張晨萍， 王羽桐， 謝建春，* 程 劼， 肖群飛， 王雅欣

(1.北京工商大學 食品質(zhì)量與安全北京實驗室/輕工科學技術(shù)學院， 北京 100048;2.中國農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所， 北京 100081)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們對方便食品的消費呈增長趨勢。目前市面上大多方便食品經(jīng)過油炸或焙烤工藝制備，油炸和焙烤可產(chǎn)生消費者喜好的風味和感官特性，但同時也會伴隨一些有害物質(zhì)的生成，如丙烯酰胺、多環(huán)芳烴、反式脂肪酸、雜環(huán)胺等。原料的組分不同及加工工藝不同，食品中的風味物質(zhì)組成及伴隨的不良因子丙烯酰胺、多環(huán)芳烴、反式脂肪酸水平不同[1-2]。探究風味物質(zhì)與不良因子的相關(guān)性，可為研究如何改善加工工藝、在加工過程中保持或促進食品的風味特性的同時降低相關(guān)有害物質(zhì)的生成提供參考。

丙烯酰胺是已知的神經(jīng)毒素，同時還被證實為2A類致癌物。研究顯示，丙烯酰胺主要通過美拉德反應(yīng)形成，當食品焙烤或油炸溫度超過120 ℃時，就會產(chǎn)生丙烯酰胺[3-4]。多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是一類具有兩個或兩個以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的化合物，廣泛分布并能穩(wěn)定存在于環(huán)境和食品中，目前發(fā)現(xiàn)的致癌性PAHs及其衍生物已達400余種，美國國家環(huán)保局(Environment Protection Agency，EPA)提出有16種多環(huán)芳烴需優(yōu)先控制[5-6]，本研究中檢測到的7種多環(huán)芳烴均屬于EPA推薦需優(yōu)先控制的PAHs。反式脂肪酸可由順式脂肪酸加熱異構(gòu)化生成，攝入人體后會阻礙必需脂肪酸在體內(nèi)的正常代謝，妨礙脂溶性維生素的吸收利用，進而引發(fā)肥胖、糖尿病、心腦血管疾病以及心臟病等。雖然已有對油炸焙烤食品中產(chǎn)生的有害物質(zhì)的報道，但缺少對油炸焙烤食品風味物質(zhì)和不良因子相關(guān)性的剖析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.2 儀器與設(shè)備

萃取纖維DVB/CAR/PDMS(2 cm，50/30 μm)，美國Supelco公司；PAL RSI型多功能自動固相微萃取進樣器，瑞士CTC Analytics公司；7890A/5975C氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國 Agilent 公司。

1.3 實驗方法

1.3.1揮發(fā)性風味物質(zhì)的分析方法

樣品粉碎后，取3 g放入15 mL固相微萃取瓶中，加入1 μL 1,2-鄰二氯苯的二氯甲烷溶液(濃度為66.8 mg/L)內(nèi)標進行自動固相微萃取操作：樣品于100 ℃平衡40 min，于60 ℃頂空吸附60 min。

GC- MS分析條件：進樣口溫度250 ℃，色譜柱DB- WAX毛細管柱(30 m×250 μm, 0.25 μm)，起始溫度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min的速率升至200 ℃，最后以10 ℃/min的速率升至230 ℃；載氣為氦氣，流速1.0 mL/min。電子轟擊離子源(EI)，能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃；全掃描模式，質(zhì)量掃描范圍33～400 u；不分流模式進樣，解吸3 min。

1.3.2不良因子的分析方法

多環(huán)芳烴的分析按照GB 5009.265—2016《食品安全國家標準 食品中多環(huán)芳烴的測定》的方法測定。

丙烯酰胺的分析按照GB 5009.204—2014《食品安全國家標準 食品中丙烯酰胺的測定》的方法測定。

反式肪酸的分析按照GB 5009.257—2016《食品安全國家標準 食品中反式脂肪酸的測定》的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過檢索NIST 2015數(shù)據(jù)庫及核對保留指數(shù)鑒定揮發(fā)性風味物質(zhì)，采用內(nèi)標相對峰面積法計算揮發(fā)性化合物的含量。相關(guān)性分析采用偏最小二乘回歸(partial least squares regression, PLSR)分析(Simca 14.0軟件)。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風味物質(zhì)分析

4種方便食品中的揮發(fā)性風味化合物分析結(jié)果見表1。由表1可知，4種方便食品中共檢測出78種揮發(fā)性風味化合物，包括18種含氮雜環(huán)化合物，11種含氧雜環(huán)化合物，15種醛類化合物，11種羧酸類化合物，11種酮類、醇類、酯類化合物，3種烷烴類化合物以及9種其他類化合物。對于油炸薯片而言，含氮雜環(huán)化合物含量最高，其次為羧酸類化合物；對于方便面，含量最高的為羧酸類化合物，其次為雜環(huán)類化合物；對于麻花和咸味花生米，含量最高的為醛類化合物，其次是含氧雜環(huán)化合物。

