浙江大学博上学位论文 第一章文献综述与立题依据 稳定性；第三，添加剂的使用不会对食品原有的风味和感官特性产生显著影响。 柠檬酸等pH调节剂的使用 许多报道证明了适当调节食品基质的pH值可以抑制丙烯酰胺的形成(Rydberg,. etal,2003;Stadler et al,.2003;Pedreschi et al.,2006).降低食品体系的pH值可使天 冬酰胺分子中的α氨基质子化，降低了与碳水化合物发生亲核加成反应的可能性， 从而阻止了丙烯酰胺的形成(Jung et al,.2003)。Cook和Taylor(2005)研究表明， 采用添加柠檬酸的方法将土豆和谷物食品体系的pH值调节至4.48和3.93时，对丙 烯酰肢的抑制率分别为23.5%和47%：Jug等(2003)采用类似的方法调节玉米加 工食品体系的pH值，发现对丙烯酰胺的形成具有更好的抑制效果。总之，丙烯酰胺 抑制效果的优劣与体系pH值的下降之间的关系与食品基质的类型有关，也与食品体 系pH的起始值有关， 蛋白质及其水解产物的使用 体外试验表明，摄取食源性蛋白质对Ca©0-2细胞模型中的内烯酰胶具有抑制作 用(Schabacker et al,2004)。丙烯酰胺分子中“C-C”双键的化学性质比较活泼，容 易与蛋白质、DNA和RNA发生作用。进一步研究表明，将内烯酰胺与谷胱甘肽以 1:5的摩尔比在pH值为8的恒温条件下反应.，可使丙烯酰胺的含量下降19%：提高 谷胱甘肽的今量，使内烯酰胺与谷胱甘肽以1：10的摩尔比反应时，丙烯酰胺的含量 下降52%，其作州机制是谷胱甘肽分子中的半胱氨酸残基与丙烯酰胺分子中的C-C” 双键通过Michael加成反应共价结合(Schabacker et al.,2004)。Cui等(2005)也对 谷胱H肽清除内烯酰胺的作用机理进行了解释，认为与谷胱甘肽分子中甘氨酸残基 的Strecker降解有关。H氨酸的降解产物甲醛易与丙烯酰胺发生作用，导致内烯酰胺 在碱性条件下转化为内烯酸根离子，进而脱羧分解成小分子化合物，这种清除作用 类似于内烯酰胺通过催化氧化转化为丙烯酸盐的反应(Hawrylak&Szymaniska, 2004)。作为植物来源的大豆蛋白，其水解产物可竞争性地参与美拉德反应，从而抑 制了天冬酰胺途径产生丙烯酰胺的反应(Wedzicha et al.,2005)。 碳酸氢盐的使用 25
浙江大学博：L学位论文 第一章文献综述与立题依据 稳定性；第三，添加剂的使用不会对食品原有的风味和感官特性产生显著影响。 柠檬酸等pH调节剂的使用 许多报道证明了适当调节食品基质的pH值可以抑制丙烯酰胺的形成(Rydberg， el a1．，2003；Stadler el a1．，2003；Pedreschi et a1．，2006)。降低食品体系的pH值可使天 冬酰胺分子中的0【．氨基质子化，降低了与碳水化合物发生亲核加成反应的可能性， 从而阻止了丙烯酰胺的形成(Jung et a1．，2003)。Cook和Taylor(2005)研究表明， 采用添加柠檬酸的方法将土豆和谷物食品体系的pH值调节至4．48和3．93时，对丙 烯酰胺的抑制率分别为23．5％和47％：Jung等(2003)采用类似的方法调节玉米加 工食品体系的pH值，发现对丙烯酰胺的形成具有更好的抑制效果。总之，丙烯酰胺 抑制效果的优劣与体系pH值的下降之间的关系与食品基质的类型有关，也与食品体 系pH的起始值有关。 蛋白质及其水解产物的使用 体外试验表明，摄取食源性蛋白质对Caco．2细胞模型中的丙烯酰胺具有抑制作 用(Schabacker el a1．，2004)。丙烯酰胺分子中“C=C”双键的化学性质比较活泼，容 易与蛋白质、DNA和RNA发生作用。进一步研究表明，将丙烯酰胺与谷胱甘肽以 1：5的摩尔比在pH值为8的恒温条件下反应，可使丙烯酰胺的含量下降1 9％；提高 谷胱甘肽的含量，使内烯酰胺与谷胱甘肽以1：1 0的摩尔比反应时，丙烯酰胺的含量 下降52％，其作用机制是谷胱甘肽分子中的半胱氨酸残基与丙烯酰胺分子中的“C=C” 双键通过Michael加成反应共价结合(Schabacker et a1．