丙烯酰胺形成机理

丙烯酰胺的形成机理:

一．丙烯酰胺形成的途径

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［16-18］。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［6］。

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［19］。Vattem 等［20］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［21］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［11］，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．食品中丙烯酰胺形成的影响因素

高温加工食品中丙烯酰胺生成受多种因素的影响,如加工温度和时间、还原糖和游离氨基酸种类及含量、游离氨基酸与还原糖的摩尔比、褐变程度、pH值、食品含水量等。

1温度对ACR生成的影响

加热温度会显著影响ACR的生成。研究发现等摩尔的天冬酰胺和葡萄糖加热至120℃以上才能产生ACR,随着温度升高ACR的产生量增加,反应温度在170℃左右ACR的生成量最大,而后下降,在185℃几乎检测不到ACR。这是由于ACR的分子在高温下本身并不稳定(沸点125℃),它在食品中的残留量取决于形成与分解的动态平衡。

2加热时间对ACR生成的影响

加热时间对ACR的生成量也有较大影响。ACR的含量随着加热时间而增加,但并不总是增加的,而且时间因素的影响不如温度因素的影响显著。所以低温长时间加热可能会降低ACR的生成量。

3pH值对ACR生成的影响

pH值对美拉德反应的影响显著,pH会影响糖和氨基酸的活性, ACR形成最佳pH约为7~8。中性条件最有利于ACR生成。

4水分含量对ACR生成的影响

ACR的形成往往与油炸、焙烤等加热方式有关,这些加热方式均可导致食品脱水或至少形成硬的外壳。在“湿”的样品中(如新鲜马铃薯或生面团)ACR含量非常少。

5加热介质对ACR生成的影响

加热介质(空气、油)直接与食物接触,因此对食品中ACR的形成也非常重要。油炸、焙烤有利于ACR的产生,微波加热食品中ACR 的含量较低,水煮食品中则检测不到ACR的存在。这是因为油炸、焙烤过程中温度一般都达到100℃以上,而水煮过程温度最高也仅为100℃。而且油炸、焙烤过程中食品失水较快,因此在比较干硬部分容易产生ACR。

6原材料中ACR含量

目前研究的主要原材料是谷物和马铃薯,这2种原材料的热加工产品中ACR的含量最高,有的甚至高达500μg/kg。这些原料含有大量的淀粉、蛋白质以及低分子量化合物如糖和游离氨基酸。实验研究表明,马铃薯样品中ACR形成的决定因素主要是还原糖(主要是葡萄糖和果糖)和游离氨基酸天冬酰胺酸。ACR的含量与原材料中糖(葡萄糖/果糖)含量成正比。

7糖类对产生ACR的影响

微酸性pH、高于100℃条件下加热,蔗糖、乳糖、麦芽糖等糖类容易水解。研究发现多种单糖(如葡萄糖、脱氧葡萄糖、核糖、甘油醛、乙二醛)可以与天冬酰胺反应产生ACR。糖的碳链越短,产生的ACR量就越大,符合美拉德反应的规律。

8蛋白质对ACR生成的影响

烤制、煎制肉鱼食品中的ACR的含量比马铃薯、谷物制品低。主要原因可能是牛肉等肉类中自由天冬酰胺酸的含量少,并且肉类还是高水分含量体系。肉类中还可能含有可以抑制ACR生成的反应或促进竞争反应的成分。

9食品贮存方式对ACR生成的影响

马铃薯块茎于8~10℃贮存时,淀粉可转化为糖,导致还原糖含量显著增加,这就是“低温糖化”(LTS)过程。淀粉释放的还原糖可以防止土豆霜冻。然而还原糖含量高可以促进ACR的生成。低温贮存后马铃薯重新贮存在较高温度下,还原糖的含量可重新降低。然而长时间低温贮存土豆中的还原糖含量是不可逆转的。

10天冬酰胺酶与酰胺酶对ACR生成的影响

天冬酰胺酶可以催化天冬酰胺水解成天冬氨酸和氨,这样可降低产品中ACR含量。Zyzak等人[23]通过这种方法对马铃薯样品进行前处理,微波加热后,样品中的天冬酰胺酸含量降低了88%,ACR含量减少99%。这是天冬酰胺生成ACR途径的一个有力证明。

11添加剂对ACR生成的影响

研究发现,将抗氧化剂BHT、芝麻酚、VE加入到牛肉中,加热后ACR的含量增加。然而,Be-calski等人[43]研究指出,将迷失香草本植物加入到油中,炸后的马铃薯条中ACR的含量降低。=

12铵盐对ACR生成的影响

在饼干焙烤中,加入碳酸铵会增加ACR含量。其原因可能是碳酸

铵的引入为系统提供了氮源。=

摘自文献：

［6］陈芳，袁媛，刘野，等．食品中丙烯酰胺研究进展［J］．［11］武丽荣，蒋新正，鲍元奇．油炸食品中丙烯酰胺的形成及减少措施［J］．中国油脂，2005，30( 7) : 18-21．中国粮油学

报，2006，21( 2) : 124-128．

［16］MOTTRAM D S，W EDZICHA B L，DODSON A T．Acrylamide is formed in the maillard reaction ［J］．Nature，2002，419:

448-449．

［17］YAYLAYAN V A ，WNOROWSKI A ，LOCAS C P．Whaspara- gine needs carbohydrate to generate acrylamide ［J］．Agri Food

Chem，2003，51: 1753-1757．

［18］张根义．热加工食品中丙烯酰胺的形成机理和风险分析［J］．无锡轻工大学学报，2003，22( 4) : 91-99．

［19］刘洁，袁媛，赵广华，等．食品中丙烯酰胺形成途径的研究进展［J］．中国粮油学报，2009，24( 2) : 160-163．［20］V ATTEM D A，SHETTY K ．Acrylamide in food: a model for mechanism of formation and its reduction ［J］．Innovative

FoodScience and Emerging Technologies，2003，4: 331-338．［21］吴克刚，许淑娥，刘泽奇，等．丙烯酰胺的形成机理、危害及预防措施［J］．现代食品科学，2007，23( 3) : 57-59．［23］Zyzak D, Sanders R, Stokanovic M, et al. Acrylamide formation mechanism in heated foods[J]. J Agric Food Chem, 2003, 51: 4