丙烯酰胺

一、丙烯酰胺：分子式：
丙烯酰胺为一种白色晶体化学物质，是生产聚丙烯酰胺的原料。

易溶于水，乙醇、乙醚、丙酮本品易聚合和共聚；在酸碱环境中可水解成丙烯酸。

二、丙烯酰胺三个主要来源途径
1、直接从氨基酸生成丙烯酰胺。

比如，天门冬酰胺（Asn）在受热之后，脱掉一个CO2和一个NH3，即可转化为丙烯酰胺。

凡是富含天门冬酰胺的食物，都非常容易产生丙烯酰胺。

比如土豆、麦类、玉米等都是富含天门冬酰胺的食品。

2、氨基酸和淀粉类食物中的微量小分子糖在加热条件下发生美拉德反应，生成丙烯酰胺。

在食品中，只要是含淀粉的食品，一般都会同时含有一些蛋白质，比如所有的主食、所有的薯类、所有的淀粉豆类。

不过，各种氨基酸合成丙烯酰胺的“能力”有所不同。

其中还是以天门冬酰胺独占鳌头，其次是谷氨酰胺（Gln），再次是蛋氨酸（Met）和丙氨酸（Ala）等。

淀粉倒是不产生丙烯酰胺，但淀粉分解产生的糖会产生丙烯酰胺，葡萄糖最有效，后面依次是果糖、乳糖和蔗糖。

3、脂肪和糖降解形成丙烯醛，然后和氨基酸分解产生的氨结合，形成丙烯酰胺。

凡是油炸的食品，都会发生油脂热氧化反应，而反应产物之一就是丙烯醛，它是一种挥发性小分子物质和油烟的味道有密切关系。

油炸食品特别容易产生丙烯酰胺，这是理由之一。

此外，蛋白质氨基酸分解也能产生少量的醛类，其中包括丙烯醛。

4、食物中含氮化合物自身的反应。

丙烯酰胺可通过食物中含氮化合物自身的反应，如水解，分子重排等作用形成，而不经过丙烯醛过程。

一些小分子的有机酸如苹果酸，乳酸，柠檬酸等经过脱水等作用可形成丙烯酰胺。

三、丙烯酰胺的危害：
丙烯酰胺( acrylamide，ACR）是一种中等毒性的神经毒素，主要影响神经系统，对啮齿动物有致癌性，已经被国际癌症研究机构（IARC）定为“可能人类
致癌物”。

它在体内有蓄积作用，与积累到一定剂量才发病，故急性中毒十分罕见，主要表现为迟发性毒作用，引起亚急性和慢性中毒。

丙烯酰胺对眼和皮肤也有一定的剌激作用。

其发病多为亚急性，气候炎热时，发病率明显增高。

但是作为一种重要的化工原料，其广泛应用于饮用水净化、城市污水、工业废水处理工序和粘合剂、纤维、药品、造纸、纺织等制造领域。

职业和非职业接触人群广泛，随着聚丙烯酰胺的大量应用，暴露于丙烯酰胺单体的作业人员日益增多, 对暴露人员的健康危害日趋严重。

丙烯酰胺同时也是一种蓄积性神经毒物，可引起急性、亚急性、慢性中毒，主要表现为神经系统损害作用，出现感觉运动型周围神经和中枢神经病变。

神经毒性作用表现为周围神经退行性变化和大脑中学习、记忆和其他认知功能部位的退行性变化。

体外哺乳动物细胞培养试验和体内试验表明丙烯酰胺可能有生殖毒性和致突变性。

由于吸烟、食用一些油炸、焙烤食品和咖啡均会接触到丙烯酰胺，所以生活摄入也会成为丙烯酰胺职业人群中毒的危险因素。

丙烯酰胺不仅威胁着职业人群的健康安全，非职业人群同样遭受着丙烯酰胺慢性暴露所带来的威胁。

近年来，随着高温烹饪食品( 如炸薯条、薯片)、咖啡及化妆品的普及，普通人群接触丙烯酰胺的机会也不断增加，随着基层职业卫生工作的普及，企业用工环境的改善，大多数丙烯酰胺作业场所的毒物暴露浓度不断降低，但低剂量长期接触的潜在危害依然存在，终生暴露于丙烯酰胺环境中，会增加职业人群和非职业人群神经毒性出现的可能性。

