减控油炸麻花中丙烯酰胺生成方法

张云焕，冯亚净，李书国*

油炸是现如今最受欢迎的且现存时间悠久的烹调方式之一，它能使食品产生良好的风味和独特的质构，但其产生的弊端也不容忽视。2004年2月，瑞典国家食品管理局和斯德哥尔摩大学的一项研究表明，在许多油炸和焙烤食物中发现了丙烯酰胺（acrylamide，Acr）。Acr是一种α,β-不饱和酰胺，主要在一些经高温加工的富含碳水化合物的食品当中产生，其中含量较高的包括炸薯片、炸薯条等油炸食品和焙烤食品[1-3]。研究表明，氨基酸天冬酰胺与羰基源类物质的美拉德反应是Acr形成的主要反应途径[4]。Acr作为一种神经毒素，一旦进入人体内，就会快速分散在人体的各个组织中，对人体的神经系统、生殖系统、免疫系统造成严重影响，同时具有一定的遗传毒性和致癌性[5-6]。国际癌症研究机构也通过动物实验得出结论，Acr会导致DNA加合物产生，引起基因突变和染色体畸变，被认为是“潜在的人类致癌物”[4]。

近年来，国内外学者对食品中Acr的研究大部分集中在Acr检测手段[7-9]、生成途径[10-11]、食品中Acr抑制方法的探究[12-13]等方面，研究对象也大多集中在薯片[14-15]、薯条[16-17]、汉堡包、炸鸡腿[18]等西式食品，并且已取得一定研究进展。但是，我国居民饮食以中式餐饮为主，其中，中式传统油炸面食在我国居民的膳食中占很大比重。中式食品在配方工艺和制作过程方面与西式食品有很大的不同；因此对于中式传统油炸食品中Acr含量的减控措施的探究意义重大。油炸麻花作为深受大众喜爱的传统油炸类面食之一，人群消费量大且食用频率高，但是对于影响油炸麻花中Acr生成量的研究鲜见报道。因此本实验分析了影响Acr形成的主要因素，系统地研究了传统油炸麻花中Acr含量的减控措施，为大众的健康饮食提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

叔丁基对苯二酚（tertiary butylhydroquinone，TBHQ）、甘露醇、赤藓糖醇、山梨醇（均为分析纯）、VC 天津市河东区红岩试剂厂；β-环糊精、β-葡聚糖（均为分析纯） 天津市百世化工有限公司；谷氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、甘氨酸、牛磺酸（食品级）、Acr（纯度＞99.9%）、正己烷（分析纯）、甲酸（分析纯）；甲醇（色谱纯） 北京天华化学试剂开发公司；实验用油、小苏打、小麦面粉 市售；实验用水均为二次蒸馏超纯水。

1.2 仪器与设备

LC-10A高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪（ODS C18Hypersi色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）、紫外-可见光检测器）日本岛津公司；TM1810型紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；反相C18萃取小柱 江苏天翔新型建材有限公司；FA2204型电子分析天平 上海著海仪器有限公司；KQ2200型超声波清洗仪 昆山市超声仪器有限公司；TGL-10B型高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂；GZX-9070MBE型电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.3 方法

1.3.1 油炸麻花工艺流程

1.3.2 麻花油炸条件及配料控制

1.3.2.1 油炸温度对Acr生成量的影响

选定油炸时间180 s，分别取油炸温度为140、150、160、170 ℃和180 ℃，选取最适油炸温度。

1.3.2.2 油炸时间对Acr生成量的影响

在最适油炸温度下，分别取油炸时间为80、120、140、160、180 s和190 s，选取最适时间，后续实验均在最适油炸温度和时间下进行。

1.3.2.3 植物油类型对Acr生成量的影响

选定油炸时间180 s，油炸温度160 ℃，分别使用棕榈油、花生油、大豆油和玉米油进行油炸。

1.3.2.4 多酚类抗氧化剂对Acr生成量的影响

分别使用VC、阿魏酸和TBHQ，按0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%面粉质量添加多酚类抗氧化剂。选定油炸时间180 s，油炸温度160 ℃，使用花生油进行油炸。

