油炸薯片中羧甲基賴氨酸形成規律及抑制作用的研究

韓文鳳 周迎春 譚興和

(浙江工業職業技術學院鑒湖學院1, 紹興 312000)(中華人民共和國漯河海關2，漯河 462000)(湖南農業大學食品科技學院3，長沙 410128)

食品熱加工過程中的美拉德反應在賦予其良好色香味的同時，也會生成包括羧甲基賴氨酸(Nε-carboxymethyllysine，CML)、羧乙基賴氨酸(Nε-carboxyethyllysine，CEL)、吡咯素(Pyrraline，PY)、戊糖苷素(Pentosidine，PE)、咪唑賴氨酸(Imidazolysine，IM)和交聯素(Crosslines，CR)等在內的20多種晚期糖基化終末產物(Advanced Glycation End-products，AGEs)。CML是第一個被分離鑒定出來的AGEs化合物，同時也是存在于食品中的最為主要的一種AGEs[1]。CML與許多疾病的發生密切相關，能促使糖尿病、關節炎和動脈粥樣硬化等疾病的發展和人體器官的快速衰老[2,3,4]。周燕瓊[5]發現油炸香蕉片的CML含量為3.9 mg/kg，紫薯片的CML含量為5.1 mg/kg，而油炸馬鈴薯片中CML含量可達22.2 mg/kg，可見油炸薯片中CML的含量比同類食品要高。油炸薯片中高含量CML的存在給馬鈴薯產業蒙上了巨大的陰影，也對消費者的健康構成威脅，成為當今食品安全領域亟待攻克的一大難題。

水果多酚作為一種具有抗氧化活性的天然化合物，已越來越多的引起了人們的關注。水果多酚是存在于水果中的多羥基酚類化合物的總稱，主要存在于水果的果皮、果肉及果核中，含量僅次于纖維素、半纖維素和木質素[6]。水果多酚中的酚羥基很容易與環境中的氧結合，被氧化成醌類結構，這使水果多酚具有較強的抗氧化性以及清除自由基的能力。劉慧琳等[7]研究發現白黎蘆醇、原花青素和綠原酸等6種多酚類化合物對餅干中CML均具有一定的抑制作用。Zhang等[8]研究發現當把柚皮素、表兒茶素和綠原酸等多酚單體添加到葡萄糖-酪蛋白糖基化模型中以120.0 ℃加熱2.0 h后，檢測發現這些多酚類化合物能夠抑制CML等AGEs的形成。劉薈萃等[9]發現槲皮素、蘆丁和表兒茶素對牛血清蛋白-果糖模擬反應體系中CML等AGEs具有抑制作用。李書藝等[10]研究發現荔枝果皮原花青素能夠抑制乳清蛋白-葡萄糖和牛血清白蛋白-葡萄糖模擬生理體系中的CML等AGEs的形成。周凱文等[11]研究發現茶多酚和木犀草素對CML的抑制率分別為13.67%和16.52%。前人的研究結果證明多酚單體對CML具有較好的抑制作用。但是由于多酚單體的制取工藝復雜，導致價格較高，很難實際應用到食品生產中去。

葡萄籽、蘋果皮和山楂皮通常是食品工業的下腳料，但其中含有豐富的以綠原酸、槲皮素和兒茶素等為代表的多酚類化合物，以這類原料提取得到的多酚類物質同樣對CML具有良好的抑制作用，并且具有來源廣泛和價格便宜的優點，適于在食品生產中應用。油炸薯片按原料來源的不同，可分為油炸復合薯片和油炸鮮切薯片，為了保證實驗條件的一致性和可操作性，本文以油炸復合薯片(簡稱油炸薯片)為研究對象，研究了其不同工藝條件下CML的形成規律，及葡萄籽、蘋果皮和山楂皮多酚對CML的抑制作用效果，同時結合水果多酚對油炸薯片感官品質的影響，來探討水果多酚用于抑制CML形成的可行性，以期為降低油炸薯片中CML的含量提供解決方案。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

馬鈴薯全粉、棕櫚油、葡萄籽多酚(多酚含量99.4%)、蘋果皮多酚(多酚含量70.1%)、山楂皮多酚(多酚含量80.0%)；CML標準品(純度為98.0%)、CML-D4同位素內標(化學純度為98.0%，同位素純度為97.9%)；乙腈(質譜純)、甲酸(質譜純)；其他試劑等級均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

