葡萄糖/天冬酰氨模擬體系丙烯酰胺形成

章銀良，白明星

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

葡萄糖/天冬酰氨模擬體系丙烯酰胺形成

章銀良，白明星

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

采用葡萄糖與天冬酰氨的模擬體系來研究反應(yīng)條件對丙烯酰胺的產(chǎn)生的影響。以色度、198 nm下紫外吸光度和丙烯酰胺含量為指標(biāo)，考察反應(yīng)溫度、時(shí)間、初始pH值和摩爾配比對丙烯酰胺形成的影響。結(jié)果表明反應(yīng)溫度是影響丙烯酰胺形成關(guān)鍵因素，葡萄糖比天冬酰胺對模擬體系的丙烯酰胺形成影響要大，初始pH值在8時(shí)，丙烯酰胺形成最大。

丙烯酰胺；美拉德反應(yīng)；模擬體系；天冬酰胺

熱加工是食品加工最普遍和廣泛作用的一種加工方法，如高溫殺菌、油炸等。2002年4月，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)Tornquist等通過檢測發(fā)現(xiàn)，一些普通食品在經(jīng)過煎、炸、烤等高溫加工處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生丙烯酰胺，而且其含量隨加工溫度的升高而升高。油炸食品中丙烯酰胺含量一般在1000 μg/kg以上，炸透的薯片達(dá)12800 μg/kg。由于丙烯酰胺在動(dòng)物試驗(yàn)中表現(xiàn)出致癌活性，因此食品中存在丙烯酰胺的問題引起了全球的關(guān)注。丙烯酰胺對人和動(dòng)物是一種有效累積性神經(jīng)毒物[1]，可通過皮膚、口腔或呼吸道而進(jìn)入生物體內(nèi)，一旦進(jìn)入人體內(nèi)，它可以快速分布全身的組織中，環(huán)氧丙酰胺和環(huán)氧化合物是其代謝產(chǎn)物，它們與DNA加合形成加合物[2]。丙烯酰胺和蛋白質(zhì)的巰基結(jié)合形成N-2甲氨酰乙基加合物，從而產(chǎn)生其毒性和危害性[3]。一些試驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺會(huì)導(dǎo)致哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因變異和染色體異常。1994年國際癌研究協(xié)會(huì)（IARC）將丙烯酰胺歸為可能使人致癌[4]。

目前,通過研究,對富含淀粉類的食品在油炸過程中產(chǎn)生丙烯酰胺的機(jī)理有了初步的了解。英國與瑞士雀巢研究中心的研究小組首次在〈Nature〉上發(fā)表了丙烯酰胺產(chǎn)生機(jī)理的文章,初步揭示了丙烯酰胺產(chǎn)生的機(jī)理[5]。美拉德反應(yīng)在丙烯酰胺的形成方面起關(guān)鍵作用。美拉德反應(yīng)是由還原糖和氨基酸或蛋白質(zhì)中的自由氨基在高溫條件下所發(fā)生的一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),是熱加工食品中風(fēng)味和色澤產(chǎn)生的重要途徑之一。在參與美拉德反應(yīng)的各種氨基酸中,天冬酰胺是食品中產(chǎn)生丙烯酰胺的重要途徑之一,還原糖和氨基酸—天冬酰胺提供了丙烯酰胺的分子骨架[6-8]。

采用葡萄糖與天冬酰氨的模擬體系來研究反應(yīng)條件對丙烯酰胺的產(chǎn)生的影響，為熱加工食品減少丙烯酰胺形成和食用安全提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料、方法和設(shè)備

1.1 試劑

檸檬酸、葡萄糖、丙烯酰胺（含量＞99%）：天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。L-天冬酰胺（生化試劑、純度＞98.5%）、以上未標(biāo)明試劑均為分析純（AR）。

1.2 設(shè)備

HH-1智能型數(shù)顯恒溫油浴槽：金壇市正基儀器有限公司；WSC-S測色色差計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；UV-2102pc紫外可見分光光度計(jì)：尤尼柯（上海）儀器有限公司；電子天平JA1203：上海越平科學(xué)儀器有限公司；GC-MS 6850-6793：安捷倫公司。

1.3 方法

1.3.1 不同反應(yīng)溫度對模擬體系的影響

準(zhǔn)確稱取葡萄糖0.1200 g和天冬酰胺0.1000 g（物質(zhì)的量比1∶1），加入20 mL蒸餾水,放入密封試管中, 再置于油浴鍋中,分別于溫度 100、120、140、160、180℃下反應(yīng)30 min,確定不同反應(yīng)溫度對模擬體系中丙烯酰胺產(chǎn)生及各相關(guān)指標(biāo)的影響，每個(gè)重復(fù)3次。

