食品添加剂抑制丙烯酰胺形成和毒性的研究进展

郝瑞芳，于 蓉，张先平，侯艳霞，张兴亮

（山西林业职业技术学院园艺系，山西太原 030009）

食品添加剂抑制丙烯酰胺形成和毒性的研究进展

郝瑞芳，于 蓉，张先平，侯艳霞，张兴亮

（山西林业职业技术学院园艺系，山西太原 030009）

丙烯酰胺是一种公认的具有神经毒性和潜在致癌性的物质，食品中的丙烯酰胺主要是由食品中含有的天冬酰胺和还原糖在油炸、焙烤等高温加热过程中通过美拉德反应生成的。综述了各种减少食品中丙烯酰胺生成量的方法，以及如何抑制丙烯酰胺在体内产生的毒性作用。

食品添加剂；丙烯酰胺；抑制；毒性

最早在2002年4月，斯德哥尔摩大学和瑞典国家食品管理局联合报告，马铃薯和谷物类食物经油炸或高温焙烤后会产生丙烯酰胺。丙烯酰胺是一种公认的具有神经毒性和潜在致癌性的物质，已被国际癌症研究总署列为“人类可能的致癌物”（2A类）。因此，这一发现引起了全球对含有丙烯酰胺的食品安全性的关注。2005年3月，联合国粮农组织食品添加剂联合专家委员会及WHO警告公众关注食物中的丙烯酰胺，呼吁采取措施减少或抑制食品中丙烯酰胺的生成量，以确保食品的安全性。

食品中的丙烯酰胺主要是通过加工方式产生，目前普遍认可的形成机制为：在烘烤、油炸和焙烤等高温加热条件下，食物中的还原糖（如葡萄糖）的羰基和氨基酸（主要是天冬酰胺）的氨基发生美拉德反应而生成。大量文献报道，把多种氨基酸在高于100℃条件下单独加热一定时间，结果表明只有少数的几种氨基酸（如蛋氨酸、半胱氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酸）产生了微量的丙烯酰胺；而当把天冬酰胺和还原糖按等物质的量比混合，在高温下反应一段时间，就会有大量的丙烯酰胺被检测出来，其生成量是天冬酰胺单独加热时生成量的500多倍。目前，国内外研究都致力于如何抑制食品中丙烯酰胺的生成并减小其对人体产生的危害。

1 抑制食品中丙烯酰胺的生成

1.1 减少食品中丙烯酰胺形成的前体物质

通过原料改良尽量减少食品中形成丙烯酰胺的前体物质的含量。原料改良包括施肥控制、栽培技术、品种改良和贮藏温度等方式，用于降低食品原料中天冬酰胺和还原糖的含量。从原料栽培的角度考虑，多施钾肥和含硫的肥料，少施氮肥能控制农作物中天冬酰胺的含量，从而有效地防止后期热加工过程中产生大量的丙烯酰胺。从原料贮藏的角度考虑，当马铃薯贮藏温度低于10℃时，其还原糖的含量比贮藏温度高于10℃，经油炸后产生的丙烯酰胺含量也比后者要多，因此需要合理地设定原料的贮藏温度。

在原料前处理过程中添加天冬酰胺酶可以催化天冬酰胺水解成氨和天冬氨酸，从而使食品中的丙烯酰胺含量显著降低。Zyzak D V等人[1]在马铃薯样品加热前用天冬酰胺酶对其进行浸泡处理，结果表明样品中的天冬酰胺含量降低了88%，再经微波加热后，99%的丙烯酰胺被除去。制作生面团时添加天冬酰胺酶同样可使96%的天冬酰胺水解成天冬氨酸，从而降低了焙烤出的面包或饼干中丙烯酰胺的生成量。

此外，通过浸渍处理降低天冬酰胺和还原糖的含量，也可以有效控制食品中丙烯酰胺的生成量。马铃薯条（片）在油炸前在蒸馏水中浸泡90 min后，分别于150，170，190℃条件下油炸，丙烯酰胺的生成量分别平均降低了27%，38%，20%，热水浸泡后原料中的天冬酰胺和还原糖的含量都显著下降[2-3]。

