《食品科学》：暨南大学欧仕益教授等：氨基酸同时消除甲醛和乙二醛的机理及消减产物的

　　甲醛已被国际癌症研究机构定义为人类和动物的第一类致癌物，对人体具有巨大的危害。它能够通过外源性和内源性产生。在食品加工过程中，甲醛也可通过多不饱和脂肪酸氧化、甘氨酸的斯特勒克降解、丙酮醛和乙二醛的降解而产生。内源性甲醛可通过甲醇的氧化而产生。甲醇能通过水果和植物果胶中的甲酯产生，甲醇在体内被迅速吸收并代谢成甲醛。在细胞内，甲醛也可通过叶酸衍生物的分解、蛋白质和核酸的去甲基化而产生。因此，甲醛广泛存在于热加工食品及水果、蔬菜、蘑菇、肉类和鱼类等食品原料中。橙子、火腿、蘑菇和马铃薯块茎中的甲醛含量分别为56.9、293、188、16.5 mg/kg。甲醛的亚慢性毒性阈值（以最低基准质量为10%计算）是2800 μg/（kg·d），为其每日容许摄入量（ADI）的19 倍。因此，甲醛清除剂的开发已成为近年来的研究热点。

　　

　　暨南大学理工学院食品科学与工程系的林佳钰、欧仕益*等基于甲醛和乙二醛广泛存在于食品中的实际，研究γ-氨基丁酸（GABA）和L-丙氨酸（Ala）同时消除甲醛和乙二醛的效率及其消除机理，揭示食品加工过程中甲醛和乙二醛的消减途径；同时，测定消减产物在食品中的含量和细胞毒性，以期为控制食品中的甲醛和乙二醛毒性提供一种新策略。

　　1、氨基酸对甲醛和乙二醛的消除作用

　　

　　本研究重点探讨95 ℃条件下GABA、Ala对甲醛和乙二醛的消除作用及其机理，消除效果如表2所示。结果表明，在混合醛体系中，GABA对乙二醛的消除效果从55.84%上升至70.64%，Ala对甲醛的消除效果从2.68%上升至41.33%。此外，GABA对甲醛具有较好的清除效果，可以达到84.31%。Ala对乙二醛的消除效果略低于GABA，只有45.90%。这说明，在混合醛体系中，GABA或Ala能够与一部分的甲醛和乙二醛反应从而达到同时消除甲醛和乙二醛的目的。

　　2、消减产物的分离纯化

　　

　　95 ℃水浴反应4 h后，GABA-甲醛-乙二醛和Ala-甲醛-乙二醛消减产物的高效液相色谱图如图1所示。产物中除了氨基酸之外，还出现了一个峰面积较大的新产物。GABA与甲醛、乙二醛的消减产物的出峰时间为7.950 min；Ala与甲醛、乙二醛的消减产物的出峰时间为6.909 min。

　　

　　本研究采用反相硅胶分离、甲醇洗脱、茚三酮（与氨基酸反应显色）监测，判断消减产物流出时间，并采用高效液相色谱测定其纯度，收集纯度大于95%的馏分，如图2所示。

　　

　　经紫外全波长扫描后，GABA与甲醛、乙二醛的消减产物最大吸收波长为200 nm；Ala与甲醛、乙二醛的消减产物最大吸收波长为209 nm，如图3所示。

　　3、消减产物的结构鉴定

　　纯化后的消减产物经高分辨质谱仪检测后，GABA-甲醛-乙二醛和Ala-甲醛-乙二醛消减产物的相对分子质量分别为240.1183和212.0870，分子式分别为C11H16N2O4和C9H12N2O4，如图4所示。

　　

　　GABA-甲醛-乙二醛消减产物的NMR归属如表3所示。结果表明，该消减产物为1,3-双(3-羧丙基)咪唑。

　　

　　Ala-甲醛-乙二醛消减产物的NMR归属如表4所示。结果表明，该消减产物为1,3-双(1-羧乙基)咪唑。

　　

　　

　　根据以上研究结果，推测其反应机理如图5所示，与氨基酸-甲醛-丙酮醛互作机理相似：GABA或Ala与甲醛生成不稳定的中间产物Mannich碱，由于N原子的吸电子效应，导致α-C上正电荷堆积，另一分子的GABA或Ala易与之发生亲核加成反应形成一个中间产物。中间产物上的两个亚氨基与乙二醛的两个羰基发生亲核加成后生成一个五元环结构，再脱去两分子的水，形成咪唑盐。

