馍干中丙烯酰胺的抑制工艺及添加剂配方

豆康宁，罗海澜，彭新然，杨树芝，王 飞,*

馍干中丙烯酰胺的抑制工艺及添加剂配方

豆康宁1，罗海澜1，彭新然2，杨树芝3，王 飞1,*

（1.漯河医学高等专科学校，河南 漯河 462002；2.漯河出入境检验检疫 局，河南 漯河 462002；3.漯河市科源科技咨询服务有限公司，河南 漯河 462002）

研究降低馍干中丙烯酰胺含量的方法，包括馍干加工工艺和食品添加剂两方面。结果表明，采用高温（230 ℃）烘烤馍干，与低温（190 ℃）烘烤相比，馍干中丙烯酰胺含量下降10.9%；降低馍干坯水分（从41.7%降到9.6%），馍干中丙烯酰胺含量下降31.7%；添加复合食品添加剂（硫酸钙添加量为1.0%，茶多酚添加量为0.04%），馍干中丙烯酰胺含量下降56.5%。通过优化工艺条件和添加复合添加剂，馍干中的丙烯酰胺含量从177.2 μg/g下降到46.8 μg/g，总共下降了73.5%。因此，采用高温短时烘烤、降低馍干坯烘烤前水分含量和添加复合添加剂，能有效降低馍干中丙烯酰胺含量。

馍干；丙烯酰胺；烘烤；食品添加剂

丙烯酰胺（CH2=CH—CONH2）是一种白色晶体物质，相对分子质量为70.08，主要用于生产化工产品聚丙烯酰胺的前体物质，聚丙烯酰胺主要用于水的净化处理、纸浆的加工及管道的内涂层等[1-3]。2002年，瑞典国家食品管理局和斯德哥尔摩大学研究人员首次研究报道，在一些高温熟制的淀粉类食品，如炸薯条、炸土豆片、饼干、面包等中检出丙烯酰胺[4]；随后大量研究发现，丙烯酰胺能够导致细胞遗传物质DNA的损伤[5-6]，还会影响人和动物的神经系统[7]；因此，丙烯酰胺在食品中是危害成分。然而也有报道认为该成分不是致癌物质，不启动癌症发生，但具有辅致癌物特征[8-9]。目前广为接受的观点是人们应当尽可能少的接触丙烯酰胺[10]，如何降低高温面食品中的丙烯酰胺含量成为研究热点[11-14]。

馍干做为一种焙烤休闲食品，品种和风味丰富多样，深受大众喜爱，主要通过和面、成型、发酵、蒸煮、切片、烘烤而成[15]。因馍坯切片工序，大大增加了后继烘烤的受热表面，在加工中也会产生更多丙烯酰胺[16-17]，这形成对消费者健康的危害。为控制丙烯酰胺生成，在加工工艺方面，有对熟制温度和时间的研究，如张丽梅[18]研究了烘煎食品中丙烯酰胺的产生和分布规律，淀粉类食品在170～190 ℃范围内丙烯酰胺生成量最多；烘煎食品中含水量对丙烯酰胺的生产也有影响，水分含量在12%～18%之间，烘煎食品中丙烯酰胺含量最大。在食品添加剂方面，优化配方以降低丙烯酰胺研究较多。郑宗平等[19]全面比较了食品体系中丙烯酰胺的研究进展：包括抑制剂及其抑制机理，对丙烯酰胺抑制剂进行了归纳总结，比如酸化剂、盐类、亲水胶体、植物提取物等。但是在馍干中，根据GB 2760—2011《食品添加剂使用卫生标准》中规定，馍干中允许添加的添加剂相对有限，具有抑制丙烯酰胺作用的添加剂更少。本实验从馍干加工工艺和食品添加剂两方面，就如何降低馍干中丙烯酰胺的含量进行研究，为控制焙烤面制品中丙烯酰胺的含量提供理论和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

面粉（中筋粉） 河南雪健食品有限公司；酵母（干酵母） 安琪酵母股份有限公司；含碘食盐 河南省盐业总公司；一级纯净水 实验室自制；硫酸钙（食品级） 荆门市磊鑫石膏制品有限公司；苹果酸（食品级） 河南省郑州成果食品添加剂有限公司；茶多酚（食品级） 河南宣源化工产品有限公司；丙烯酰胺（分析纯） 天津金汇太亚化学试剂有限公司；甲醇、乙腈（色谱纯） 天津四友精细化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

