食品中的丙烯酰胺及生物解决方案

徐东路，宋贤良

1(诺维信(中国)投资有限公司，北京，100085)2(华南农业大学食品学院，广东广州，510642)

食品中的丙烯酰胺及生物解决方案

徐东路1，宋贤良2

1(诺维信(中国)投资有限公司，北京，100085)2(华南农业大学食品学院，广东广州，510642)

综述了食品中丙烯酰胺的含量及关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，认为生物酶法是降低食品中丙烯酰胺含量的有效方法。通过在加工过程中添加天冬酰胺酶，可将天冬酰胺转化为天冬氨酸，能从根源上抑制丙烯酰胺的形成。

食品，丙烯酰胺，生物解决方案，天冬酰胺酶

自2002年4月，瑞典国家食品管理局(NFA)与Stockholm大学在多种高温烹饪的食品中发现了丙烯酰胺(acrylamide)后，挪威、英国、瑞士和美国等国家也相继报道了类似结果。经研究证实，以马铃薯和谷类等食品原料为主要成分的食品在烹调过程中，其中的还原糖和天冬酰胺会发生反应，产生一种可疑的致癌物，即丙烯酰胺。140～180℃为其生成的最佳温度，当加工温度较低时生成丙烯酰胺的量相当低。烘烤、油炸食品在最后阶段水分减少，表面温度升高后，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，对人体有何危害，应如何控制食品加工过程中丙烯酰胺的生成是人们普遍关注的问题，本文将从这几个方面展开论述。

1 食品中丙烯酰胺的含量

食品中丙烯酰胺的形成与加工烹调方式、温度、时间、水分等因素密切相关。不同食品加工方式和条件不同，其形成丙烯酰胺的量有很大不同，即使不同批次生产出的相同食品，其丙烯酰胺含量也有很大差异。在JECFA 64次会议上，从瑞典、挪威、英国、瑞士和美国等24个国家获得的2002～2004年间不同食品中丙烯酰胺的检测数据见表1。从表1可看出，丙烯酰胺含量较高的3类食品是:高温加工的土豆制品(包括薯片、薯条等)，平均含量为477μg/kg，最高含量为5 312μg/kg;咖啡及其类似制品，平均含量为509μg/kg，最高含量为 7 300μg/kg;早餐谷物类食品，平均含量为343μg/kg，最高含量为7 834μg/kg;其他种类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］

和欧美国家相比，我国居民对面包、咖啡或炸薯片、炸薯条的消费量相对较低，但并不能说明我国居民膳食中丙烯酰胺的含量就低。由中国疾病预防控制中心营养与食品安全研究所提供的资料显示［2］，在检测的100余份样品中，丙烯酰胺含量为:薯类油炸食品平均为 780μg/kg，最高为 3 210μg/kg;谷类油炸食品平均为 150μg/kg，最高为 660μg/kg;谷物类烘烤食品平均为 130μg/kg，最高为 590μg/kg;其他食品，如速溶咖啡为360μg/kg、大麦茶为510μg/kg 和玉米茶为 270μg/kg。

