阿魏酸與咖啡酸對丙烯酰胺形成及消減的影響

吳豪杰 于 淼 黃才歡 歐仕益

(暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510632)

阿魏酸與咖啡酸對丙烯酰胺形成及消減的影響

吳豪杰 于 淼 黃才歡 歐仕益

(暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510632)

探討阿魏酸與咖啡酸在美拉德模擬體系中對丙烯酰胺形成和消減的影響。結(jié)果表明：在天冬酰胺/葡萄糖模擬反應(yīng)體系中，阿魏酸與咖啡酸的添加量為250 mmol/L和25 mmol/L時可抑制丙烯酰胺的形成，而二者濃度低于2.5 mmol/L時則促進丙烯酰胺的形成。將阿魏酸與咖啡酸分別與丙烯酰胺單獨高溫處理，發(fā)現(xiàn)2種酚酸對丙烯酰胺都具有消減效果，但效果不明顯，因此判定阿魏酸與咖啡酸對美拉德模擬體系中丙烯酰胺含量的影響主要作用于丙烯酰胺的形成階段。另外，酸性條件下，醌型酚酸比酚型酚酸對丙烯酰胺的消減作用更大，而在中性條件下，酚型酚酸的消減作用更強。

丙烯酰胺；阿魏酸；咖啡酸；消減；形成

Abstract： In this study, caffeic and ferulic acids were used to test the effect on acrylamide formation and elimination in model reaction systems. In asparagine/glucose reaction system, addition of caffeic and ferulic acid at the concentration of 25 mmol/L and 250 mmol/L inhibited acrylamide formation. However, they increased acrylamide formation below 2.5 mmol/L. It was found that both of phenolic acids increased acrylamide elimination when ferulic acid or caffeic acid were heated with acrylamide, but the effect is not obvious, so effect of caffeic acid and ferulic acid influenced on acrylamide content in Maillard reaction system mainly influence on acrylamide formation stage. Otherwise, The acrylamide elimination of quinone type of phenolic acid is higher than phenol type in the acidic condition while phenol type is higher in neutrallty condition.

Keywords： acrylamide; ferulic acid; caffeic acid; elimination; formation

丙烯酰胺是一種具有致癌性與潛在生殖毒性的神經(jīng)毒素[1-3]，國際癌癥機構(gòu)把它列為“人類可能致癌物”[4]。熱加工食品中的丙烯酰胺主要由天冬酰胺和羰基類化合物通過美拉德反應(yīng)產(chǎn)生，也可通過丙烯醛途徑產(chǎn)生，即丙烯醛被氧化為丙烯酸后，再與氨反應(yīng)生成丙烯酰胺[5-6]，在咖啡制品、谷物制品、高溫土豆制品中含量較高。

食物中含有豐富的咖啡酸與阿魏酸，它們作為天然多酚，具有抗病毒、抗菌、抗氧化、抗腫瘤、抗血小板凝集、抑制突變、縮短出血和血凝時間等多種重要的生理功能[7-10]，對人類健康有一定的保健功能[11-13]。

天然抗氧化劑如酚酸類物質(zhì)對丙烯酰胺的形成表現(xiàn)出促進和抑制的雙重作用。張英等[14]研究表明：竹葉提取物(主要是竹葉黃酮)和綠茶提取物(EGT)在天冬酰胺/葡萄糖模擬反應(yīng)體系中可使丙烯酰胺的生成量分別降低了74.4%和74.3%；歐仕益等[15]向模擬體系中添加天然抗氧化劑提取物(主要是蘋果、藍莓、火龍果等)時，發(fā)現(xiàn)火龍果提取物不僅沒有抑制丙烯酰胺形成，反而起促進作用。目前關(guān)于咖啡酸與阿魏酸在高溫下對丙烯酰胺形成與消減作用的報道不多。本研究將阿魏酸與咖啡酸分別加入到天冬酰胺/葡萄糖體系中加熱，探討2種酚酸對丙烯酰胺形成與消減的影響，旨在為富含酚酸類的食品調(diào)控丙烯酰胺的含量提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

