焙炒对米茶中丙烯酰胺和晚期糖基化终产物的影响

于五美,胡志全,牛　猛,刘友明,赵思明

(华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)



焙炒对米茶中丙烯酰胺和晚期糖基化终产物的影响

于五美,胡志全,牛猛,刘友明*,赵思明

(华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)

研究焙炒温度、时间、加水量和浸润时间对米茶加工过程中丙烯酰胺(Acrylamide,AA)和晚期糖基化终产物(Advanced glycation end products,AGEs)的影响。结果表明,随着焙炒温度升高和时间的增加,AA和AGEs含量增加,但是当温度高于200 ℃时AA含量会呈现降低趋势;随加水量增加和浸润时间延长,AGEs含量显著性减少(p<0.05),米茶中的AA含量先降低,在加水量超过10%,浸润时间超过10 min之后升高。在190 ℃,加水量10%(w/w),浸润10 min,焙炒35 min最适加工条件下AA和AGEs含量分别为141 μg/kg和360 AU/g,低于同类产品,正常食用对人体安全。

焙炒,米茶,丙烯酰胺,晚期糖基化终产物

米茶作为湖北等地的民间传统食品,是以大米为原料,主要经过焙炒制得,食用时再用清水煮成一种金黄色或者棕色的清汤饮品[1]。目前有研究以碎米、糙米为原料制作出一种适合工业化生产的方便米茶[2]。米茶有助于降低血压，提高机体免疫力，改善不良的皮肤症状和防暑降温[3]。

焙炒是生产米茶的重要工序,高温条件下淀粉、蛋白质发生美拉德反应产生米茶特有的香味和色泽,但是高温焙炒条件下也会生成对人体有害的物质如AA和AGEs。2002年4月,瑞典国家食物管理局和斯德哥尔摩大学联合宣称,油炸薯条、土豆片含有淀粉等碳水化合物的高温加工食物中含有致癌物质AA[4]。焙炒食品中的AA主要通过天冬酰胺和还原性糖在高温条件下发生美拉德反应而产生[5-6],AGEs是美拉德反应的另一种产物[7],它会诱发人体糖尿病、尿毒症、阿尔茨海默症(alzheimer)等[8]疾病。焙炒食品中AA、AGEs含量受焙炒温度、时间以及含水量的影响。研究表明面包皮中的AA含量受加工时间和温度的影响[9],加工工艺对AGEs的产生也有显著影响[10],在干热条件下会促进AGEs的产生[11]。米茶的制作工艺是在高温干热的条件下进行的,目前对米茶报道主要集中在米茶的焙炒工艺[12-13]以及呈色动力学[14]等方面,而关于米茶中AA、AGEs的产生研究很少,因此研究焙炒工艺对米茶中AA和AGEs成含量的影响对于确定米茶生产工艺具有重要意义。本文主要研究米茶加工条件:温度、时间、加水量和浸润时间对AA和AGEs含量的影响,以期为米茶的加工提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

扬两优6号籼米由华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室提供;丙烯酰胺标品纯度99%;亚铁氰化钾、甲醇均为分析纯。

EB-460单头立式炒锅广州西厨杰冠设备厂;LA-C20高效液相色谱仪日本岛津;XDB-C18反相液相色谱柱 Agilent,USA;Supelclean LC-18 3 mL/500 mg固相萃取柱SULELCO,USA;RF5301荧光分光光度计日本岛津;HH-2型恒温水浴振荡器国华电器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1米茶制作工艺及样品制备工艺流程:大米→浸润→焙炒→冷却→装袋包装。

1.2.1.1焙炒温度对米茶中AA和AGEs含量的影响大米加水5%,浸润15 min后,分别在180、190、200、210 ℃下焙炒35 min,取样测定AA和AGEs含量。

1.2.1.2焙炒时间对米茶中AA和AGEs含量的影响加入10%的水,浸润时间为10 min,焙炒温度在190 ℃,焙炒时间分别为0、10、20、25、35、45 min,取样测定AA和AGEs含量。

