食品中丙烯酰胺抑制策略的研究進(jìn)展

汪騰飛，孫大文，蒲洪彬，韋慶益*

（華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，現(xiàn)代食品工程研究中心，廣東省冷鏈?zhǔn)称分悄芨兄c過(guò)程控制工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510006）

隨著人們生活方式的改變，食品營(yíng)養(yǎng)和安全問(wèn)題受到廣泛的關(guān)注。在獲得誘人風(fēng)味和香氣的同時(shí)，食品原材料在熱加工過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致一些有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。其中，丙烯酰胺（acrylamide，AM）是熱加工食品中最為常見(jiàn)的危害物之一。早在1994年，AM就被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列入“可能的人類(lèi)致癌物（2A組）”[1]。后續(xù)的研究證明，AM嚴(yán)重危害人體的遺傳物質(zhì)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫功能等方面，并且還具有潛在的致癌性，因此科研人員對(duì)食品中AM的形成、毒性、抑制以及檢測(cè)方面都進(jìn)行了廣泛的探索。研究表明，在超過(guò)120 ℃的條件下加熱土豆等富含還原糖和天冬酰胺（asparagine，Asn）的食品時(shí)會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，而AM就是該反應(yīng)的重要產(chǎn)物之一[2]。鑒于AM對(duì)人體的潛在危害，在保證熱加工食品品質(zhì)的同時(shí)，選擇合適的抑制策略來(lái)緩解食品中AM的形成也是十分必要的。因此，本文將從食品原材料選擇、預(yù)處理到熱加工得到最終產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程出發(fā)，結(jié)合具體的反應(yīng)過(guò)程，從機(jī)理的角度對(duì)食品中AM形成和抑制策略進(jìn)行系統(tǒng)的歸納。

1 AM在食品中的含量及毒性

1.1 AM在食品中的含量

AM主要通過(guò)飲用水、食品以及皮膚接觸進(jìn)入人體，其中最重要的途徑是通過(guò)食品攝入。目前已有學(xué)者對(duì)不同熱加工食品中的AM含量進(jìn)行了檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。其中，薯片中所檢測(cè)到的AM含量最高，然后依次分別為面包、咖啡和餅干。考慮到AM在人體中大量累積必然會(huì)對(duì)生命健康造成有害影響，因此對(duì)AM的毒性及其毒性機(jī)理的研究顯得尤為重要。

表1 AM在不同食品中的含量Table 1 Contents of AM in different food matrixes

1.2 AM的毒性作用機(jī)理

AM的毒性主要體現(xiàn)在對(duì)人體免疫功能、遺傳物質(zhì)、神經(jīng)系統(tǒng)等方面的損傷以及潛在致癌性，并且上述毒性都已通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或者體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。雖然學(xué)界對(duì)于AM的毒性作用機(jī)理尚無(wú)統(tǒng)一定論，但仍有眾多的研究結(jié)果可供參考。就AM的神經(jīng)毒性而言，離子作用、與蛋白結(jié)合、能量代謝、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡與自噬被認(rèn)為是AM誘發(fā)神經(jīng)毒性的主要途徑。潘校琦等[9]發(fā)現(xiàn)，AM可以使PC12細(xì)胞中活性氧化物和脂質(zhì)過(guò)氧化物的水平提升，同時(shí)使抗氧化物的水平降低，最終由于生物大分子發(fā)生過(guò)氧化進(jìn)而損害細(xì)胞正常功能。而AM的致癌性則被認(rèn)為與多種癌癥相關(guān)蛋白數(shù)量的減少有關(guān)。許義[10]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)AM處理的HepG2細(xì)胞中多種基因表達(dá)的蛋白數(shù)量減少，這些蛋白涉及的代謝通路與病毒致癌、轉(zhuǎn)錄失誤調(diào)控、肝癌化等息息相關(guān)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠從轉(zhuǎn)錄組學(xué)的角度證明AM的致癌性。此外，AM經(jīng)人體內(nèi)代謝時(shí)，如果濃度過(guò)高，會(huì)在細(xì)胞色素的作用下生成活性環(huán)氧丙酰胺，二者都可以與遺傳物質(zhì)中的鳥(niǎo)嘌呤結(jié)合，從而損傷人體遺傳物質(zhì)[11]。當(dāng)人體中的AM積累到一定水平，同樣會(huì)對(duì)人體的免疫系統(tǒng)造成損傷。劉東敏等[12]報(bào)道了AM能夠通過(guò)氧化應(yīng)激途徑對(duì)小鼠體內(nèi)的免疫細(xì)胞造成損傷；此外，還發(fā)現(xiàn)AM能夠抑制巨噬細(xì)胞正常增殖并降低淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率，表明AM對(duì)非特異性免疫和細(xì)胞免疫都有抑制作用?？紤]到AM廣泛存在于多種食品中，因此有必要采取相應(yīng)的措施降低食品中AM的毒性或者含量。