2002年4月24日，瑞典国家食品管理局( SNFA )召开新闻发布会，并在其官方网站上公布了油炸或焙烤的淀粉类食品中发现较高含量的丙烯酰胺的检查结果，这是首次从食品中检出高含量的丙烯酰胺。

说明油炸食品是丙烯酰胺一个主要的暴露途径。

丙烯酰胺属中等毒性毒物，大量密切接触可导致亚急性中毒，更应该引起人们关注的是其慢性毒性作用，丙烯酰胺慢性中毒具有很强的致癌性和致突变性。

而通过吸烟接触丙烯酰胺是丙烯酰胺慢性中毒的重要危险因素之一。

丙烯酰胺进入体内又可通过多种途径被人体吸收，其中经消化道吸收最快，以皮肤接触中毒最常见。

最新报道指出：丙烯酰胺毒性症状的特点取决于接触ACR 的剂量、浓度和时间。

由于其良好的水溶性，排入环境的丙烯酰胺基本上进入地面水体和地下水中，可以通过皮肤、黏膜、呼吸道和口腔被吸收，广泛分布在人的体液中，也能进入胚胎中，引起中毒。

四、临床表现
1、一般毒性：据报道，在日常生活中，人们最多的是通过职业接触而认识到丙
烯酰胺的毒性。

早期动物实验已经发现，丙烯酰胺能经皮肤吸收出现红斑及皮损等症状。

对长期职业接触丙烯酰胺的工人调查发现，危害主要表现为头晕头痛、四肢乏力、体重减轻、手足多汗、四肢发麻、食欲不振、皮肤脱皮红斑，四肢远端触痛觉减退，累及小脑时还会出现步履蹒跚、四肢震颤觉、深反射减退等。

此外，丙烯酰胺对增加肿瘤的发病率，生殖系统和胚胎发育，遗传等方面也有一定影响。

随着丙烯酰胺毒理学研究的进展，其对心、肝、肾等重要器官的毒性也逐渐被人们所认识。

2、神经毒性：丙烯酰胺是一种中等毒性的亲神经毒物，水溶性强，可通过多种
途径进入生物体内，引起不同程度的中毒，主要以神经系统的损害为主，研究发现在高剂量丙烯酰胺中毒时，不仅会出现周围神经受损的症状，而且还会出现中枢神经症状。

