面包中丙烯酰胺抑制技术研究

付苗苗

（河南工业贸易职业学院，河南郑州450012）

面包中丙烯酰胺抑制技术研究

付苗苗

（河南工业贸易职业学院，河南郑州450012）

高温焙烤食品中产生的丙烯酰胺是食品安全研究的热点。研究如何抑制食品中丙烯酰胺的产生，具有十分重要的现实意义。以面包为研究对象，探索面包中丙烯酰胺产生的抑制技术，筛选出抑制效果良好的添加剂甘氨酸，并将其应用在面包中，对其抑制效果、外观和质构的影响进行研究，寻找出理想的丙烯酰胺抑制剂，研究其最佳抑制工艺条件，初步探讨其抑制机理。研究发现，烘烤时间和烘烤温度分别在10 min～25 min，160℃～220℃范围变化时，对丙烯酰胺含量影响不显著（p≤0.05）。甘氨酸能显著降低面包中丙烯酰胺的含量。

面包；丙烯酰胺；抑制技术

2002年瑞典国家食品管理局研究发现，淀粉类食品经过高温烘烤，将产生对人体有害的有机化合物丙烯酰胺。丙烯酰胺是一种潜在致癌物质，已被国际癌症研究机构列入2A类致癌物，应引起人们的高度重视。自发现至今，丙烯酰胺成了食品安全方面关注的焦点之一。研究如何抑制食品中丙烯酰胺的产生，具有十分重要的现实意义。开发安全、可靠的丙烯酰胺抑制技术成了目前研究的热点和难点问题。各国科学家纷纷开展相关研究，并提出了一些对策来减少高温加工食品中的丙烯酰胺含量，例如品种选育、调整加工工艺等[1]。本文以此为出发点，在前期研究过程中建立的丙烯酰胺模拟反应，筛选出抑制效果良好的添加剂甘氨酸，并将其应用在实物体系（面包）中对其抑制效果、外观和质构的影响进行研究，寻找出理想的丙烯酰胺抑制剂，研究其最佳抑制工艺条件初步探讨其抑制机理。

1 材料

1.1 试剂

丙烯酰胺：标准品，美国Sigma公司；面包专用粉、人造奶油：福建省晋江福源食品有限公司；甲醇（色谱纯）、乙腈（色谱纯）：韩国SK化学公司；甘氨酸：纯度≥99%，美国Amresco公司；甲酸：色谱纯，天津康科德科技有限公司；六氰合铁（Ⅲ）化钾（分析纯）、硫酸锌（分析纯）：北京北化精细化学品有限责任公司。

1.2 实验仪器

868型酸度计：美国奥立龙公司；2000D型超纯水器：北京长风仪器仪表公司；VDRTEX－5型旋涡混合器：江苏海门市其林贝尔仪器制造有限公司；Waters 2695 LC：美国waters公司；TGL-16G-A高速冷冻离心机：上海安亭科学仪器公司；氮吹仪：上海安普科技有限公司；旋转蒸发仪：北京德天佑科技有限公司；醒发箱：广州市白云区石井美天厨具电器厂；烤箱：捷嘉食品机械设备有限公司；揉面机：万杰食品机械有限公司；粉碎机：西贝乐有限公司；物性测试仪：北京微讯超技仪器技术有限公司。

2 方法

2.1 面包的制作

面包粉500 g，即发干酵母5 g，盐5 g，糖30 g，起酥油20 g，奶粉20 g，水按面团吸水量而定。面粉及各种配料称重→混合搅打→基础醒发→称重、分割→整形→成型→醒发→烘烤→冷却→成品。在Brathen[2]建立RSM的基础上进行改进，采用二因素五水平设计，中心点设置为3次重复，用于估计实验误差，2个变量烘烤时间和烘烤温度的变化范围分别为10 min～25 min，160℃～220℃，并考虑他们之间的交互作用。采用三因素五水平设计，中心点设置为3次重复，3个变量为烘烤时间，烘烤温度，添加甘氨酸（每千克面粉中添加0 mmol～400 mmol甘氨酸）。手工将面包皮剥下，冷冻储藏待分析。

2.2 AA的测定

2.2.1 标准溶液的配置

准确称取100 mg丙烯酰胺标准品溶于10 mL容量瓶中，用超纯水溶解并稀释至刻度，-20℃冰箱保存作为储备溶液。分别配制浓度为50、80、100、150、200、250、300 ng/mL的AA标准溶液。经0.45 μm的膜过滤，用Waters液相工作站绘制丙烯酰胺标准曲线。

2.2.2 样品提取及净化

2 g粉碎样品称入25 mL离心管中。10 mL 75%甲醇水溶液，100 uL CarrezⅠ，100 uL CarrezⅡ，分别加入试管中。样品经摇床震荡提取45 min（25℃，100 rpm），10 000 rpm转速离心（10℃，10 min）。5 mL上清液定量转移至玻璃试管中，在45℃下氮吹至1 mL。Oasis HLB固相萃取柱用5 mL甲醇，5 mL水平衡后用于纯化样品。浓缩的提取液完全通过萃取柱，再经2 mL 10%（体积比）甲醇水溶液洗脱。收集洗脱液，经0.45 μm针孔滤膜过滤，准备用于液相分离。