2 食品中AM的形成途徑

由表1可知，對(duì)同一原料采用不同的加工方式也會(huì)導(dǎo)致食品中的AM含量差異較大。因此，了解AM的形成機(jī)理對(duì)于減少食品中AM的產(chǎn)生具有重要的意義。食品中的AM有多種生成途徑，其中主要的途徑有3 個(gè)（圖1）。

一般認(rèn)為，Asn-還原糖途徑（即美拉德反應(yīng)）是最關(guān)鍵的一條AM形成途徑[14-16]。具體反應(yīng)過(guò)程如圖1所示，以Asn和還原糖作為反應(yīng)物，經(jīng)過(guò)脫水和N-糖基化共軛產(chǎn)生席夫堿。一方面不穩(wěn)定的席夫堿經(jīng)過(guò)分子重排形成糖胺化合物，在脫羧之后發(fā)生β-消除反應(yīng)從而生成AM[17]；另一方面，席夫堿也可通過(guò)甜菜堿途徑或者惡唑烷-5-酮途徑脫羧形成甲亞胺鎓內(nèi)鹽，并發(fā)生水解反應(yīng)生成3-氨基丙酰胺（3-aminopropionamide，3-APA），然后繼續(xù)脫氨之后形成AM[18-19]。此外，除了含有α-羥基羰基的還原糖外，其他含有α-二羰基或α、β、γ、δ-二不飽和羰基的還原糖也可以經(jīng)由這一途徑與Asn反應(yīng)生成AM[13]。

圖1 AM的形成途徑[13]Fig.1 Formation pathways of AM[13]

第二種途徑是丙烯醛途徑。首先，油脂被降解成甘油后脫水形成丙烯醛和丙烯酸，隨后其與Asn降解釋放出的氨氣反應(yīng)可直接生成AM。此外，當(dāng)加熱的溫度較高時(shí)，該途徑中產(chǎn)生的丙烯醛可能會(huì)直接與Asn反應(yīng)，為美拉德反應(yīng)提供羰基從而加速AM的產(chǎn)生[20]。

第三種途徑是Asn分解途徑。雖然該途徑形成的AM較少，但分解過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)性羰基可以加速美拉德反應(yīng)的發(fā)生[21]。在此途徑中，Asn經(jīng)由熱脫羧和脫氨兩步反應(yīng)直接分解成AM，但是在單獨(dú)加熱Asn時(shí)，該途徑的主要產(chǎn)物可能由AM轉(zhuǎn)變?yōu)轳R來(lái)酰亞胺[22]。

除了上述3 種關(guān)鍵途徑外，AM的形成還與其他途徑有關(guān)：1）在酶催化下Asn發(fā)生脫羧基和脫氨基反應(yīng)合成AM[23-24]；2）D-葡萄糖經(jīng)過(guò)一系列烯醇化和異構(gòu)化反應(yīng)生成L-脫氧-2,4-二酮，然后進(jìn)一步分解為甲醛和乙醛并最終生成丙烯醛[25]；3）通過(guò)水解肽產(chǎn)生的丙氨酸可與Strecker降解反應(yīng)釋放的氨作用生成AM[18]。

在復(fù)雜的食品基質(zhì)中，AM的形成方式多種多樣，因此下面將進(jìn)一步總結(jié)食品中影響AM形成的主要因素。

3 影響AM形成的因素

熱加工食品中AM主要是通過(guò)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的。因此，前體物水平、加工溫度、時(shí)間以及美拉德反應(yīng)產(chǎn)物等均可影響食品中AM的含量。