丙烯酰胺：99%，天津市化學(xué)試劑研究所；

咖啡酸：99%，百靈威科技有限公司；

阿魏酸：99%，廣州齊云生物技術(shù)有限公司；

過氧化鈣：分析純，阿拉丁試劑公司；

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉：分析純，天津市化學(xué)試劑廠；

二甲基硅油：H201-500型，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；

甲醇：色譜純，美國J.T Baker公司；

冰醋酸、乙腈：色譜純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

電子分析天平：HR-200型，日本A&D公司；

集熱式磁力加熱攪拌器：DF-II型，江蘇省金壇市神科儀器廠；

HPLC分析系統(tǒng)：SHIMADZMLC-20AT型，日本島津儀器公司；

質(zhì)譜聯(lián)用儀：SHIMADZU LCMS-8045型，日本島津儀器公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 丙烯酰胺在美拉德模擬體系中的形成與消減 按表1將各反應(yīng)物添加到不銹鋼試管中，研究各體系中丙烯酰胺的形成與消減情況，其中丙烯酰胺溶液濃度為200 μg/mL。將不銹鋼試管放入160 ℃二甲基硅油中加熱30 min后，冰水浴中快速冷卻至室溫。生成物轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶，蒸餾水定容后，用高效液相色譜測定丙烯酰胺的含量。

1.2.2 美拉德反應(yīng)體系中2種酚酸對丙烯酰胺形成與消減的影響

(1) 酚酸的添加量對丙烯酰胺形成的影響：在Asn/Glc模擬體系中，將132.1 mg天冬酰胺和1 mL 葡萄糖溶液(濃度為1 mol/L)添加到不銹鋼試管中，然后將1 mL 不同濃度的2種酚酸(濃度為0.1，1，10，100，1 000 mmol/L)分別添加到模擬體系中混合，用蒸餾水定容至4 mL；以不添加酚酸的樣品作為對照。反應(yīng)30 min后，測各樣品中丙烯酰胺的含量。反應(yīng)條件同1.2.1。

表1 丙烯酰胺形成與消減反應(yīng)體系?

? Glc、Asn、Acr分別代表葡萄糖、天冬酰胺、丙烯酰胺。

(2) 模擬體系中2種酚酸對丙烯酰胺形成與消減的影響：根據(jù)1.2.2(1)中的結(jié)果選用2個適宜的酚酸(阿魏酸與咖啡酸)添加量，按表2構(gòu)建不同的反應(yīng)體系，研究了阿魏酸、咖啡酸在美拉德反應(yīng)中對丙烯酰胺形成與消減的影響。其中丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液為200 μg/mL。反應(yīng)條件同1.2.1。

表2 酚酸對丙烯酰胺形成與消減反應(yīng)體系?

? Glc、Asn、PA、Acr分別代表葡萄糖、天冬酰胺、兩種酚酸(包括咖啡酸與阿魏酸)及丙烯酰胺。

(3) 不同濃度的2種酚酸對丙烯酰胺消減的影響：設(shè)置10 mmol/L的丙烯酰胺水溶液體系，分別添加適量的阿魏酸或咖啡酸，使酚酸的最終濃度分別為1，5，10，25，100，250 mmol/L，以不添加酚酸的樣品作為對照。反應(yīng)條件同1.2.1。

1.2.3 不同形態(tài)的2種酚酸對丙烯酰胺的消減作用

(1) 酚型阿魏酸和咖啡酸對丙烯酰胺的消減作用：分別將1 mL的阿魏酸和咖啡酸(濃度均為200 mmol/L)與0.5 mL 丙烯酰胺溶液(濃度為40 mmol/L)添加到不銹鋼試管中，用蒸餾水定容至2 mL。以10 mmol/L丙烯酰胺溶液為空白樣品，反應(yīng)條件同1.2.1。

(2) 醌型阿魏酸和咖啡酸對丙烯酰胺的消減作用：分別將1 mL的阿魏酸和咖啡酸(濃度均為200 mmol/L)與0.5 mL 丙烯酰胺溶液(濃度為40 mmol/L)添加到不銹鋼試管中，用蒸餾水定容至2 mL。在玻璃小管中放置0.56 g 過氧化鈣，管口用少量的脫脂棉輕輕塞住，把玻璃小管放置于不銹鋼試管中，將管蓋旋緊。向不銹鋼試管中加入同樣放置0.56 g過氧化鈣的玻璃小管作為空白樣品，其中空白樣品為0.5 mL丙烯酰胺溶液(濃度為40 mmol/L)和1.5 mL蒸餾水混合液。反應(yīng)條件同1.2.1。

1.2.4 pH對反應(yīng)體系中丙烯酰胺消減的影響 用磷酸緩沖溶液(濃度為0.2 mol/L)配置丙烯酰胺溶液(濃度為8.00 mg/L)與2種酚酸溶液(咖啡酸溶液濃度為3.05 g/L，阿魏酸溶液濃度為3.29 g/L)。

分別將1 mL的阿魏酸和咖啡酸與1 mL的丙烯酰胺溶液添加到不銹鋼試管中，然后加入2 mL的磷酸緩沖溶液?？瞻讟悠窞? mL丙烯酰胺溶液和3 mL磷酸緩沖溶液的混合液。反應(yīng)條件同1.2.1。

