高温加工的食品中丙烯酰胺的研究进展*

汪雯静，郎雯君，徐潇颖，朱炳祺

（浙江中医药大学，杭州 310053）

丙烯酰胺（acry1amide,AA）是一种无色无味的白色晶体物质，极易溶于水。可通过皮肤、呼吸道、食道等进入人体内，其中饮食摄入是最主要的途径。AA具有毒性，可导致遗传物质损伤和基因突变。大量动物实验研究表明，AA有神经毒性、生殖毒性、免疫毒性、遗传毒性和致癌性等多种毒性作用[1]。国际癌症机构将其认定为2A级致癌物。2002年，相关研究人员检测出某些食品中含有AA。大量研究表明，AA广泛存在于油炸类、烘培类食品中，对人类健康产生极大危险。欧盟、联合国粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会、美国食品及药品管理局等全球较大的监管机构都对AA的管理制定了相应的法律法规。我国也出台相应AA检测与管理等一系列法律条文，要求食品公司制定降低食品中AA含量的措施，并采用一切可行的手段将其产品中的AA降至基准水平。随着经济不断发展，全民健康意识不断提高，食品行业对此也高度重视。本文旨在对油炸食品中AA形成机理、毒性、含量分析以及如何控制其含量四个方面进行综述，以期为食品中AA的检测提供新思路，为食品加工行业新工艺的研发提供理论依据。

1 丙烯酰胺的形成机理

研究表明，AA的形成与美拉德反应有关[2]。Maillard反应能产生类黑精色素、还原酮、醛和杂环化合物，从而赋予食品独特的风味和色泽。美拉德反应（Maillard）在食品加工中起着非常重要的作用，是食品研究领域的热点。但同时也会产生一些有毒有害物质，AA就是其副产物之一[3]。

1.1 天冬酰胺途径

食品化学家Hodge认为Maillard反应过程可以分为初期、中期和末期，每一阶段又可细分为若干反应，AA主要在初期产生[4]。Maillard反应初期在羰氨缩合和分子重排两种作用下，通过两步反应由前体化合物天冬酰胺和还原糖生产AA。食品不断加热，当温度高于100℃时，天冬酰胺和还原糖会缩合成席夫碱（Schiff base）[5]。随后通过霍夫曼消除反应降解中间体引起一系列的反应。Schiff碱可通过2种方式转化为AA：①schiff碱发生分子内环化形成5-恶唑烷酮中间体，该中间体脱羧后重排形成脱羧Amadori产物，在高温加热的作用下变成乙酰丙胺；②schiff碱脱羧生成亚甲胺叶立德（Ⅰ,Ⅱ），经重排后通过3-氨基丙酰胺脱氨基生成AA[6]。

1.2 非天冬酰胺途径

研究表明，AA也可以由非天冬酰胺物质转化而来。氨和丙烯醛或丙烯酸在180℃下加热可产生AA。Yasuhara等[7]通过研究高油脂食物的加工过程，发现三油酸甘油酯在高温处理时，可发生热解产生丙烯醛，丙烯醛又可被进一步氧化为丙烯酸。反应产生的丙烯酸或丙烯醛又可与氨反应生成大量AA[8]。还有研究发现单糖、蛋白质和碳水化物在高温加热的过程中，会产生大量小分子醛。这些小分子醛可以重新生成丙烯醛，进而生成AA。除此之外，甘油三酯脱水、β-丙氨酰-L-组氨酸(肌肽)也可通过脱水脱氨后形成丙烯酸,从而生成AA[7]。

2 丙烯酰胺的毒性

AA是中等毒性物质，极易被人体吸收，可通过皮肤、黏膜、呼吸道、胃肠道等进入体内。经口摄入被认为人体吸收最迅速、完整及主要的途径，而经消化道吸收最快，会迅速分布全身。

2.1 神经毒性

研究表明，AA中毒患者会出现手足蜕皮、红斑、多汗湿冷、四肢麻木、精细动作困难、头晕、疲乏无力及睡眠异常等症状,体现在实验动物身上则表现为后肢外展、体重增长减慢、共济失调等[9]。其作用机制可能与加合物的形成、能量代谢异常、脂质过氧化、轴浆运输损伤、神经末梢损伤以及细胞凋亡等有关[10]。

