紫米原花青素对丙烯酰胺生成的抑制作用

云少君，霍相君，李光宇，梁 旗，张娜宁，申姣姣

（山西农业大学食品科学与工程学院，山西晋中 030801）

食品热加工在赋予食品色香味的同时，在一定程度上会产生杂环胺、丙烯酰胺（Acrylamide，AM）等有毒有害物质[1]。在高温油炸或焙烤碳水化合物含量较高的食物时，极易产生AM，而AM在遗传、生殖、神经、免疫方面有很强的毒害作用，并可能诱发癌症[2]。如何控制AM的生成，进而降低其危害，是目前研究热点之一。

研究表明，加工过程中使用柠檬酸等有机酸、氨基酸和蛋白质均可抑制部分AM的生成，同时，一些巯基化合物的使用可以促进AM的降解[3]。近年来，原花青素抑制AM生成的作用屡被报道。例如，苹果、葡萄籽、花生红衣及荔枝来源的原花青素均在一定程度上可以抑制AM的生成[4-7]。原花青素的活性与其结构、聚合程度及单体间C-C键连接方式有关[8]。紫米因含有丰富的花色苷、黄酮和酚酸类等功能成分，具有较强的抗氧化活性及降低机体血脂含量、防治心血管疾病等生物学活性[9-10]。紫米极具营养特性，又含有原花青素[11]，但是对于紫米原花青素 （Purple rice proanthocyanidins，PRPAs） 抑制 AM的作用目前尚未报道，能否将其运用至食品热加工体系中，使其既能抑制AM生成，又能充分发挥其营养学特性，在食品加工中极具现实意义。

以紫米粉为原料，首先提取得到PRPAs粗提物，进一步探究PRPAs在各模拟体系中的抑制效果；最后用紫米粉包裹薯条制成成品，进一步观察其对AM生成的抑制作用。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

云南墨江紫米粉、新鲜马铃薯，市售；大豆油，嘉里粮油（天津）有限公司提供；AM标准品，上海麦克林生化科技有限公司提供；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 主要仪器

UV-1100型紫外-可见分光光度计，上海美普达仪器有限公司产品；WJ-804型恒温电油炸锅，宁波市威捷电器有限公司产品；SC-3610型离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司产品。

1.3 方法

1.3.1 紫米原花青素的提取

参考文献[12]，优化条件为提取液40%乙醇，料液比1∶15（g∶mL），温度60℃，提取时间1.2 h。计算PRPAs粗提物的得率。

1.3.2 AM标准曲线的绘制

首先，以超纯水配制质量浓度为1.00 mg/mL的AM标准溶液，并将其稀释为0.25，0.50，1.00，2.00，5.00，10.00μg/mL的标准液，于波长200 nm处测定吸光度。结果表明，在配制质量浓度范围内，AM标准溶液与对应吸光值呈现明显线性关系，得到的关系式为Y=0.151 5X，其中R2=0.997 4。

1.3.3 化学模拟体系中AM抑制作用的测定

参考文献[1，13-14]的试验方法并进行改进。以超纯水将葡萄糖（0.600 0 g） 与天冬酰胺（0.500 0 g）溶解定容至100 mL；同时用超纯水将PRPAs提取物配制成质量浓度为0.001，0.005，0.010，0.050，0.100，0.500 mg/mL的溶液。分别取10.0 mL AM反应液，其中试验组分别加入1 mL不同质量浓度的PRPAs提取物，以超纯水作为对照。于180℃下油浴加热2 min，反应后定容至30 mL。之后的检测方法参照文献[13]进行。

1.3.4 炸薯条体系中AM抑制效果的测定

参照文献[13-14]，将马铃薯清洗后切成长条状（6 mm×6 mm×45 mm），采用超纯水配制成质量浓度为0.005，0.010，0.050，0.100 mg/mL的PRPAs浸渍液，试验组将薯条浸渍在不同质量浓度的PRPAs中15 min；以超纯水作为对照组，用滤纸擦干多余水分。各组于180℃下油炸1.5 min，捞出冷却，用滤纸擦干残余油。之后的检测方法参照[13]进行。

1.3.5 紫米粉包裹薯条成品中AM抑制效果的测定

将切好的薯条（6 mm×6 mm×45 mm） 分为2组，试验组包裹紫米粉（6 g紫米粉溶解于10 mL水中），平均每根薯条增重0.4 g；另一组为对照组，于180℃下油炸1.5 min，捞出冷却，用滤纸吸收残余油。其余步骤同1.5。

1.4 统计分析

数据通过X±s表示，采用GraphPad Prism 8.0.1软件进行统计分析。化学模拟体系及炸薯条体系采用One-way ANOVO分析，紫米粉炸薯条成品采用两独立样本t检验分析，以p＜0.05判定为差异具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 PRPAs粗提物的得率