VacElut SPS 24 真空固相萃取裝置，N-EVAP-24圓形水浴氮吹儀，ACQUITY超高效液相色譜儀，XEVO TQ三重四級桿串聯質譜儀，ACQUITY BEH Amide HILIC柱(2.1 mm×100 mm，1.7 μm)，ACQUITY BEH Amide Vanguard保護柱(1.7 μm)，Milli-Q Advantage A10 超純水系統。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準曲線的繪制

配制濃度分別為1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0 ng/mL的系列CML標準溶液，每個濃度梯度中氘代羧甲基賴氨酸(Nε-carboxymethyllysine-D4，CML-D4)內標液的濃度均為10.0 ng/mL，渦旋均勻，在UPLC-MS/MS系統中分析測定CML的含量。以響應值[CML-D4濃度×(CML峰面積/CML-D4峰面積)]Y和CML濃度X分別為縱坐標和橫坐標，繪制內標法CML的標準曲線，并計算回歸方程和相關系數。

1.3.2 檢測方法的驗證

通過計算檢出限(Limit of Detection，LOD)、定量限(Limit of Quantification，LOQ)和準確度來評價檢測方法的可行性。待測物的信號強度(Signal intensity，S)與基線噪音(Noise，N)的比值稱為信噪比(S/N)。一般將LOD定義為S/N=3也就是峰高是基線噪音高的3倍時的濃度[12]。將LOQ定義為S/N=10也就是峰高是基線噪音高的10倍時的濃度[13]。一般以標準曲線中最低濃度離子峰圖的S/N值為基準來計算LOD和LOQ。其S/N即峰高是基線噪音高的X倍時，則檢出限D=3C/X；式中：C代表待測物濃度，X代表信噪比，D代表LOD。定量限Q=10C/X；式中：C代表待測物濃度，X代表信噪比，Q代表LOQ。

將薯片(180 ℃下油炸120 s)樣品進行加標實驗，加標量分別為5.0、10.0、20.0 μg/g，每個加標濃度均做6份平行實驗，計算各加標水平的平均回收率見公式1。

(1)

式中：P為加標回收率；C2為樣品中加入CML標準品后的實測值；C1為樣品本身的CML含量；C0為樣品加入的標準品量。

1.3.3 油炸薯片的制備

以馬鈴薯全粉為原料，按馬鈴薯全粉與水的質量比為1∶1的比例，攪拌均勻并揉搓制成濕面團后，搟成厚度為1.0 cm面片，用蒸汽加熱處理10.0 min。將蒸熟的面團冷卻到40.0 ℃，搓成直徑為4.0 cm的面柱。將面柱裝入保鮮袋中，密封后置于4.0 ℃條件下冷卻老化8.0 h。將充分老化的面柱切成1.5 mm厚的薄片，以(50.0±3.0)g為一批，置于常壓條件下的棕櫚油中炸制(140.0 ℃下分別油炸40.0、80.0、120.0、160.0、200.0、240.0 s；180.0 ℃下分別油炸40.0、80.0、120.0、160.0、200.0、240.0 s；220.0 ℃下分別油炸40.0、80.0、120.0、160.0、200.0、240.0 s)。將經油炸后的薯片撈出控油，在室溫下冷卻60.0 min，取一部分樣品充分研磨至粒徑約為0.5 mm的粉末。將油炸薯片樣品和油炸薯片粉末分別放入密封袋(未粉碎的樣品用于感官評價，粉碎的樣品用于檢測其中CML的含量)，于-20.0 ℃冰箱中儲存備用。

1.3.4 基于水果多酚的油炸薯片的制備

分別稱取葡萄籽多酚、蘋果皮多酚和山楂皮多酚各0.01、0.05、0.10、0.30、0.50、1.00、2.00 g加入到50.0 g水中配制成水溶液。按照水與馬鈴薯全粉質量比為1∶1的比例，使水果多酚添加量分別占面團總質量的0.01%、0.05%、0.10%、0.30%、0.50%、1.00%、2.00%。攪拌均勻并揉搓制成濕面團后，搟成厚度為1.0 cm面片，用蒸汽加熱處理10.0 min。蒸熟的面團冷卻到40.0 ℃，搓成直徑為4.0 cm的面柱。將面柱裝入保鮮袋中，密封后置于4.0 ℃條件下冷卻老化8.0 h。將充分老化的面柱切成1.5 mm厚的薄片，以(50.0±3.0) g為一批，置于常壓180.0 ℃的棕櫚油中炸制120.0 s。將經油炸后的薯片撈出控油，在室溫下冷卻60.0 min，取一部分樣品充分研磨至粒徑約為0.5 mm的粉末。將油炸薯片樣品和油炸薯片粉末分別放入密封袋(未粉碎的樣品用于感官評價，粉碎的樣品用于檢測其中CML的含量)，于-20.0 ℃冰箱中儲存備用。同時以未加水果多酚組作為空白對照實驗。