一般認(rèn)為，Asn和還原糖是AM合成的重要前體物質(zhì)[26]。Rommens等[27]研究表明經(jīng)過(guò)基因改性的馬鈴薯在4 ℃下貯藏3 個(gè)月后，其葡萄糖含量與對(duì)照組相比降低了80%，并且熱處理后的AM含量較對(duì)照組也減少了80%左右。此外，加熱時(shí)間和溫度同樣影響AM的形成。Morales等[28]證實(shí)了加熱過(guò)程中溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)促進(jìn)AM的形成。然而，上述規(guī)律并不適用于所有食品，?enyuva 等[29]發(fā)現(xiàn)當(dāng)烘焙時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，咖啡豆中的部分物質(zhì)在加熱過(guò)程中與AM發(fā)生了反應(yīng)從而使得其含量下降。除了AM之外，在美拉德反應(yīng)過(guò)程中形成的其他產(chǎn)物如呋喃、5-羥甲基-2-呋喃（5-hydroxymethyl-2-furan，HMF）、糠醛等也會(huì)影響AM的合成。例如，HMF在加熱條件下與Asn反應(yīng)生成3-氨基丙酰胺，該物質(zhì)可以加速AM的形成[30]。Lachenmeier等[31]發(fā)現(xiàn)烘焙后咖啡種子中的AM含量與呋喃、糠醇、羥甲基糠醛等其他美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量呈正相關(guān)。雖然美拉德反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生AM等有害副產(chǎn)物，但其在提升加工食品色澤、香氣等方面具有重要意義[32]。因此需要對(duì)美拉德反應(yīng)進(jìn)行有效控制，以期獲得AM濃度更低、品質(zhì)更好的食品。

4 食品中AM的抑制策略

食品從原材料到最終產(chǎn)品的每個(gè)階段都可以采取不同的策略降低AM的最終水平。如圖2所示，緩解薯片生產(chǎn)過(guò)程中的AM水平大致上可分為3 個(gè)階段：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段（第一階段），通過(guò)選擇植物品種、改良種植方法和改善貯藏環(huán)境來(lái)減少AM前體物質(zhì)含量；預(yù)處理階段（第二階段），通過(guò)漂燙或者添加不同類(lèi)型物質(zhì)的溶液進(jìn)行浸泡等處理手段來(lái)減少AM形成；熱處理階段（第三階段），通過(guò)將真空油炸、射頻加熱等新技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相結(jié)合的方式達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)品質(zhì)量。下面將分別闡述各階段中可利用的AM抑制策略。

圖2 熱加工食品中各個(gè)階段可采用的AM抑制策略Fig.2 Strategies available to inhibit AM formation at different production stages of thermally processed foods

4.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段，通過(guò)將還原糖或Asn控制在一定的水平就能獲得低AM形成潛力的原料。Novy等[33]發(fā)現(xiàn)了一種名為‘Payette Russet’的低還原糖和Asn含量的馬鈴薯品種，經(jīng)過(guò)熱加工后該品種的AM含量較一般馬鈴薯降低了81%。除此之外，還可通過(guò)基因改造或常規(guī)育種等方式培育低還原糖和Asn含量的品種[20]。此外，土壤條件和貯藏環(huán)境也會(huì)影響還原糖和Asn水平，進(jìn)而影響AM的合成[20]。de Wilde等[34]的研究表明，減少氮肥的施用會(huì)增加馬鈴薯塊莖的糖濃度，而對(duì)Asn的影響卻完全相反。原因在于施用氮肥的量減少會(huì)促進(jìn)馬鈴薯還原糖的合成，從而導(dǎo)致Asn合成可利用的碳源不足并最終造成Asn含量減少[28]。Gerendas等[35]發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在高氮低鉀土壤中的馬鈴薯AM及其前體的含量最高。此外，馬鈴薯生長(zhǎng)的最適溫度是15～20 ℃，當(dāng)溫度低于8 ℃或高于25 ℃時(shí)，可能會(huì)造成馬鈴薯中淀粉被分解從而引發(fā)還原糖的積累[36]。因此，一般選擇還原糖含量較低的馬鈴薯品種貯藏在8 ℃左右的環(huán)境中[37]。

4.2 預(yù)處理階段

除了選擇AM形成潛力低的原料外，一些簡(jiǎn)單的預(yù)處理方法也可以抑制加工食品中AM的合成。其中，漂燙處理和利用含有外源添加劑的溶液浸泡處理是食品生產(chǎn)中最主要的選擇。

