植物肉中丙烯酰胺的检测在食品仪器分析科教融合中的应用研究

刘高丽 吴松 谷存国

作为食品专业重要的基础技能课程，仪器分析实验是验证和巩固理论知识不可缺少的实践教学环节。在科教融合理念背景下，仪器分析课程更是培养食品专业学生科研创新能力，与巩固基础专业知识最具有研究意义的一门学科。本文将以植物肉中丙烯酰胺测定的方法为主线，运用仪器分析方法进行科教融合探索。

一、研究背景

1.科研背景。近年来，植物蛋白肉以其绿色、健康及可持续发展等优势，被广大科研工作者所关注。相对于国外植物肉的应用已日渐成熟，国内植物肉的发展刚刚起步，因此深入研究植物肉是一个非常重要的科研方向。植物肉常用大豆豆粕或大豆分离蛋白等植物性基料为原料，经双螺杆挤压机制成植物拉丝蛋白坯料，再进一步加工制成有纤维状态、类似肉类质感的蛋白质。这种原料中存在蛋白质与糖类的高温加工过程，不可避免会产生美拉德反应及其副产物丙烯酰胺。

丙烯酰胺是一类具有生殖毒性的物质，而食品检测中常用的气相色谱-质谱联用方法在检测过程中因为高温气化过程可能会导致丙烯酰胺的产生，所以被认为不适合检测丙烯酰胺。最前沿的液相色谱-质谱联用法为多反应检测方法，2022年时也被发现有缬氨酸、乳酸酰胺与3-氨基丙烯酰胺等干扰物，会使检测结果偏高，因此要求检测过程中必须证明检测方法是可靠的，而且要进行充分的验证。

2022年，Nail Altunay发现紫外可见分光光光度法檢测丙烯酰胺的检测限可以达到0.2ng/mL-0.6ng/mL，而且相对于以上仪器对检测环境要求高、价格昂贵等缺点，紫外可见分光光度计操作简单、成本低，更适合新手实验。

2.教学背景。丙烯酰胺是美拉德反应的副产物，也是食品化学课程中食品糖类这一章节的内容。学生已经了解丙烯酰胺具体产生的反应过程及其对人体的危害等背景知识，再利用仪器分析方法进行检测实验时已理解进行本实验的重要意义，对实验内容高度重视。

二、方法设计

丙烯酰胺通常在紫外光区的吸收波长为240nm或者290nm，溶液受到溶剂的影响，如将其衍生化，使其吸收波长衍生至可见波长范围，检测方法将变得更多样。丙烯酰胺在碱性条件下生成的丙烯酰羟肟酸，可以在酸性条件下与三氯化铁生成红棕色络合物。

衍生后的丙烯酰胺可使用仪器分析中的比色法与紫外可见分光光度法进行检测，学生在掌握各种方法的同时，还能加深各个方法之间的联系，对仪器分析有更深刻的认识。

三、方法检测

1.试剂与仪器。盐酸羟胺，NaOH，盐酸，氯化铁，丙烯酰胺，市售植物肉，UV-5500紫外-可见分光光度计。

2.比色法。称取0.1000g丙烯酰胺，用蒸馏水溶解后移入1000mL容量瓶中，稀释至刻度，并定为储备液。分别移取储备液0mL、0.1mL、0.5mL、1mL、2mL至10mL比色管中，添加蒸馏水至5mL，将溶液配成浓度分别0μg/mL、2μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、40μg/mL的标准溶液，并按浓度大小编号为1、2、3、4、5。

称取植物肉1g，于研钵中磨碎。放入20mL离心管中，加入3mL水，超声提取2min。移取上清液至25mL的具塞量筒中，加入3mL乙腈、石油醚、2g氯化钠。震荡，吸取水层溶液至相同比色管中，添加蒸馏水至5mL，编号为6。

于55℃下，分别将2mL的20%盐酸羟胺溶液与0.5mL的20%NaOH溶液加入比色管中，摇匀并继续反应1h。冷却到室温后，加入1mL的3N盐酸与1mL的10%氯化铁溶液，震荡。将样品管与标准系列试管进行对比，对样品中丙烯酰胺的含量进行初步判断。

3.薄层层析法。取标准样品5号与6号分别在薄层层析板上进行点样，并将二者的混合点进行点样。将点样完成的层析板放入展开剂（乙酸乙酯：无水乙醇=1：1）中，展开后观察结果，如果斑点颜色过浅，可用固体碘进行显色。

4.紫外可见分光光度法。将上述1-5号样品分别装入玻璃比色皿中，使用紫外-可见分光光度计于510nm下检测其吸光度，并制成标准曲线。在相同的紫外波长下，检测样品6的吸光度。

四、实验结果与数据处理

如图1所示，1-5号标准系列溶液的颜色随着丙烯酰胺的浓度增大而加深，6号样品比所有标准样品的颜色深，初步判断丙烯酰胺含量大于标准溶液的最大浓度。但众所周知，植物肉在加工过程中发生的美拉德反应可以产生类黑精色素，与红棕色络合物颜色相近，如果只是简单地根据颜色来判断丙烯酰胺的含量，准确率较低。

接下来，使用薄层层析来判断呈色物质是否一致。选择标准样品中的5号与植物肉样品6号进行对比。如图2所示，5号与6号样品的斑点高度基本一致，混合点也证实二者为同一种物质，说明可以通过颜色来判断其含量。

最后，使用紫外-可见分光光度计测定其具体含量。如图3所示，标准曲线的R值为99%，得到浓度与吸光度的方程为A=0.01301+0.01833c，R2=0.97277。由此得出植物肉的丙烯酰胺含量为1.8μg/g，换算单位为1800μg/kg，为欧盟标准基准水平值（750μg/kg）的2.4倍，不适合食用。

五、结论

本文以植物肉的丙烯酰胺检测为主线，将比色法、薄层层析法、紫外分光综合实验串联在一起。比色法让学生理解了浓度与颜色的关系，薄层层析法充分证实了产生颜色的原因是同一种物质，紫外-可见分光光度计则在两种方法的基础上，给出了植物肉中丙烯酰胺的具体含量。在此过程中，学生掌握了标准溶液的配制、薄层层析的使用方法、紫外-可见分光光度计的使用等基本实验技能，学会了实验数据处理的方法，利用Excel绘制标准曲线，并利用相关公式计算出样品的浓度。同时，能够在实验中将仪器分析中的光学分析方法与色谱分析方法结合起来，充分利用各种仪器分析方法的优缺点，不仅扎实地锻炼了基础实验操作技能，更培养了科学素养与创新意识。

总之，以“植物肉中丙烯酰胺的检测”进行的科教融合实验，进一步帮助学生了解了食品仪器分析的重要性，为国家培养科技创新型人才打下了坚实的基础，具有重要的战略意义。

基金项目：漯河医学高等专科学校研究项目——豆渣复合菌固态发酵的资源化研究（2020-LYZKYYB023）；基于全国检验技能竞赛对微生物学检验实训项目的融合改进与创新（2021-LYZJGYB011）；微生物学检验活页教材建设（2021-LYZJGYB016）；2020年微生物学检验线上/线下混合式“金课”建设项目。

作者简介：刘高丽（1985-），女，讲师，研究方向为化学、微生物。

*通信作者：谷存国（1967-），男，主任技师，研究方向为医学教育。