1.2.1.3加水量对米茶中AA和AGEs含量的影响浸润时间为10 min,焙炒温度190 ℃,焙炒35 min,加水量分别为0、5%、10%、15%(w/w),取样测定AA和AGEs含量。

1.2.1.4浸润时间对AA和AGEs含量的影响浸润时间分别为0、5、10、15 min,加入10%的水,190 ℃下焙炒35 min,取样测定AA和AGEs含量。

1.2.2丙烯酰胺(AA)的提取、纯化及测定实验方法参照H J Van Der Fels-Klerx等方法[15],并做了相应的改进。取3 g米茶样品粉碎后(过100目筛)于50 mL离心管中,加入10 mL蒸馏水,振荡1 min,超声提取10 min,以4500 r/min的转速离心20 min,然后加入1 mL硫酸锌和1 mL亚铁氰化钾溶液沉淀蛋白质,再以4500 r/min的转速离心20 min,取上清液过0.45 μm的针孔滤膜,定容至10 mL待净化。

取2.5 mL上述过滤液加入3 mL的SPE小柱中(先用2 mL甲醇活化而后2 mL蒸馏水活化)弃去前1.5 mL,用水冲洗收集后1.5 mL做高效液相分析液。

流动相为甲醇水溶液(5%),流速0.8 mL/min,柱温为室温,进样体积20 μL,检测波长205 nm。0.1 μg/mL的标准溶液进样6次得到峰面积和保留时间,利用保留时间对样品定性,峰面积对样品定量采用固相萃取高效液相色谱测定丙烯酰胺含量时,丙烯酰胺的出峰时间为4.24 min,0.1 μg/mL浓度的丙烯酰胺的峰面积为(421947.8±25643.2) mAU·min,以此标品浓度和峰面积作为样品定量的标准。

1.2.3晚期糖基化终产物(AGEs)的提取及测定实验方法参照刘荟萃等人的方法[16],并做了相应的改进。取米茶粉末(过100目筛)2.0 g,加入到50 mL中性磷酸盐缓冲溶液中,在37 ℃下振荡4 h,使其荧光物质尽量完全溶解,然后4000 r/min离心10 min,取上清液定容至50 mL,然后取3 mL溶液在荧光分光光度计上测定AGEs的荧光强度,设定激发波长370 nm,发射波长440 nm,狭缝5 nm,样品有最大吸收。以磷酸盐缓冲溶液荧光值为1个自定义单位(AUF),样品荧光强度为(AU/g)。

1.3数据分析方法

运用Original 8.6和SAS 9.0软件进行数据整理和显著性分析。

2　结果与分析

2.1焙炒温度对米茶中AA和AGEs含量的影响

焙炒温度对米茶中AA和AGEs含量影响结果如图1所示,在180～200 ℃内随着焙炒温度的升高,米茶中AA含量呈上升趋势但没有显著差异(p>0.05),当温度为210 ℃时,AA含量出现显著性下降(p<0.05)。这些结果表明米茶在较低温度下焙炒时,AA含量随温度升高而逐渐增大,当焙炒温度超过200 ℃时米茶加工中AA会通过热消去或热降解反应而降低[17]。在加热过程中到达平衡温度点后,随温度升高AA的含量降低,此结果与豆康宁等报道一致[18]。焙炒温度对AGEs含量有显著影响(p<0.05),180～190 ℃ AGEs含量出现下降趋势,190～210 ℃之间随温度升高,荧光强度显著提高(p<0.05),整体上随温度升高,AGEs含量呈上升趋势,这是由于高温促进了美拉德反应[11],荧光性AGEs含量增多。

图1　焙炒温度对米茶中AA和AGEs含量的影响Fig.1　Effect of roasting temperature on AA and AGEs content in rice tea

当焙炒温度超过200 ℃,米茶中AA含量会降低,AGEs含量会显著增加。米茶实际加工中会因温度过高出现碳化而影响产品的色泽和香气。在较低温度下焙炒,虽然AA、AGEs含量均较低,但是焙炒时间较长,焙炒效率下降,因此适宜的焙炒的温度为190 ℃。