1.3 丙烯酰胺的檢測

色譜柱：Ultimate AQ-C18，4.6 mm×250 mm，5 μm；流動相：A為甲醇，B為0.1%冰醋酸水溶液，洗脫條件為：0～10 min，5% A；10.01～15.00 min，5%～80% A；15.1～17.0 min，80%～5% A；17.1～25.0 min，5% A，流速0.6 mL/min；進樣量5 μL；柱溫40 ℃；檢測波長為205 nm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對每種處理進行3次平行試驗，用SPSS 17.0對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 丙烯酰胺在模擬體系中的形成與消減

由圖1可知， 美拉德體系中，葡萄糖和天冬酰胺在反應(yīng)后生成的丙烯酰胺為141.52 μg，分析這是丙烯酰胺自身生成與降解的綜合結(jié)果[16-17]。 添加200 μg丙烯酰胺的標(biāo)準(zhǔn)品后，最終丙烯酰胺的量為301.23 μg，比未添加樣品只增加了160 μg。 由此可見，生成后的丙烯酰胺可大量降解，且降解率可達20%。這可能是體系中同時生成的類黑素與丙烯酰胺反應(yīng)所致[18]。此外，類黑素還可作用于丙烯酰胺的前體物質(zhì)，從而抑制體系中丙烯酰胺的生成。試驗所測得的丙烯酰胺含量是其在體系中生成與消減的綜合結(jié)果，體系中的其它物質(zhì)可與生成的丙烯酰胺相互作用，從而使丙烯酰胺的含量大大減少[19-20]。

圖1 美拉德體系中丙烯酰胺的生成與消減

2.2 美拉德反應(yīng)體系中2種酚酸對丙烯酰胺形成與消減的影響

2.2.1 酚酸添加量對丙烯酰胺的作用 由圖2可知，在模擬體系中，不同添加量的阿魏酸和咖啡酸對丙烯酰胺的作用效果截然相反。在較高的添加量(0.1，1 mmol)下，酚酸對丙烯酰胺的形成表現(xiàn)為抑制作用，當(dāng)添加量為1 mmol時，其抑制率分別為58.14%(咖啡酸)和59.64%(阿魏酸)；而添加量≥0.01 mmol 時，2種酚酸對丙烯酰胺的形成均表現(xiàn)為促進作用；當(dāng)酚酸添加量為0.001 mmol 時所生成的丙烯酰胺量最大，分別為194.12 μg(咖啡酸)和 199.41 μg(阿魏酸)，其促進率分別為15.79% (咖啡酸)和18.94%(阿魏酸)。同時，樣品的顏色變化也隨添加量的改變而出現(xiàn)明顯差異，在較高濃度下，樣品顏色隨著添加量的增高而變淺；在而低添加量下樣品顏色變化不大。

2.2.2 美拉德反應(yīng)體系中2種酚酸對丙烯酰胺形成與消減的影響 根據(jù)1.2.2(1)中的結(jié)果，分別選取0.01 mmol和0.1 mmol的2個酚酸添加量，進一步考察咖啡酸與阿魏酸對丙烯酰胺形成與消減的影響。由表3可知：酚酸添加量為0.1 mmol時，咖啡酸和阿魏酸對丙烯酰胺的消減率分別為42.58%和36.14%；而當(dāng)酚酸添加量為0.01 mmol時，體系中丙烯酰胺的量均有所增加，表現(xiàn)為促進丙烯酰胺的形成。另外，加入丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品后對丙烯酰胺的形成與消減影響不大。

圖2 咖啡酸與阿魏酸添加量對美拉德模擬體系中丙烯酰胺的消減影響

Figure 2 Addition amounts of caffeic acid and ferulic acid on the effect of acrylamide in Maillard model reaction system

2.2.3 不同濃度的2種酚酸單一添加時對丙烯酰胺消減的影響 在丙烯酰胺水溶液體系中，設(shè)置了5個濃度的酚酸，分別添加于樣液中，探討不同濃度下2種酚酸各自對丙烯酰消減的影響。由圖3可知：隨著2種酚酸濃度的增加，體系中丙烯酰胺含量有所減少，但變化均不明顯，只有阿魏酸在高濃度下(250 mmol/L)對丙烯酰胺有明顯的消減作用，且消減率為15.50%。結(jié)合2.2.1及2.2.2的結(jié)果，可以推測酚酸影響體系中丙烯酰胺的含量主要發(fā)生在丙烯酰胺的形成階段。