2 关注食品中丙烯酰胺的重要性

20世纪50年代，人们就意识到丙烯酰胺具有潜在的毒性作用。因为丙烯酰胺具有较强的渗透性，能通过消化系统、呼吸系统和皮肤以及胎盘进入人体，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现在3个方面:(1)神经毒性。丙烯酰胺对各类动物均有不同程度的神经毒性，能抑制脑能量代谢［3］，对心、肝、肾及脾有一定的损伤作用［4］，会导致动物共济失调、骨骼肌萎缩、体重减轻等神经性综合症，而且还会阻碍神经损伤的恢复功能［5］。通过深入研究发现神经末梢可能是丙烯酰胺的直接作用位点。丙烯酰胺首先引起神经末梢退化萎缩，随后便出现功能紊乱，神经退化等症状［6－7］。(2)遗传毒性。一些研究已经发现丙烯酰胺会导致哺乳动物细胞基因变异和染色体异常，从而引起遗传毒性。Janusz等［8］对丙烯酰胺基因毒性的分子机理进行了研究，认为它对正常细胞DNA的影响是多种形式的，包括改变DNA基质，促进细胞凋亡，削减DNA合成时的修复功能等;Rochelle等［9］研究报道丙烯酰胺具有动物雄性生殖毒性作用，丙烯酰胺或其代谢产物甘氨酰胺与多巴胺的感受器及子细胞的精蛋白结合，改变精子的形态，抑制驱动蛋白和动力蛋白的活性，从而干扰细胞间物质的传输和精子的迁移，导致雄性动物生殖能力降低。(3)致癌性。Bull等［10］研究发现丙烯酰胺可诱发小鼠皮肤肿瘤，促进肺腺瘤的发展。Johnson和Friedman 等［11－12］研究了摄入低剂量丙烯酰胺对小鼠的致癌性，结果表明丙烯酰胺可以增加乳腺、甲状腺良性或恶性肿瘤以及间皮瘤的发生率。长期动物试验研究表明，丙烯酰胺可致大鼠多种器官肿瘤，包括乳腺、甲状腺、睾丸、肾上腺、中枢神经、口腔、子宫、脑下垂体、肺等。目前已经有足够的证据证明丙烯酰胺是一种动物致癌剂。有关丙烯酰胺对人致癌的危险至今还没有确切证据。斯德哥尔摩Karolimka研究所的研究人员分析认为，丙烯胺可增加人体发生大肠、肾脏和膀胱癌的危险。但也有研究报道，瑞典专家收集了l 000名左右的癌症患者和与其年龄匹配的5OO多名未患癌症人的详细日常饮食记录，以分析摄入煎、炸马铃薯食品和患癌症危险性的关系，结果表明摄入煎炸马铃薯制品与患癌症的危险性没有重要联系［13］。迄今有关丙烯酰胺对人体致癌性的影响评价是基于少数几种食物得到的数据，研究规模太小，因此不能肯定或者推翻丙烯酰胺与人体癌症的相关性，人们必须进行较大规模与较长时间的研究方可定论。

正是由于丙烯酰胺具有潜在的神经毒性、遗传毒性和致癌性，因此食品中丙烯酰胺的污染问题已引起国际社会和各国政府的高度关注。为此，2002年6月25日世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)联合紧急召开了食品中丙烯酰胺污染专家咨询会议，对食品中丙烯酰胺的食用安全性进行了探讨。2005年2月，FAO和WHO又联合食品添加剂专家委员会(JECFA)对食品中的丙烯酰胺进行了系统的危险性评估。国际癌症研究机构(IARC)将丙烯酰胺归为可能使人致癌的物质。而高温加热是食品加工最普遍和广泛使用的一种加工方法，如高温杀菌、油炸等。因此关注高温加热食品中丙烯酰胺的产生与预防对于食品安全具有重要的现实意义。

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，需要坚持几个原则:(1)食品中使用的化学品或改良剂必须符合国家食品添加剂的要求，保证食品的卫生和安全。(2)必须保证食品在微生物方面的规定和要求。(3)不能影响了原有食品的营养。(4)尽可能对食品的产品特性没有影响或影响很小。如组织结构，口味风味等。

对于丙烯酰胺形成机制的研究指出:还原糖数量、游离氨基酸数量和加热条件是生成丙烯酰胺的3大主要因素，所以考虑降低丙烯酰胺含量可从原材料，产品配方和生产工艺3个方面进行。

(1)原材料的选择。不同种类的食物或作物，来自不同地区的同种食物或作物，因种植方法、生长条件和收获后的贮存方法不同，其中的化学成分(天冬酰胺和还原糖)含量不同，致使加工后食品中丙烯酰胺的含量差异性很大。但谷物中糖的成分并非是丙烯酰胺决定性因素，所以理论上可以根据食品中天冬酰胺浓度进行选择，但是改变基本的原材料对产品特性影响很大;对同一原料，不同批次进行选择，也有很多现实困难。

(2)调整生产工艺。热加工温度和时间对丙烯酰胺的生成有重要影响。大量研究表明，热加工温度越高，产品中生成丙烯酰胺的含量越高。因此，降低温度可有效控制食品中丙烯酰胺的含量，一般降低加热温度 10～15℃，可减少丙烯酰胺 10% ～30%［14－15］。热加工时间是影响丙烯酰胺含量的另一重要因素。当在200℃的烤箱中处理马铃薯薯条时，随着加工时间的延长，丙烯酰胺含量呈指数增长，当加工时间增长到一定值后，丙烯酰胺含量开始下降［16］，说明丙烯酰胺在食品体系中是生成和消解共同发生的过程，当生成速率在全过程中占优势时，丙烯酰胺的含量不断增加，但随着反应过程的逐渐延长，丙烯酰胺的消解速率会明显增加并逐渐占据优势，因而丙烯酰胺的浓度出现先增加后减少的趋势。因此，在不影响食品品质的情况下，降低热加工温度以及缩短加工时间有利于减少食品中丙烯酰胺的形成。

