食品中丙烯酰胺的产生及控制途径

食品中丙烯酰胺的产生及控制途径

化学院09化本3班

关键词：食品丙烯酰胺产生控制途径

摘要：丙烯酰胺是一种有神经毒性和潜在致癌性的物质,2002年首次发现在高温油炸后的富含碳水化合物食品中存在,引起了世界各国研究者的广泛关注。了解丙烯酰胺在油炸食品中的产生机理和影响因素及其控制途径。

正文：

丙烯酰胺英文名为acrylamide,别名propenamide, ethylene carboxamide, acrylic amide和vinyamide; CAS登记号79-06-1,为有毒的无色、无臭透明片状晶体;可溶于水、醇、丙酮、醚和三氯甲烷,微溶于甲苯,不溶于苯和庚烷。其它的物理性质如下:相对分子质量71108分子式C3H5NO示性式CH2 CHCONH 2熔点8415?013e沸点125e(3133 kPa)密度11122gPcm3(30e)溶解度(30e) 2 155gPL水; 1 550gPL甲醇;862gPL乙醇; 631gPL丙酮126gPL乙酸乙酯; 2616gPL氯仿蒸气压01009kPa(25e)。

图1 丙烯酰胺的结构式

丙烯酰胺是相当活泼的化合物,分子中含有胺基和双键两个活性中心,其中的胺基具有脂肪胺的反应特点,可以发生羟基化反应、水解反应和霍夫曼反应;双键则可以发生迈克尔型加成反应。丙烯酰胺固体在室温下可以稳定存在,但熔融时或暴露在紫外光下以及与氧化剂接触时可以进行游离型聚合反应,产生高分子聚合物聚丙烯酰胺。它还可以与丙烯酸、丙烯酸盐等化合物发生共聚反应。当丙烯酰胺加热分解时,会释放出辛辣刺激的烟雾和氮氧化物( NOx),以P2O5进行脱水反应时会生成丙烯。

一、食品中丙烯酰胺的产生机理

迄今为止，国内外大量研究认为，由天门冬酰胺和还原性糖在高温加热过程中发生美拉德( Maillardreaction) 反应生成丙烯酰胺的途径———天冬酰胺途径，是较为公认的形成途径［1-3］。研究人员采用与水混合的马铃薯淀粉为基础，分别添加氨基酸、还原糖及其他组分，油炸后测定丙烯酰胺含量，结果表明，如果单独添加还原糖或天冬酰胺( 或其他氨基酸) ，则丙烯酰胺含量均很低，但如果同时添加还原糖和天冬酰胺，则丙烯酰胺含量高达9270μg/kg［4］。但是，有研究表明，上述天冬酰胺途径并不是形成丙烯酰胺的唯一途径，丙烯酰胺还可以通过丙烯醛( Acrolein) 或丙烯酸( Acrylic acid) 而形成［5］。V attem 等［6］研究认为食品中单糖在加热过程中，产生大量的小分子醛( 甲醛、乙醛等) ，在适当条件下重新合成丙烯醛，进而生成丙烯酰胺。吴克刚等［7］也认为在脂肪、蛋白质、碳水化合物的高温分解反应中，产生大量的小分子醛( 如

乙醛、甲醛等) ，它们在适当条件下重新合成丙烯醛。一些小分子的有机酸如苹果酸、乳酸、柠檬酸等经过脱水或去碳酸基的作用可形成丙烯酸，再与氨反应生成丙烯酰胺［8］，其中的氨主要来自含氮化合物的高温分解，在加热条件下，天冬酰胺酸、谷氨酸、半胱氨酸和天冬氨酸都是氨的来源。而丙烯醛和丙烯酸的来源则有多种渠道: 食物中的单糖在加热过程中通过非酶降解可产生丙烯酸; 油脂在高温加热过程中释放的甘油三酸酯和丙三醇，均可反应产生丙烯醛; 氨基酸或蛋白质与糖之间发生美拉德反应产生丙烯醛。由于食品中往往同时含有多种营养成分，如碳水化合物、蛋白质、脂肪及其他微量成分等，因此丙烯酰胺的形成机制也不会仅仅是某一种，有可能是多种途径并存。

二、控制食品中丙烯酰胺的方法

1、减少食品中丙烯酰胺的产生

减少或消除形成丙烯酰胺的前体物质:控制原料中游离氨基酸和还原糖含量。美拉德反应是食品中丙烯酰胺产生的重要途径,控制原料中游离氨基酸(尤其是天冬酰胺)和还原糖的含量对减少食品中丙烯酰胺含量显得尤为重要,且其对食物的色泽和风味的影响较小。天门冬酰胺和还原糖的含量因作物的种类、种植及储藏条件不同而不同:谷类食品中的决定因素是天冬酰胺,而马铃薯中还原糖对丙烯酰胺形成的影响更大,玉米中天冬酰胺含量少,控制玉米中天冬酰胺的含量比控制还原糖的效果更好。Kuilman等对食物中添加天冬酰胺酶安全性进行了探讨,实验动物病理和毒理学测试显示,冬酰胺酶是减少食物中丙烯酰胺的安全方式。对于面制品,加工前采用酵母发酵也是降低丙烯酰胺产生的有效途径之一,热水浸泡可显著降低土豆中的天冬酰胺和还原性糖含量,而且相比浸泡时间,浸泡温度对减少食品中还原糖含量、降低丙烯酰胺最终生成量的影响更大。

2、改变加工条件和加工方式

温度是影响丙烯酰胺产生的最主要因素之一。加工过程中,在一定温度范围内,随着加热温度的升高,产品中丙烯酰胺含量急剧上升,超过一定值则反而生成减少,适当降低油炸温度可减少食品中丙烯酰胺的产生。加热时间是影响丙烯酰胺产生的另一个主要因素,随着高温处理持续时间的延长,丙烯酰胺的生成增加,在保证食品做熟的前提下,适当减少加热时间可减少丙烯酰胺最终生成量。控制食品含水量。水在美拉德反应中既是反应物,又充当着反应物的溶剂及其迁移载体,过于干燥和过于潮湿均不利于反应的进行。含水量较低,则不利于反应物和产物的流动,也会缩短油炸至熟的时间,减少薯片中丙烯酰胺的含量。含水量较高,则会妨碍热量在食物中的传导和渗透,较高水分含量可明显降低丙烯酰胺最终生成量。因此,干燥和浸泡处理有助于降低食品中丙烯酰胺含量。调整合适pH 值。如果降低马铃薯的pH值,则可减少丙烯酰胺的含量,目前大都使用柠檬酸,也可采用富马酸、苹果酸、琥珀酸、乳酸等。

控制薯片厚度,在短时间的烹制中,食品中丙烯酰胺含量还与食物样本的形态有关。例如薯条中丙烯酰胺的含量就低于薯片。薄薯片能在较短的时间内迅速失水干燥,具有较大的受热面积,从而会生成更多的丙烯酰胺。选择合适添加剂,当添加碳酸氢铵时,丙烯酰胺生成量增加数十倍,用碳酸氢钠代替碳酸氢铵作膨松剂可减少70%。避免微波加热实验发现采用微波加热产生的丙烯酰胺明显增加,可能是微波有更强的热渗透作用,升高食物内部温度,而且在一定范围内,微波能量越高,丙烯酰胺生成越多。

3、减少或消除食品中已生成的丙烯酰胺

欧仕益等研究探讨了添加剂阿魏酸、H2O2、阿魏酸+H2O2、儿茶素、NaHCO3