1.3.2.5 非还原糖对Acr生成量的影响

分别选取甘露醇、山梨醇、赤藓糖醇、蔗糖、β-葡聚糖和β-环糊精，按0.5%面粉质量进行添加。固定油炸时间180 s，油炸温度160 ℃，使用花生油进行油炸。

1.3.2.6 氨基酸对Acr生成量的影响

分别选取半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸和甘氨酸，按面粉质量0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%进行添加。固定油炸时间180 s，油炸温度160 ℃，使用花生油油炸。

1.3.3 麻花中Acr的提取

称取10 g粉碎后的麻花，置于50 mL离心管中，加入20 mL的蚁酸水溶液（φ＝0.1%），振荡摇匀，8 000 r/min离心15 min，收集第一次的上清液，然后在沉淀中再加入20 mL的蚁酸水溶液（φ＝0.1%），进行上述操作，连续收集2 次上清液，然后在上清液中加入10 mL的正己烷，再离心20 min，收集液体。用注射器避开油层吸取上清液中间清液5 mL，过0.45 μm的聚偏氟乙烯滤膜，再取2 mL滤液通过预先活化的C18固相萃取小柱，待样液全部通过后用l mL水冲洗，弃去滤液，最后用2 mL洗脱液（体积分数10%甲醇+90%水+0.1%甲酸）进行洗脱，弃去最初的0.5 mL滤液，收集剩余的滤液用于HPLC分析。

1.3.4 HPLC法测定麻花中Acr含量

HPLC分析条件：流动相为甲醇-水（5∶95，V/V）；流速0.50 mL/min；柱温25 ℃；检测波长200 nm；进样量20 μL。

标准曲线的绘制：准确称取0.10 g Acr标准品，充分溶解并定容于100 mL棕色容量瓶，得到1 mg/mL Acr标准液。准确移取1 mL配制好的Acr标准液，定容到100 mL容量瓶中，制得10 μg/mL的标准储备液。分别移取Acr标准液0.2、0.4、0.8、1.0 mL和2.0 mL，定容到10 mL容量瓶中，得到质量浓度分别为0.2、0.4、0.8、1.0 μg/mL和2.0 μg/mL的系列标准溶液。进行HPLC的测定，并以峰面积值-Acr质量浓度绘制标准曲线图。

样品质量浓度计算：称取各种条件下提取所得样品，根据标准曲线方程，计算麻花样品中Acr质量浓度。

2 结果与分析

2.1 HPLC法测定麻花中Acr质量浓度

图1 Acr标准品HPLC图Fig. 1 High performance liquid chromatogram of Acr standard

图2 油炸麻花样品中Acr的HPLC图Fig. 2 High performance liquid chromatogram of Acr in fried dough twist

Acr标准品在选取的HPLC条件下分离效果较好，且保留时间均为9.84 min。Acr标准品色谱图见图1，自制麻花样品中Acr的HPLC图见图2。对0.2、0.4、0.8、1.0 μg/mL和2.0 μg/mL这5 个质量浓度的标准溶液进样分析，以色谱峰的峰面积为纵坐标，以Acr生成量为横坐标作标准曲线（图3），其回归方程：y＝1 627.2x-52.334，线性相关系数R²＝0.998 7，结果表明，Acr在0.2～2.0 μg/mL质量浓度范围内线性关系良好。

图3 Acr标准曲线图Fig. 3 Standard curve of Acr

2.2 油炸条件对麻花中Acr生成量的影响

在食品加工过程中，影响美拉德反应的因素也会影响Acr的形成。其中，主要的影响因素有食品基质、加工温度、加热时间、加工方式、水分含量和pH值等[19]。

2.2.1 油炸温度对麻花中Acr生成量的影响

图4 油炸温度对麻花中Acr生成量的影响Fig. 4 Effect of frying temperature on Acr formation in fried dough twist

由图4可知，控制油炸温度在140～160 ℃范围之内，Acr生成量呈微小的上升趋势，但在160～180 ℃的范围内时，Acr生成量显著增多；这是因为油炸麻花样品中含有大量的淀粉，而淀粉在高温油炸环境中会自动分解为一些小分子类单糖，这些单糖经过非酶促反应形成了丙烯醛，丙烯醛进一步反应成Acr[20]。综合考虑Acr生成量和麻花的感官评价，确定适宜的油炸温度为160 ℃。