CML抑制率的計算公式為：

(2)

1.3.5 感官評價方法

感官品質評價是一種能真實客觀反映食品品質的有效方法，在國內外食品科學研究中得到廣泛的應用，目前尚無任何一種儀器測試能完全取代感官評價。本試驗中抽取10名經過專業訓練并有感官評價經驗的人員組成評價小組，在專業感官品質評價室內，從色澤、質地、滋味與氣味3個方面按規定的評分標準對油炸薯片樣品進行結構化評價，綜合評分為品評人員對樣品的總體接受度。評分標準如表1。

表1 感官評定標準

1.3.6 樣品的預處理

稱取0.10 g(精確至1.0 mg)粉粹后的油炸薯片，向樣品中加入正己烷脫脂，充分渦旋混勻后，離心棄去正己烷層。將脫脂所得的樣品水解后離心，上清液定容至25 mL。定容后的溶液用濾紙過濾1次，以除去顆粒較大的雜質。采用MCX固相萃取柱對樣品進行凈化，以CML-D4為同位素內標在UPLC-MS/MS系統中分析測定CML的含量[14]。

1.3.7 UPLC-MS/MS檢測條件

1.3.7.1 液相色譜條件

儀器：ACQUITY超高效液相色譜儀；色譜柱：ACQUITY BEH Amide HILIC柱(2.1 mm×100 mm，1.7 μm)；保護柱：ACQUITY BEH Amide Vanguard柱(1.7 μm)；柱溫：35 ℃；進樣量：5 μL；運行時間：7.0 min；流動相：A相為0.1%甲酸水溶液，B相為乙腈；進行梯度洗脫，洗脫參數如表2。

表2 梯度洗脫參數

1.3.7.2 質譜條件

儀器：XEVO TQ三重四級桿串聯質譜儀；離子源模式：ESI+；監測模式：MRM；毛細管電壓：3.5 kV；錐孔電壓：20 V；碰撞能量：15 V；離子源溫度：150 ℃；脫溶劑氣溫度：400 ℃；脫溶劑氣流速：700 L/h；錐孔氣流速：50 L/h；脫溶劑氣和錐孔氣體為氮氣；碰撞氣體為氬氣；MRM模式的設置：CMLm/z205.22～84.00定量，m/z205.22～130.00定性；CML-D4m/z209.00～87.70定性。

1.4 統計學數據分析方法

每個樣品做3份平行實驗，數據以“平均值±標準偏差”的方式表示，采用SPSS Statistics 17.0中單因素方差分析ANOVA的Dunnett's T3方法對實驗數據的顯著性進行檢驗。P<0.05時表示對比的數據間具有顯著差異，P≥0.05時表示對比的數據間差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的繪制

以響應值Y和CML濃度X分別為縱坐標和橫坐標，繪制CML的內標法標準曲線,并計算回歸方程和相關系數分別為：Y=2.435 9X-1.183 1，R2=0.998 9，CML線性范圍為1.0～50.0 ng/mL。圖1為CML總離子流圖，CML的出峰時間為4.68 min, 圖2為CML和CML-D4的一級質譜圖，圖3為CML和CML-D4的二級質譜圖。CML的定量子離子的m/z為84.00，定性子離子的m/z為130.00。

圖1 CML總離子流圖

圖2 CML和CML-D4的一級質譜圖

圖3 CML和CML-D4的二級質譜圖

2.2 檢測方法的驗證

通過UPLC-MS/MS工作軟件對標準曲線中最低濃度(1.0 ng/mL)的CML離子流圖譜進行自動分析獲得S/N(X)=78.83。由檢出限D=3C/X，定量限Q=10C/X，計算得出該檢測方法中CML的LOD約為0.038 ng/mL，LOQ約為0.127 ng/mL；CML的加標回收率為82.18%～91.85%。對于方法學驗證中的準確度而言，通常可以接受的回收率范圍為80.0%～120.0%[15]，說明本方法的回收率在可接受的范圍內。可以看出本方法具有較高的準確度和靈敏度，可以用于油炸薯片中CML的定量檢測。