4.2.1 漂燙處理

目前，有多種漂燙技術(shù)可供選擇，如超聲波、蒸汽和沸水漂燙處理等。Antunes-Rohling等[38]證實(shí)了與直接油炸相比，經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度超聲波漂燙處理的油炸土豆中AM含量降低90%，與僅浸泡在水中的對(duì)照樣品（42 ℃、30 min）相比，AM含量降低50%。原因在于漂燙不僅可以通過(guò)較高的溫度使褐變反應(yīng)所涉及的一系列酶失活，還可以使表面淀粉發(fā)生糊化，從而抑制熱加工過(guò)程中馬鈴薯對(duì)油的吸收[39]。此外，漂燙會(huì)稀釋原料表面AM前體的濃度，從而減少AM的形成[40]。

4.2.2 溶液浸泡處理

在熱加工（烘烤或油炸）之前，通常會(huì)將食品材料浸泡在含有不同添加劑的溶液中以緩解AM的生成。一般常用的添加劑可分為三大類(lèi)，即植物源添加劑、微生物源添加劑和金屬離子添加劑。

4.2.2.1 植物源添加劑

植物源添加劑中以天然抗氧化劑及其衍生物在降低AM生成方面應(yīng)用最為廣泛。由于結(jié)構(gòu)的多樣性及其參與美拉德反應(yīng)的復(fù)雜性使得天然抗氧化劑及其衍生物對(duì)AM形成可能產(chǎn)生截然不同的影響。植物多酚對(duì)AM的影響可分為兩種——促進(jìn)型和抑制型（圖3），其涉及美拉德反應(yīng)的不同階段。Hamzalio?lu等[41]研究發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)時(shí)間加熱過(guò)程中，姜黃素所含的羰基可以與Asn直接反應(yīng)形成AM，如圖3中第一類(lèi)反應(yīng)過(guò)程所示。除了姜黃素之外，其他包含活性羰基結(jié)構(gòu)如α、β、γ、δ-二不飽和羰基的天然抗氧化劑也可以與Asn的氨基反應(yīng)，從而促進(jìn)AM的形成[41]。此外，某些植物多酚還可以促進(jìn)美拉德反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)化成AM。Cai Yun等[42]通過(guò)測(cè)定不同溫度下的美拉德反應(yīng)速率發(fā)現(xiàn)綠原酸可以降低3-APA向AM轉(zhuǎn)化的活化能，從而加速AM的合成，具體如圖3中第二類(lèi)反應(yīng)過(guò)程所示。然而，某些植物多酚也發(fā)揮著抑制AM形成的作用，如黃酮類(lèi)抗氧化劑可以有效地捕獲美拉德反應(yīng)中間體中的活性羰基和二羰基，具體如圖3中第三類(lèi)反應(yīng)過(guò)程所示。Cheng等[43]的研究表明柑橘中的黃酮類(lèi)化合物柚皮苷能夠與AM前體反應(yīng)生成8-C-(E-丙酰胺)柚皮苷和6-C-(E-丙酰胺)柚皮苷，造成AM含量較對(duì)照組減少20%～50%。就富含脂肪的食品而言，長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)使食品中的脂質(zhì)發(fā)生氧化而產(chǎn)生大量的丙烯醛，該物質(zhì)可通過(guò)一系列反應(yīng)形成AM。一些植物多酚還可以作為斷鏈抗氧化劑，通過(guò)與脂質(zhì)自由基發(fā)生反應(yīng)從而抑制脂質(zhì)氧化[44]，具體如圖3中第四類(lèi)反應(yīng)過(guò)程所示。Toro-Uribe等[45]發(fā)現(xiàn)原花青素和可可多酚均可在pH 3.0或pH 5.0時(shí)降低過(guò)氧化氫、己醛等脂質(zhì)氧化產(chǎn)物的含量，并且隨著抗氧化劑聚合度的增加，其抑制效果更加明顯。

圖3 不同植物多酚對(duì)AM生成的影響[21]Fig.3 Effects of different plant polyphenols on AM formation[21]

除植物多酚外，部分維生素也有利于抑制美拉德反應(yīng)產(chǎn)生AM。例如，抗壞血酸可以通過(guò)與其他添加劑（如過(guò)硫酸鉀）的協(xié)同作用來(lái)減少AM的生成[46]。Kamkar等[47]通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)發(fā)現(xiàn)添加煙酸和吡哆胺后，薯片中的AM含量分別降低了58%和50%。在此基礎(chǔ)上，Zeng Xiaohui等[48]發(fā)現(xiàn)煙酸可以直接捕獲AM而使其含量下降（圖4A）。

