件下向面粉中添加10 U/g 的天冬酰胺酶能使其面制品的AA 含量降低90%以上。但由于使用酶對溫度的要求較高， 所以在實際應用時應盡量控制其溫度在酶的適宜活性范圍內。

（7） 天然黃酮類。 天然黃酮類具有多種生物活性， 如抗腫瘤、 抗氧化、 抑制炎癥等。 黃酮類化合物的分布極其廣泛， 其主要存在于蔬菜、 水果、 香料和藥用植物中。 此外， 天然黃酮類化合物還可以有效抑制AA 的合成。 ①黃酮醇： 張英等人[38]通過Glu-Asn 模擬體系試驗研究發(fā)現(xiàn)， 黃酮醇對AA 的抑制率可達48.9%～69.3%， 且其酚羥基數(shù)量越多， 對AA 形成的抑制作用越強。 此外， 高瑜悅等人[39]通過研究黃酮類物質對AA 毒性的抑制作用過程中發(fā)現(xiàn)，黃酮醇還可以顯著降低AA 的毒性。 ②黃酮苷： 黃酮苷是自然界中多種植物的次級代謝產物， 具有多種生物活性， 程璐等人[40]研究發(fā)現(xiàn)黃酮苷能夠抑制甚至阻斷AA 的形成過程， 并且在大多數(shù)情況下， 只需用黃酮苷浸泡、 噴灑或于配料過程添加， 就能使AA 大幅度減少， 同時對成品的感官特性不造成顯著影響。③異黃酮： 異黃酮主要存在于豆科植物中， 而葛根素是從豆科植物野葛中提取得到的一種有代表性的異黃酮。 苗雨田等人[41]的研究表明當葛根素濃度在10-6～10-3mmol/mL 時， 葛根素濃度對AA 形成的抑制率呈正相關； 而在10-3～10 mmol/mL 濃度區(qū)間內， 葛根素濃度越高， AA 形成量越多； 其對AA 的抑制率為51.7%～84.7%。 ④類黃酮： 類黃酮是植物重要的一類次生代謝產物， 其中槲皮素是一種非常有代表性的類黃酮。 劉黃友[42]在研究天然黃酮對AA 的抑制作用過程中發(fā)現(xiàn)在Fru-Asn 模擬體系中槲皮素對AA的最佳抑制濃度為10-4mmol/L， 與其對應的最佳抑制率為69.30%， 顯著抑制了AA 的生成。4 結論

中國傳統(tǒng)食品中普遍含有不同量的AA， 整體上谷薯類食品的AA 含量大于肉類和蔬菜， 煎、 烤、熏、 炸等加工方式產生量多于蒸、 煮。 如今， 國際上已開發(fā)了包括GC-MS、 HPLC-MS/MS、 CE 等多種傳統(tǒng)和新興的檢測方法， 通過大量的試驗研究得到多種影響傳統(tǒng)食品中AA 含量的因素， 并總結出相應的控制措施， 用于指導實際生產， 降低AA 的含量，減少中國傳統(tǒng)食品中AA 危害， 最終保障消費者的身體健康。