食品中丙烯酰胺阻断和消除研究进展

张丽敏，张昕，左洁，徐志祥

（山东农业大学 食品科学与工程学院，山东泰安271018）

食品中丙烯酰胺阻断和消除研究进展

张丽敏，张昕，左洁，徐志祥*

（山东农业大学 食品科学与工程学院，山东泰安271018）

丙烯酰胺由于其潜在毒性和致癌性受到广泛关注，如何控制食品加工过程中丙烯酰胺的产生成为研究的热点。对国内外近10年有关食品中丙烯酰胺阻断和消除方面的研究进展进行总结。

丙烯酰胺；阻断；消除；控制

Abstract:Acrylamide has caused wide concerns due to its potential genetoxicity and neurotoxicity.Therefore,how to determinate the acrylamide produced in foods is an important problem.The research progress on blocking-up and removing of acrylamide in food during nearly 10 years all over the world had been summarized in this article.

Key words：acrylamide;blocking-up;removing;control

2002年4月，瑞典国家食品管理局（The Swedish National Food Administration，NFA）和斯德哥尔摩大学（Stockholm University）的科学家首次报道在富含淀粉的高温加工食品中含有潜在致癌性和神经毒性的物质-丙烯酰胺，这一研究发现引起了世界各国的广泛关注。近10年来，许多科研机构和国际组织对丙烯酰胺在食品中的形成机理、毒理学、风险评估、检测和控制方法等方面展开了大量研究。尤其是在食品生产过程中寻找避免或减少产生丙烯酰胺残留量的方法成为当前食品加工领域迫切需要解决的关键问题之一。

目前国内外减少丙烯酰胺含量的主要方法包括缓解、阻断和消除。本文对丙烯酰胺的阻断和消除方面的研究进行综述，以期为食品加工过程中对丙烯酰胺的控制提供理论参考。

1 丙烯酰胺的阻断

阻断是切断丙烯酰胺产生的途径或直接破坏丙烯酰胺的前体物，该方法更具有针对性和直接性。根据阻断的原理将其分为：（1）切断丙烯酰胺的形成途径；（2）直接破坏丙烯酰胺的前体物。

1.1 切断丙烯酰胺的形成途径

1.1.1 降低pH

还原糖和天冬酰胺反应形成Schiff碱的反应（还原糖的羰基和天冬酰胺的胺基发生亲核加成反应）一般在酸催化下进行，但当酸性太强时，羰基试剂能与质子结合形成盐而丧失其亲核性。因此降低pH可有效地阻断Schiff碱的生成，抑制丙烯酰胺的生成。

Franco Pedreschi等[1]使用1%的柠檬酸浸泡薯条60 min，然后分别在 150、170、190 ℃条件下油炸，与对照组相比丙烯酰胺含量分别下降86%、47%、28%。Gama-Baumgartner等[2]研究了使用柠檬酸降低油炸薯条中丙烯酰胺的含量。研究表明：原料用0.75%的柠檬酸浸泡后再油炸，丙烯酰胺含量显著降低；用0.25%的柠檬酸浸泡处理几乎没有效果，而用1%的柠檬酸处理产品中有柠檬酸的味道。

Mestdagh等[3]研究了pH对丙烯酰胺的形成的影响作用。将马铃薯粉加入密闭的管式反应器中模拟丙烯酰胺的形成，用NaOH和HNO3调节pH在3.5~8之间，最后发现最适宜形成丙烯酰胺的pH为7~7.5。同时发现酸式焦磷酸钠、柠檬酸、醋酸和L-乳酸都能显著降低丙烯酰胺的含量，这种降低的作用仅来自于降低pH，与本身性质没有关系。

1.1.2 添加阳离子

Vural等[4]在果糖/天冬酰胺模拟体系中研究了一价或二价阳离子对丙烯酰胺的影响。实验证明二价离子（如Ca2+）对丙烯酰胺的抑制率较高，一价离子（Na+）对丙烯酰胺的抑制作用相对二价离子减半。用CaCl2溶液处理马铃薯后做成的炸薯丙烯酰胺含量减少了95%，而且不影响薯条的颜色和酥脆的质感。质谱分析表明，阳离子可抑制丙烯酰胺形成的中间产物Schiff碱的形成。