圖4 部分添加劑對(duì)于AM形成的影響[48-50]Fig.4 Effects of some additives on AM formation[48-50]

4.2.2.2 微生物源添加劑

為了減少AM前體的形成，適當(dāng)?shù)卦谑称放浞街刑砑犹於０访?、葡萄糖淀粉酶等酶?lèi)也是一種有效手段。其中，天冬酰胺酶抑制AM形成的機(jī)制主要有兩種：一種是通過(guò)水解反應(yīng)將Asn轉(zhuǎn)化為氨和天冬氨酸；另一種是通過(guò)乙?；磻?yīng)將Asn轉(zhuǎn)化為N-乙酰-L-Asn[51]。在工業(yè)應(yīng)用中，為了獲得最佳的抑制效果，天冬酰胺酶通常與熱燙工藝相結(jié)合。Zuo Shaohua等[52]報(bào)道了在80 ℃條件下經(jīng)過(guò)耐熱的L-天冬酰胺酶溶液熱燙處理后，薯?xiàng)l中的AM含量減少了80.5%。除了天冬酰胺酶外，添加葡萄糖淀粉酶、利用乳酸菌和酵母菌進(jìn)行發(fā)酵也被認(rèn)為是降低AM含量的有效手段?？偟貋?lái)說(shuō)，葡萄糖淀粉酶更適用于谷類(lèi)產(chǎn)品，通過(guò)減少發(fā)酵過(guò)程中還原糖的含量來(lái)抑制AM的形成[53]。乳酸菌和酵母菌協(xié)同發(fā)酵的手段則適用于面包食品，研究表明以該種方式發(fā)酵的面包中AM含量（6.9～20 μg/kg）相較于僅用酵母發(fā)酵的面包（47.6 μg/kg）有明顯的降低[54]。

4.2.2.3 金屬離子添加劑

金屬陽(yáng)離子不僅可以增加食品中的無(wú)機(jī)鹽含量，還能抑制AM的合成。其中，NaCl可以促進(jìn)AM發(fā)生聚合反應(yīng)從而加速其消除，而鉀、鈣、鋅、鋁、鐵等陽(yáng)離子則通過(guò)與Asn發(fā)生螯合反應(yīng)從而抑制AM的合成，并且在這一過(guò)程中還會(huì)對(duì)其他美拉德反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生影響[37]。以Asn-葡萄糖模型為例，Wen Chao等[55]發(fā)現(xiàn)鉀、鈣、鋅、鋁、鐵等陽(yáng)離子添加劑在最適濃度下對(duì)AM的抑制率分別為47%、71%、55%、57%、61%，并且在165 ℃下加熱35 min后發(fā)現(xiàn)另一種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物——羥甲基糠醛的含量增加。因此使用金屬離子添加劑還需要根據(jù)不同的情況對(duì)具體濃度加以研究。

4.2.2.4 其他添加劑

酸性環(huán)境對(duì)熱加工食品中AM的濃度也有一定的影響，因此可以通過(guò)添加不同的物質(zhì)調(diào)節(jié)溶液的pH值，如磷酸和檸檬酸緩沖溶液。Jung等[56]通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定了煎炸馬鈴薯中的AM含量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%檸檬酸溶液浸泡對(duì)馬鈴薯中AM形成的抑制率可達(dá)79.7%。一般認(rèn)為AM形成的最適pH值為8左右，當(dāng)環(huán)境pH值較低時(shí)，質(zhì)子化反應(yīng)使得自由基團(tuán)的活性降低，從而緩解了AM合成反應(yīng)的發(fā)生，例如Asn中的—NH2被轉(zhuǎn)化成不參與反應(yīng)的—NH3+[57]。同時(shí)，將食品材料浸泡在不含Asn的氨基酸溶液（丙氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、賴(lài)氨酸和半胱氨酸）中也可以達(dá)到同樣的目的，機(jī)制在于：一是在合成其他物質(zhì)的過(guò)程中與Asn競(jìng)爭(zhēng)消耗外源氨基酸；二是氨基酸的親核基團(tuán)會(huì)與AM的碳碳雙鍵發(fā)生反應(yīng)[58-60]。例如，當(dāng)加熱至160 ℃時(shí)，甘氨酸可以與AM形成加合物從而降低其含量[49]（圖4B）。