2.3 油炸工藝條件對薯片中CML含量的影響

從圖4中可以看出，在油炸時間為40.0～240.0 s的范圍內，薯片于140.0 ℃的較低溫度下油炸，其中CML的含量隨油炸時間的延長而逐步上升。于180.0 ℃的溫度下油炸，其中CML的含量隨油炸時間的延長呈先增加后降低的趨勢，在120.0 s時CML含量為(11.70±0.19) μg/g，在160.0 s時CML含量達到(11.86±0.15)μg/g。120.0 s和160.0 s時樣品中CML的含量屬于3組數據中最高的2個，兩者之間沒有顯著差異(P≥0.05)。于220 ℃的高溫下油炸，其中CML的含量隨油炸時間的延長也呈先增加后降低的趨勢，在80.0 s時CML含量達到最大值(10.99±0.15) μg/g。同時還可以看出，薯片中CML的含量在220 ℃油炸時比180 ℃下降速度快很多。CML是還原糖和蛋白質進行美拉德反應的中間產物，在美拉德反應中CML的形成和分解是同時存在的，高溫下更利于CML的分解[14]。在油炸高溫反應的初期，反應底物充足，CML的形成速率大于分解速率，CML含量不斷增加。隨著反應的進行，CML形成所需的反應底物減少，CML分解速率逐漸超過形成速率，CML含量也呈現下降趨勢[16]。

注：圖中同一條曲線中不同字母表示數據差異顯著(P<0.05)，相同字母表示數據差異不顯著(P≥0.05)，余同。圖4 油炸工藝條件對薯片中CML含量的影響

2.4 不同油炸條件薯片的感官評價及其與CML含量的關系

從表3可以看出，在油炸時間為40.0～240.0 s

表3 不同油炸條件的薯片感官評價結果

的范圍內，薯片于140.0 ℃的較低溫度下油炸，其各項感官評價得分隨油炸時間的延長而分值升高，并且各感官評價得分數據間有顯著差異(P<0.05)；從圖4可以看出，薯片中CML的含量也隨油炸時間的延長而升高。于180.0 ℃的溫度下油炸，其各項感官評價得分隨油炸時間的延長呈先升高再降低的趨勢。120.0 s時的感官綜合評分為(9.28±0.11)分，160.0 s時的為(9.20±0.12)分，感官綜合評分是3組數據中最高的2個，兩者之間沒有顯著差異(P≥0.05)；薯片中CML的含量也呈先升高再降低的趨勢，120.0 s時的CML含量為(11.70±0.19)μg/g，160.0 s時的CML含量為(11.86±0.15)μg/g，也是屬于3組數據中最高的2個，兩者之間沒有顯著差異(P≥0.05)。于220 ℃的高溫下油炸，其各項感官評價得分和樣品中CML的含量均隨油炸時間的延長呈先升高再降低的趨勢，但220 ℃時的下降速度比180 ℃時的更快。

對140、180、220 ℃的油炸薯片的感官綜合評分與CML含量之間進行相關性分析，其相關性系數R2分別為0.973 2、0.933 5和0.948 2，如圖5所示。結合表3可以看出兩者之間呈高度正相關，也就是說油炸薯片的感官綜合評分較高時，CML含量也相應較高。3組實驗數據中，在油炸溫度為180.0 ℃和時間分別為120.0 s和160.0 s時，油炸薯片的感官綜合評分屬于3組數據中最高的2個，數據間沒有顯著差異(P≥0.05)，樣品中CML的含量也是屬于3組數據中最高的2個，數據間沒有顯著差異(P≥0.05)。綜合考慮各因素后，選用油炸溫度為180.0 ℃和時間為120.0 s的工藝條件，來研究水果多酚對油炸薯片中CML的抑制作用效果。

圖5 油炸薯片的感官綜合評分與CML含量相關性的散點圖

2.5 水果多酚對油炸薯片中CML含量的影響

從圖6中可以看出，3種水果多酚對油炸薯片中CML的形成均有不同程度的抑制作用，并且CML抑制率均隨添加量的增加而增大。水果多酚添加量在0.01%～1.00%范圍內增加時，抑制率增加較快，當水果多酚添加量超過1.00%后繼續增加時，抑制率增加較慢。統計學分析表明在水果多酚添加量小于1.00%時，同一組各數據間呈顯著差異(P<0.05)；

但當水果多酚添加量大于1.00%時，CML的抑制率隨添加量的增速變小，各數據間差異不顯著(P≥0.05)。這是因為薯片的油炸工藝條件不變時，參與CML抑制反應的水果多酚單體總量一定的，添加量超過一定范圍后，CML抑制率變化不大。