，2004)。Cui等(2005)也对 谷胱H‘肽清除丙烯酰胺的作用机理进行了解释，认为与谷胱时肽分子中甘氨酸残基 的Strecker降解有关。甘氨酸的降解产物甲醛易与丙烯酰胺发生作用，导敛内烯酰胺 在碱性条件下转化为内烯酸根离子，进而脱羧分解成小分子化合物，这种清除作用 类似于内烯酰胺通过催化氧化转化为丙烯酸盐的反应(Hawrylak&Szymafiska， 2004)。作为植物来源的大豆蛋白，其水解产物可竞争性地参与美拉德反应，从而抑 制了天冬酰胺途径产牛丙烯酰胺的反应(Wedzicha et a1．，2005)。 碳酸氢盐的使用 25
渐江大学博士学位论文 第一章文献综述与立题依据 碳酸氢盐对内烯酰胺的抑制作用较为复杂（Amrein et al.,2004)。现有研究认为 碳酸氢钠和碳酸氢钾能抑制丙烯酰胺的形成，而碳酸氢铵却能促进丙烯酰胺的产生， 这三种碳酸氢盐与丙烯酰胺作用的明显差异至今尚未弄清楚原因，目前只知道碳酸 氢盐的添加会影响加热温度的上升曲线(Levine&Smith,2Oo5). 抗氧化剂的使用 抗氧化剂对丙烯酰胺形成的作用是日前研究的热点，不同种类抗氧化剂的使用对 丙烯酰胺的形成具有抑制或促进的双重作用。2,6二叔丁基4甲基苯酚(BHT)、芝 麻酚(sesamol)和维生素E对丙烯酰胺的形成具有促进作用(Tareke,2003):而迷 迭香提取物(rosemary extract)和维生素C对丙烯酰胺的形成具有抑制作用 (Biedermann et al,.2002b;Taeymans etal.,2004;Levine&Smith,.2005)。抗氧化剂的 双重作用可能与其添加剂量有关，Summa等(2006)认为丙烯酰胺的含量与反应终 产物的抗氧化性能直接相关。日前，抗氧化剂对丙烯酰胺形成影响的作用机理尚未 清楚，关于量效和构效关系研究的报道尤为罕见。 丙烯酰胺抑制的方法还有很多，如添加天冬酰胺酶、发酵和辐照处理等，表15 列举了其它一些抑制方法及其主要发现，但是基于食品基质的抑制作用机理研究尚 未见报道。 1.4.4C1AA工具箱对丙烯酰胺抑制作用的评价 CIAA工具箱是一种评价食品丙烯酰胺的抑制方法和应用情况的工具，是由欧 洲食品和饮料工业协会在参考几年来研究内烯酰胺抑制方法的报道的基础上总结得 到的(CIAA,2005)。通过考虑CIAA T.具箱中涉及的参数可以科学地评价不同食品 基质中丙烯酰胺的抑制途径，以及该食品热加工过程中控制丙烯酰胺含量的关键环 节。 26
浙江大学博士学位论文 第一章文献综述与立题依据 碳酸氢盐对内烯酰胺的抑制作用较为复杂(Amrein et a1．，2004)。现有研究认为 碳酸氢钠和碳酸氢钾能抑制丙烯酰胺的形成，而碳酸氢铵却能促进丙烯酰胺的产生， 这三种碳酸氢盐与丙烯酰胺作用的明显差异至今尚未弄清楚原因，目前只知道碳酸 氢盐的添加会影响加热温度的上升曲线(Levine&Smith，2005)。 抗氧化剂的使用 抗氧化剂对丙烯酰胺形成的作用是目前研究的热点，不同种类抗氧化剂的使用对 丙烯酰胺的形成具有抑制或促进的双重作用。2,6．二叔丁基-4一甲基苯酚(BHT)、芝 麻酚(sesam01)和维生素E对丙烯酰胺的形成具有促进作用(Tareke，2003)；而迷 迭香提取物(rosemary extract)和维生素C对丙烯酰胺的形成具有抑制作用 (Biedermann el a1．，2002b；Taeymans el a1．，2004；Levine&Smith，2005)。抗氧化剂的 双重作用可能与其添加剂量有关，Summa等(2006)认为丙烯酰胺的含量与反应终 产物的抗氧化性能直接相关。目前，抗氧化剂对丙烯酰胺形成影响的作用机理尚未 清楚，关于量效和构效关系研究的报道尤为罕见。 