3、亚急性中毒：密切大量接触可出现亚急性发病，出现嗜睡和小脑功能障碍，
表现为眼球水平震颤，言语含糊。

指鼻及跟膝胫试验不稳，轮替动作失调，步态不稳等。

2周后出现感觉运动型多发性周围神经病，表现为肢体麻木，剌痛，下肢无力。

音叉振动觉和跟腱反射减退，具有早期诊断价值。

神经肌电图检查显示：远端感觉电位明显降低，有神经原性损害，可伴有较多自发失神经电位。

4、慢性中毒：低浓度接触数月数年后，渐出现头痛头晕疲劳，嗜睡，手指剌痛，
麻木感，常伴有两手掌发红，脱屑，手掌足心多汗。

进一步出现四肢无力，肌肉疼痛。

步态蹒跚，易前倾倒，神经系统检查，可见深反射减弱或消失，音叉震动觉和位置觉减退，闭目难立试验阳性等。

神经肌电图检查表现与亚急性中毒相似；
脑电图可轻度异常。

五、毒性作用机制
丙烯酰胺的代谢主要是与谷胱甘肽结合发生反应产生N-醋酸基-S-半胱氨酸，在肝、脑和皮肤通过酶和非酶的催化结合反应。

它已被证明是染色体的断裂剂，诱发染色体畸变。

丙烯酰胺神经毒性的相关研究中指出，丙烯酰胺具有较强的渗透性，可经消化道、呼吸道、皮肤、粘膜快速进入体内。

其中以皮肤接触中毒最常见，口服吸收为最快。

人体吸收后约90％的丙烯酰胺被代谢，只有少量以原型的形式排出体外。

在此之前，在动物实验研究中也发现，24 h 内40％～70％的丙烯酰胺经尿液排泄。

目前已确定，丙烯酰胺在人和动物体内主要通过两种竞争性途径代谢；一种是与还原型谷胱甘肽形成共轭物；另一种就是通过细胞色素P450 系统作用生成环氧化代谢产物，即环氧丙酰胺（GA）。

环氧丙酰胺可以进一步与还原型谷胱甘肽形成共轭物，或者被环氧化物水解酶水解。

丙烯酰胺毒性作用机制
从非激素模型及激素模型两方面阐述AA 及氧化代谢产物毒性作用机制。

2.3.1 对染色体的影响
研究表明, AA 及其体内主要代谢产物环氧丙烯酰胺(Glycidamide,GA)能导致染色体畸变,包括染色体结构及数目畸变,主要是非整倍体的形成[19-20] 。

采用着丝粒和端粒DNA 探针多色荧光原位杂交法分析由AA 诱导的NIH 3T3 细胞微核染色体的组成,结果显示AA 诱导的由整条染色体组成的微核可达65.9% ，且微核中包含的无着丝粒断片呈剂量依赖性增加，提示AA 不仅仅是染色体断裂剂,也是非整倍体剂。

2.3.2 对DNA 的影响
AA 除导致DNA 损伤外,还可与DNA 形成加合物,而近来研究表明,GA 更易与DNA形成加合物。

2.3.3 对谷胱甘肽(GSH) 的影响
目前研究认为,过量的AA 在生理状况下可导致GSH 硫醇基的减少。

AA 及GA 均能诱导雄性Sprague-Dawley 大鼠分离肝细胞中浓度-时间相关的GSH 减少,并且从细胞内GSH的减少量和细胞生存能力的减弱程度可以看出,GA比AA更具有毒性,而GSH储存量的减少,可改变细胞氧化还原状态,直接或通过调节
众多依赖于氧化还原反应的转录因子,来影响基因的表达,细胞转化、增殖或凋亡,为不依赖于AA 诱导的遗传毒性的作用机制之一。

2.3.4 对大分子物质( 除DNA 外) 的影响
对大分子物质的影响主要为生成大分子加合物。

在成人，AA 与血浆白蛋白、血红蛋白可以形成加合物,且两者之间呈剂量-反应关系。

研究发现,鱼精蛋白、精子尾部及头部在丙烯酰胺处理24 h 后被分离,通过加速器质谱法测定的其加合物水平与丙烯酰胺剂量之间呈现出很好的剂量-反应关系。

在精子中，丙烯酰胺-鱼精蛋白加合物的形成相对丙烯酰胺-DNA 加合物而言占有主导地位。

而与精子头部/尾部形成的加合物都可能影响到生育力。

2.3.5 对微管功能的影响
目前认为AA 可对众多驱动蛋白家族成员产生抑制而影响微管功能，影响细胞有丝分裂及减数分裂，产生毒性作用。

2.3.6 对生化酶的影响
关于AA 对生化酶所产生的影响研究较多，主要为影响其生物活性及其在不同组织中的含量，产生两个方面的后果。

1)影响氧化还原的状态：AA 可影响氧化还原酶及辅酶的含量和活力，导致细胞氧化还原状态的紊乱。

对酶的影响，推测可能存在代偿过程,或者由于暴露剂量、种系差异，测定取材部位不同而得出相异的实验结果。

有实验证明AA 作用于大鼠后,其血浆、肝脏、睾丸、脑组织和肾脏中谷胱甘肽巯基转移酶活力增高,且其浓度与超氧化物歧化酶浓度均增加，但也有实验认为超氧化物歧化酶在小鼠小脑的含量或活性受到抑制。

