食品中丙烯酰胺缓解研究进展

粮油食品科技第20卷2012年第6期

质量控制

食品中丙烯酰胺缓解研究进展

左洁，张昕，张华琦，孟娜，徐志祥

(山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安

摘

271018)

要:食品加工过程中丙烯酰胺的含量成为近几年国际研究的热点。控制丙烯酰胺产生的方法

主要有缓解、阻断和消除。对国内外近10年有关食品中丙烯酰胺缓解方面的研究进行了系统总结。

关键词:丙烯酰胺;缓解;控制

中图分类号:TS207．3文献标识码:A文章编号:1007－7561(2012)06－0057－04

Progressonthemitigationofacrylamideinfoods

ZUOJie，ZHANGXin，ZHANGHua－qi，MENGNa，XUZhi－xiang

(CollegeofFoodScience＆Engineering，ShandongAgriculturalUniversity，TaianShandong271018)Abstract:Theacrylamidecontentinfoodshasbecomeoneofthemostimportantproblemsintheworld．Themethodstocontroltheacrylamideincludemitigation，interdictionandelimination．Theresearchpro-gressonthemitigationofacrylamideinfoodduringrecent10yearswassummarized．Keywords:acrylamide;mitigation;control丙烯酰胺是合成化工产品聚丙烯酰胺的前体物质，其聚合物或共聚物广泛应用于化学灌浆物料、土壤改良剂、絮凝剂、纤维改性剂、胶粘剂和涂料。动物实验和体外细胞实验证明丙烯酰胺可导致遗传物质的改变和癌症的发生，是一种公认的神经毒素和潜在致癌物。1994年国际癌症研究机构将其列为2类可致癌物

［1］

物质，其含量与原料的品种、种植时的施肥情况、当年产量、贮存条件等密切相关。近年来，在薯类和谷类等原料的选择控制丙烯酰胺含量的途径方面进行了广泛研究，主要包括控制原料的品种、种植时的施肥情况、控制贮存条件等。1．1

原材料品种的选择

Williams［2］选择了五种马铃薯，研究了马铃薯品种对油炸薯条中丙烯酰胺含量的影响。研究发不同马铃薯品种对丙烯酰胺含量有显著的影响。现，

Capuano等［3］研究发现面粉类型显著影响Maillard(美拉德)反应产物的形成。用小麦粉、全麦粉、黑160℃、180℃烘烤，麦粉制成的面包分别在140℃、

黑麦粉和全麦粉中丙烯酰胺含量高于小麦粉中。1．2

合理施肥

Muttucumaru等［4］研究发现，硫元素的缺乏对还原糖的含量没有非常显著的影响，对其他氨基酸的影响也比较小，但是天冬酰胺和谷氨酰胺的影响却非常显著。当使用硫肥时天冬酰胺和谷氨酰胺的含量显著降低。用缺少硫的面粉在160℃下加热20min丙烯酰胺的含量为2600～5200μg/kg;而正常小麦粉同样条件下丙烯酰胺的含量在600－900

［5］

μg/kg。Halford等研究发现:有效S元素和N元

。

2002年4月，瑞典国家食品管理局和斯德哥尔摩大学的科学家的联合宣布，在富含淀粉的高温加工食品中含有丙烯酰胺。这一研究发现立刻引起世界各国的广泛关注。卫生部调查结果显示，我国居民食用油炸食品较多，暴露量较大，长期低剂量接触有潜在危害，因此如何控制油炸等我国传统食品高温加工过程中丙烯酰胺含量成为关注的焦点。根据丙烯酰胺产生的机理和影响因素，目前控制丙烯酰胺的方法主要有缓解、阻断和消除。本文对国内外近10年关于食品中丙烯酰胺缓解方面的研究进行总结，以期推动我国热加工食品的安全性水平。1

原材料的选择

天冬酰胺和还原糖是形成丙烯酰胺的重要前体

收稿日期:2012－03－20

基金项目:国家自然科学基金项目(31071543);泰安市大学生科技创

新项目(2011D2005)