YP3001N电子天平 上海精密科学仪器有限公司；MT140压面机 湖北省枣阳市巨鑫机械有限公司；不锈钢蒸馍干盒 三能器具无锡有限公司；AFJ-30发酵箱杭州伟龙制造设备有限公司；不锈钢蒸煮锅（尺寸为40 cm×50 cm） 浙江苏泊尔股份有限公司；WK2101电磁炉 美的集团；Tr12切片机 杭州赛旭食品机械有限公司；YXD-60型远红外烤箱 上海红联机械电器制造有限公司；标准铝制烤盘 哈尔滨盛达食品模具公司； DHG-9240A恒温干燥箱 上海越众仪器设备有限公司；DFT-200万能粉碎机 温岭市林大机械有限公司；RYC-111摇床 上海福玛实验设备有限公司；X-22R冷冻离心机、LC1260高压液相色谱仪、100Conc紫外-可见分光光度计 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 馍干及试样的制备[10]

1.3.1.1 馍干制作方法

馍干制作工艺为：配料→和面→成型→装模→发酵→蒸煮→切割→烘烤→冷却。

具体制作过程及参数为：称量100 g面粉、0.5 g盐、1 g酵母、50 g水、食品添加 剂（添加量由实验而定），在面盆中将原料和成面团。用压面机把面团压成光滑的片状，压面约10 次，然后手卷成圆柱状，放入馍干蒸盒中。将装有面团的蒸盒送入发酵箱，设发酵温度35 ℃，湿度75%。当发酵至体积增大1 倍时，转移入蒸锅蒸煮，蒸煮时间为30 min。蒸熟后取出进行冷却，用切片机将馍坯切割成0.8 cm厚度馍片，得馍干坯。将馍干坯均匀摆烤盘中，放入烤箱烘烤，烘烤温度和时间依据实验设计而定。馍干烘烤上色后，出炉并放在室温条件下冷却30 min，即得馍干成品。

1.3.1.2 高压液相色谱（high pressure liquid chromatography，HPLC）试样的制备[20]

馍干用万能粉碎机粉碎，过60 目，称量粉末2 g作为样品，放入锥形瓶中，加入25 mL体积分数为50%甲醇溶液，于摇床中提取4 h，然后用纱布过滤除渣，得滤液，提取过滤2 次，合并滤液，滤液再用高速离心机离心（10 000 r/min，10 min），取上清液，经0.45 μm微孔滤膜过滤后作为HPLC试样。

1.3.2 HPLC分析条件

色谱柱：C18柱（4.6 mm×20 cm），柱温35 ℃；流动相：乙腈-水（5∶95，V/V）；UV检测波长：222 nm；进样方式：手动；进样量20 μL；流速0.8 mL/min。

1.3.3 馍干中水分含量的测定

计算馍干中丙烯酰胺的含量时，按照馍干的干质量计算，因此需计算馍干水分含量。馍干中水分含量的测定按照GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》方法进行测定[21]。

1.3.4 实验设计

1.3.4.1 丙烯酰胺标准曲线的建立

配制质量分数1%的丙烯酰胺母液，稀释成不同质量浓度的丙烯酰胺溶液（1、2、4、8、16 μg/mL），丙烯酰胺最大出峰位置为1.744 min，采用HPLC测定不同质量浓度丙烯酰胺的吸收峰面积，建立丙烯酰胺质量浓度和吸收峰面积之间的标准曲线，曲线方程为y=21.651x＋15.057，R2=0.991，式中：y表示峰面积，x表示丙烯酰胺质量浓度/（μg/mL）。

1.3.4.2 工艺条件对馍干中丙烯酰胺的影响

首先比较烘烤温度和烘烤时间对馍干中丙烯酰胺含量的影响；其次对比烘烤前馍干坯水分含量对烘烤成品丙烯酰胺含量的影响。得出较适宜的烘烤温度、时间和馍干坯水分含量。

1.3.4.3 食品添加剂对馍干中丙烯酰胺的影响

采用单因素、双因素试验和正交试验研究硫酸钙、苹果酸、茶多酚这3 种食品添加剂对馍干中丙烯酰胺含量的影响，得出降低丙烯酰胺含量的最佳复合添加剂配方。其中，L9（34）正交试验因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平Table 1 Factors and levels used for orthogonal array design %

1.4 数据处理

每个实验样品处理设重复，得出3 个有效数据的平均值和标准偏差，作为实验结果与分析数据。

2 结果与分析

2.1 馍干工艺条件对馍干中丙烯酰胺含量的影响

2.1.1 烘 烤温度对馍干中丙烯酰胺含量的影响

图1 烘烤温度对馍干中丙烯酰胺含量的影响Fig.1 Effect of baking temperature on acrylamide content in dried bun