经计算，PRPAs粗提物的得率为4.76%，即每10 g紫米粉可以提取476 mg的PRPAs。

2.2 化学模拟体系中AM抑制效果的测定

化学模拟体系中PRPAs对AM的抑制作用见图1。

由图1可见，AM生成随PRPAs质量浓度升高而呈现先降低后升高的趋势，其中在PRPAs质量浓度为0.01，0.05 mg/mL时，AM的生成相较于对照组极显著降低（p＜0.01）；在PRPAs质量浓度为0.1 mg/mL时，AM的生成显著低于对照组（p＜0.05）。

化学模拟体系中PRPAs对AM的抑制率见表1。

表1 化学模拟体系中PRPAs对AM的抑制率

由表1可见，与对照组相比，PRPAs质量浓度为0.01，0.05 mg/mL时，对AM的抑制率极显著增加（p＜0.01）；PRPAs质量浓度为0.1 mg/mL时，对AM的抑制作用显著增加（p＜0.05）。因此，在化学模拟体系中，PRPAs含量与AM生成的抑制率呈现非线性关系。当PRPAs质量浓度为0.05 mg/mL时，AM的含量最低，PRPAs对AM的抑制率达到最大值，为11.81%±1.71%。

2.3 炸薯条体系中AM抑制效果的测定

炸薯条体系PRPAs对AM的抑制作用见图2。

由图2可见，AM随PRPAs质量浓度的增加同样显示先降低后升高的趋势，其中PRPAs质量浓度为0.01 mg/mL，AM的生成显著低于对照组（p＜0.05）。炸薯条体系PRPAs对AM的抑制率见表2。

表2 炸薯条体系PRPAs对AM的抑制率

由表2可见，PRPAs质量浓度与AM抑制率呈现非线性关系。PRPAs质量浓度为0.01 mg/mL，AM生成的抑制率显著增高（p＜0.05）。即当PRPAs质量浓度为0.01 mg/mL时，AM含量最低，PRPAs对AM的抑制率达到最大值，为7.92%±3.36%。

2.4 紫米粉包裹薯条AM抑制效果的测定

紫米粉包裹薯条成品中AM的含量见图3。

由图3可见，相对于未包裹紫米粉的炸薯条，包裹了紫米粉的炸薯条中丙烯酰胺的含量明显减少，差异具有统计学意义（p＜0.01），经计算成品中紫米粉对丙烯酰胺生成的抑制率为29.07%±3.08%。

3 讨论

紫米中富含原花青素，而原花青素具有广泛的生物学活性，但是其活性与其结构有关[8]。因此，试验拟进一步探讨PRPAs对于AM生成的抑制作用。

在化学模拟体系中，与之前关于其他来源原花青素的报道一致[1，13]，PRPAs能够抑制AM的生成，且其含量与AM生成之间呈非线性关系，即PRPAs质量浓度为0.05 mg/mL时，AM含量最低。化学模拟体系中葡萄糖的活性羰基可与表儿茶素A环上的C6、C8形成共价键[15]，儿茶素或表儿茶素是PRPAs基本结构，因此推测PRPAs抑制AM生成作用与其所含的表儿茶素及其他酚类结构有关。PRPAs抑制丙烯酰胺的作用与其质量浓度呈现非线性关系，先前关于花生红衣原花青素、苹果原花青素的研究显示同样的趋势，出现这种现象可能是由于在AM形成与消除这个动态过程中，随着温度的升高，AM在氧自由基的诱导下发生聚合，而PRPAs可以清除氧自由基[13]，从而影响AM的聚合，导致较高浓度的PRPAs对AM抑制效果反而下降。

与化学模拟体系相一致的是，在炸薯条食品体系中，同样发现PRPAs对AM的生成具有一定的抑制作用。PRPAs质量浓度为0.01 mg/mL时，AM含量最低。油炸薯条时伴随油脂氧化会产生丙烯醛，进而形成丙烯酸，最终与氨反应产生AM，而PRPAs会通过阻断油脂氧化而抑制丙烯醛途径[16]。与之前的结果相一致，炸薯条体系PRPAs质量浓度与AM的生成同样呈现非线性关系，可能也是由于多酚清除氧自由基的能力进而影响AM聚合。

研究还发现，紫米炸薯条成品中包裹的紫米对AM的生成同样存在抑制作用，可能是由于紫米粉包裹于薯条外部，阻碍了油脂直接与薯条接触，同时其中的原花青素等多酚类物质可以有效避免油脂氧化，进而通过丙烯醛途径生成丙烯酰胺，但是对于PRPAs抑制AM的构效关系有待进一步探讨。

4 结论

试验表明PRPAs在天冬酰胺/葡萄糖模拟体系、炸薯条体系对AM的生成均具有抑制作用，抑制率最大分别可达到11.81%和7.92%。以紫米包裹马铃薯制成炸薯条成品，相较于未包裹紫米粉的炸薯条，对丙烯酰胺也具有抑制作用，抑制率可达29.07%。这一研究对于新型AM抑制剂的开发具有指导意义。