Mestdagh等[3]研究发现，NaCl在模拟系统中并没有降低丙烯酰胺含量的作用。Claus等[5]研究认为，在面包中NaCl的作用是模棱两可的。当NaCl含量在2%以下由于酶的活性受到抑制使得丙烯酰胺含量降低；当其浓度较高时，由于发酵受到抑制使得丙烯酰胺含量升高。

1.2 直接破坏丙烯酰胺的前体物

Vass等[6]研究表明天冬酰胺酶可以降低马铃薯薄脆饼干中50%~80%的丙烯酰胺含量。Ciesarova等[7]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90%~97%。Anese等[8]研究了天冬酰胺酶对饼干中丙烯酰胺的形成以及对饼干颜色变化的影响。研究采用混合效应模型，对天冬酰胺酶的浓度、作用时间和温度对丙烯酰胺含量的影响进行了评估。研究发现天冬酰胺在中间浓度500 U/k、作用时间和作用温度均为最低的情况下可以有效地降低丙烯酰胺含量，并且对饼干最终产品的颜色没有影响。

2 消除

消除已形成的丙烯酰胺主要是利用丙烯酰胺的特殊理化性质，例如丙烯酰胺熔沸点较低，易发生聚合或者发生迈克尔加成反应等。根据其脱除的方法可以分为物理脱除法和化学脱除法。

2.1 物理脱除法

Anese等[9]研究了温度、时间和一定的真空度对饼干和薯条中丙烯酰胺的脱除作用。研究表明，丙烯酰胺脱除只有样品经处理前水分活度大于0.83下才有作用。饼干和薯条在6.67 Pa、60℃脱除率分别为43%和18%。

2.2 化学脱除法

化学脱除法是利用丙烯酰胺所含有的官能团发生特定的化学反应，将丙烯酰胺脱除的方法。丙烯酰胺分子中的氨基可以发生羟基化反应、水解反应和霍夫曼反应，双键则可以发生迈克尔加成反应，此外还可以产生高聚物聚丙烯酰胺等。

目前研究最多的是丙烯酰胺与亲核试剂如含有SH-、NH2-（非α位）的物质或基团（氨基酸、多肽类物质）发生1，4加成的亲核反应的消除方法。Mestdagh等[3]研究发现，游离的甘氨酸、L-赖氨酸和L-半胱氨酸，能降低丙烯酰胺含量，与pH无关。相反，L-谷氨酰胺能增加丙烯酰胺含量。同时还发现，将柠檬酸和甘氨酸或L-赖氨酸加入模拟系统中对于降低pH有协同作用。Claus[5]也证明半胱氨酸能有效降低面包中丙烯酰胺含量。Hidalgo等[10]为了解释一些氨基酸和丙烯酰胺反应的途径，研究了丙烯酰胺和硫醇（苄基硫醇和N-乙酰半胱氨酸）之间的反应。结果表明，在缺氧的情况下，硫醇与丙烯酰胺迅速反应生成相应的加成产物。该反应的活化能为28 kJ/mol～30 kJ/mol，反应产生的加成产物比较稳定，只有微量的丙烯酰胺在加热下形成3-（苯甲硫基）丙酰胺。在有氧存在的条件下，加成产物并没有观察到，但是大量的丙烯酰胺量消失了，这很有可能作为自由基反应的结果。

Adams[11]研究了丙烯酰胺的稳定性和丙烯酰胺与食品中存在的亲核试剂的反应。研究发现，丙烯酰胺在水溶液中比较稳定，但是在干燥的条件下不稳定。由于亲核试剂的存在大大降低了丙烯酰胺的含量。其中，半胱氨酸具有较高的反应活性，形成了单加成产物半胱氨酸-s-β-丙酰胺，也产生双加成产物。其他亲和试剂赖氨酸、精氨酸、丝氨酸和抗坏血酸反应活性较低，但是产生了缩合产物。