但可以肯定的是AA 导致了氧化还原状态的改变。

2) 影响能量代谢: 例如肌酸激酶,是一种与细胞内能量运转、三磷酸腺苷(ATP)再生有直接关系的重要激酶。

发现肌酸激酶的活力受到明显抑制,且不易恢复,故认为这种能量代谢的抑制是AA 产生神经元损伤的生化基础。

通过实验证明受AA 影响的雄性小鼠肌酸激酶活力降低，而与激酶磷酸化作用相反的磷酸酶在血浆中的含量增加。

六、食品中丙烯酰胺的测定
由于丙烯酰胺对人体有较强的毒性作用，所以制定环境中丙烯酰胺浓度的测定方法显的尤为重要。

而自从2002 年 4 月,瑞典国家食物管理局和斯德哥尔摩大学的科技工作者们首次发现并公布了富含淀粉类的食物中在低水分的情况下经过120℃以上的高温油炸、煎炸或者是烧烤时能生成一种有神经毒性的、对人体可能有潜在致癌性的化合物—丙烯酰胺,立即引起WHO、FAO 以及世界各国食品业的广泛关注。

目前分析方法很多,一般为GC-MS 和LC-MS,随着人们对丙烯酰胺研究的深入,简单、灵敏度高、快速、选择性好、专一性好的方法不断涌现。

1.1 溴化法
碘量瓶中加入预测定的丙烯酰胺溶液,准确加入定量的KBr 2 KBrO 3 (相当于0.003 mol/L的B r 2 溶液),加入过量的HCl溶液,暗室反应30 min,取出迅速加入过量的KI溶液,用Na 2 S 2 O 3滴定(0.001 mol/L),淀粉为滴定反应指示剂。

1.2 GC-MS
气相色谱-质谱法是目前最常用的检测丙烯酰胺方法之一,GB/T5009.204-2005 规定采用的色谱质谱条件:色谱柱采用DB5-MS 柱或柱效相当的色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25μm),柱升温程序为65℃保持 1.0 min,再以15℃/min 升到280℃,保持15min。

进样口温度为260℃,离子源温度230℃,接口温度280℃,离子源:EI 源,70 eV。

选择离子监测方式(SMI)或选择离子储存方式(SIS),选择监测离子m/z:152,150,108,106。

载气为氦气(纯度99.99%),流速 1.00 mL/min,进样方式不分流进样,恒流测定,进样量1μL。

1.3 LC-MS
液相色谱(LC)是检测丙烯酰胺的常用方法之一,有单独用液相色谱的,如离子排阻液相色谱,由于单一的液相色谱有一定的局限性,更常用的是LC-MS联用,LC-MS的技术现在已经发展的很成熟了。

LC 的优点是在预处理样品后,不需要衍生化,可以直接进样检测,使操作大大简化。

1.4 紫外分光光度法
该法选择(198±1)nm作为定量峰,在中性的pH 条件下,丙烯酰胺在0125-8100 m g/L,吸收值与浓度的线性关系良好,相关系数为01997 9,与气相色谱法分析丙
烯酰胺相对照,结果一致,证明该分析方法具有简单、准确度、精确度良好的优点。

1.5 伏安法生物传感器
丙烯酰胺和血色素形成加合物主要是由于和血色素(Hb)的缬氨酸N 端的α-NH 2 发生反应造成的。

该方法是基于一种新的伏安生物传感器来检测丙烯酰胺的,该生物传感器由一个用血色素改良的car-bon-paste 电极,这样的电极可以显示Hb-Fe 3+ /Hb-Fe 2+ 之间可逆的还原/氧化过程。