以上分析證明葡萄籽、蘋果皮和山楂皮中的多酚類有效成分，對油炸薯片中CML的形成具有一定的抑制作用，并且在0.01%～2.00%的添加量范圍內，CML的抑制率隨水果多酚添加量的增加而增大，水果多酚添加量和CML的抑制率之間存在顯著的量效關系。不同水果多酚對CML抑制率產生差異的原因主要有以下兩方面：首先是水果多酚的成分不同；葡萄籽多酚的主要成分為兒茶素類、原花青素和槲皮苷等，這些多酚類物質中的酚羥基含量豐富。其次是水果多酚中有效成分的含量也有差異；葡萄籽多酚中的多酚類物質有效成分的含量達99.4%，而蘋果皮多酚和山楂皮多酚中的有效成分的含量則相對較低。

注：圖中同組不同字母表示數據差異顯著(P<0.05)，相同字母表示數據差異不顯著(P≥0.05)圖6 水果多酚對油炸薯片中CML的抑制作用

2.6 添加水果多酚的油炸薯片感官評價及其與CML抑制率的關系

從表4可以看出，葡萄籽多酚在添加量為0.01%和0.05%時，其色澤評分與空白對照組相比沒有顯著差異(P≥0.05)；蘋果皮多酚和山楂皮多酚在添加量為0.01%、0.05%和0.10%時，其色澤評分與空白對照組相比沒有顯著差異(P≥0.05)。其他較高添加量的色澤評分與空白對照組相比均差異顯著(P<0.05)，并且色澤評分隨水果多酚添加量的增加而降低。說明較低的添加量對油炸薯片的色澤幾乎沒有影響，較高的添加量對色澤有顯著的影響。章宇[17]也發現采用0.1%和0.5%的竹葉黃酮類多酚浸漬處理薯片，油炸后的色澤評分較低，分析是竹葉黃酮本身色澤帶入的影響。因為多酚類物質一般為棕黃色粉末，高溫下也不會褪色。質地和滋味與氣味項目的得分與空白對照組相比均沒有顯著差異(P≥0.05)，說明添加水果多酚對油炸薯片的質地和滋味與氣味基本無影響。

表4 添加不同水果多酚的油炸薯片感官評價結果

對添加葡萄籽、蘋果皮或山楂皮多酚的油炸薯片的色澤評分與CML抑制率之間進行相關性分析，其相關性系數R2分別為0.922 3、0.844 2、0.924 6，如圖7所示。結合表4可以看出兩者之間呈高度負相關，也就是說CML的抑制率增大時，色澤評分會降低。而CML抑制率與油炸薯片的質地、滋味與氣味沒有相關性。

圖7 油炸薯片的色澤評分與CML含量相關性的散點圖

3 結論

本研究分析了不同工藝條件下油炸薯片中CML的形成規律，結果表明在時間為40.0～240.0 s的范圍內，薯片在140.0 ℃的較低溫度下油炸，其中CML的含量隨油炸時間的延長而逐步上升；在180.0 ℃和220 ℃的溫度下油炸，CML的含量隨油炸時間的延長呈先增加后降低的趨勢；同時還可以看出，油炸薯片中CML的含量在220 ℃油炸時比180 ℃下降速度快很多。油炸薯片的感官綜合評分與CML的含量呈高度正相關，當CML的含量較高時感官綜合評分的相應較高。薯片中分別添加0.01%、0.05%、0.10%、0.30%、0.50%、1.00%、2.00%的葡萄籽、蘋果皮或山楂皮多酚時，CML抑制率均隨水果多酚添加量的增加而增大。在感官指標方面，較低添加量的水果多酚對油炸薯片的色澤幾乎沒有影響，較高添加量會使色澤評分顯著降低；對質地、滋味與氣味基本無影響。CML抑制率與油炸薯片的色澤評分高度負相關，CML抑制率增大時，色澤評分會降低；而與質地、滋味與氣味沒有相關性。得出生產低CML含量油炸薯片的關鍵工藝條件為，葡萄籽、蘋果皮和山楂皮多酚的添加量分別為0.05%、0.10%和0.10%，以(50.0±3.0) g為一批，常壓下置于溫度為180.0 ℃的棕櫚油中油炸120.0 s，CML的抑制率分別為(25.22±0.50)%、(26.65±0.53)%和(18.66±0.32)%，并且不影響其色澤、質地、滋味與氣味。