欧仕益[12]探讨了几种添加剂对丙烯酰胺的脱除作用，结果表明在160℃下短时间加热，阿魏酸、H2O2、阿魏酸+H2O2、NaHCO3和NaHSO3都能不同程度地脱除丙烯酰胺，其中以阿魏酸和H2O2联合处理效果明显；增加阿魏酸的浓度至10 mmol/L可使反应体系中丙烯酰胺浓度下降94%以上。

但食品基质提供的反应条件和实验室提供的较为理想条件下丙烯酰胺的脱除反应条件相差较大。同时，随着人们生活水平的提高，对食品的感官、营养等方面有更高的要求。受到这两方面的影响，丙烯酰胺的脱除受到一定限制。因此，如何有效地利用丙烯酰胺的理化性质将其在食品中脱除还有待于研究。

3 结论

目前，丙烯酰胺仍是世界各国食品安全热点问题，研究重点和难点都主要集中在面对加工食品种类多样性，如何在工业生产中找出实用方法控制丙烯酰胺在加工过程中形成。因此，作为食品工作者应对丙烯酰胺在食品中形成机理和控制措施进行深入系统研究，且应用到生产中以降低食品中丙烯酰胺含量，减少其对人体危害，保障消费者身体健康。

[1]PedreschiF,KaackK,GranbyK.Reductionofacrylamideformationin potato sclices during frying[J].LWT-Food Science and Technology,2004,37(6):679-685

[2]Gama-Baumgartner F,Grob K,Biedermann M.Citric acid to reduce acrylamide formation in French fries and roasted potatoes[J].Mitteilungen aus Lebensmitteluntersuchung und Hygiene,2004,95(1):110-117

[3]Mestdagh F,Maertens J,Cucu T,et al.Impact of additives to lower the formation of acrylamide in a potato model system through pH reduction and other mechanisms[J].Food chemistry,2008,107(1):26-31

[4]Gökmen V,Senyuva H Z.Acrylamide formation is prevented by divalentcationsduringtheMaillardreaction[J].Food chemistry,2007,103(1):196-203

[5]Claus A,Mongili M,Weisz G,et al.Impact of formulation and technological factors on the acrylamide content of wheat bread and bread rolls[J].Journal of cereal science,2008,47(3):546-554

[6]Vass M,Amrein T.M,Schonbachler B,et al.Ways to reduce the acrylamide formation in cracker products[J].Czech Journal of food sciences,2004,22:19-21

[7]Ciesarová Z,Kukurová K,Beneová C.Enzymatic elimination of acrylamide in potato-based thermally treated foods[J].Nutrition&food science,2010,40(1):55-63

[8]Anese M,Quarta B,Frias J.Modelling the effect of asparaginase in reducing acrylamide formation in biscuits[J].Food chemistry,2011,126(2):435-440

[9]Anese M,Quarta B,Peloux L,et al.Effect of formulation on the capacity of l-asparaginase to minimize acrylamide formation in short dough biscuits[J].Food research international,2011,44(9):2837-2842

[10]Hidalgo F J,Delgado R M,Zamora R.Role of mercaptans on acrylamide elimination[J].Food chemistry,2010,122(3):596-601

[11]Adams A,Hamdani S,Lancker F V,et al.Stability of acrylamide in model systemsand its reactivity[J].Food research international,2010,43(5):1517-1522

[12]欧仕益，林其龄，汪勇，等.几种添加剂对丙烯酰胺的脱除作用[J].中国油脂，2004,29(7)：61-66

Progress on Blocking-Up and Removing of Acrylamide in Foods

ZHANG Li-min,ZHANG Xin,ZUO Jie,XU Zhi-xiang*
（College of Food Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,Shandong,China）

2012-03-15

国家自然科学基金项目（31071543）；泰安市大学生科技创新项目（2011D2005）

张丽敏（1978—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：葡萄酒化学与质量控制。

*通信作者：徐志祥（1973—），男（汉），副教授，研究方向：食品安全与质量控制。