1987年出生，作者简介:左洁，男，硕士研究生．

:，，1973通讯作者徐志祥男年出生，副教授．

素的含量对谷类食品中天冬酰胺含量影响显著。S

质量控制

元素的缺乏导致天冬酰胺和丙烯酰胺含量上升;增加N元素，会增加天冬酰胺和丙烯酰胺含量。El-more等人［6］研究了三种马铃薯在缺乏硫和正常情况下各种氨基酸以及热加工条件下丙烯酰胺的含量。实验发现硫元素对还原糖含量没有显著影响;硫缺乏的马铃薯中游离的天冬酰胺含量却降低，总的氨基酸含量升高，这与前者的研究结果相反。1．3

原料的合理贮存

薯类在较低温度下贮存时，会促使淀粉转化为还原糖，使丙烯酰胺生成的前体物还原糖含量升高，从而使丙烯酰胺含量升高。因此作为热加工原料的马铃薯最好在10℃左右的温度下贮藏，这样可以抑制低温贮藏过程中淀粉转化为还原糖，从而降低油炸薯类食品中丙烯酰胺的含量。22．1

加工技术控制热烫处理

热烫主要针对于薯类食品，热烫处理的薯片其表面和内部的游离天冬酰胺和还原糖含量降低，薯片表面淀粉凝胶化。Pedreschi等人

［7－8］

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面粉中丙烯酰胺的含量随着时间的延长有显著增加的趋势。马铃薯和面团块在100℃～210℃分别油炸5min，发现在170℃～190℃之间生成的丙烯酰胺含量最高，温度高于190℃时，丙烯酰胺的含量均有不同程度的减少。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热加工时间有利于减少食品中丙烯酰胺的形成。2．3

调整水分含量

马铃薯片的含水量处于10%－20%之间时，形成的丙烯酰胺含量略高于干燥样品。而在低水分含量时(＜10%)，不仅丙烯酰胺形成速率加快，其降解速率也随之加快，使样品体系中丙烯酰胺的含量保持相对恒定。Stadler等

［12］

研究发现，如果用

水合天冬酰胺代替天冬酰胺或者往天冬酰胺/还原糖无水反应体系中加入少量的水，则丙烯酰胺的量会显著提高，是无水体系生成量的三倍多。张丽梅

［11］

则通过在烘箱中烘烤的方法降低水分含

量来研究马铃薯和面团中丙烯酰胺的含量和水分含量的关系。结果表明，丙烯酰胺含量随着失水率的增大而增大，在失水率为42．1%的时候达到最大值;然后随着失水率的增大，丙烯酰胺的含量反而降低。

Ahrne等人［13］研究了水分含量和温度对丙烯酰胺的影响，证明了降低温度和通入水蒸气的焙烤方式可以有效地减少面包中丙烯酰胺的含量。同时发现在较高温度和较低水分含量下丙烯酰胺的含量也比较低，但是面包的感官性状受到很大影响。2．4

发酵处理

发酵处理可以针对性地去除食品原料中的天冬酰胺或还原糖，从而减少丙烯酰胺生成前体物的含量，同时发酵过程也可以降低产品的pH值，抑制Maillard反应的进行。

Fredriksso等人［14］在研究小麦面团和黑麦面团发酵对丙烯酰胺含量影响时发现，发酵可以有效降经过两小时发酵后大部分天冬酰低天冬酰胺含量，

胺被利用。同时他比较了长时发酵(180+180min)和短时发酵(15+15min)对丙烯酰胺含量的降低作用，和短时发酵相比，小麦粉面包经过长时发酵比短时发酵减少了87%，黑麦则减少77%。2．5