2.2.2 油炸时间对麻花中Acr生成量的影响

图5 油炸时间对麻花中Acr生成量的影响Fig. 5 Effect of frying time on Acr formation in fried dough twist

在油炸温度为160 ℃时，进行不同油炸时间的实验。从油炸时间对Acr生成量的变化曲线（图5）可知，在80～190 s的范围内，Acr的生成量随着油炸时间的延长而呈上升趋势，即时间越长，Acr的生成量越多。考虑到麻花生熟程度，综合油炸温度和油炸时间的实验结果，最终将后续实验的条件设为160 ℃油炸180 s。

2.2.3 植物油种类对油炸麻花中Acr生成量的影响

本实验选用4 种不同植物油：花生油、玉米油、大豆油和棕榈油，研究不同类型的油对油炸麻花中Acr生成量的影响，结果见图6。

图6 不同类型植物油对麻花中Acr生成量的影响Fig. 6 Effect of vegetable oils on Acr formation in fried dough twist

使用棕榈油处理的麻花Acr生成量为（65.12±0.18）μg/kg，比花生油实验组、大豆油实验组和玉米油实验组产生的Acr分别高出62.5%、44.4%和30.0%。Kotsiou等[21]也曾得出类似的结论，他们将棕榈油提取物加入模拟体系中，发现Acr的生成量明显增多。主要原因是棕榈油的主要成分是裂环烯醚萜，裂环烯醚萜结构中含有醛基，可与氨基酸发生反应，促进了Acr的形成。

在食品工业生产中，用于油炸食品的油类一般是棕榈油，因其性质稳定，且在油炸烹饪过程中不易发生分解，所以广泛地应用于油炸食品当中；但棕榈油经高温产生的Acr生成量相对较多，因此在日常烹饪中，应尽量避免棕榈油的使用，尽可能选择Acr生成量较少的花生油、大豆油和玉米油等。

2.3 麻花配料对麻花中Acr生成的影响

2.3.1 酚类抗氧化剂对麻花中Acr生成量的影响

图7 酚类抗氧化剂对麻花中Acr生成量的影响Fig. 7 Effect of phenolic antioxidants on Acr formation in fried dough twist

由图7可知，未添加任何食品添加剂时Acr的产生量为56.2 μg/kg，添加VC和阿魏酸均有抑制效果，且当添加量在0.1%～0.3%范围内，抑制作用不很明显；继续增大添加量至0.4%，VC和阿魏酸产生明显的抑制效果，抑制率可达23.85%和19.92%；当添加量为0.5%时抑制率最大，分别为40.93%和45.02%。VC虽然起初对Acr的生成有促进作用，但最终会大量减少Acr的生成；阿魏酸可使Acr的生成量减少近50%，这可能是由于阿魏酸会与Acr前体及中间产物反应；而TBHQ在添加量0.1%～0.5%范围内，添加量与Acr生成量呈正相关趋势。

Acr的形成不是单纯的氧化过程，抗氧化剂的作用主要是通过抑制油脂氧化而阻止羰基类化合物形成Acr。一些酚类抗氧化剂的醌型结构会通过与氨基类物质反应破坏Acr，从而降低Acr生成量，而酚型结构则可能促进Acr形成。综合本实验结果及前人研究推断，抗氧化剂可能通过以下两种方式抑制Acr的形成：其一是抗氧化产物破坏生成的Acr；其二是形成的醌或羰基化合物与Acr的主要前体天冬酰胺和3-氨基丙酰胺反应，从而抑制Acr的形成[22-23]。总之，抗氧化剂对Acr形成的影响因抗氧化剂种类和植物来源而异，有的抑制Acr生成，有的促进Acr生成，因此对其作用机理还需做深入研究。

2.3.2 非还原性糖对麻花中Acr生成量的抑制作用

表1 非还原糖对麻花中Acr生成量的抑制作用Table 1 Inhibitory effect of non-reducing saccharides on Acr formation in fried dough twist