丙烯酰胺抑制的方法还有很多，如添加天冬酰胺酶、发酵和辐照处理等，表1．5 列举了其它一些抑制方法及其丰要发现，但是基于食品基质的抑制作用机理研究尚 未见报道。 1．4．4 C I从工具箱对丙烯酰胺抑制作用的评价 CIAA工具箱是一种评价食品LlJ丙烯酰胺的抑制方法和应片j情况的工具，是由欧 洲食品和饮料工业协会在参考几年来研究内烯酰胺抑制方法的报道的基础上总结得 到的(CIAA，2005)。通过考虑CIAA．T具箱r|f涉及的参数可以科学地评价不同食品 基质中丙烯酰胺的抑制途径，以及该食占＆热加工过程中控制丙烯酰胺含量的关键环 节。 26
新江大学博士学位论文 第一章文献综述与立题依据 表15食品中丙烯酰胺抑制方法的相关文献报道 Table 1-5 Relative literature reports on the reduction method of acrylamide in foods 样品基质 抑制方法 主要发现 参考文献 法式炸薯条 乳酸发酵45min和120min并热烫抑制半分别达到79%和94% Baardseth et al.(2006) 油炸或烘焙土豆改进栽培技术和贮煮温度 模式体系 添加甘氨酸、赖氨酸和丙氨酸 抑制率分别达到70%、57%和14% Claeys er al (205b) 薯类油炸食品 原料选择 建立选择标准，考虑16个参数 De Wilde er al(06b) 薯条 微波预热 抑制率达到36-60% Erdogdu er al.(2007) 水 电离辐射 1.5kGy的辐照剂量明显抑制丙烯酰胺Fan&Mastovska(2006) 土豆炸肉饼 鸡蛋液和面包屑包亵 物制率达到80% Fiselier et al.(2004) 面包 长时间发醇作用 对全麦和黑麦麸面包中丙烯酰胺抑制 率分别达到37%和77% Fredriksson et al(2004) 土豆 气调贮藏和低剂景辐照 可降低原料中还原糖的浓度 Gokmen et al.(2007) 模式体系 二价阳离子（如Ca”) 抑制半最高达到95% Gokmen Senyuva (2007) 薯条 热烫或浸渍 邦制率达到60% Haase et al.(2003) 焙烤和油炸食品添加天冬酰胶酶 具有明显的抑制作用 Hendriksen er al (2005) 薯片 低浓度留酸浸渍 最大抑制率达到60% Kita er al.(2004) 模式体系 添加1%、5%和109%的氣化钠 抑制率分别达到32%、36%和40% Kolek et al(2006) 柠檬酸抑制挥发物质尤其是烷基哌 土豆模式体系 添加柠檬酸和甘氨酸 的产生：甘氨酸可促进5种烷基哌嗪的Low et al.(2006) 产生，对其它哌嗪类物质则起，制作用 模式体系 添加海藻糖域新海藻糖 抑制率分别达到76%和75% Oku et al.(2005) 法式炸薯条 水没渍、柠檬酸游液没渍、热烫具有不同程度的抑制效果 Pedreschi et al.(2007) 油炸薯片 添加作硫酸钠、半肤氨酸和VG具有显著的抑制作用 欧仕益等(2006) 27
浙江大学博士学位论文 第一章文献综述与立题依据 表1．5食品中丙烯酰胺抑制方法的相关文献报道 Table 1-5 Relative literature reports on the reduction method ofacrylamide in foods 样品基质 抑制方法 主要发现 参考文献 法式炸薯条 油炸或烘焙土豆 模式体系 薯类油炸食品 薯条 水 土豆炸肉饼 面包 土豆 模式体系 薯条 焙烤和油炸食品 薯片 模式体系 乳酸发酵45min和120min并热烫 改进栽培技术和贮藏温度 添加甘氨酸、赖氨酸和丙氨酸 原料选择 微波预热 电离辐射 鸡蛋液和面包屑包裹 长时间发酵作用 气调贮藏和低剂量辐照 二价阳离子(如Ca2+) 热烫或浸渍 添加天冬酰胺酶 低浓度醋酸浸渍 添加1％、5％和10％的氯化钠 土豆模式体系 添加柠檬酸和甘氨酸 模式体系 法式炸薯条 油炸薯片 添加海藻糖或新海藻糖 水浸渍、柠檬酸溶液浸渍、热烫 添加、IF硫酸钠、’卜胱氨酸和Vc 抑制率分别达到79％和94％ 高于4。