加热方式的选择

Claus［15］研究表明，对流烤炉和甲板烤炉对丙烯酰胺含量有显著影响。220℃条件下采用对流烤炉比甲板烤炉面包中丙烯酰胺含量多60%。这可

研究了浸泡

60和和热烫对薯条的影响，薯条油炸前用水浸泡0、120min，170℃、190℃下油炸然后分别在150℃、处理。结果发现，浸泡60min和对照组相比丙烯酰15%和9%;浸泡120min胺含量分别下降了16%、

21%和27%。将原和对照组相比分别下降了32%、

40min、50℃，80min、70℃，10料分别在50℃，

min、70℃，45min、90℃，3min、90℃，10min下进原料经过处理后天冬酰胺和还原糖含行处理发现，

量都显著下降，且天冬酰胺和葡萄糖含量下降的规律相似;丙烯酰胺含量有不同程度的下降，其中50℃、80min的处理降低最明显，170℃、在150℃、190℃下分别油炸丙烯酰胺含量仅为135，327和564μg/kg。2．2

热加工时间和温度控制

Mottram等［9］利用天冬酰胺和葡萄糖模拟丙烯酰胺的产生，发现在120℃时丙烯酰胺开始产生，随180℃时丙烯着温度的升高丙烯酰胺的含量增加，酰胺的含量达到最高，随后下降。Gken等

［10］

研究

发现，天冬酰胺和果糖在150℃和180℃下加热丙烯酰胺含量也有先升高后降低的变化。张丽梅等

［11］

研究了热加工时间对丙烯酰胺的影响发现，淀

粉类食品如马铃薯、红薯在煎炸5min时，食品中丙烯酰胺含量达到最高值，随着时间的延长，丙烯酰胺含量反而降低，超过30min后，含量又有显著增加。

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质量控制

82．9%、63．0%和29．9%;绿茶提取物对丙烯酰胺45．7%、72．5%、46．1%、的抑制率分别为25．1%、

25．3%和6．0%。此外，竹叶抗氧化物和绿茶提取物对油条中丙烯酰胺的抑制效果随着它们添加量的变化差异显著。构效关系研究表明:芳环羟基的数目对丙烯酰胺的抑制率影响最大;在芳环羟基数目相等的情况下，黄酮对丙烯酰胺的抑制率明显优于异黄酮，这可能与它们的抗氧化性有关;对于具有相同苷元的黄酮糖苷而言，碳苷对丙烯酰胺的抑制率优于氧苷，可能与芳环羟基的数目有关。

Kotsiou［21］等研究了标准酚类化合物和橄榄油酚类提取物对乳液体系中丙烯酰胺形成的影响。乳液体系在125℃的油浴中加热，标准酚类化合物在初始时间(20min)对丙烯酰胺的抑制率达70%。3．4

添加氨基磷脂和卵磷脂

Zamora等［22］研究了氨基磷脂和卵磷脂在天冬4－癸二乙酸模型中对酰胺/葡萄糖和天冬酰胺/2，

丙烯酰胺的缓解作用。研究表明，大豆磷脂和卵磷脂对丙烯酰胺的抑制作用较为显著，而且它们的价格低廉，适合大规模应用。3．5

添加牛磺酸

Shin等［23］分别研究了牛磺酸在天冬酰胺/葡萄糖水溶液模型和油炸土豆片模型中的作用。天冬酰50mM胺/葡萄糖水溶液模型由50mM的天冬酰胺、的葡萄糖并调节pH为7．0，分别加入不同浓度的牛0．1%、0．5%、2．5%)，150℃磺酸(分别为0．02%、

下加热30min，丙烯酰胺的抑制率分别为9．3%、

能是由于对流烤炉中空气流通导致水分含量降低，使丙烯酰胺的含量升高。

黄伟等

［16］

采用常规加热、常规加热+微波复

热、微波加热、微波加热+微波复热四种处理方式研究了蒸煮米饭过程中丙烯酰胺的形成。结果表明:常规加热烹制的米饭丙烯酰胺含量较低约30μg/kg，此结果与瑞典国家食品局检测结果相一致;常规加热+微波复热5min后，丙烯酰胺含量达到80μg/kg;微波加热或微波加热+微波复热条件下，米饭中丙烯酰胺含量达到260～276μg/kg。33．1