鑒定出的含氮雜環(huán)化合物包括10種吡嗪類化合物、2種吡啶類化合物、3種吡咯類化合物、2種哌啶類化合物、1種噻唑類化合物。含氮雜環(huán)化合物氣味閾值低，具有特征烤香及堅果香，食品的烤香、堅果香一般與這類化合物密切相關(guān)[7]。油炸薯片、油炸方便面面餅、麻花、咸味花生米中檢測到的含氮雜環(huán)化合物含量范圍分別為40.6～52.9 μg/kg、26.5～34.6 μg/kg、22.4～39.6 μg/kg、9.4～11.1 μg/kg，其中油炸薯片最高，Martin等[8]在炸薯片中也檢測出較高含量的吡嗪類化合物。

表1 揮發(fā)性風味物質(zhì)分析結(jié)果Tab.1 Analysis results of volatile flavor compounds

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

含氧雜環(huán)化合物包括8種呋喃類化合物和3種吡喃類化合物，這些化合物一般具有焦糖香[9]，在油炸薯片、油炸方便面面餅、麻花、咸味花生米中檢測到的含氧雜環(huán)化合物含量范圍分別為28.0～33.1 μg/kg、24.6～30.9 μg/kg、36.3～44.6 μg/kg、26.1～31.4 μg/kg，麻花中含氧雜環(huán)化合物含量最高。Murata等[10]提出煎炸、焙烤食品中的含氧雜環(huán)化合物形成與美拉德反應(yīng)中糖的降解反應(yīng)有關(guān)。

醛類化合物風味閾值較低，風味特征明顯[11]，檢測到的苯乙醛具有玫瑰花香，(E,E)-2,4-癸二烯醛具有炸雞肉香，己醛具有青草香，壬醛具有柑橘香，苯甲醛具有杏仁味[12]。油炸薯片中醛類化合物含量范圍為12.0～18.8 μg/kg、油炸方便面面餅中為20.1～35.0 μg/kg、麻花中為33.4～52.0 μg/kg、咸味花生米中為40.3～54.2 μg/kg。檢測到的醛類化合物多數(shù)為脂肪醛，4種食品中，以咸味花生米和麻花中醛類化合物含量較高，Liu等[12]在炸麻花中也檢測出大量醛類，包括己醛、辛醛、庚醛、十一烯醛、十二烯醛等，Lykomitros等[13]檢測焙烤花生中風味物質(zhì)也是以醛類為主。

油炸薯片、油炸方便面面餅、麻花、咸味花生米中羧酸類化合物含量范圍分別為32.7～44.4 μg/kg、48.7～99.1 μg/kg、14.7～36.0 μg/kg、10.0～31.7 μg/kg，油炸方便面面餅中羧酸類含量最高，其次是油炸薯片。4種食品中乙酸、己酸、辛酸、壬酸、十二酸、十四酸含量較豐富，除乙酸外，其他羧酸因沸點高、氣味閾值高，對風味貢獻小[14]。檢測到的酮類、醇類、酯類化合物種類和含量均較少。含量最高的酯類化合物是乙酸己酯，具有果香[15]，僅在油炸薯片和油炸方便面面餅樣品中檢測到。4種食品中檢測到的脂肪烴類化合物的含量范圍分別為3.6～8.7 μg/kg、3.1～9.6 μg/kg、0.8～10.0 μg/kg、1.8～7.0 μg/kg。脂肪烴通常具有較高的氣味閾值，對風味的貢獻很小。其他來源化合物中，γ-松油烯、芳樟醇、丁香烯、4-烯丙基苯甲醚、茴香烯、乙基香蘭素、香蘭素與使用食品香料有關(guān)，2,4-二叔丁基苯酚、叔丁基對苯二酚為抗氧化劑。

2.2 不良因子分析

食品加工過程中食品組分將發(fā)生一系列的復雜化學反應(yīng)，形成特定的感官品質(zhì)，但同時也伴隨生成丙烯酰胺、多環(huán)芳烴(PAHs)、反式脂肪酸等有害物質(zhì)。溫度、時間、加工方式等因素以及食品pH值、組分、水分等都會影響丙烯酰胺、PAHs的生成[16]。對4種方便食品中的丙烯酰胺、多環(huán)芳烴、反式脂肪酸進行檢測，結(jié)果見表2。由表2可知，所有樣品中均未檢出反式脂肪酸。4種方便食品中均檢測出丙烯酰胺，油炸薯片、油炸方便面面餅、麻花、咸味花生米中丙烯酰胺含量范圍分別為249.8～556.7 μg/kg、121.1～153.3 μg/kg、31.4～201.0 μg/kg、11.5～230.0 μg/kg，油炸薯片的丙烯酰胺含量最高。Mogol等[17]報道油炸薯片中丙烯酰胺含量為580 μg/kg，Yaseen等[18]報道不同油炸溫度條件下油炸薯片丙烯酰胺含量在136～2 416 μg/kg。由表1可以看出，油炸薯片中的吡嗪類化合物含量也較高，這可能與吡嗪類化合物和丙烯酰胺均來源于美拉德反應(yīng)途徑有關(guān)，尤其是易于形成丙烯酰胺的天冬酰胺在馬鈴薯中含量高[1,19]。