2.2.3 仪器条件及参数设置

HPLC条件：美国Waters2695高效液相系统，配有二极管阵列检测器，进样量20 μL，HC-75H+柱（305× 7.75 mm，Hamilton，NV，USA），流动相10 mM的甲酸水溶液，流速为0.6 mL/min，柱温50℃，紫外检测波长200 nm。

2.3 水分含量的测定

称取样品约2 g，精确至0.001 g，于已知恒重的铝皿中，置于（103±2）℃的鼓风电热恒温干燥箱内（皿盖斜放在皿边），加热2 h～4 h，加盖取出。在干燥器内冷却0.5 h，称量。再置于（103±2）℃的鼓风电热恒温干燥箱内，加热1 h，加盖取出。在干燥器内冷却0.5 h，称量。重复加热1 h的操作，直至连续2次称量差不超过0.002 g，即为恒重。以最小称量为准（GB/T 14769-1993《食品中水分的测定方法》）。

2.4 数据分析

不同工艺制作的每个样品测定3次，取其平均值。用SAS8.0对数据进行方差分析，显著水平为0.01。用软件Microcal Origin（Microcal Software，Inc.，Northampton USA）、Statistic 6.0（Statsoft，Inc.，USA）进行其它分析。

3 结果与讨论

3.1 面包中丙烯酰胺的变化

不同烘烤温度以及烘烤时间对丙烯酰胺的影响如图1所示。

图1 不同烘烤温度和时间的丙烯酰胺含量Fig.1 The acryl amide content under different baking temperature and time

从图1中可以看出，随着烘烤时间的延长，烘烤温度的升高，丙烯酰胺的含量也随着增加，面团在240℃烘烤30 min时，AA的含量达到最大值399.48 μg/kg。但是烘烤温度对丙烯酰胺的影响程度比烘烤时间更显著，图1显示，当烘烤温度从220℃上升到240℃时，丙烯酰胺的含量增长了1.5倍。对烘烤温度、烘烤时间对丙烯酰胺含量的影响程度以及2个因素的交互作用进行统计分析，结果表明：各因素及其交互作用的影响均极显著（α＜0.01）。

由于美拉德反应是典型的温度敏感型反应，反应温度对美拉德反应的进程有很大的影响，温度的增加可以增加反应物糖和氨基酸的活性，进而加快化学反应速度。从图中我们可以看出，降低处理温度，可以明显减少丙烯酰胺的含量，因此，在面包的实际加工中，可以通过调整工艺条件控制加热温度，减少丙烯酰胺的形成。

丙烯酰胺主要在高温加工食品中形成，含淀粉质的食品如马铃薯、面包、饼干、麦片等这些含碳水化合物食品或低蛋白质的植物性食品当加热到120℃以上往往容易产生丙烯酰胺，而且随着加工温度的提高，丙烯酰胺的含量也随之增加，有研究报道，当温度在140℃～180℃之间时，AA的生成量最大[3]。但是在本研究中，AA的含量并未到达一个最大值，而是一直呈上升的趋势，这种现象可能由于水分的蒸发有效地降低了实际温度[2]。

3.2 烘烤温度和时间对丙烯酰胺含量的影响

根据设计方案进行实验后，采用离子排阻色谱检测面包皮中丙烯酰胺含量如表1。

表1 加工条件和面包皮中的丙烯酰胺含量Table 1 The processing conditions and the acrylamide content in bread crust

响应面分析的系数在表2中。

表2 面包皮中各因素响应面的系数和p值Table 2 Factors of the crust in the response coefficient and the value of P

烘烤时间和烘烤温度与丙烯酰胺的产生有显著相关性（P＜0.05），因此面包皮中的丙烯酰胺含量随着烘烤时间的延长和烘烤温度的提高而增加。实验过程中使用的烤箱温度调节不够精准，所以设定同样的烘烤温度仍会有波动，从而导致中心点相同的条件产生的丙烯酰胺含量不同，这些不同没有显著性差异。不过这种情况与实际生活更接近。不同的烘烤温度和烘烤时间产生的丙烯酰胺含量之间有显著性差异。

3.3 烘烤条件和甘氨酸添加量对丙烯酰胺含量的影响

不同的工艺条件和面包皮中丙烯酰胺的含量见表3。

表3 各因素变化量和面包皮中丙烯酰胺含量Table 3 The factor variation and the acrylamide content in bread crust

响应面分析的系数在表4中。

表4 面包皮中各因素响应面的系数和p值Table 4 Factors of the crust in the response coefficient and the value of P

烘烤时间和烘烤温度的影响显著（p≤0.05），甘氨酸与丙烯酰胺含量有明显的相关性（p=0.008）。甘氨酸的二次项和甘氨酸与温度的交互作用也显著相关，p值分别为0.003和0.05。

对添加甘氨酸对面包皮中丙烯酰胺含量的影响进行分析，见图2。

图2 添加甘氨酸对面包皮中丙烯酰胺含量的影响Fig.2 The effect of adding glycine on acrylamide content in bread