　　4、食品样品中消减产物的含量

　　结果表明，鲜切油炸薯片中GABA、Ala咪唑盐含量分别为（2666±218）、（855±91）μg/kg，均高于自制饼干中的GABA、Ala咪唑盐含量，说明薯片中有更多的GABA和Ala与甲醛和乙二醛结合生成了咪唑盐，推测可能与原材料中氨基酸的含量有关。为此，在制作饼干时分别添加了1.5 mg/kg的GABA和Ala（即16.9 μmol/kg和14.6 μmol/kg），发现GABA和Ala的添加使两者的咪唑盐含量分别从（705±66）μg/kg和（67±3）μg/kg增加到（1883±16）μg/kg和（616±38）μg/kg。GABA、Ala咪唑盐的相对分子质量分别为240和212，氨基酸添加后，咪唑盐含量分别增加了4.9 μmol/kg和2.6 μmol/kg，即两种氨基酸对甲醛和乙二醛的消除率分别达到34%和15%。在乙二醛和甲醛（与氨基酸物质的量比为1∶1∶5）同时存在的模拟体系中（表2），GABA对甲醛和乙二醛的消除率分别为16.7%和14%，Ala对甲醛和乙二醛的消除率分别为8.3%和9.2%（物质的量比）。说明在焙烤温度更高的饼干（165 ℃）中，两种氨基酸对甲醛和乙二醛的消除率高于模拟体系。

　　5、消减产物的细胞毒性

　　

　　结果表明，甲醛、乙二醛和消减产物的细胞毒性存在显著差异，如图6所示。GES-1细胞活力随着甲醛浓度的增加急剧降低，在甲醛浓度为0.20 mmol/L时细胞活力仅剩下19.0%。较甲醛而言，乙二醛对GES-1细胞的毒性较低，在乙二醛浓度达到2.0 mmol/L时，细胞活力为55%。在甲醛-乙二醛混合醛体系中，GES-1细胞活力随着混合醛浓度的增加急剧降低，在混合醛浓度为0.20 mmol/L时，细胞活力仅剩下14.0%，较0.20 mmol/L甲醛处理的细胞活力更低，说明混合醛对细胞存在协同致毒效应。氨基酸与两者形成咪唑盐后，细胞毒性显著降低。Ala和GABA咪唑盐浓度为4 mmol/L时，GES-1细胞活力仍保持在97%和113%，说明在4 mmol/L下，消减产物对GES-1细胞的生长没有抑制作用。

　　结论

　　甲醛、乙二醛和游离氨基酸共存于热加工食品中。本研究表明，GABA和Ala可同时消除甲醛和乙二醛，且两种有害醛共存时对氨基酸消除它们产生一定的协同效果。氨基酸消除混合醛的机理不同于单一醛，它是两分子氨基酸分别与一分子甲醛和乙二醛反应、脱去3分子水后形成咪唑盐。咪唑盐的形成显著降低了甲醛和乙二醛的细胞毒性。鉴于咪唑盐在油炸和焙烤条件下都可形成，且添加GABA和Ala会增加饼干和油炸薯片中咪唑盐含量，说明采用氨基酸同时减控热加工食品中甲醛和乙二醛具有很好的应用前景。

　　通信作者简介

　　欧仕益，教授，暨南大学食品科学与工程系教授，博士/硕士生导师。任中国食品学会理事，广东省食品安全委员会委员，广东省轻工业联合会常务理事，Foods、《中国食品学报》、《食品工业科技》、《现代食品科技》等杂志的编委。主持各类科研项目20多项、发表SCI收录论文140多篇，累计引用5500多次（H指数40），主编教材/专著3部（中国科学院优秀科普图书1部），获得中国发明专利授权25件、广东省科学技术奖二等奖1项（2011）、中国商业联合会科学技术奖一等奖（2014，第3）。主要研究领域为：（1）高温加工过程中的食品安全问题；（2）利用食品加工副产物制备功能性食品配料。已培养博士、硕士研究生60多人。

　　第一作者简介

　　

　　林佳钰，女，暨南大学食品科学与工程在读硕士研究生。主要研究方向为食品安全。

　　本文《氨基酸同时消除甲醛和乙二醛的机理及消减产物的细胞毒性》来源于《食品科学》2023年44卷4期278-285页，作者：林佳钰，黄才欢，郑洁，刘付，欧隽滢，周华，胡嘉漫，欧仕益。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220224-201。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

　　图片来源于文章原文及摄图网。

　　

　　为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展方向，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业发展快速踏入新里程。

　　

　　

　　Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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