《食品科学》：食品中丙烯酰胺抑制策略的研究进展
随着人们生活方式的改变，食品营养和安全问题受到广泛的关注。在获得诱人风味和香气的同时，食品原材料在热加工过程中所发生的化学反应也会导致一些有毒物质的产生。其中，丙烯酰胺（AM）是热加工食品中最为常见的危害物之一。早在1994年，AM就被国际癌症研究机构列入“可能的人类致癌物（2A组）”。后续的研究证明，AM严重危害人体的遗传物质、神经系统、免疫功能等方面，并且还具有潜在的致癌性，因此科研人员对食品中AM的形成、毒性、抑制以及检测方面都进行了广泛的探索。
华南理工大学食品科学与工程学院，现代食品工程研究中心，广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心的汪腾飞、孙大文、韦庆益*等人将从食品原材料选择、预处理到热加工得到最终产品的整个过程出发，结合具体的反应过程，从机理的角度对食品中AM形成和抑制策略进行系统的归纳。
1、AM在食品中的含量及毒性
AM在食品中的含量
AM主要通过饮用水、食品以及皮肤接触进入人体，其中最重要的途径是通过食品摄入。目前已有学者对不同热加工食品中的AM含量进行了检测和统计，结果如表1所示。其中，薯片中所检测到的AM含量最高，然后依次分别为面包、咖啡和饼干。考虑到AM在人体中大量累积必然会对生命健康造成有害影响，因此对AM的毒性及其毒性机理的研究显得尤为重要。
AM的毒性作用机理
AM的毒性主要体现在对人体免疫功能、遗传物质、神经系统等方面的损伤以及潜在致癌性，并且上述毒性都已通过动物实验或者体外细胞实验所证实。虽然学界对于AM的毒性作用机理尚无统一定论，但仍有众多的研究结果可供参考。就AM的神经毒性而言，离子作用、与蛋白结合、能量代谢、氧化应激和细胞凋亡与自噬被认为是AM诱发神经毒性的主要途径。
2、食品中AM的形成途径
由表1可知，对同一原料采用不同的加工方式也会导致食品中的AM含量差异较大。因此，了解AM的形成机理对于减少食品中AM的产生具有重要的意义。食品中的AM有多种生成途径，其中主要的途径有3 个（图1）。
除了上述3 种关键途径外，AM的形成还与其他途径有关：1）在酶催化下Asn发生脱羧基和脱氨基反应合成AM；2）D-葡萄糖经过一系列烯醇化和异构化反应生成L-脱氧-2,4-二酮，然后进一步分解为甲醛和乙醛并最终生成丙烯醛；3）通过水解肽产生的丙氨酸可与Strecker降解反应释放的氨作用生成AM。
3、影响AM形成的因素
热加工食品中AM主要是通过美拉德反应产生的。因此，前体物水平、加工温度、时间以及美拉德反应产物等均可影响食品中AM的含量。一般认为，Asn和还原糖是AM合成的重要前体物质。Rommens等研究表明经过基因改性的马铃薯在4 ℃下贮藏3 个月后，其葡萄糖含量与对照组相比降低了80%，并且热处理后的AM含量较对照组也减少了80%左右。此外，加热时间和温度同样影响AM的形成。
4、食品中AM的抑制策略
食品从原材料到最终产品的每个阶段都可以采取不同的策略降低AM的最终水平。如图2所示，缓解薯片生产过程中的AM水平大致上可分为3 个阶段：农业生产阶段（第一阶段），通过选择植物品种、改良种植方法和改善贮藏环境来减少AM前体物质含量；预处理阶段（第二阶段），通过漂烫或者添加不同类型物质的溶液进行浸泡等处理手段来减少AM形成；热处理阶段（第三阶段），通过将真空油炸、射频加热等新技术与传统加工技术相结合的方式达到预期的产品质量。下面将分别阐述各阶段中可利用的AM抑制策略。
农业生产阶段
在农业生产阶段，通过将还原糖或Asn控制在一定的水平就能获得低AM形成潜力的原料。Novy等发现了一种名为‘Payette Russet’的低还原糖和Asn含量的马铃薯品种，经过热加工后该品种的AM含量较一般马铃薯降低了81%。除此之外，还可通过基因改造或常规育种等方式培育低还原糖和Asn含量的品种。此外，土壤条件和贮藏环境也会影响还原糖和Asn水平，进而影响AM的合成，
预处理阶段
除了选择AM形成潜力低的原料外，一些简单的预处理方法也可以抑制加工食品中AM的合成。其中，漂烫处理和利用含有外源添加剂的溶液浸泡处理是食品生产中最主要的选择。
热处理阶段
除了必要的预处理之外，加工食品还必须经过一定程度的热处理，而AM的累积主要发生在此过程中。目前，已经开发了多种新型热处理技术，例如真空加热、射频加热和辐照消解技术，其与传统工艺相结合同样可以降低AM的水平。
5、抑制策略的比较
降低AM形成的策略多种多样，但并不是所有的选择都能满足工业应用的期望。目前所报道的方法各有优缺点，表2列出了抑制AM形成的多种策略，其各有不同的特点。
结 语
本文主要综述了在食品加工的3 个阶段中可用于减少AM生成的多种策略，具体可以概括为：1）在农业生产阶段选择AM生成潜力较低的原料，并对种植条件进行相应改进；2）在预处理阶段对原料进行烫漂或使用外源添加剂进行处理；3）在热处理阶段，通过结合新的加工工艺减少AM的合成。此外，对AM抑制策略中可能涉及的具体反应过程也进行了系统的归纳，但从目前的研究成果来看，由于食品基质复杂，食品中AM合成可能涉及多种途径，同时添加剂的抑制机理还未完全阐明；因此在许多文献中也只是简单加入相应的添加剂来研究其抑制AM合成的结果，而很少提及可能涉及的具体反应过程。此外，在高温加热至一定程度后，食品中可能会合成一些未知的化合物，特别是在加入添加剂后。因此，大多数抑制策略仍处于实验室研究阶段，尚不能适应于工业中的大规模应用。将来，随着新技术（比如表面增强拉曼光谱以及针尖增强拉曼光谱技术）的出现，可以使用简单的Asn-还原糖模型来模拟美拉德反应，并且可以在控制温度、湿度、pH值等基础上进一步探索合成反应和抑制策略的机理。当采用上述方法抑制AM形成时，利用超快拉曼光谱可以实现对整个反应过程的动力学监测。同时，时间分辨拉曼光谱可以用来识别反应过程中的各种中间产物（电子激发态），特别是在加入外源抑制剂前后。此外，电化学针尖增强拉曼光谱可以从分子尺度上研究AM抑制过程的具体反应机制。随着对食品中AM合成及抑制机理的进一步探索，将获得更有效的抑制方法，且不造成有毒副产物的产生和感官品质缺陷。
本文《食品中丙烯酰胺抑制策略的研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷17期333-342页，作者：汪腾飞，孙大文，蒲洪彬，韦庆益。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200708-119。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网
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