食品添加劑抑制丙烯酰胺形成和毒性的研究進(jìn)展

郝瑞芳，于 蓉，張先平，侯艷霞，張興亮

（山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝系，山西太原 030009）

食品添加劑抑制丙烯酰胺形成和毒性的研究進(jìn)展

郝瑞芳，于 蓉，張先平，侯艷霞，張興亮

（山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝系，山西太原 030009）

丙烯酰胺是一種公認(rèn)的具有神經(jīng)毒性和潛在致癌性的物質(zhì)，食品中的丙烯酰胺主要是由食品中含有的天冬酰胺和還原糖在油炸、焙烤等高溫加熱過程中通過美拉德反應(yīng)生成的。綜述了各種減少食品中丙烯酰胺生成量的方法，以及如何抑制丙烯酰胺在體內(nèi)產(chǎn)生的毒性作用。

食品添加劑；丙烯酰胺；抑制；毒性

最早在2002年4月，斯德哥爾摩大學(xué)和瑞典國(guó)家食品管理局聯(lián)合報(bào)告，馬鈴薯和谷物類食物經(jīng)油炸或高溫焙烤后會(huì)產(chǎn)生丙烯酰胺。丙烯酰胺是一種公認(rèn)的具有神經(jīng)毒性和潛在致癌性的物質(zhì)，已被國(guó)際癌癥研究總署列為“人類可能的致癌物”（2A類）。因此，這一發(fā)現(xiàn)引起了全球?qū)斜０返氖称钒踩缘年P(guān)注。2005年3月，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)及WHO警告公眾關(guān)注食物中的丙烯酰胺，呼吁采取措施減少或抑制食品中丙烯酰胺的生成量，以確保食品的安全性。

食品中的丙烯酰胺主要是通過加工方式產(chǎn)生，目前普遍認(rèn)可的形成機(jī)制為：在烘烤、油炸和焙烤等高溫加熱條件下，食物中的還原糖（如葡萄糖）的羰基和氨基酸（主要是天冬酰胺）的氨基發(fā)生美拉德反應(yīng)而生成。大量文獻(xiàn)報(bào)道，把多種氨基酸在高于100℃條件下單獨(dú)加熱一定時(shí)間，結(jié)果表明只有少數(shù)的幾種氨基酸（如蛋氨酸、半胱氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酸）產(chǎn)生了微量的丙烯酰胺；而當(dāng)把天冬酰胺和還原糖按等物質(zhì)的量比混合，在高溫下反應(yīng)一段時(shí)間，就會(huì)有大量的丙烯酰胺被檢測(cè)出來，其生成量是天冬酰胺單獨(dú)加熱時(shí)生成量的500多倍。目前，國(guó)內(nèi)外研究都致力于如何抑制食品中丙烯酰胺的生成并減小其對(duì)人體產(chǎn)生的危害。

1 抑制食品中丙烯酰胺的生成

1.1 減少食品中丙烯酰胺形成的前體物質(zhì)

通過原料改良盡量減少食品中形成丙烯酰胺的前體物質(zhì)的含量。原料改良包括施肥控制、栽培技術(shù)、品種改良和貯藏溫度等方式，用于降低食品原料中天冬酰胺和還原糖的含量。從原料栽培的角度考慮，多施鉀肥和含硫的肥料，少施氮肥能控制農(nóng)作物中天冬酰胺的含量，從而有效地防止后期熱加工過程中產(chǎn)生大量的丙烯酰胺。從原料貯藏的角度考慮，當(dāng)馬鈴薯貯藏溫度低于10℃時(shí)，其還原糖的含量比貯藏溫度高于10℃，經(jīng)油炸后產(chǎn)生的丙烯酰胺含量也比后者要多，因此需要合理地設(shè)定原料的貯藏溫度。

在原料前處理過程中添加天冬酰胺酶可以催化天冬酰胺水解成氨和天冬氨酸，從而使食品中的丙烯酰胺含量顯著降低。Zyzak D V等人[1]在馬鈴薯樣品加熱前用天冬酰胺酶對(duì)其進(jìn)行浸泡處理，結(jié)果表明樣品中的天冬酰胺含量降低了88%，再經(jīng)微波加熱后，99%的丙烯酰胺被除去。制作生面團(tuán)時(shí)添加天冬酰胺酶同樣可使96%的天冬酰胺水解成天冬氨酸，從而降低了焙烤出的面包或餅干中丙烯酰胺的生成量。