水溶交涂層和亞硫酸鹽的使用同樣影響AM的合成。作為一種改善含水食品功能特性的食用涂料，一些水交體既可以通過(guò)包裹食品從而顯著減弱油炸食品的吸油能力，還可以促進(jìn)水交體與AM前體的相互作用來(lái)抑制AM的形成[61]。以殼聚糖水交體為例，它可以與還原糖發(fā)生反應(yīng)從而陰止AM的積累[50]（圖4C）。此外，Alasmar等[62]證明不同的水交體包覆液對(duì)薯?xiàng)l中AM的抑制率分別為果交48%、殼聚糖38%、草豆粉31%。雖然亞硫酸鹽也具有抑制AM形成的作用，但由于其與過(guò)敏、硫胺素吸收不足和碳水化合物代謝損傷等疾病密切相關(guān)，因此作為食品添加劑的使用仍然受到嚴(yán)格的管制[46]。

4.3 熱處理階段

除了必要的預(yù)處理之外，加工食品還必須經(jīng)過(guò)一定程度的熱處理，而AM的累積主要發(fā)生在此過(guò)程中。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種新型熱處理技術(shù)，例如真空加熱、射頻加熱和輻照消解技術(shù)，其與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合同樣可以降低AM的水平。

真空加熱是在低于常壓的封閉系統(tǒng)中對(duì)食品進(jìn)行加熱的一種技術(shù)，在顯著降低加熱溫度的同時(shí)也能在一定程度上延緩AM的產(chǎn)生[63]。Mariotti-Celis等[63]研究發(fā)現(xiàn)，與常壓油炸相比，真空油炸薯片中呋喃、AM的含量分別下降了81%、58%。在餅干生產(chǎn)中，利用先真空加熱后傳統(tǒng)烘焙的方法得到的餅干中沒(méi)有觀察到AM的形成[20]。此外，射頻加熱一般被視作是一種后干燥的技術(shù)，它通過(guò)將電磁能直接傳遞給食品而產(chǎn)生熱量[64]。這種后處理過(guò)程可以在降低水分的同時(shí)，避免由于余熱引起的AM含量急劇增加，一般適用于大規(guī)模處理餅干和薯片等形狀較薄的食品[65]。Palazo?lu等[66]研究發(fā)現(xiàn)，射頻加熱干燥后，曲奇中的AM含量較對(duì)照組降低了30%。由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的烘焙條件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并與新型加工工藝相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)食品中AM的含量大幅降低。同樣，AM在輻照的作用下會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，生成無(wú)毒的AM聚合物，從而降低食品中AM的含量。王倩倩[67]發(fā)現(xiàn)在3 kGy輻照消解的條件下，油炸薯?xiàng)l樣品中AM消解率達(dá)到53.13%，并且證明了芝麻酚、蘋(píng)果酸、碳酸鈉等多種添加劑可以有效提升AM消解效果，其中芝麻酚溶液對(duì)AM抑制率可達(dá)60.49%。輻照消解處理方式的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)食品的風(fēng)味基本沒(méi)有影響且成本較低，但考慮到目前相當(dāng)一部分消費(fèi)者對(duì)于“輻射”一詞尚抱有抗拒心理，因此選擇該技術(shù)還面臨市場(chǎng)接受度的問(wèn)題。

5 抑制策略的比較

降低AM形成的策略多種多樣，但并不是所有的選擇都能滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的期望。目前所報(bào)道的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，表2列出了抑制AM形成的多種策略，其各有不同的特點(diǎn)。