1.3.2 不同反應(yīng)時(shí)間對模擬體系的影響

準(zhǔn)確稱取葡萄糖0.1200 g和天冬酰胺0.1000 g(物質(zhì)的量比1∶1),加入20 mL蒸餾水,放入密封試管中,置于160℃油浴鍋中反應(yīng),分別反應(yīng)10min、20min、30 min、1 h、1.5 h,確定不同反應(yīng)時(shí)間對模擬體系中丙烯酰胺產(chǎn)生及各相關(guān)指標(biāo)的影響，每個(gè)重復(fù)3次。

1.3.3 不同物質(zhì)的量比對模擬體系的影響

準(zhǔn)確稱取葡萄糖 0.3600、0.2400、0.1200、0.0600、0.0400 g和天冬酰胺0.1000 g使葡萄糖：天冬酰胺的物質(zhì)的量比分別為 3∶1、2∶1、1∶1、1∶2∶1∶3，分別加入20 mL蒸餾水,放入密封試管中,再置于160℃油浴鍋中反應(yīng)30 min,確定不同的物質(zhì)的量比對丙烯酰胺形成及相關(guān)指標(biāo)的影響，每個(gè)重復(fù)3次。

1.3.4 pH對模擬體系的影響

準(zhǔn)確稱取葡萄糖0.1200g和天冬酰胺0.1000g（物質(zhì)的量比1∶1）,加入20mL蒸餾水,調(diào)整pH值，使其pH分別為 4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 然后放入密封試管中,置于160℃油浴鍋中反應(yīng)30min,確定pH時(shí)間對模擬體系中丙烯酰胺產(chǎn)生及各相關(guān)指標(biāo)的影響，每個(gè)重復(fù)3次。

1.3.5 反應(yīng)物色度的測定

對每次的反應(yīng)物取其中5 mL，然后測其L*、a*、b*值，重復(fù)3次，取其平均值。

1.3.6 反應(yīng)產(chǎn)物中丙烯酰胺含量的檢測

食品中丙烯酰胺含量的測定方法氣相色譜-質(zhì)譜（GC－MS）法（GB/T 5009.204－2005）[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對葡萄糖/天冬酰胺模擬體系的影響

反應(yīng)溫度對模擬體系的色澤和紫外吸收的影響見表1，反應(yīng)溫度對丙烯酰胺形成的影響見圖1。

表1 反應(yīng)溫度對模擬體系色澤和紫外吸收的影響Table1 Effects of temperature on the color and UV absorption of model system

本文采用L*a*b*色空間表示模擬體系的顏色變化。在L*a*b*空間中，L*是溶液顏色的亮度，a*、b*是色方向,其中a*為紅色方向、-a*為綠色方向、b*為黃色方向、-b*為藍(lán)色方向。從表1可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，溶液顏色的亮度越來越小，a*值由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色方向，b*值向黃色方向發(fā)展，所以總體顏色是從無色慢慢變成為180℃時(shí)深褐色，表明了美拉德反應(yīng)速度由低向高發(fā)展。從198 nm紫外吸收可以看出，吸光度越來越大，表明丙烯酰胺生成與溫度成正相關(guān)性[10]。從圖1可以看出，隨著模擬體系反應(yīng)溫度的提高，丙烯酰胺含量從100℃的0含量慢慢升高，從140℃開始快速升高到180℃已經(jīng)達(dá)到了3.6 mg/kg,說明反應(yīng)溫度是丙烯酰胺生成的關(guān)鍵因素。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對葡萄糖/天冬酰胺模擬體系的影響

反應(yīng)時(shí)間對模擬體系的色澤和紫外吸收的影響見表2，反應(yīng)時(shí)間對丙烯酰胺形成的影響見圖2。

表2 不同反應(yīng)時(shí)間對模擬體系色澤和紫外吸收的影響Table2 Effects of reaction time on the color and UV absorption of model system

從表2可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，溶液顏色的亮度越來越小，a*值由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色方向，b*值向黃色方向發(fā)展，所以總體顏色是從無色逐漸變成淺黃、橙黃、褐色、深褐色，表明了美拉德反應(yīng)速度隨著時(shí)間延長由慢向快發(fā)展。從198 nm紫外吸收可以看出，吸光度越來越大，表明丙烯酰胺生成與時(shí)間成正相關(guān)性。從圖2可以看出，在160℃下模擬體系發(fā)生美拉德反應(yīng)，隨著時(shí)間的延長，丙烯酰胺含量幾乎與時(shí)間成線性相關(guān)，時(shí)間越長，丙烯酰胺含量越高，所以在模擬體系中，當(dāng)溫度在140℃以上時(shí)，反應(yīng)時(shí)間也是比較重要影響因素。