此外，通過浸漬處理降低天冬酰胺和還原糖的含量，也可以有效控制食品中丙烯酰胺的生成量。馬鈴薯?xiàng)l（片）在油炸前在蒸餾水中浸泡90 min后，分別于150，170，190℃條件下油炸，丙烯酰胺的生成量分別平均降低了27%，38%，20%，熱水浸泡后原料中的天冬酰胺和還原糖的含量都顯著下降[2-3]。

1.2 抑制或減少食品中丙烯酰胺的生成

1.2.1 調(diào)整加工工藝

通過優(yōu)化加工工藝（如改變油的種類、縮短加熱時(shí)間、降低加熱溫度等）和熱加工條件可以更直接地抑制丙烯酰胺的產(chǎn)生。丙烯酰胺的含量與加熱時(shí)間呈線性，而與加熱溫度之間呈非線性相關(guān)，因此確定適宜的溫度進(jìn)行加熱，避免長(zhǎng)時(shí)間加熱，丙烯酰胺的形成會(huì)得到有效抑制。使用富含多酚類物質(zhì)的橄欖油油炸食品，可降低食品中丙烯酰胺形成的量[4]；油炸薯類食品時(shí)選擇低溫真空油炸，也可顯著地抑制丙烯酰胺的生成[5]；通過延長(zhǎng)酵母發(fā)酵過程減少面包中丙烯酰胺的生成。

1.2.2 添加食品添加劑

（1）添加氨基酸。添加一些氨基酸，如?；撬?、甘氨酸、賴氨酸和半胱氨酸能抑制食品中丙烯酰胺的形成。在發(fā)酵好的生面團(tuán)表面噴灑甘氨酸可顯著減少面包中的丙烯酰胺生成量[6]。在馬鈴薯泥中分別添加140 mmol/kg的谷氨酰胺、丙氨酸、4-氨基丁酸、賴氨酸和甘氨酸后，一起攪拌均勻后，于180℃的烘箱中加熱25 min。結(jié)果顯示，丙烯酰胺的生成量分別降低了70%，50%，86%，88%和91%，原因可能是這些氨基酸能夠競(jìng)爭(zhēng)消耗形成丙烯酰胺的前體物質(zhì)，或者它們可直接促進(jìn)丙烯酰胺的消除或降解[7]。在天冬酰胺/葡萄糖模式反應(yīng)體系中，添加?；撬帷⒈０返纳闪糠謩e可減少95%，91%，87%[8]。有研究發(fā)現(xiàn)添加蛋白質(zhì)也對(duì)丙烯酰胺的生成起到一定的抑制作用。在油炸前預(yù)先將薯片用鷹嘴豆面糊包裹住，炸后薯片中丙烯酰胺的含量比未經(jīng)處理的薯片丙烯酰胺含量降低了近1/3[9]。鷹嘴豆蛋白熱穩(wěn)定性好，在加熱時(shí)可作為屏障，避免薯片高溫油煎或是能夠結(jié)合已生成的丙烯酰胺。

（2）添加非還原糖。在制作姜餅蛋糕時(shí)用非還原糖（如白砂糖和海藻糖）代替葡萄糖，可顯著降低丙烯酰胺的生成量。原因可能是非還原糖抑制了中間產(chǎn)物羰基化合物的生成，從而減少了丙烯酰胺的量[10]。

（3）添加酸化劑。在天冬酰胺/葡萄糖模式體系和食品體系中，丙烯酰胺形成的最適pH值都在7～8。在馬鈴薯泥中分別加入50，100 μmol/g的檸檬酸、醋酸和乳酸，然后于170℃條件下加熱6 min，結(jié)果表明，馬鈴薯泥中的丙烯酰胺生成量降低了35%～78%[11-12]，原因主要是由于這些酸性溶液降低了體系的pH值。將馬鈴薯片在20℃的醋酸溶液中浸泡60 min后再進(jìn)行油炸，結(jié)果丙烯酰胺生成量減少了90%，醋酸浸泡后薯片中的還原糖含量顯著降低。事先用0.2%的檸檬酸處理，法式玉米片中丙烯酰胺含量降低82.2%，焙烤玉米片的丙烯酰胺降低72.8%[13]。

（4）添加金屬離子。煎馬鈴薯片前先用氯化鈉、氯化鈣或氯化鐵溶液浸泡處理，則可顯著減少丙烯酰胺的生成，原因可能是陽離子和電子能夠抑制早期的美拉德反應(yīng)。在葡萄糖/天冬酰胺模式體系中加入金屬離子同樣也可顯著抑制丙烯酰胺的產(chǎn)生，且對(duì)丙烯酰胺生成量的抑制作用強(qiáng)弱順序?yàn)槿齼r(jià)離子＞二價(jià)離子＞一價(jià)離子，其抑制機(jī)理為加入金屬離子改變了美拉德反應(yīng)途徑，阻止了形成丙烯酰胺的前體物質(zhì)——希夫堿中間產(chǎn)物的形成[14-15]。