血色素和丙烯酰胺的相互作用可以通过观察Hb2Fe3+的还原物的峰值的降低来实现。

该电极的检出限非常低(112×10 -10 mo l/L),而且样品处理非常简单,有良好的选择性。

1.6 示差脉冲极谱法
Abdul N iaz 等发现,-1.84 V下在氮气的压力为0.5 kg/cm的纯L iCl 水溶液中丙烯酰胺有很明确的峰。

很多电解液中,在LiCl 和四甲基碘化铵的存在下丙烯酰胺有很好的极谱响应,最佳的条件下,浓度在0.2-20 mg/L 内有很好的线性关系,相关系数为0.999 8,检出限为27μg/L 。

1.7 酶联免疫吸附法
Andrew Preston [42] 等通过制备一个可以捆绑丙酰胺衍生物(3-巯基苯甲酸)的多克隆抗体,它被连到牛的甲状腺球蛋白上,抗血清从免疫过的兔子身获得,抗血清对丙烯酰胺没有亲和力,但是对丙烯胺的衍生物3-巯基苯甲酸有高度的亲和力,制得的抗血清可以用在基于EL ISA的测定丙烯酰胺方法中。

该法是丙烯酰胺的特异性反应,在水提样品中的检出限为65.7μg/kg。

1.8 分光光度法
M attocks 等[43] 发现,丙烯酰胺室温下可以和甲醇-醚中的重氮甲烷反应生成一种稳定的晶体物质,熔点97℃,该反应的发现为分光光度法提供了一个理论基础,但是该反应受到吡咯、吲哚及其相关化合物、芳香胺和联氨的干扰。

1.9 质子传递反应质谱(PTR-MS)
它的原理是将顶空气体连续不断的导入一个漂移管(drift tube),此管中还有一个缓冲气和一个可以控制的离子流H 3 O + ,将比水有更大质子亲和力挥发性化合物(VOC),在管内从H 3 O + 夺取氢离子而离子化,即VOC+H 3 O + →[VOC+H + ] + +H 2 O,质子化了的VOC 从drift tube 中萃取出来,在四极质谱仪中进行质谱分析 1 该法不需要样品的预处理,因此具有很快的检测速度,可以满足企业快
速检测的要求。

1.10 毛细管电泳法
毛细管电泳法是以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据试样中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相技术。

目前常见的是预浓缩毛细管区带电泳法、无水毛细管电泳法和胶束电动力学毛细管色谱。

2、其它测定方法
2.1 气相色谱检测丙烯酰胺含量新方法
雷霖等[48] 在重现《水处理剂聚丙烯酰胺》（GB 17514—1998）中丙烯酰胺检测方法后，探讨了在GC－FID 条件下，用毛细柱替代填充柱，建立了在该条件下的快速准确的丙烯酰胺检测方法。

该法在丙烯酰胺质量浓度为0.004~2.00 mg ／mL 范围内有良好的线性关系，当质量浓度大于0.10 mg／mL时，R 2 ≥0.999 9；当质量浓度小于等于0.20mg／mL时，R 2 ≥0.9996，色谱的检出为0.0012 mg／mL。

2.2 柱前衍生-EI 源串联四极杆气质联用法
丙烯酰胺的双键经溴化衍生成2,3-二溴丙酰胺,加入硫酸钠盐析,乙酸乙酯萃取,浓缩取1μl进样,由串联四极杆气相色谱质谱联用仪测定。

通过MRM(150→70.0/107.0)多反应监测实现定性和外标法定量分析。

与其他方法相比,该方法具有定性准确、灵敏度高的特点。

方法检出限为0.03μg/L,线性范围在0.030～40μg/L;相关系数r=0.9998;六次测定值RSD 在14.3%;回收率在89%～196%之间,结果满意。

