輻照預處理對天冬酰胺葡萄糖模擬體系中丙烯酰胺生成的影響

石 燕,柳軍凱,涂宗財,,*,王 輝,黃小琴,堯思華,陳智韡,張 璆

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,南昌大學食品科學與工程系,江西南昌 330047；2.江西師范大學生命科學學院,江西南昌 330022)

石 燕1,柳軍凱1,涂宗財1,2,*,王 輝1,黃小琴2,堯思華1,陳智韡1,張 璆1

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,南昌大學食品科學與工程系,江西南昌 330047；2.江西師范大學生命科學學院,江西南昌 330022)

采用60Co-γ分別對天冬酰胺、葡萄糖進行輻照處理后,將其混合得到天冬酰胺-葡萄糖模擬體系,分別在不同的油浴溫度和時間下使其發生反應,研究輻照劑量對模擬體系中丙烯酰胺的生成量和褐變程度的影響,并建立褐變程度與丙烯酰胺生成量的相關性。結果表明:隨輻照劑量的增大,丙烯酰胺的生成量呈現先減小后增大的趨勢；60Co-γ不同劑量預處理后的天冬酰胺-葡萄糖的模擬體系在高溫油浴中反應后,褐變程度與丙烯酰胺的生成量之間有一定的相關性。

輻照,模擬體系,美拉德反應,丙烯酰胺,褐變

丙烯酰胺(Acrylamide,AA)是天冬酰胺與還原糖之間美拉德反應的產物,通常在120℃以上高溫油炸、煎炸或燒烤條件下產生[1],經高溫加工的富含碳水化合物食品(如法式炸薯條和土豆片)會產生一定量的AA[2]。研究發現,AA不但有致癌性,還具有神經毒性和潛在的生殖毒性和遺傳毒性[3-5]。鑒于AA在食品中的廣泛分布及其潛在危害,對人類的食品安全造成了嚴重的威脅,已經成為食品安全領域關注的熱點。AA的產生與食品加工和貯藏方式密切相關,因此,研究食品加工和貯藏方式對AA生成的影響在食品的安全生產方面具有重要的指導意義。

電離輻射是一種非熱處理加工技術,被廣泛應用于食品加工和貯藏,可滅菌、殺死食品中的昆蟲和寄生蟲從而延長食品的貨架期[6-7]。研究輻照食品中AA的生成及其變化規律對食品的安全加工和控制有重要意義。據報道,1954年Robert B. Mesrobian[8]研究發現γ-射線照射AA固體可使其發生聚合作用,使AA含量減少；Xue Tong Fan[9]用0～1.5kGy的γ-射線照射AA水溶液,AA含量從1000ng/mL降到接近20ng/mL,減少了98%；Xue Tong Fan[9]對葡萄糖-天冬酰胺混合溶液進行輻照處理后,未檢測到AA；以上研究表明,單純輻照食品原料可能不會促進AA的生成,但是輻照預處理后對后期食品加工過程中AA的生成有何影響,目前還沒有相關報道。因此,本實驗以天冬酰胺、葡萄糖固體樣品為研究對象,采用不同輻照劑量對其分別預處理后,將其混合形成天冬酰胺-葡萄糖模擬體系,研究模擬體系在高溫油浴中反應生成的AA和褐變程度的變化,并建立其褐變程度與AA生成量的相關性,為經輻照預處理后的食品加工的安全控制提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

丙烯酰胺標準品 分析純,阿拉丁試劑(上海)有限公司；L-天冬酰胺(純度≥99%) 索萊寶生物科技有限公司；葡萄糖(純度≥99%) 阿拉丁試劑(上海)有限公司；甲醇 色譜純,美國天地(TEDIA)試劑公司。

鈷60型輻照裝置 北京原子高科金輝輻射技術應用有限責任公司；D-2000型高效液相色譜儀 日立(日本)公司；反相C18柱(250mm×4.6mm) 美國菲羅門公司；HH-S型智能型數顯恒溫油浴槽 金壇市成輝儀器廠；ML104型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；10mL的耐壓玻璃管 北京博美玻璃儀器公司；HF-2000型酶標儀 北京華安麥科生物技術有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品輻照預處理 將天冬酰胺和葡萄糖分組包裝在自封袋中,每組天冬酰胺和葡萄糖各一袋,均各為50g,真空包裝。包裝好的樣品送去輻照中心用60Co-γ在0、2、4、6、8kGy劑量下輻照處理2d；天冬酰胺和葡萄糖固體按摩爾比1∶1混合均勻,按上述操作在60Co-γ中輻照不同劑量,檢測其AA含量。