2.2焙炒时间对米茶中AA和AGEs含量的影响

焙炒时间对米茶中AA、AGEs影响如图2所示,随着加热时间的延长,0～20 min内AA含量呈上升趋势但无显著差异,在25 min时AA含量有显著性升高(p<0.05),35～45 min之间AA生成的速率趋于平稳无显著性差异,原因可能是随着加热时间的延长,丙烯酰胺发生降解[19]。随着焙炒时间的延长荧光性物质含量显著增加(p<0.05),45 min时高达330 AU/g,这说明随着米茶焙炒时间的延长,AGEs的含量也在逐渐增加。

图2　焙炒时间对米茶中AA和AGEs含量的影响Fig.2　Effect of roasting time on AA and AGEs content in rice tea

焙炒时间过长不仅使食品中营养成分氨基酸和糖类遭到破坏,而且可能产生致癌物质。本实验前期结果表明,加热时间较短达不到米茶应有的风味和色泽,实际生产过程中在保证品质的提前下应尽量缩短焙炒时间,适宜的焙炒时间为35 min。

2.3加水量对米茶中AA和AGEs含量的影响

米茶加工中加水量对AA和AGEs含量的影响如图3所示,未加水浸润直接焙炒所得米茶的AA含量高于加水浸润后焙炒米茶中的含量,且随着加水量的增加AA含量呈现下降趋势,在加水量为10%时出现显著性降低(p<0.05)。水分的存在既能促进也能抑制AGEs的生成,与未加水浸润所得米茶相比,5%加水量可促进焙炒过程中AGEs的生成,这可能是由于美拉德反应在合适水分含量(12%～18%)内,加水会促进美拉德反应的进行。当加水量大于5%时,原料中水分含量大于18%,底物浓度被稀释同时水又是美拉德反应的产物,在高水分条件下会抑制美拉德反应使AGEs生成量减少[20-21]。但是加水量太大又会延长加热时间,所以适宜加水量为10%。

图3　加水量对米茶中AA和AGEs含量的影响Fig.3　Effect of water addition proportion on AA and AGEs content in rice tea

2.4浸润时间对米茶中AA和AGEs含量的影响

浸润时间对米茶中AA、AGEs含量的影响如图4所示,随浸润时间的增加,AA、AGEs的生成量呈下降趋势,随着浸润时间的增加AGEs含量显著性下降(p<0.05),而浸润时间为10 min时AA出现显著性降低(p<0.05)。在浸润过程中随着时间延长,水分向米粒内部逐渐渗透,米粒组织结构和化学成分会发生变化,水分子进入淀粉颗粒的非结晶部分,与游离的亲水基相结合[22],水分子的结合可能会阻止底物之间的反应,从而使AA、AGEs含量降低。同时水分含量升高使生成AA的关键性物质游离天冬酰胺的浓度降低[23]、水分蒸发使有效温度降低等原因也会造成AA、AGEs含量降低。浸润时间太长会影响加工效率,所以浸润时间定为10 min。

图4　浸润时间对米茶中AA和AGEs含量的影响Fig.4　Effect of soaking time on AA and AGEs content in rice tea

3　讨论

目前关于控制焙烤食品中AA、AGEs含量的途径主要有:改善食品加工的方式、加入天然提取物。有研究表明竹叶抗氧化物以及绿茶提取物对AA有明显的抑制作用[24],杏仁种皮黑色素可以有效降低AGEs的含量[25]。控制加热温度、时间、水分含量可以有效降低AA、AGEs的产生[10,17]。