由图2可知，添加甘氨酸能将每千克面粉中丙烯酰胺含量降低100 ug～150 ug，说明甘氨酸能够显著抑制美拉德反应生成的丙烯酰胺。但是不同的甘氨酸添加水平之间没有显著差异。为了进一步验证烘烤时间、烘烤温度、甘氨酸添加量对丙烯酰胺的影响，对结果进行单因素方差分析。由于10 min和30 min的烘烤时间只有一次实验，所以方差分析中没有包括这两个时间。同样的理由，烘烤温度的检验中略去160℃和240℃。方差分析结果表明，烘烤时间（p=0.12）和烘烤温度（p=0.7）都不能显著降低面包皮中丙烯酰胺的含量。只有甘氨酸能有效降低面包皮中的丙烯酰胺含量（p=0.000），但是不同的添加水平没有显著差异。

以上结果均表明添加甘氨酸到面团中能有效降低面包中丙烯酰胺的含量。即使在最低的添加量81 mmol/kg的水平，面包皮中丙烯酰胺含量能降低73%。这个结果比Amrein等将甘氨酸添加到姜饼中的抑制效果要好，他们的添加量和81 mmol/kg的相近，有133 mmol/kg。然而由于并未给出详细的姜饼的制作配方，所以还不能确定存在的主要差别。

对于甘氨酸能够降低面包中丙烯酰胺含量的机理，至少有两个合理的解释。甘氨酸能够在美拉德反应中与天冬酰胺竞争，从而天冬酰胺参与反应的效率降低，生成丙烯酰胺的量减少；另外是甘氨酸有可能与丙烯酰胺参与反应。这两个解释先已有相关研究给予科学支持，张海霞[4]的研究表明天冬酰胺/葡萄糖/甘氨酸模拟体系中甘氨酸与天冬酰胺的变化趋势，是整个体系多种复杂反应因素的综合结果。甘氨酸与天冬酰胺的降解符合一级动力学模型。竞争反应模型的拟合结果显示，在天冬酰胺/葡萄糖/甘氨酸模拟体系中，甘氨酸与天冬酰胺均能与葡萄糖发生反应，且两反应之间存在竞争关系（α＜0.05）。葡萄糖/甘氨酸/丙烯酰胺的模拟体系中，葡萄糖、丙烯酰胺分别与甘氨酸反应，其变化规律符合一级动力学模型。竞争反应模型的拟合结果显示，在葡萄糖/甘氨酸/丙烯酰胺的模拟体系中，葡萄糖与丙烯酰胺均能与甘氨酸发生反应，且两反应之间存在竞争关系（α＜0.05）。Liu J.et al[5]的研究得到了丙烯酰胺与甘氨酸在模拟体系中的产物，通过产物的结构鉴定提出了丙烯酰胺与甘氨酸反应的两条途径：证实了丙烯酰胺的双键与甘氨酸上的α氨基发生亲核加成反应的假设，提出了甘氨酸先经氧化再与丙烯酰胺发生加成反应的新途径。

4 结论

通过优化加工工艺和利用添加剂，研究了面包中丙烯酰胺生成抑制技术。烘烤时间和烘烤温度分别在10 min～25 min，160℃～220℃范围变化时，对丙烯酰胺含量影响不显著（p≤0.05）。甘氨酸能显著降低面包中丙烯酰胺的含量（p=0.008），但是不同的甘氨酸添加水平之间差异不显著。

[1]何方奕.9种果汁对油炸薯条中丙烯酰胺的抑制作用[J].食品科学,2010,31(18):175-177

[2]Bråthen E,Kita A,Knutsen S H,et al.Addition of glycine reduces the content of acrylamide in cereal and potato products[J].Agric. Food Chem,2005,53:3259-3264

[3]Cook D J,Taylor A J.On-line MS/MS monitoring of acrylamide generation in potato-and cereal-based systems[J].Agric Food Chem, 2005,53:8926-8933

[4]张海霞.Gly对AA生成的抑制作用研究[D].北京:中国农业大学,2007

[5]Liu J,Zhao G,Yuan Y,et al.Quantitative analysis of acrylamide in tea by liquid chromatography coupled with electrospray ionization tandem mass spectrometry[J].Food Chem,2008,108:760-767

Study on the Technology of Acrylamide Inhibition of Bread

FU Miao-miao
（Henan Industry and Trade Vocational College，Zhengzhou 450012，Henan，China）

crylamide formation in high temperature baked food is hot food safety research.The research on how to prevent the production of acrylamide in food，has the extremely important practical significance.In this paper，the bread as the research object，the suppression technology of acrylamide in bread was explored，screened inhibitor additive glycine，which has good effect，and its application in bread，to study its inhibitory effect，appearance and texture effects，find out the ideal acrylamide inhibitor，and study the best technological conditions of inhibition.The study found that when time changed from 10 to 25 minutes，and temperature changed from 160 to 220 degree Celsius，the effects on acrylamide content were not significant，glycine can significantly reduce the acrylamide content in bread.

bread；acrylamide；suppression technique

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.007

付苗苗（1981—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：粮油加工与食品品质。

2015-01-15