將AM前體物質(zhì)含量較低的品種在初期作為優(yōu)先選擇的品種，并貯存于適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中可獲得理想的原料。雖然前期的品種改良可以使炸薯?xiàng)l中的AM抑制率達(dá)到81%[33]，但在農(nóng)業(yè)種植階段仍然存在由于季節(jié)和氣候變化造成的原料差異[37]。在預(yù)處理過(guò)程中，用含有關(guān)鍵添加劑的溶液熱燙或者浸泡是抑制AM形成的另一種有效方法，但同時(shí)也要盡量避免食品原材料如土豆出現(xiàn)完整性、苦味等感官品質(zhì)缺陷[73]。對(duì)于植物源添加劑，一些天然提取物和維生素可能有利于食品顏色和亮度的提升，但同時(shí)也會(huì)影響氣味、質(zhì)地等感官指標(biāo)[68-69]。相反，微生物源的天冬酰胺酶不會(huì)影響食品的感官品質(zhì)，且容易處理，但存在產(chǎn)量低和成本高的缺點(diǎn)，并且這一方法對(duì)于天冬酰胺酶的用量有嚴(yán)格的要求，用量過(guò)多可能會(huì)導(dǎo)致Asn在水解過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)量的氨并形成異味，從而影響食品品質(zhì)[74]。乳酸菌也被廣泛用于減少面包中AM的合成，但乳酸菌在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵過(guò)程中可能會(huì)生成3-氯丙二醇副產(chǎn)物[75]。金屬離子作為一種營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑能夠在很大程度上抑制AM的形成，尤其是NaCl和CaCl2，但過(guò)度的添加也可能導(dǎo)致其他有害物質(zhì)的形成，如羥甲基糠醛和糠醛[76]。此外，Ca2+濃度過(guò)高時(shí)還會(huì)產(chǎn)生異味，過(guò)量添加氨基酸也會(huì)造成同樣的結(jié)果。例如，由于含硫基團(tuán)的存在，半胱氨酸和還原型谷胱甘肽會(huì)產(chǎn)生帶有異味的物質(zhì)[77]。另外，通過(guò)降低pH值來(lái)減少AM在食品中的含量也是一種可行的方法。但是，當(dāng)檸檬酸等有機(jī)酸的濃度超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)造成食品發(fā)酸、質(zhì)地較硬的品質(zhì)問(wèn)題[62]。在熱處理階段，通過(guò)結(jié)合真空油炸、射頻干燥和輻照消解等新技術(shù)可以抑制食品中50%以上的AM產(chǎn)生（表2）。真空油炸對(duì)最終產(chǎn)品感官?zèng)]有顯著的影響，而射頻干燥則會(huì)導(dǎo)致輕微的褐變[54]。

表2 不同可減少AM形成的抑制策略Table 2 Different inhibition strategies on reducing AM formation

如何平衡AM抑制策略及其副作用之間的關(guān)系是加工食品中亟待解決的問(wèn)題。因此，為了在降低AM生成量的同時(shí)避免可能產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物和感官品質(zhì)缺陷，需要對(duì)抑制策略進(jìn)一步優(yōu)化，并研究不同抑制策略的聯(lián)合使用。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文主要綜述了在食品加工的3 個(gè)階段中可用于減少AM生成的多種策略，具體可以概括為：1）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段選擇AM生成潛力較低的原料，并對(duì)種植條件進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)；2）在預(yù)處理階段對(duì)原料進(jìn)行燙漂或使用外源添加劑進(jìn)行處理；3）在熱處理階段，通過(guò)結(jié)合新的加工工藝減少AM的合成。此外，對(duì)AM抑制策略中可能涉及的具體反應(yīng)過(guò)程也進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納，但從目前的研究成果來(lái)看，由于食品基質(zhì)復(fù)雜，食品中AM合成可能涉及多種途徑，同時(shí)添加劑的抑制機(jī)理還未完全闡明；因此在許多文獻(xiàn)中也只是簡(jiǎn)單加入相應(yīng)的添加劑來(lái)研究其抑制AM合成的結(jié)果，而很少提及可能涉及的具體反應(yīng)過(guò)程。此外，在高溫加熱至一定程度后，食品中可能會(huì)合成一些未知的化合物，特別是在加入添加劑后。因此，大多數(shù)抑制策略仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚不能適應(yīng)于工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用。將來(lái)，隨著新技術(shù)（比如表面增強(qiáng)拉曼光譜以及針尖增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)）的出現(xiàn)，可以使用簡(jiǎn)單的Asn-還原糖模型來(lái)模擬美拉德反應(yīng)，并且可以在控制溫度、濕度、pH值等基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索合成反應(yīng)和抑制策略的機(jī)理。當(dāng)采用上述方法抑制AM形成時(shí)，利用超快拉曼光譜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，時(shí)間分辨拉曼光譜可以用來(lái)識(shí)別反應(yīng)過(guò)程中的各種中間產(chǎn)物（電子激發(fā)態(tài)），特別是在加入外源抑制劑前后。此外，電化學(xué)針尖增強(qiáng)拉曼光譜可以從分子尺度上研究AM抑制過(guò)程的具體反應(yīng)機(jī)制。隨著對(duì)食品中AM合成及抑制機(jī)理的進(jìn)一步探索，將獲得更有效的抑制方法，且不造成有毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生和感官品質(zhì)缺陷。