荧光性AGEs为美拉德反应后期形成的一类产物,是类黑素的前体物质,在反应进入最后阶段,会生成不具有荧光性质的色素类物质从而导致荧光值降低,但在本实验加热过程中AGEs含量总体呈上升趋势,说明在加热过程中还没有达到美拉德反应的最终阶段。在加水量大于10%、浸润时间超过10 min时,AA含量略微升高,AGEs含量下降趋势减缓,说明在保证风味和加工效率的前提下通过增加加水量和延长浸润时间不能达到降低AA、AGEs含量的目的,此结果与Pedreschi等[26]报道一致。豆康宁等[18]研究表明馍片的焙烤条件为230 ℃、20 min时最佳,房红娟等[10]研究在100 ℃加热AGEs含量最高与本实验结果存在差异,原因可能是由于原料主要成分以及水分含量不同。

本实验研究结果表明不同加工条件下米茶中AA含量在130～187 μg/kg范围内,通过控制焙炒温度和焙炒时间及加水浸润处理,米茶加工后的样品AA含量在141 μg/kg,而从我国疾病预防控制中心营养与食品安全研究所提供的资料(见表1)来看,在监测的100余份样品中,和米茶同类的大麦茶和玉米茶的AA含量要高于米茶。所以,米茶在增加其色泽和香气等有利品质的前提下保证了其AA含量低于同类产品。不同加工条件下米茶AGEs含量在104～480 AU/g之间,米茶加工中控制焙炒温度和时间及加水浸润处理后,AGEs中荧光物质含量为360 AU/g。有研究表明在标准加热方式下全麦面包中心的AGEs含量为0.54 kU/g ,家庭自制薄饼的AGEs含量高达10 kU/g[27],含量远远高于米茶中含量。

表1　不同类食品中AA的平均含量

注:数据来源于2005年中国疾病预防控制中心营养与食品安全研究所。

4　结论

焙炒温度、时间、加水量及浸润时间对米茶加工中AA和AGEs的产生有显著性影响。随焙炒温度的升高和时间的延长,米茶中AA和AGEs含量不同程度增加,温度超过200 ℃时,米茶中AA含量会降低。加入一定的水对大米进行浸润处理,随加水量增加浸润时间延长AA先降低后升高,AGEs产生量一直降低。在最适加工条件下AA和AGEs含量分别为141 μg/kg和360 AU/g,低于同类产品。米茶加工后的样品AA含量低于同类产品中大麦茶和玉米茶含量,AGEs中荧光物质含量也远远低于其它焙烤食品中AGEs含量。米茶具有诱人的色泽和香气,兼具营养保健功效,同时AA和AGEs的含量较低对人体安全,可开发为各种形式的功能性食品。在后续的工作中可以就米茶的消化特性和营养特性进行研究。

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Roasting impact on acrylamide and Advanced glycation end products content in roasted rice tea

YU Wu-mei,HU Zhi-quan,NIU Meng,LIU You-ming*,ZHAO Si-ming

(College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

The effects of temperature,roasting time,water addition proportion and soaking time on the formation of acrylamide(AA)and Advanced glycation end products(AGEs)was investigated in the present study. The results indicated that the production of AA and AGEs increased with the increasing temperature and prolonged roasting time. However,the AA content began to decrease significantly when the processing temperature is over 200 ℃. When the adding water proportion increased to 10% and soaking time increased to 10 mins,the production of AGEs and AA decreased significantly(p<0.05),and the AA content decreased with more adding water and longer soaking time while the AGEs content keep decreasing. The optimum conditions were that ,after rice was soaked with 10%(w/w)water for 10 mins and then roasted at 190 ℃ for 35 min,resulting in a lower contents of AA and AGEs with the values of 141 μg/kg and 360 AU/g respectively,which is safe for human diet.

roasting;rice tea;acrylamide;Advanced glycation end products

2015-10-08

于五美(1990-),女,在读硕士研究生,研究方向:农产品加工与贮藏,E-mail:m15902782720@163.com。

刘友明(1975-),男,博士,副教授,研究方向：粮油加工与水产品加工,E-mail:lym@mail.hzau.edu.cn。

农业科技成果转化资金项目(2012D1002003)。

TS272.4

A

1002-0306(2016)12-0104-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.012