从图1可知，馍干在150～250 ℃条件下烘烤，丙烯酰胺含量随着烘烤温度的升高呈先上升后下降的趋势。在190 ℃左右的中温条件下烘烤时丙烯酰胺生成量最多。丙烯酰胺在高温条件下不稳定[22]，因此，超过190 ℃高温烘烤馍干，其丙烯酰胺含量反而下 降。馍干在较低温度（190 ℃以下）烘烤，丙烯酰胺含量较低，但因烘烤温度低，所用烘烤时间长，烘烤效率下降。所以，建议用高温短时烘烤馍干。通过试验还发现，在230 ℃条件下烘烤馍干，其品质较其他烘烤温度要好（另作研究）。馍干在230 ℃和190 ℃条件下烘烤，丙烯酰胺含量分别为157.8、177.2 μg/g，采用高温230 ℃相比较190 ℃烘烤时丙烯酰胺含量下降了10.9%。因此，确定采用230 ℃烘烤馍干作后续试验。

2.1.2 烘烤时间对馍干中丙烯酰胺含量的影响

从图2可知，馍干在230 ℃条件下开始烘烤，随着烘烤时间的延长，丙烯酰胺的含量也增加，馍干的色泽变得越来越重。不烘烤的馍干，其丙烯酰胺含量为36.7 μg/g，这可能是原料中本来就含有丙烯酰胺，或者原料在经过加工、包装、储藏等过程中污染了丙烯酰胺，例如，在水中、空气环境中含有少量的丙烯酰胺[23]。由于馍干在烘烤过程中，丙烯酰胺含量不断增加，因此，在不影响馍干品质的前提条件下，应考虑通过减少馍干的烘烤时间，来降低馍干中丙烯酰胺的含量。本试验中，馍干在230 ℃条件下烘烤20 min后，色泽棕黄，达到成品色泽要求，此时丙烯酰胺含量为157.8 μg/g，比不烘烤对照增加了329.9%。

图2 烘烤时间对馍干中丙烯酰胺含量的影响Fig.2 Effect of baking time on acrylamide content in dried bun

2.1.3 馍干坯水分含量对馍干中丙烯酰胺含量的影响

将馍干坯在40 ℃条件下进行风干，得到水分含量为9.6%～41.3%的馍干，在230 ℃条件下烘烤上色即中止烘烤，再分别测定馍干中丙烯酰胺的含量，测定结果见图3。

图3 馍干坯水分含量对馍干中丙烯酰胺含量的影响Fig.3 Effect of moisture content in fresh bun on acrylamide content in dried bun

从图3可知，随着馍干坯中水分含量的增加，丙烯酰胺的含量也增加。馍干坯水分含量高，烘烤上色所需要的时间长，丙烯酰胺含量也高。这说明馍干中丙烯酰胺含量与烘烤时间有关，应考虑通过降低馍干坯烘烤前的水分含量，减少馍干的烘烤时间，以降低馍干中丙烯酰胺含量。在本试验中，将切片后的馍干坯在40 ℃条件下风干，水分含量降至9.6%，在230 ℃条件下烘烤12 min就能上色，与230℃烘烤20min未风干的馍干坯相比，丙烯酰胺含量从157.8 μg/g下降到107.7 μg/g，下降了31.7%。

综上所述，馍干中丙烯酰胺含量受烘烤温度、烘烤时间和馍干坯自身水分含量的影响。馍干中丙烯酰胺随着烘烤时间的延长而增加，随烘烤前馍干坯自身水分含量的增加而增加，高温短时烘烤可以降低馍干中的丙烯酰胺的含量，提高馍干烘烤效率。因此，采用高温短时烘烤和降低馍干坯水分含量，是降低馍干中丙烯酰胺含量的良好方法。在后续食品添加对馍干中丙烯酰胺含量的影响试验中，工艺条件为：馍干坯水分含量控制在10%、烘烤温度230 ℃、烘烤时间12 min。

2.2 添加剂对馍干中丙烯酰胺含量的影响

GB 2760—2011《食品添加剂使用标准》中规定，馍干中允许添加硫酸钙最大量为1%；苹果酸适量添加，但是苹果酸添加量超过2%时，馍干有酸味，因此苹果酸最大添加量为2%；茶多酚最大添加量为0.04%。在试验中，依照以上数值设添加剂使用量。