C贮藏，还原糖含量降至l egkg 抑制率分别达到70％、57％和14％ 建立选择标准，考虑16个参数 抑制率达至1J36．60％ 1．5 kGy的辐照剂量明显抑制丙烯酰胺 抑制率达到80％ 对全麦和黑麦麸面包中丙烯酰胺抑制 率分别达到87％和77％ 可降低原料中还原糖的浓度 抑制率最高达到95％ 抑制率达至tj60％ 具有明显的抑制作用 最大抑制率达至1J60％ 抑制率分别达到32％、36％和40％ Baardseth et a／．(2006) Biedermann．Brem el a／． (2003) Claeys el a1．(2005b) De Wilde el a1．(2006b) Erdo霉,du et a1．(2007) Fan&Mastovska(2006) Fiselier el a／．(2004) Fredriksson el a1．(2004) G6kmen et a1．(2007) G0kmen&Senyuva (2007) Haase el a1．(2003) Hendriksen et a1．(2005) Kita el a1．(2004) Kolek el a／．(2006) 柠檬酸抑制挥发物质尤其是烷基哌嗪 的产生；甘氨酸可促进5种烷基哌嗪的Low el a1．(2006) 产生，对其它哌嗪类物质则起抑制作用 抑制率分别达至U76％和75％ 具有_i同程度的抑制效果 具有显著的抑制作用 Oku et a1．(2005) Pedreschi el a1．(2007b) 欧仕益等(2006) 27
浙江人学博士学位论文 第一章文献综述与立题依据 CAA工具箱定义为4个部分（共13个参数），包括：农艺学因素（糖、天冬酰 胺)、控制方法（碳酸氢铵、pH、次要因素、稀释、重制）、加工（发酵、热量输送、 预处理)和最终产品制备（最终颜色、质地/风味、贮藏/货架寿命/消费）。其中，次 要因素包括蛋白质、氨基酸、盐的使用，稀释是指降低前体物质含量，热量输送是 指在优化的加热温度和加热时间条件下的热加工过程。根据以上定义，可将丙烯酰 胺抑制方法的各种研究归类至相应的部分和相应的参数，然后便可得出这些参数在 某一类热加工食品中抑制丙烯酰胺途径研究方面所占的比重：比重越高，说明该参 数所代表的抑制方法应用广泛，极具参考价值。图1-6显示了采用CAA工具箱方法 在薯类食品、焙烤食品、谷物早餐和咖啡中寻求减少丙烯酰胺的主要参数及其影响 力，黑色部分越多，代表该因素越重要。 工具箱 食品种类 农艺学因素 控制方法 加工 最终产品制备 薯类食品 ① ● 语 热量输送、预处理 最终颜色 焙烤食品 0 天冬酰胺 碳酸氢铵 发酵、水分 最终颜色 谷物早餐 O① O 天冬酰胺 咖啡 G G Q 烘焙 贮藏 图1-6几类特征性食品中减少内烯酰胺的主要参数及其影响力 Figure 1-6 Main parameters and their impacts on the reduction of acrylamide in several characteristic foods 28
浙江大学博十学位论文 第一章文献综述与立题依据 CIAA工具箱定义为4个部分(共13个参数)，包括：农艺学因素(糖、天冬酰 胺)、控制方法(碳酸氢铵、pH、次要因素、稀释、重制)、加工(发酵、热量输送、 预处理)和最终产品制备(最终颜色、质地／风味、贮藏／货架寿命／消费)。其中，次 要因素包括蛋白质、氨基酸、盐的使用，稀释是指降低前体物质含量，热量输送是 指在优化的加热温度和加热时问条件下的热加工过程。根据以上定义，可将丙烯酰 胺抑制方法的各种研究归类至相应的部分和相应的参数，然后便可得出这些参数在 某一类热DH-r_食品中抑制丙烯酰胺途径研究方面所占的比重：比重越高，说明该参 数所代表的抑制方法应用广泛，极具参考价值。