1.2.2 模擬反應體系的建立 天冬酰胺-葡萄糖模擬體系:將經不同劑量輻照的天冬酰胺和葡萄糖按摩爾比1∶1溶于超純水中,配制成濃度均為0.1mol/L的溶液100mL,未輻照的天冬酰胺-葡萄糖體系作為對照。然后取1mL樣液到耐高壓玻璃管中,置于油浴鍋中分別在150、160、170℃下加熱40、50、60min。反應結束后,迅速將反應體系在冰水浴中冷卻終止反應,然后用漩渦混合器混勻,將反應物于2000r/min下離心10min,取上清液冷藏待用。

1.2.3 模擬體系中AA含量的測定 參考Y.Yuan[10]的AA檢測方法,采用高效液相色譜-紫外檢測法。反應物過0.22μm水系濾膜,用 HPLC系統測定反應體系中的AA含量,流動相為甲醇-水,體積比為2∶98,流速 0.5mL/min,柱溫為30℃,進樣量10μL；紫外檢測器,波長205nm。用超純水配制成質量濃度分別為3.0、5.0、10.0、20.0、50.0、70.0、100.0μg/mL 的AA標準溶液,按上述色譜條件進行分析。以AA濃度(μg/mL)為橫坐標,峰面積為縱坐標,繪制AA標準曲線,回歸方程為Y=226232X+32662,相關系數R2=0.9992。樣品分析也按上述色譜條件進行,樣品的測定平行三次進行。

1.2.4 模擬體系褐變程度的測定 模擬體系的褐變程度用反應產物在波長450nm下的吸光值(A450)表示[11]。被測溶液分別用超純水稀釋使其吸光度小于2.5,以保證儀器測量的精確度,即分別將經160℃和170℃加熱的模擬體系反應液稀釋5倍和10倍,150℃模擬體系反應液不稀釋。將上述稀釋后的溶液分別加入到96孔培養板,每孔150μL,用HF-2000型酶標儀測定各反應產物的A450。平行三次測定反應產物褐變程度。

1.2.5 數據處理 實驗數據采用Origin8.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 反應體系中 AA 的含量分析

圖1為不同輻照劑量預處理的樣品,在不同加熱溫度、反應時間下天冬酰胺-葡萄糖模擬體系產生AA的量。由圖1可知,在同一反應溫度和時間下,AA的量均隨輻照劑量的增加呈現先減少再增加的趨勢,在2kGy或4kGy輻照劑量下達到最小值,8kGy時與未輻照天冬酰胺-葡萄糖模擬體系AA的量基本持平。這說明輻照預處理使樣品發生了改變,肉眼觀察發現,天冬酰胺固體輻照后顏色明顯泛黃,且劑量越大變化越明顯,參照葉德太[12]等人的研究結果,這可能是由于低劑量輻照時,天冬酰胺受到輻照發生分解,在表面及內部均勻形成黃色的分解產物,從而造成天冬酰胺的損失,表現為AA量減少,劉華[13]和駱文正[14]等人的研究也表明,輻照可以造成氨基酸的損失；高劑量輻照時,由于在天冬酰胺固體表面能很快形成較多的黃色分解產物,從而使光的吸收和反射發生改變,對內部天冬酰胺起到了保護作用,減少了內部天冬酰胺受輻照分解造成的損失,同時,加熱過程中高劑量產生的黃色分解產物有可能參與AA的生成,故8kGy時達到或超過未輻照樣品的AA的量；從圖A、B、C中可以看出,同一劑量、同一溫度下,AA產量均隨時間的增加呈現增大的趨勢,2kGy處 160℃下加熱50～60min,AA的產量變化最大,由8.397μg/mL增大到49.3592μg/mL,增大了約6倍,這可能是2kGy處某種AA前體物質在160℃下加熱50min時得到大量積聚,60min加熱時快速轉化生成了大量AA,而AA的降解速度并未隨之加快,故AA的量呈現較大的變化,其它幾個劑量也可以做類似的解釋；不同劑量輻照過的天冬酰胺和葡萄糖混合固體中并未檢測到AA,AA標準品的保留時間為7.93min,這與天冬酰胺和葡萄糖固體混合物的保留時間(5.96min左右)不一致,結合Mesrobian[8]和Xue[9]的實驗,進一步證明單純輻照食品原料不會促進AA的生成。

圖1 不同溫度加熱,反應時間、輻照劑量 與丙烯酰胺生成量的關系Fig.1 Effect of irradiation dose and heating time on acrylamide generation at different reaction temperatures注:A,150℃,B,160℃,C,170℃,圖2同。