2.2 生殖发育毒性

AA会导致实验动物的生殖行为、生殖细胞发育及生殖内分泌功能发生变化，对发育过程中动物血液循环系统和骨骼发育也会产生影响。鲁静等[11]通过将雄鼠连续四周灌喂AA溶液来建立动物模型，该研究发现，AA可造成雄鼠精子显著畸形，雌鼠的卵巢受损严重，大部分卵泡内有坏死细胞，胎鼠的骨骼发育异常。还有研究者发现AA通过影响机体内各种腺体功能和激素水平而产生发育毒性[12]。

2.3 免疫毒性

AA对免疫功能具有损伤作用。李百祥等[13]研究发现，暴露在AA条件下的小鼠，免疫器官发生退化,致使外周淋巴器官中T细胞数量减少，淋巴细胞转化率下降显著，巨噬细胞吞噬功能受到抑制，从而造成小鼠免疫功能严重受损，进一步对其机制进行探讨，得出AA对免疫应答过程的毒性作用的直接作用机制是通过降低IL-2活性。同时，还可以通过产生过多的脂质过氧化物和减弱自由基清除剂的活性,间接损害免疫系统。通过损伤胸腺和脾脏免疫器官，使T细胞亚群中细胞数量产生变化，从而抑制细胞免疫功能及损害免疫细胞的毒作用[14]。

2.4 遗传毒性

AA的遗传毒性表现为基因突变、染色体畸变及数目异常、DNA损伤等。研究表明，其作用机制存在两种可能。①AA通过它的代谢物环氧化物—环氧丙烯酰胺（GA）发挥作用；②AA的基因毒性可能是其自身的效应。但第一个途径得到大多数研究证实，而第二种途径研究尚不彻底[15]。

2.5 致癌性

研究还发现，暴露于丙烯酰胺的环境中具有致癌的风险。大量研究表明，丙烯酰胺可致使实验动物的许多器官出现肿瘤，发生癌变，例如甲状腺肿瘤、乳腺肿瘤和阴囊间皮瘤等。对人体同样产生致癌作用，通过流行病学调查发现，人体摄入含有丙烯酰胺的食品，会引发癌症的部位包括女性乳腺、子宫内膜、卵巢及男性前列腺、食道、胃、结直肠、胰腺、膀胱、肾脏、口腔、口咽-喉咽、喉、肺、脑及甲状腺[16]。

3 丙烯酰胺的检测方法

3.1 丙烯酰胺的提取与净化

AA极易溶于水，为极性化合物。许多学者利用其这一特点对食品中的AA进行萃取。现有研究一般采用水或极强有机溶剂（甲醇、乙腈）进行萃取[17]。为了提高丙烯酰胺的萃取含量，研究者尝试采用有机体系进行萃取，例如，水-甲醇、异丙醇-水-乙醇、水-乙腈、水-正已烷等，此方法萃取成分较为复杂的样品更为彻底，效果显著。对于富含蛋白质、淀粉、脂肪和色素等物质的样品，可采用CarrezⅠ、CarrezⅡ等试剂将杂质除去，提高萃取率[18]。萃取后，一般采用固相微萃取(SPME)技术对AA进行富集纯化。研究人员将前处理过程简化，建立Qu EChERS前处理方式，使前处理效率和回收率大幅提高[19]。

3.2 丙烯酰胺的测定方法

3.2.1滴定法

滴定法为传统检测技术之一，无需复杂的仪器设备，操作简单。但是其检测灵敏度和特异性较差。因此普及度低，较少出现在丙烯酰胺的研究中，仅在GB/T 22312—2008标准中作为一种备选方法[18]。

3.2.2气相色谱法（GC/GC-MS）

气相色谱法（GC）是一种低成本检测半挥发化合物的有效途径。用水或有机水溶液等极性水溶液萃取，经SPE固相萃取柱处理后，氢火焰离子化检测器(FID)检测，是气相色谱法检测的方法之一。白艳玲等[20]通过采用固相萃取和液-液萃取净化和利用丙烯酰胺的氮原子直接火焰热离子检测器法(FTD)测定相结合的方法建立了食品中丙烯酰胺的GC法。该方法不涉及衍生化方法，操作简便，样品提取简单。为了提高其检测的灵敏度需采用衍生化法对样品进行前处理。衍生效率和稳定性是衍生气相色谱法实现低检出限的关键[21]。在众多衍生法中，溴化衍生法使用较广，AA溴化衍生产物主要有2,3-二溴丙酰胺或2-溴AA，测定2,3-二溴丙酰胺应用最为广泛。王激扬等[22]通过加溴生成衍生物2,3-二溴丙酰胺后，再用乙酸乙酯进行萃取测定的溴化衍生法进行处理。周建科等[23]也同样采用KBrO3和KBr对样品进行溴化衍生，建立了毛细管气相色谱法测定炮制后的中药材焦麦芽中丙烯酰胺含量。