2.3 固相萃取- 超高效液相色谱法
使用剑桥滤片和吸收瓶捕集主流烟气后,蒸馏水做萃取溶剂,采用 C 18 固相
萃取小柱对样品液进行纯化,用UPLC 检测,外标法定量。

UPLC 方法采用18 1.7μm 2.1×50 mm色谱柱,柱温30℃,流动相为V(乙腈)∶V(水)=6∶94,流速为0.15 mL/min,紫外检测器(TUV)检测波长为202 nm,分析时间为6 min。

烤烟型香烟主流烟气中丙烯酰胺的含量为 4.75μg/cig。

方法的线性范围为0.1～10 mg/mL,线性相关系数为0.9999;平均回收率为98.7%;检出限为10 ng/mL(S/N=3);相对标准偏差为 2.3%。

该方法适合主流烟气中丙烯酰胺的快速检测。

2.4 HPLC-MS/MS 法
试样以13 C3 -丙烯酰胺为内标，经水溶液振荡提取，采用HPLC-MS/MS 方法，以多选择反应监测（MBM）模式测定目标化合物。

方法的检出限和定量限分别为10、30ug/Kg，回收率为71.5%-119.5%，RSD 为7.1%-8.1%。

本方法定量准确、可靠，适用于测定方便面中的丙烯酰。

七、避免丙烯酰胺形成的措施
1.从食品加工的原料控制丙烯酰胺的形成
①进行预处理
控制油炸食品中水分的含量？
通过降低原料中天冬氨酸和还原糖的含量或对原料进行预处理，可降低或消除产品中丙烯酰胺的含量。

如对于马铃薯的预处理，（热烫处理）将马铃薯切片后浸在约60℃温水中15min，可减少其中的天冬酰胺和还原糖，用此制成的炸薯条丙烯酰胺含量比未处理的丙烯酰胺含量减少5~10倍，同时还保留了原有的烹调效果。

②天冬酰胺酶法处理：天冬酰胺是合成丙烯酰胺最重要的物质，降低原料中的天冬酰胺对抑制丙烯酰胺具有重要的意义；
③控制原料储藏温度：使用低温下储藏过的马铃薯进行高温加工时，产品中丙烯酰胺含量会很高，因此建议利用10摄氏度以上温度下储存的马铃薯作为高温加工的原料。

④原料发酵处理：薯条利用乳酸菌在37摄氏度下发酵45~120min后进行油炸，其丙烯酰胺含量下降，主要是降低了其中的糖。

2.从食品加工工艺控制丙烯酰胺的形成
①降低加工温度
丙烯酰胺主要产生于高温加工食品中，含淀粉质的食品如土豆，面包，饼干，麦片等这些含碳水化合物食品或低蛋白质的植物性食品加热到120℃以上往往
容易产生丙烯酰胺，而且随着加工温度的升高，丙烯酰胺产生量增加，而
140~180℃丙烯酰胺的生成量最大。

研究显示，将煎炸温度降低10-15℃，丙烯酰胺的浓度可以降低10%_30%。

另外，食品的加热时间也影响丙烯酰胺的生成，但不同物质影响情况不同。

为此减少加热时间是非常必要的。

②降低pH值
研究发现，在加工过程中使用柠檬酸（浸泡处理），富马酸，苹果酸，琥珀酸等以降低马铃薯的pH值，抑制美拉德反应，可减少丙烯酰胺的含量。

③加工过程采用真空油炸
丙烯酰胺的沸点为125℃，热加工食品在真空条件下了使其中的丙烯酰胺挥发。

④通过光辐射
如红外线，可见光，紫外线，X-射线等可使丙烯酰胺发生聚合反应，从而减少其在食品中的含量；利用臭氧使丙烯酰胺发生分解反应，生成小分子物质，也可减少其在食品中的含量。

3.使用化学抑制剂
在食品原料中加入多价未螯合的金属离子，如钙，镁，锌，铜，铝等金属离子，可以显著降低食品中的丙烯酰胺(10%-90%)。