(3)配方的调整。通过添加合适的添加剂，调整产品配方，也能有效降低食品中丙烯酰胺的生成。产品配方调整方案见表2。

表2 热加工食品产品配方调整

4 降低食品中丙烯酰胺的生物解决方案

天冬酰胺是合成丙烯酰胺最重要的前体物质之一，降低原料中的天冬酰胺对抑制丙烯酰胺具有非常重要的意义。采用生物技术法去除原料中的天冬酰胺是目前用于控制高热加工食品中丙烯酰胺含量最有效的方法，其原理如图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气，而天冬氨酸在美拉德反应中仅生成极微量的丙烯酰胺，因此可以达到抑制丙烯酰胺生成的目的。

图1 天冬酰胺酶解过程

目前，国外有少数学者和研究机构开展了利用天冬酰胺酶来控制高热加工食品中丙烯酰胺形成的研究。Amrein等［17］研究了天冬酰胺酶对姜汁面包中丙烯酰胺形成的影响，结果表明，在面团中添加天冬酰胺酶可使丙烯酰胺的含量减少55%，天冬酰胺酸降解了75%，该方法对姜汁面包的口味和色泽没有不利影响。Vass等［18］人研究也表明天冬酰胺酶可以降低马铃薯薄脆饼干50%～80%的丙烯酰胺含量。Ciesarova等［19］研究了天冬酰胺酶对以马铃薯为主要原料的高热加工食品中丙烯酰胺含量的影响，发现在马铃薯干粉中加入天冬酰胺酶，可使丙烯酰胺的含量减少约90%～97%。Franco等［20］采用热烫和天冬酰胺酶浸泡的方式处理马铃薯条，发现油炸后的马铃薯条中丙烯酰胺含量比对照样降低了60%。在国内于2009年已批准诺维信公司的天冬酰胺酶(Acrylaway)在中国市场使用，通过在面团搅拌时添加Acrylaway，使天冬酰胺转化为天冬氨酸，从根源上抑制丙烯酰胺的形成，而其它的氨基酸和糖则保持原有的活性，仍然参与美拉德反应。试验表明(见图2)，增加Acrylaway的用量和延长作用时间，能使低糖饼干中丙烯酰胺的含量明显减少。当酶用量为300 mg/kg，作用时间为15分钟时，丙烯酰胺含量减少85%;延长作用时间为30分钟时，低糖饼干中丙烯酰胺含量减少高达93%。而Acrylaway的使用不会影响面团特性、烘焙过程及成品的外观和口感。通过采用顶空气相色谱法对产品挥发性香气成分进行分析，对照样和添加Acrylaway的样本所含香气成分的浓度相同，表明该酶对产品的风味没有改变。

图2 Acrylaway用量对低糖饼干中丙烯酰胺含量的影响

5 展望

丙烯酰胺是高温加工食品中产生的一种有害物质，对人的健康会产生潜在危害，欧美等国已立法限制食品中丙烯酰胺最高含量。高温煎炸、油炸和焙烤等加工工艺在我国传统及现代加工食品中普遍使用，但这些加工工艺同时又是丙烯酰胺形成的有利条件。因此如何抑制高温加工食品中丙烯酰胺的形成是摆在食品科学工作者面前的一项重要课题。

要减少高温加工食品中的丙烯酰胺含量首先要选择还原糖(如葡萄糖、果糖)和天冬酰胺含量低的原料，控制好原料的储藏温度。其次是高温加工过程中，在保证产品质量的同时应尽量使用较低的温度和较短的时间。但是这些方法在实际生产过程中实施起来具有一定的难度，而且对控制丙烯酰胺的生成量有限。诺维信公司的Acrylaway在实际使用过程中证明，生物酶法可以从根源上抑制丙烯酰胺的生成，而且操作简单易行，丙烯酰胺降低幅度大，对生产工艺，产品外观，风味口味以及营养等方面没有改变。因此是一种值得推广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

工程师(宋贤良教授为通讯作者)。

2010－07－18