非还原性糖对Acr生成量的抑制作用见表1，甘露醇、山梨醇、赤藓糖醇、β-葡聚糖和β-环糊精均对Acr生成量有抑制作用，效果由大到小依次是β-环糊精、甘露醇、山梨醇、赤藓糖醇、β-葡聚糖。蔗糖的加入没有抑制Acr生成，反而增加了Acr的生成量，增加率为25.3%，表明虽然油炸食物中物质种类较丰富，存在比较复杂的体系，但是非还原糖对于Acr的作用规律受其他因素影响较小。因此可以考虑在实际油炸食品制作过程中添加一定比例的非还原糖，可起到改善口感和抑制Acr生成的作用。

环糊精的分子具有特殊中空的略呈锥形的圆筒立体环状结构，其“内腔疏水，外壁亲水”[24-26]，具有较好的包埋作用，可以阻隔天冬酰胺与葡萄糖、果糖等还原糖的接触从而降低二者之间的反应，抑制Acr的形成。

2.3.3 氨基酸种类对麻花中Acr生成量的影响

图8 不同种类氨基酸对麻花中Acr生成量的影响Fig. 8 Effect of amino acid type on Acr formation in fried dough twist

研究了4 种氨基酸分别与Acr反应，结果显示它们对Acr的生成均有一定的抑制作用，且随着添加量的增大，Acr生成量不断减少，但减小的程度不同（图8）。当氨基酸添加量小于0.2%时，甘氨酸的抑制作用最为显著，半胱氨酸、谷氨酸次之，赖氨酸无明显抑制效果；当氨基酸添加量在0.3%～0.5%范围内，谷氨酸对应的Acr生成量迅速下降，最终抑制效果优于其他3 种氨基酸；当添加量为0.5%，半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸、甘氨酸抑制率达到最大，分别为53.20%、60.85%、18.14%、48.40%，赖氨酸仅18.14%，原因可能是赖氨酸在水溶液的溶解度较小。

氨基酸抑制Acr的形成可能有以下机制，一是氨基酸能竞争性地消耗Acr的前体或者通过氨基酸的亲核反应来增加消除Acr的能力；二是某些氨基酸可以和天冬酰胺竞争还原糖，Acr主要是由氨基酸与还原糖发生美拉德反应生成，其中天冬氨酸与还原糖反应生成的Acr最多，其他氨基酸只生成少量的Acr，因此通过加入除天冬氨酸以外的氨基酸，可以和天冬氨酸竞争反应进而减少Acr的含量；三是某些氨基酸的活性氨基或巯基与Acr发生麦克尔加成反应[27-29]，如半胱氨酸的巯基会与Acr反应生成半胱-S-丙氨酸，从而降低Acr生成量，某些谷氨酸、甘氨酸、L-半胱氨酸对Acr的抑制率分别达到95%、91%和87%；因此一些氨基酸如谷氨酸、甘氨酸、L-半胱氨酸等可以成为食品中的Acr抑制剂，应用于油炸食品。

3 结 论

油炸温度、油炸时间、油炸用油对油炸麻花中Acr的形成均有显著影响，Acr的形成随着油炸温度升高和油炸时间的延长而增加，油炸温度高于160 ℃后Acr的生成量快速增加，综合考虑确定最佳的油炸温度和油炸时间分别为160 ℃和180 s；使用花生油、玉米油、大豆油油炸麻花的Acr生成量均显著低于棕榈油；抗氧化剂VC和阿魏酸均能抑制Acr的生成，当添加量大于0.5%时，对Acr的抑制效果明显增加，而TBHQ反而促进Acr的产生；非还原糖中β-环糊精对Acr的抑制效果最明显，而蔗糖则起到促进作用；由于竞争机制和麦克尔加成反应的存在，半胱氨酸、谷氨酸、赖氨酸、甘氨酸均能抑制Acr的生成，添加量低于0.2%时，甘氨酸对Acr形成的抑制效果最佳，添加量在0.3%～0.5%时，谷氨酸抑制效果最佳。综上所述，通过控制油炸麻花的油炸温度、时间、植物油类型以及添加合适的食品抗氧化剂、氨基酸以及非还原糖或糖醇等可以显著抑制Acr的形成，提高油炸麻花的食用安全水平。

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