2.2 褐變程度的變化

圖2為不同輻照劑量預處理的樣品在不同加熱溫度、反應時間下天冬酰胺-葡萄糖模擬體系的褐變程度(A450)結果,吸光值按1.2.4的稀釋程度擴大相應倍數。褐變程度可以反映體系美拉德反應的程度,從圖中可知,在150℃和160℃下反應時,在同一反應溫度和時間下,模擬體系的褐變程度隨輻照劑量的增加呈現先減少再增加的趨勢,2kGy或4kGy處出現最小吸光值,褐變程度最小；但隨溫度的升高達到170℃時,模擬體系的褐變程度呈現不同的趨勢,在同一反應溫度和時間下,模擬體系的褐變程度隨輻照劑量的增加呈現先增加后減小再增大的趨勢,在2kGy處出現最大吸光值,6kGy處出現最小吸光值；在同一輻照劑量下,褐變程度均隨溫度和時間的增加呈增大趨勢。由此可知,輻照和后續加熱溫度對天冬酰胺-葡萄糖模擬體系褐變程度有較大影響且表現為一定的交互作用,溫度較低時,低劑量輻照抑制褐變,高劑量促進褐變；溫度較高(≥170℃)時,輻照對褐變有促進作用,相對高劑量,低劑量輻照的促進作用更大。

圖2 不同溫度加熱,反應時間、 輻照劑量作用下反應產物的褐變程度Fig.2 Effect of irradiation dose and heating time on the degree of browning at different reaction temperatures

2.3 褐變吸光值與丙烯酰胺生成量的相關性

圖3為輻照預處理后的天冬酰胺-葡萄糖模擬體系在150、160、170℃下加熱AA生成量與褐變程度的相關性,其對應的相關系數R2=0.89063,這一結果與Arda Serpen[15]等通過色差值a*研究油炸土豆片顏色與AA含量相關性的結果相一致,這說明輻照預處理后的天冬酰胺-葡萄糖模擬體系的褐變程度與AA的形成具有一定的相關性,美拉德反應程度的加劇會促進AA的產生。

圖3 模擬體系丙烯酰胺量同褐變程度的相關性Fig.3 Correlation between amounts of acrylamide and the degree of browning in the model system

3 結論

60Co-γ輻照預處理天冬酰胺和葡萄糖后對其混合模擬體系在高溫油浴中反應后AA的產生具有較大影響,隨輻照劑量的增大,AA的量呈現先減小再增加的趨勢,即低劑量下輻照對AA的生成有抑制效果,隨劑量增大抑制效果降低,這可能是不同輻照劑量使天冬酰胺發生分解且不同分解產物對AA生成的作用不同造成的；輻照對天冬酰胺-葡萄糖模擬體系褐變程度有較大影響,整體呈現抑制效果,但升高溫度(≥170℃)或增大輻照劑量(≥6kGy),褐變程度可能會隨之增大；60Co-γ不同劑量處理的天冬酰胺和葡萄糖的模擬體系經高溫油浴,產生的褐變與AA的生成之間有較好的相關性。

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Effect of irradiation pretreatment on the formation of acrylamidein the model system of glucose and asparagine

SHI Yan1,LIU Jun-kai1,TU Zong-cai1,2,*,WANG Hui1,HUANG Xiao-qin2,YAO Si-hua1,CHEN Zhi-wei1,ZHANG Qiu1

(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology and Department of Food Science andEngineering,Nanchang University,Nanchang 330047,China;2. College of Life Science,Jiangxi Normal University,Nanchang 330022,China)

In this work,asparagine-glucose model system was reacted under different temperature and time in the oil bath after asparagine and glucose pretreated by60Co-γ irradiation,respectively. The effect of irradiation dose on the formation of acrylamide,the browning and the correlation between browning and acrylamide of the model system during reaction were studied. The results indicated that the acrylamide amount was decreased firstly and then increased with the irradiation dose increasing. There was a good linear correlation between acrylamide content and the browning degree in the glucose-asparagine model system during reaction after Gamma-Ray(60Co)pretreatment.

irradiation；model system；maillard reaction；acrylamide；browning

2014-03-17

石燕(1964-)，女，博士，教授，研究方向：微膠囊技術在食品中的應用。

*通訊作者:涂宗財(1965-)，男，博士，教授，研究方向:食物資源的開發與高效利用。

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(2012CB126314);江西省重大科技創新研究項目(20124ACB00600)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)03-0070-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.005