2.2.1 硫酸钙添加量对馍干中丙烯酰胺含量的影响

图4 硫酸钙添加量对馍干中丙烯酰胺含量的影响Fig.4 Effect of calcium sulfate addition on acrylamide content in dried bun

从图4可知，馍干中丙烯酰胺含量随硫酸钙添加量的增加呈下降趋势。未添加硫酸钙的馍干中丙烯酰胺含量为107.7 μg/g，添加1%硫酸钙时，馍干 中丙烯酰胺含量为71.9 μg/g，下降33.2%。硫酸钙中的钙离子具有抑制丙烯酰胺生成的作用，其机理可能是，钙离子能够与产生丙烯酰胺的前体物质氨基酸和丙烯酸结合，从而抑制丙烯酰胺的产生[24]。硫酸钙生产成本价低，对产品的品质影响很小，在馍干中添加硫酸钙以降低丙烯酰胺含量，具有很大的应用价值。

2.2.2 苹果酸添加量对馍干中丙烯酰胺含量的影响

图5 苹果酸添加量对馍干中丙烯酰胺含量的影响Fig.5 Effect of malic acid addition on acrylamide content in dried bun

从图5可知，馍干中丙烯酰胺含量随苹果酸添加量的增加呈下降趋势。未添加苹果酸的馍干中丙烯酰胺含量为107.7 μg/g，添加2%苹果酸时，馍干中丙烯酰胺含量为91.8 μg/g，下降14.7%。苹果酸是有机酸的典型代表，具有抑制丙烯酰胺生成的作用。其机理可能是，苹果酸可以降低馍干的pH值，能将馍干中的非质子化的胺转换成质子化的胺离子，从而阻止了美拉德反应中丙烯酰胺的形成[18]。苹果酸具有酸味，通过试验发现，添加量过多，口味变酸，馍干色泽变浅。因此，综合考虑，需要适量添加。

2.2.3 茶多酚添加量对馍干中丙烯酰胺含量的影响

图6 茶多酚添加量对馍干中丙烯酰胺含量的影响Fig.6 Effect of tea polyphenol addition on acrylamide content in dried bun

从图6可知，馍干中丙烯酰胺含量随茶多酚添加量的增加呈下降趋势。未添加茶多酚的馍干中丙烯酰胺含量为107.7 μg/g，添加0.04%茶多酚时，馍干中丙烯酰胺含量为70.2 μg/g，下降34.8%。茶多酚是一种良好的抗氧化剂，在氧气和高温作用下，可形成自由基，自由基可破坏丙烯酰胺的结构，从而降低丙烯酰胺含量[24-25]。因此，茶多酚将生成的丙烯酰胺破坏，从而降低丙烯酰胺含量，区别于硫酸钙抑制丙烯酰胺的生成。

2.2.4 两种复合添加剂对馍干中丙烯酰胺含量的影响

以硫酸钙、苹果酸、茶多酚3 种添加剂最大添加量进行组合，考察其对馍干中丙烯酰胺含量的抑制作用。组合项目为：1组：空白；2组：硫酸钙1.0%、苹果酸2.0%；3组：硫酸钙1.0%、茶多酚0.04%；4组：苹果酸2%、茶多酚0.04%。结果见表2。

表2 复合添加剂对馍干中丙烯酰胺含量的影响Table 2 Effect of combinations of two food additives on acrylamide content in dried bun

从表2数据可知，组合项目3数值最小，为46.8 μg/g，对馍干中丙烯酰胺抑制率最大。不添加添加剂时，馍干中丙烯酰胺含量为107.7 μg/g，添加组合项目3后，馍干中丙烯酰胺含量下降56.5%。

2.2.5 3 种复合添加剂对馍干中丙烯酰胺含量的影响

通过单因素试验得出，馍干中丙烯酰胺含量都随硫酸钙、苹果酸和茶多酚添加量的增加而降低。因此，正交试验以馍干中丙烯酰胺最低含量为优化指标，采用硫酸钙、苹果酸和茶多酚最大的3 个水平进行正交优化试验[26]。 正交试验因素水平组合及试验优化结果见表3。

表3 正交试验设计及结果Table 3 Orthogonal array design and experimental results for optimal combination of foods additives added to dried bun