2.3 酚型和醌型的咖啡酸與阿魏酸對丙烯酰胺的消減作用

酚酸在有氧的環(huán)境下可被氧化為醌型[21-22]。加熱時水蒸氣與玻璃小管中的過氧化鈣反應(yīng)后會產(chǎn)生氧氣[23-24]。在不銹鋼試管內(nèi)加入含過氧化鈣的玻璃試管后，體系中的氧氣可由原來的8 mg增加到120 mg(不銹鋼管深為128.8 mm，內(nèi)徑為8.0 mm，按空氣中氧氣比例為21%算)，可將體系中酚酸氧化為醌型。由圖4可知，加入過氧化鈣后的體系與未加入相比，對丙烯酰胺消減的能力更強，但咖啡酸與阿魏酸的消減效果差別不大；而未加入過氧化鈣的體系中阿魏酸對丙烯酰胺的消減效果要比咖啡酸好。

由此推測2種酚酸對丙烯酰胺產(chǎn)生消減作用的機制可能為：① 丙烯酰胺與酚酸或酚酸的降解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)形成新的物質(zhì)，從而降低了體系中丙烯酰胺的含量，且醌型酚酸更容易與丙烯酰胺發(fā)生反應(yīng)；② 酚酸在加熱的條件下不穩(wěn)定，可釋放出自由基，進而促進了丙烯酰胺的聚合反應(yīng)；③ 在酸性條件下丙烯酰胺容易形成丙烯酸[25-26]，從而降低了體系中丙烯酰胺的含量。

表3 不同添加量的兩種酚酸對美拉德模擬體系中丙烯酰胺消減的影響?

? Glc、Asn、Caf、FA、Acr分別代表葡萄糖、天冬酰胺、咖啡酸、阿魏酸及丙烯酰胺。

圖3 咖啡酸與阿魏酸濃度對丙烯酰胺消減的影響

2.4 pH對模擬體系中丙烯酰胺消減的影響

由圖5可知，當(dāng) pH調(diào)到7.0后，不加入酚酸的體系中，其丙烯酰胺的消減率為14%；而加入酚酸后，體系中丙烯酰胺的消減率都明顯降低，均小于5%。

丙烯酰胺單獨加熱時，在較短時間內(nèi)十分穩(wěn)定[27]，此處空白樣品中丙烯酰胺的消減率高達14%，說明磷酸鹽可促進丙烯酰胺的消減，可能與磷酸鹽對丙烯酰胺的作用有關(guān)。Rizzi[28]認為緩沖溶液可以促進某些反應(yīng)的進行，如美拉德反應(yīng)過程中葡萄糖的降解。酚酸的加入削弱了磷酸鹽對丙烯酰胺的消減作用。

圖4 不同形態(tài)的酚酸對丙烯酰胺消減的影響

圖5 pH 7.0條件下酚酸對模擬體系中丙烯酰胺消減的影響

3 結(jié)論

本研究采用天冬酰胺/葡萄糖模擬體系，探究阿魏酸與咖啡酸對丙烯酰胺的形成與消減的影響。結(jié)果表明：

(1) 在美拉德模擬體系中咖啡酸與阿魏酸均對丙烯酰胺的形成表現(xiàn)出抑制和促進的雙重作用，在高濃度下(250 mmol/L和25 mmol/L)對丙烯酰胺的形成起抑制作用，而二者濃度低于2.5 mmol/L時則表現(xiàn)為促進作用。然而，在丙烯酰胺體系中分別添加阿魏酸與咖啡酸，丙烯酰胺的含量雖有減少，但不明顯，由此可見，在美拉德體系中2種酚酸的作用主要發(fā)生在丙烯酰胺的形成階段，進而影響丙烯酰胺的含量。

(2) 在酸性條件下，醌型酚酸比酚型酚酸對丙烯酰胺的消減作用更大，而在中性條件下，酚型酚酸的消減作用更強?？梢?，在食品加工中可通過調(diào)控酚酸類物質(zhì)的量，既可達到控制丙烯酰胺含量的目的，也可發(fā)揮酚酸的保健功能。本研究不僅豐富了抗氧化劑影響丙烯酰胺形成的理論，也為富含酚酸類食品調(diào)控丙烯酰胺的含量提供了新的思路。

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Effect of ferulic acid and caffeic acid on acrylamide formation and elimination

WU Hao-jieYUMiaoHUANGCai-huanOUShi-yi

(DepartmentofFoodScienceandEngineering,JinanUniversity,Guangzhou,Guangdong510632,China)

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.08.001

國家自然科學(xué)基金(編號：31071596)；廣東省自然科學(xué)基金(編號：32215105)

吳豪杰，男，暨南大學(xué)在讀碩士研究生。

歐仕益(1963—)，男，暨南大學(xué)教授，博士。 E-mail: tosy@jnu.edu.cn

2017—06—12