单一的气相色谱法无法检出含量较低的样品，现多将气相色谱与质谱法联用，建立气相色谱-质谱法（GC-MS）进行检测。AA属热不稳定性的化合物，遇热易分解，不满足GC-MS法对于被分析物需具有一定的热稳定性和挥发性的要求，因此不能直接用于检测。在检测前需将其进行转化，和气相色谱一样，一般先通过衍生化处理以提高稳定性，进而提高检测的准确度和灵敏度。采用GC-MS检测AA时一般采用稳定性同位素稀释技术，将被标记的AA作为内标物进行检测。沈伟健等[24]采用13C3标记待测物质，检出其回收率处于80%和110%之间，最低检测限为5 μg/kg。GC-MS方法具有高灵敏度和专一性，低检测限的优势，但也存在溴化衍生所需时间较长，反应条件较为苛刻，检测费用昂贵等不足[25]。

3.2.3液相色谱法

相较于气相色谱法，液相色谱法无需采用衍生技术，可进行大批量样品操作，是痕量分析的常用方法，一般采用紫外可见检测器，二极管阵列检测器等。该方法可直接检测样品，多用于建立快捷，易行的检测方法。王小博等[26]以饼干为检测对象，采用液液萃取和高效液相色谱法，建立了一种简易、高效的焙烤食品中丙烯酰胺的液相色谱检测分析方法。陈煜等[27]采用高效液相色谱-紫外检测法（HPLC-UV）检测油炸食品中提取出丙烯酰胺，检出限为5μg/kg，相对标准偏差在0.5%范围内，样品的加标回收率在88.5%～90.6%之间，能有效、快速测定油炸食品中丙烯酰胺的含量。

液相色谱法虽然回收率高，但检出限较高、灵敏度较低。液相色谱串联质谱（LC-MS）改进了液相色谱灵敏度低的不足，具有高选择性，同时其具有液相色谱简便、高效、回收率高的特点，因此成为检测丙烯酰胺的常用方法。于晓瑾等[28]建立了婴幼儿乳粉中的丙烯酰胺的高效液相色谱-串联四极杆质谱联用测定方法，检出限为5 μg/kg,定量限为10 μg/kg,加标回收率介于86.7%～106.8%之间。曹杰等[29]采用超高效液相色谱-串联质谱检测高温烘烤食品中的丙烯酰胺，检出限为0.5 μg/kg，该方法灵敏、准确且稳定。王书舟等[30]将样品经正己烷除脂和SCX固相萃取柱净化后，快速固相萃取-超高效液相色谱串联质谱法测定。在优化后的色谱质谱条件下，该方法检出限可达到2.0 μg/kg，加标回收率在97.6%~105.7%之间，相对标准偏差（RSD）为2.2%~3.9%。

3.2.4其它方法

随着科技不断发展，涌现出越来越多的检测方法，例如：毛细管电泳法（CE)、荧光生物传感法、酶联免疫法（ELISA)、计算机视觉技术等。这些技术操作简便，特异性强，仪器配置简单，便于维护，人员要求不高。但是其灵敏度不足，无法准确测定丙烯酰胺含量低的食品[31]。

4 丙烯酰胺的抑制

4.1 降低丙烯酰胺前体物质

丙烯酰胺的前体物质主要是天冬酰胺及还原糖。研究发现，降低天冬酰胺及还原糖的含量可以有效控制食品中丙烯酰胺的含量。对原料进行漂烫预处理可以增加前体物的溶出。Zhang等[32]的研究表明原材料经过焯水后可以减少其中葡萄糖、天冬氨酸含量，从而减少丙烯酰胺的形成。GAI等[33]将加工前的土豆进行漂洗，发现土豆中的天冬酰胺和还原糖含量降低。加入天冬酰胺酶可以分解天冬酰胺，达到降低天冬酰胺含量的目的。Aiswarya等[34]采用游离和壳聚糖固定化天冬酰胺酶溶液，研究了浸泡时间和温度对木香炸片丙烯酰胺缓释效果的影响，结果发现壳聚糖固定化天冬酰胺酶预处理可有效降低油炸食品中丙烯酰胺的含量。