（5）添加抗氧化劑。添加黃酮類化合物、大蒜粉、茶多酚可減少炸雞翅、焙烤餅干和炸馬鈴薯片中丙烯酰胺的生成量[16-19]。在馬鈴薯的煎炸油中添加迷迭香，丙烯酰胺的含量可下降25%[20]。在熱加工的食品中加入竹葉提取物或茶葉可明顯減少丙烯酰胺的生成量[21]，原因可能是竹葉和茶葉中含有大量的抗氧化劑異葒草苷和兒茶素，它們能夠與美拉德中間產(chǎn)物（3-deoxy-2-hexosulose，一個(gè)從C6變成C1糖片段的關(guān)鍵來源）結(jié)合，致使反應(yīng)受到抑制，從而推遲丙烯酰胺的形成，也有報(bào)道顯示只有高濃度的抗氧化劑才能抑制丙烯酰胺的生成，可能是抗氧化劑的添加束縛了水的活性或降低了pH值的原因。

（6）其他。在焙烤食品中添加碳酸氫銨會(huì)促進(jìn)丙烯酰胺的生成，因?yàn)殇@鹽能促進(jìn)α-二羰基化合物的形成，而α-二羰基化合物可與天冬酰胺經(jīng)過一系列反應(yīng)生成丙烯酰胺，而碳酸氫鈉則能降低丙烯酰胺的生成。

2 去除食品中已產(chǎn)生的丙烯酰胺

對(duì)于食物中已產(chǎn)生的丙烯酰胺，可采用物理或化學(xué)的方法將其從食物中去除。物理方法是將食物中的丙烯酰胺通過CO2超臨界萃取技術(shù)去除，或者用紫外線照射使丙烯酰胺單體聚合?；瘜W(xué)方法是添加氨基酸、蛋白質(zhì)、抗氧化劑、金屬陽離子等方法去除食品中已有的丙烯酰胺。例如，甘氨酸、半胱氨酸和賴氨酸除了能與天冬酰胺競(jìng)爭(zhēng)消耗丙烯酰胺形成的前體物質(zhì)還原糖外，它們本身還能與丙烯酰胺結(jié)合形成加合物，從而消除食品中已有的丙烯酰胺[22]。添加蛋白質(zhì)（如大豆蛋白水解物） 也能促進(jìn)丙烯酰胺的消除，原因是蛋白中含氨基的肽能與丙烯酰胺結(jié)合形成衍生物[23]。

3 抑制丙烯酰胺在體內(nèi)產(chǎn)生的毒性作用

利用人結(jié)腸腺癌細(xì)胞Caco-2測(cè)定丙烯酰胺的跨膜通路，研究發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺具有很高的滲透性，既能主動(dòng)跨細(xì)胞吸收，又能進(jìn)行被動(dòng)擴(kuò)散，進(jìn)入到人體內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng)。因此，必須尋找有效的方法來減輕或阻止丙烯酰胺已攝入到體內(nèi)后造成的毒害作用。有研究表明，高蛋白飲食（如雞蛋清蛋白）能夠阻止丙烯酰胺單體跨膜進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，降低其在體內(nèi)的生物利用度，因?yàn)榘被?、肽和蛋白質(zhì)中的氨基和巰基能夠在小腸、結(jié)腸偏堿的環(huán)境下被丙烯酰胺共價(jià)修飾，這樣丙烯酰胺單體在體內(nèi)的含量也隨之減少，從而降低了其對(duì)人體的毒害[24]。

茶多酚可顯著抑制丙烯酰胺-魚精蛋白加合物的形成；二烯丙基三硫化物通過抑制細(xì)胞色素氧化酶P450 2E1的活性，阻止丙烯酰胺代謝為毒性作用更大的環(huán)氧丙酰胺[25]；白藜蘆醇可顯著抑制丙烯酰胺-血紅蛋白加合物的形成；且這3種成分都對(duì)丙烯酰胺-DNA加合物的形成有顯著的抑制作用。對(duì)于丙烯酰胺造成的小鼠肌肉和肝臟中肌酸激酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的活性的降低，茶多酚和二烯丙基三硫化物均能使其恢復(fù)高于正常水平，顯著抑制了丙烯酰胺的神經(jīng)毒性作用。Zhang X M等人[26]從橄欖油中提取出的一種抗氧化性很強(qiáng)的物質(zhì)——羥基酪醇，它對(duì)丙烯酰胺誘導(dǎo)的人肝癌細(xì)胞株Hep G2的遺傳毒性具有顯著的保護(hù)作用，保護(hù)作用呈劑量依賴。