2.3 初始pH值對葡萄糖/天冬酰胺模擬體系的影響

初始pH值對模擬體系的色澤和紫外吸收的影響見表3，初始pH值對丙烯酰胺形成的影響見圖3。

表3 反應(yīng)pH值對模擬體系色澤和紫外吸收的影響Table3 Effects of reaction pH on the color of UV absorption of model system

從表3可以看出，隨著pH升高，溶液顏色的亮度變化先是下降，到pH值8時(shí)，亮度最小，此時(shí)的a*值也最小，b*值為最大，紫外吸收也達(dá)到最大，溶液顏色達(dá)到最深呈深黃色，因此可以說明在160℃下，反應(yīng)30 min，模擬體系的初始pH值為8時(shí)，美拉德反應(yīng)速度最快，這與文獻(xiàn)報(bào)道的一致[11]。

從圖3可以看出，在160℃下模擬體系發(fā)生美拉德反應(yīng)30 min，隨著pH值的升高，丙烯酰胺含量慢慢升高，當(dāng)pH值達(dá)到8時(shí)丙烯酰胺含量達(dá)到最大值，繼續(xù)升高pH值，丙烯酰胺含量開始下降，這與美拉德反應(yīng)程度呈高度一致性，同時(shí)也驗(yàn)證了丙烯酰胺形成機(jī)理主要來自美拉德反應(yīng)這個(gè)闡述[6]。

2.4 摩爾比對葡萄糖/天冬酰胺模擬體系的影響

葡萄糖/天冬酰胺的摩爾比對模擬體系的色澤和紫外吸收的影響見表4，葡萄糖/天冬酰胺的摩爾比對丙烯酰胺形成的影響見圖4。

表4 反應(yīng)物質(zhì)的量比對模擬體系的影響Table4 Effects of ratio of glucose to asparagine on model system

從表4可以看出，隨著葡萄糖/天冬酰胺的摩爾比變化，溶液顏色的亮度發(fā)生不規(guī)律的變化，在此模擬體系中，葡萄糖含量增加，亮度升高，a*值下降，b*值也下降，紫外吸收也相應(yīng)下降，總體顏色從深褐色到黃色。同時(shí)，在此模擬體系中，天冬酰胺含量增加，亮度升高，a*值下降，b*值也下降，紫外吸收也相應(yīng)下降，總體顏色從深褐色到淺黃色。表明了美拉德反應(yīng)速度隨著反應(yīng)體系中的還原糖與氨基酸配比而影響，配比相當(dāng)時(shí)速度最快，丙烯酰胺形成的量也就越大。天冬酰胺過量引起的對形成丙烯酰胺的影響要小于葡萄糖過量引起的影響。

3 結(jié)論

1）葡萄糖/天冬酰胺模擬體系的反應(yīng)溫度是影響丙烯酰胺形成的關(guān)鍵因素，天冬酰胺含量對丙烯酰胺形成的影響小于葡萄糖對其的影響。

2）葡萄糖/天冬酰胺模擬體系隨著初始pH值增加丙烯酰胺含量隨著增加，當(dāng)pH值達(dá)到8時(shí)達(dá)到最大，同樣隨著反應(yīng)時(shí)間延長，丙烯酰胺含量增加。

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The Formation Study of Acrylamide in the Model System of Glucose/Asparagine

ZHANG Yin-liang，BAI Ming-xing
（School of Food and Biology Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450002，Henan,China）

The model system of glucose and Asparagine was carried out to study the effect of reaction condition on acrylamide formation.The effect of reaction temperature,reaction time,original pH value and molar ration on acrylamide formation have been studied in terms of colority,UV absorbency at 198 nm and the content of acrylamide.The results demonstrate that reaction temperature is a key factor for acrylamide formation,glucose is much more important for acrylamide formation than asparagine.And the content of acrylamide is maximum at original pH 8.

acrylamide;Maillard reaction;model system；Asparagine

鄭州輕工業(yè)學(xué)院博士基金項(xiàng)目（2007BSJJ007）

章銀良（1963—），男（漢），教授，博士，主要從事食品科學(xué)方向的研究與教學(xué)工作。

2009-07-29