4.2 控制加工条件及中间产物

Michalak等[35]研究发现食品褐变程度与食品中丙烯酰胺的含量有关。食品的褐变程度主要与加工工艺有关。食品加工的影响因素包括温度、时间、水分活度、pH值及气压等。Ghasemian等[36]设置不同的加热温度对牛肉汉堡进行加工，以检验温度与丙烯酰胺的形成是否相关，结果表明加热温度会显著影响丙烯酰胺的生成，低温加热将有利于抑制食品中丙烯酰胺的含量。Chan等[37]研究发现，食品加工的时间和温度可影响食物中的水分，而食品中的水分可影响丙烯酰胺的含量,水分含量和丙烯酰胺的产生呈反比。Per等[38]研究发现丙烯酰胺含量对pH的依赖性在pH 8左右达到最大值，且较低的pH可以促进丙烯酰胺的消除和减缓丙烯酰胺的形成。研究发现，植物油的种类也与丙烯酰胺的形成有关。Ahmad等使用4种不同类型植物油油炸牛肉，研究发现油的类型显著影响了牛肉块中丙烯酰胺浓度。

抗氧化剂也能减少丙烯酰胺生成。Alafeef等[39]以经硒预处理的青咖啡豆为研究对象，探究高温加工后青咖啡豆中丙烯酰胺含量，硒元素具有显著抗氧化活性，使得丙烯酰胺含量显著减少。Zhang等[40]在油炸鸡翅热加工过程中添加竹叶抗氧化剂，检测发现竹叶中的抗氧化剂可以显著减少炸鸡翅中丙烯酰胺的形成，但仍能保持炸鸡翅原有的风味和气味，维生素也可以起到抑制丙烯酰胺的作用。Zeng等[41]研究了15种维生素减少丙烯酰胺形成的能力，结果发现某些维生素在合理的浓度下可以抑制丙烯酰胺的形成。

4.3 直接去除丙烯酰胺

氨基酸、光辐射、微生物发酵法、真空加热法等都是去除丙烯酰胺的方法。目前研究较多的是氨基酸法和微生物发酵法。Erland等[42]研究添加氨基酸对薯片、薯条、扁面包和面包皮中丙烯酰胺含量的影响，他们在薯条加热过程中添加甘氨酸或谷氨酰胺，发现油炸后薯条中的丙烯酰胺含量减少了约30%。Mestdagh等[43]在焯水中添加不同浓度的游离甘氨酸和L-赖氨酸，研究了薯片中丙烯酰胺降低效果，结果表明L-赖氨酸能更有效地减少丙烯酰胺形成。

Dastmalchi等[44]研究了四种乳酸菌与酵母的工业化发酵过程对面包中丙烯酰胺还原的影响。结果表明，面粉规格和发酵过程中的微生物种类是影响面包中丙烯酰胺形成的重要因素，其中乳酸菌和酵母发酵抑制了丙烯酰胺的形成。Akillioglu等[45]也得出相同的结论，他们在速溶咖啡中加入酵母，结果表明酵母发酵有望减少速溶咖啡中HMF和丙烯酰胺的含量。

5 结语

高温加热是食品制作中较为普遍的一项技术，可以赋予食品诱人的香味、独特的色泽。然而高温加热会同时使食品产生对人体有害的物质，例如AA。AA被认定为2A级致癌物。食用AA含量高的食品有可能会对人体造成不可逆损伤。随着生活水平的提高，人们对于健康的追求越来越强烈。然而丙烯酰胺的检测技术尚不能完全满足人们对于检测丙烯酰胺的要求。本文从丙烯酰胺的形成机理、丙烯酰胺的毒性、丙烯酰胺的检测方法、抑制丙烯酰胺的措施四个方面进行综述，以期提高食品加工行业对丙烯酰胺的重视程度，为新加工技术的研发提供新思路，同时也为消费者的生命健康提供保障。