劉仁平等人[27]研究表明，2.5～40 mmol/L的VE能夠顯著抑制丙烯酰胺對(duì)V79細(xì)胞的毒性作用，不同濃度的VE對(duì)V79細(xì)胞的相對(duì)存活率無顯著影響；1 μmol/L的硒也可顯著提高V79細(xì)胞的相對(duì)存活率，抑制丙烯酰胺對(duì)細(xì)胞的毒性，大于1 μmol/L的硒則對(duì)細(xì)胞無保護(hù)作用，而且VE和硒共同作用還具有協(xié)同效應(yīng)。VC能夠抑制丙烯酰胺急性中毒小鼠腦中促凋亡基因bax的表達(dá)，并抑制腦脂質(zhì)過氧化，從而抑制丙烯酰胺對(duì)腦的損傷[28]。

Mannaa F等人[29]研究發(fā)現(xiàn)，紅參提取物中的成分人參皂苷對(duì)丙烯酰胺所致大鼠的神經(jīng)毒性有保護(hù)作用。灌胃劑量為20 mg/kg·bw的人參皂苷能顯著降低丙烯酰胺誘導(dǎo)的大鼠腦勻漿中過氧化脂質(zhì)的含量及乳酸脫氫酶的活性，提高超氧化物歧化酶的活性，使其恢復(fù)到正常水平；并顯著降低丙烯酰胺導(dǎo)致的大鼠血清中肌酸激酶的水平。推測(cè)其機(jī)理可能與增強(qiáng)自由基的清除能力有關(guān)。黃玉艾和盧靜等人[30-31]用體外培養(yǎng)的小鼠肝細(xì)胞評(píng)價(jià)了熊果酸和生姜水提物、醇提物對(duì)丙烯酰胺所致細(xì)胞毒性的抑制作用。MTT法的研究結(jié)果表明，0.09 μmol/L的熊果酸和生姜水提物均能顯著抑制丙烯酰胺對(duì)細(xì)胞的毒性作用。

氧化酶改進(jìn)劑（如苯巴比妥、二硫蘇糖醇、Co-Cl2、二苯基丙基乙酸-β-二乙基氨基乙酯） 可延緩或阻止丙烯酰胺造成的神經(jīng)病變；甲基兒茶酚可通過刺激神經(jīng)生長(zhǎng)來促進(jìn)丙烯酰胺誘導(dǎo)的神經(jīng)病變的恢復(fù)；外源性丙酮酸鈉和N-乙酰-L-半胱氨酸分別對(duì)丙烯酰胺誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性和細(xì)胞毒性有抑制作用等。

4 展望

綜述了各種食品添加劑對(duì)抑制食品中丙烯酰胺的形成和抑制機(jī)理及如何降低食品中的丙烯酰胺對(duì)人體產(chǎn)生的毒害作用，盡管國(guó)內(nèi)外的研究已取得很大的進(jìn)展，但仍存在一定的問題有待于解決：①抗氧化劑對(duì)抑制食品中丙烯酰胺產(chǎn)生的途徑；②抗氧化劑應(yīng)用于食品中，其安全性評(píng)價(jià)還有待于深入研究。

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Research Progress on Acrylamide Formation and Toxicity by Food Additives

HAO Ruifang，YU Rong，ZHANG Xianping，HOU Yanxia，ZHANG Xingliang
（Department of Horticulture，Shanxi Forestry Vocational Institute，Taiyuan，Shanxi 030009，China）

Acrylamide is known to be a neurotoxic and a potentially carcinogenic compound，which could be formed through Maillard reactions between the amino group of asparagine and the carbonyl group of reducing sugars in food.In the paper，the methods of reducing the acrylamide contents in food were reviewed.The article also described how to inhibit toxicity of acrylamide produced in the body.

food additives；acrylamide；inhibit；toxicity

TS201.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.014

1671-9646（2017） 12a-0052-04

2017-09-28

山西省科技廳青年基金資助項(xiàng)目（2015021154）；2017年山西省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（201708）；山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研教改基金資助項(xiàng)目（20170207）。

郝瑞芳（1978— ），女，博士，副教授，研究方向?yàn)槭称钒踩c質(zhì)量控制。