添加丙烯酰胺抑制剂添加维生素和大蒜素袁媛等

［17］

研究了抗坏血酸和大蒜素在天冬酰

胺/葡萄糖和天冬酰胺/果糖模型中对丙烯酰胺的抑制作用。研究表明，抗坏血酸在这两个模型中都具有较好的抑制作用(减少非酶褐变);大蒜素在天冬酰胺/果糖模型中效果显著，最大抑制率达到50%，但在天冬酰胺/葡萄糖模型中并没有良好的效果。曾晓辉等

［18］

研究了15种维生素在天冬酰胺/葡萄

糖模型和新鲜土豆中降低丙烯酰胺的作用。结果表明:水溶性维生素在食品模型中对丙烯酰胺的抑制L－抗坏作用较为显著，生物素、维生素B6、吡哆胺、血酸在天冬酰胺/葡萄糖模型中对丙烯酰胺的抑制率大于50%;烟酸和吡哆醛在油炸土豆条中的抑制率分别是51%和34%;而脂溶性维生素的抑制效果并不显著。3．2

添加胶体曾晓晖等

［19］

研究了8种胶体对模型系统和油44%、75%、96%，由此可以看出在水溶液中丙烯酰胺的抑制率和牛磺酸浓度有一定关系。将土豆片加0．5%、1%、2%的牛磺酸溶液中浸泡30入0．1%、

min，然后170℃下油炸3min，结果发现丙烯酰胺的57%、31%、45%。牛磺酸在油抑制率分别为66%、

炸土豆片模型中抑制丙烯酰胺的效果显著，但是与牛磺酸浓度与丙烯酰胺的抑制率并没有关系。4

传统添加剂的替代

Graf等［24］分别研究了工业生产饼干半成品中用蔗糖溶液代替糖浆和用NaHCO3代替NH4HCO3前后丙烯酰胺含量的变化。研究表明:蔗糖溶液代替糖浆可以减少70%的丙烯酰胺含量，这可能与天冬酰胺反应的羰基含量减少有关;饼干的口味没有发生变化，但是产生的非酶褐变不足，使得饼干表面颜色受到影响。NH4HCO3可以显著增加饼干中的丙烯酰胺含量，使用NaHCO3代替NH4HCO3可以减少

炸土豆条中丙烯酰胺的抑制作用。研究发现，浓度为2%(w/w)的果胶、黄原胶和海藻酸可以显著降低模型系统中丙烯酰胺的含量。分别用1%和5%的海藻酸溶液浸泡土豆1h发现它们对丙烯酰胺抑制作用相似，但是浸泡5h则丙烯酰胺含量有显著的降低。因此海藻酸和果胶可以显著抑制油炸土豆条中丙烯酰胺的产生，浸泡时间是影响抑制效果的显著因素。3．3

添加天然抗氧化剂章宇等

［20］

采用生物黄酮(竹叶抗氧化物和绿茶

提取物)抑制丙烯酰胺并进行其量效关系、构效关系、动力学和机理研究。实验发现，当竹叶抗氧化物0．001%、0．01%、0．1%、的添加量为0．0002%、

0．25%和0．49%(w/w)时，竹叶提取物对油条中丙38．4%、66．4%、烯酰胺的抑制率分别为8．5%、

质量控制

丙烯酰胺含量达70%。从这个角度来看，丙烯醛氧化后形成的丙烯酸与食物中含氮化合物分解产生的氨反应生成氨基酸的过程也不能忽略。5

结论

国内外对食品中丙烯酰胺的控制进行了大量研究，并在缓解研究方面取得一定进展。但丙烯酰胺控制的重点和难点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的形成，并且将相关理论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。因此食品中丙烯酰胺的控制研究将是长期的工作，任重而道远。参考文献:

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