以馍干中丙烯酰胺含量最小值为指标，采用极差分析法分析表3正交试验结果，从正交试验统计分析结果R值得出：影响馍干中丙烯酰胺含量的因素大小次序为硫酸钙＞茶多酚＞苹果酸，最佳因素水平组合为A3B1C3，即添加量分别为硫酸钙1.0%、苹果酸1.2%、茶多酚0.04%。该组合为正交试验序号7，丙烯酰胺含量为48.1 μg/g，不添加添加剂时，馍干中丙烯酰胺含量为107.7 μg/g，添加该复合添加剂（正交试验序号7），馍干中丙烯酰胺含量下降55.3%。添加硫酸钙1.0%、茶多酚0.04%时，馍干中丙烯酰胺含量下降56.5%。这说明添加硫酸钙1.0%、茶多酚0.04%对降低馍干中丙烯酰胺含量的效果更好，试验表明该处理中苹果酸对硫酸钙和茶多酚抑制丙烯酰胺具有负面作用，尽管苹果酸单独添加具有抑制馍干中丙烯酰胺生成的作用。因此，从降低馍干中丙烯酰胺含量的效果和生产成本考虑，在馍干中添加硫酸钙1.0%、茶多酚0.04%的复合添加剂比较适宜。

3 结 论

综合可知，采用高温短时（230 ℃相比190 ℃），馍干中丙烯酰胺含量从177.2 μg/g下降到157.8 μg/g，下降了10.9%；降低馍干坯水分（降到9.6%），馍干中丙烯酰胺含量从157.8 μg/g下降到107.7 μg/g；下降了31.7%；添加复合食品添加剂（硫酸钙为1.0%，茶多酚为0.04%），馍干中丙烯酰胺含量从107.7 μg/g下降到46.8 μg/g，下降了56.5%。采用抑制工艺和添加复合添加剂技术，馍干中的丙烯酰胺含量从177.2 μg/g下降到46.8 μg/g，总共下降了73.5%。相比较这几种措施，降低馍干坯水分和添加食品添加剂，对降低馍干中丙烯酰胺含量作用较大。

本研究在设定水分含量范围内的馍干，水分含量较低的馍干（约10%）比水分含量较高的馍干在烘烤后，生产的丙烯酰胺含量低。本研究前期结果表明，馍干坯经风干降低水分含量过低（＜10%），烘烤后酥脆性稍有下降，可能源于馍干坯老化过于严重。采用相对低水份含量馍干坯入炉，高温短时烘烤工艺不但能使丙烯酰胺含量有效降低，而且还能提高生产效率，降低能耗。经过实践检验得出，硫酸钙、苹果酸、茶多酚既有降低丙烯酰胺含量作用，也符合食品添加剂使用卫生标准中规定，经过单因素、双因素和正交试验，得到比较理想的降低馍干中丙烯酰胺含量的复合添加剂，该结果在馍干及其他高温熟制淀粉类食品中具有应用价值，该复合添加剂在文献中尚未报道。

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Inhibition of Acrylamide Formation in Dried Bun Slice by Improving Baking Conditions and Adding Food Additives

DOU Kang-ning1, LUO Hai-lan1, PENG Xin-ran2, YANG Shu-zhi3, WANG Fei1,*
(1. Luohe Medical College, Luohe 462002, China; 2. Luohe Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Luohe 462002, China; 3. Luohe Keyuan Technology and Consulting Services Co. Ltd., Luohe 462002, China)

This paper presents a way to reduce acrylamide contents in dried bun slice by improving the baking condition and adding food additives. The results demonstrated that the acrylamide level was reduced by 10.9% by baking at higher temperature (230 ℃) than at lower temperature (190 ℃). A decrease of 31.7% was observed when the moisture content in fresh bun was reduced from 41.7% to 9.6%, while the addition of 1.0% calcium sulfate and 0.04% tea polyphenols to fresh bun led to a decrease of 56.5%. The acrylamide content of dried bun slice was decreased from 177.2 to 46.8 μg/g by improving the baking condition and simultaneously adding food additives, indicating a reduction of 73.5%. Therefore, the generation of acrylamide in dried bun slice could be effectively inhibited by high-temperature short-time baking, reduced moisture content of fresh bun and addition of food additives to fresh bun.

dried bun slice; acrylamide; baking; food additives

TS236.9

A

1002-6630（2014）16-0071-05

10.7506/spkx1002-6630-201416013

2014-04-11

河南省科技计划项目（142102110020）

豆康宁（1981—），男，硕士研究生，研究方向为粮油加工与检测技术、食品添加剂。E-mail：doukangning@163.com

*通信作者：王飞（1972—），男，副教授，博士，研究方向为生物工程、天然产物、生化与分子生物学。

E-mail：whovering@yahoo.com