食品脂質(zhì)一直被認為是影響多環(huán)芳烴形成的重要因素[20]，此外，蛋白質(zhì)(氨基酸)也是導致PAHs形成的因素之一[21]。研究表明，不同結(jié)構(gòu)的多環(huán)芳烴的形成途徑具有關(guān)聯(lián)性[22]。多環(huán)芳烴的形成中，可以先由兩個C5H5自由基反應(yīng)形成萘，然后再脫氫形成萘自由基，萘自由基和乙炔經(jīng)過一系列加成和脫氫反應(yīng)形成PAHs。此外，萘自由基還會與氧反應(yīng)形成萘氧自由基，再進一步形成苯并環(huán)戊烷自由基，然后與C5H5反應(yīng)形成三個環(huán)的菲或蒽等產(chǎn)物[22]，形成機理見圖1。

表2 丙烯酰胺、多環(huán)芳烴、反式脂肪酸檢測結(jié)果Tab.2 Detection results of acrylamide, PAHs and trans-fatty acids

圖1 PAHs的形成機理Fig.1 Formation mechanism of PAHs

2.3 油炸方便面面餅的風味物質(zhì)與不良因子的相關(guān)性分析

考慮到油炸薯片、咸味花生米、麻花的風味成分復雜或含有加香成分，本研究僅對油炸方便面面餅樣品中的風味物質(zhì)和不良因子進行相關(guān)性分析，進一步探究風味物質(zhì)與丙烯酰胺、多環(huán)芳烴間的關(guān)聯(lián)性。由于自變量和因變量數(shù)量較多，本研究采用偏最小二乘回歸分析(partial least squares regression，PLSR)。PLSR集主成分分析、典型相關(guān)性分析和多元線性回歸分析3種分析方法的優(yōu)點于一身，用于建立多因數(shù)變量間的統(tǒng)計關(guān)系[23]。

利用PLSR對樣品的風味物質(zhì)和不良因子進行分析，以x矩陣為揮發(fā)性風味物質(zhì)、y矩陣為不良因子繪制相關(guān)載荷圖，結(jié)果見圖2。

風味化合物編號對應(yīng)表1。圖2 丙烯酰胺、多環(huán)芳烴與風味物質(zhì)的相關(guān)載荷Fig.2 Correlation loading of acrylamide, seven PAHs and flavors

PLSR分析結(jié)果提取兩個主成分，解釋80.9%交互變量，圖2內(nèi)橢圓和外橢圓分別解釋方差的0.5和1.0，y變量和大部分的x變量都落在兩個橢圓之間，表明這些變量能被PLSR模型很好的解釋。由圖2，丙烯酰胺與吡嗪(編號1,化合物編號對應(yīng)表1)、甲基吡嗪(編號2)、2,6-二甲基吡嗪(編號4)、2,3-二甲基吡嗪(編號5)、乙烯基吡嗪(編號9)、2-甲基-5-丙基吡嗪(編號17)、糠醇(編號21)、2(5H)-呋喃酮(編號22)、5-甲基糠醛(編號29)呈正相關(guān)(P<0.05)，其中吡嗪、甲基吡嗪和2,3-二甲基吡嗪相關(guān)系數(shù)最大(大于0.75)。如上所述，這與丙烯酰胺和吡嗪類化合物主要來源于美拉德反應(yīng)途徑有關(guān)[3]。吡嗪類化合物可由美拉德反應(yīng)中的α-氨基酮類物質(zhì)縮合生成[8]，美拉德反應(yīng)中的α-二羰基化合物與天冬酰胺反應(yīng)形成丙烯酰胺，同時天冬酰胺-Amadori化合物直接降解也可形成丙烯酰胺[24]。研究表明：通過一定的工藝處理如添加天冬酰胺酶抑制劑能明顯降低丙烯酰胺的生成[25]。

由PLSR結(jié)果可知，7種多環(huán)芳烴與異戊醛(編號30)、己醛(編號31)、壬醛(編號34)、辛酸(編號49)、壬酸(編號50)、癸酸(編號51)、十二酸(編號53)、十四酸(編號54)等醛類、酸類化合物呈正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)均大于0.6，這些化合物中除異戊醛來源于亮氨酸的Strecker降解外，其他化合物均來源于脂質(zhì)氧化反應(yīng)，它們與多環(huán)芳烴存在相關(guān)性，都與油炸過程中的脂質(zhì)氧化反應(yīng)有關(guān)。有研究顯示，通過改變加工方式如加工前進行預(yù)熱可降低多環(huán)芳烴的生成，另添加外源活性成分例如天然抗氧化劑(生育酚、表兒茶酚和芝麻酚)還可阻斷其生成[26-27]。本研究中PLSR分析樣品風味物質(zhì)和不良因子相關(guān)性，所得相關(guān)系數(shù)均不高，這可能因為食品加工體系中多個反應(yīng)共存，不同反應(yīng)之間具有錯綜性和交互性，從而使來源于同一反應(yīng)類型或同一反應(yīng)途徑的化合物之間無法呈現(xiàn)理想的相關(guān)性。

3 結(jié) 論