图1．6显示了采用CIAA工具箱方法 在薯类食品、焙烤食品、谷物早餐和咖啡中寻求减少丙烯酰胺的主要参数及其影响 力，黑色部分越多，代表该因素越重要。 工具箱 食品种类 农艺学因素 控制方法 加工 最终产品制各 薯类食品 ● o I一 ● ●. 糖 热量输送、预处理 最终颜色 焙烤食品 ● '， 一 ② 天冬酰胺 碳酸氢铵 发酵、水分 最终颜色 谷物早餐 ● o o o 天冬酰胺 咖啡 o o o ② 烘焙 ．1it藏 图1-6几类特征性食晶中减少丙烯酰胺的丰要参数及其影响力 Figure 1-6 Main parameters and their impacts Oil the reduction of acrylamide in several characteristic foods 28
浙江大学博士学位论文 第一章文献综述与立题依据 1.5食品中丙烯酰胺形成与消除的动力学研究 关于热加工食品中丙烯酰胺形成和消除的过程已有较为全面的动力学诠释，业已 建立的动力学模型为探讨丙烯酰胺抑制途径以及生物黄酮作用位点奠定了良好的基 础。文献报道的用于描述模式体系中内烯酰胺动力学变化过程的模型有三种：形成/ 消除一级动力学模型(Claeys eral,2005c)、机理动力学模型(Knol et al,2005)和 非等温变化动力学模型(Corradini&Peleg,2006)三种。 k年 KE 葡萄糖+天冬酰胺 →丙烯酰胺 →终产物 (反应底物) (丙烯酰胺降解产物) 图1-7丙烯酰胺形成/消除的一级动力学模型 Figure 1-7 The first-order kinetic model for the formation and elimination of acrylamide K2 天冬酰胺+葡萄糖 →果糖+天冬酰胺 k 类黑素 ks 中间产物 丙烯酰胺一 丙烯酰胺降解产物 图18内烯酰胺形成/消除的机理动力学模型 Figure 1-8 The mechanistic kinetic model for the formation and elimination of acrylamide 注：图中后一么先后代表天冬酰胺马简萄糖的反应速半、葡萄糖向果糖的转化速半、天冬酰胺与 果糖的反应速率、丙烯酰胶的形成速率、类黑素的形成速半和丙烯酰骸的消除速书。 29
浙江大学博士学位论文 第一章 文献综述与立题依据 1．5食品中丙烯酰胺形成与消除的动力学研究 关于热加工食品中丙烯酰胺形成和消除的过程已有较为全面的动力学诠释，业已 建立的动力学模型为探讨丙烯酰胺抑制途径以及生物黄酮作用位点奠定了良好的基 础。文献报道的用于描述模式体系中丙烯酰胺动力学变化过程的模型有三种：形成／ 消除一级动力学模型(Claeys el a1．，2005c)、机理动力学模型(Knol el a1．，2005)和 非等温变化动力学模型(Corradini&Peleg，2006)三种。 酢 葡萄糖+天冬酰胺一丙烯酰胺 (反应底物) 终产蝴 (丙烯酰胺降解产物) 图1．7丙烯酰胺形成／消除的一级动力学模型 Figure 1-7 The first-order kinetic model for the formation and elimination of acrylamide 天冬酰胺+葡萄糖 类黑素 果糖+天冬酰胺 丙烯酰胺一 丙烯酰胺降解产物 图1．8丙烯酰胺彤成／消除的机理动力学模型 Figure 1-8 The mechanistic kinetic model for the formation and elimination of acrylamide 注：图中岛一幺先后代表天冬酰胺与葡萄糖的反应速率、葡萄糖向果糖的转化速率、天冬酰胺与 果糖的反应速率、丙烯酰胺的形成速率、类黑素的形成速率和丙烯酰胺的消除速率。 29 物 ． 产卜 中 闻