1.2 抑制或减少食品中丙烯酰胺的生成

1.2.1 调整加工工艺

通过优化加工工艺（如改变油的种类、缩短加热时间、降低加热温度等）和热加工条件可以更直接地抑制丙烯酰胺的产生。丙烯酰胺的含量与加热时间呈线性，而与加热温度之间呈非线性相关，因此确定适宜的温度进行加热，避免长时间加热，丙烯酰胺的形成会得到有效抑制。使用富含多酚类物质的橄榄油油炸食品，可降低食品中丙烯酰胺形成的量[4]；油炸薯类食品时选择低温真空油炸，也可显著地抑制丙烯酰胺的生成[5]；通过延长酵母发酵过程减少面包中丙烯酰胺的生成。

1.2.2 添加食品添加剂

（1）添加氨基酸。添加一些氨基酸，如牛磺酸、甘氨酸、赖氨酸和半胱氨酸能抑制食品中丙烯酰胺的形成。在发酵好的生面团表面喷洒甘氨酸可显著减少面包中的丙烯酰胺生成量[6]。在马铃薯泥中分别添加140 mmol/kg的谷氨酰胺、丙氨酸、4-氨基丁酸、赖氨酸和甘氨酸后，一起搅拌均匀后，于180℃的烘箱中加热25 min。结果显示，丙烯酰胺的生成量分别降低了70%，50%，86%，88%和91%，原因可能是这些氨基酸能够竞争消耗形成丙烯酰胺的前体物质，或者它们可直接促进丙烯酰胺的消除或降解[7]。在天冬酰胺/葡萄糖模式反应体系中，添加牛磺酸、丙烯酰胺的生成量分别可减少95%，91%，87%[8]。有研究发现添加蛋白质也对丙烯酰胺的生成起到一定的抑制作用。在油炸前预先将薯片用鹰嘴豆面糊包裹住，炸后薯片中丙烯酰胺的含量比未经处理的薯片丙烯酰胺含量降低了近1/3[9]。鹰嘴豆蛋白热稳定性好，在加热时可作为屏障，避免薯片高温油煎或是能够结合已生成的丙烯酰胺。

（2）添加非还原糖。在制作姜饼蛋糕时用非还原糖（如白砂糖和海藻糖）代替葡萄糖，可显著降低丙烯酰胺的生成量。原因可能是非还原糖抑制了中间产物羰基化合物的生成，从而减少了丙烯酰胺的量[10]。

（3）添加酸化剂。在天冬酰胺/葡萄糖模式体系和食品体系中，丙烯酰胺形成的最适pH值都在7～8。在马铃薯泥中分别加入50，100 μmol/g的柠檬酸、醋酸和乳酸，然后于170℃条件下加热6 min，结果表明，马铃薯泥中的丙烯酰胺生成量降低了35%～78%[11-12]，原因主要是由于这些酸性溶液降低了体系的pH值。将马铃薯片在20℃的醋酸溶液中浸泡60 min后再进行油炸，结果丙烯酰胺生成量减少了90%，醋酸浸泡后薯片中的还原糖含量显著降低。事先用0.2%的柠檬酸处理，法式玉米片中丙烯酰胺含量降低82.2%，焙烤玉米片的丙烯酰胺降低72.8%[13]。

（4）添加金属离子。煎马铃薯片前先用氯化钠、氯化钙或氯化铁溶液浸泡处理，则可显著减少丙烯酰胺的生成，原因可能是阳离子和电子能够抑制早期的美拉德反应。在葡萄糖/天冬酰胺模式体系中加入金属离子同样也可显著抑制丙烯酰胺的产生，且对丙烯酰胺生成量的抑制作用强弱顺序为三价离子＞二价离子＞一价离子，其抑制机理为加入金属离子改变了美拉德反应途径，阻止了形成丙烯酰胺的前体物质——希夫碱中间产物的形成[14-15]。

（5）添加抗氧化剂。添加黄酮类化合物、大蒜粉、茶多酚可减少炸鸡翅、焙烤饼干和炸马铃薯片中丙烯酰胺的生成量[16-19]。在马铃薯的煎炸油中添加迷迭香，丙烯酰胺的含量可下降25%[20]。在热加工的食品中加入竹叶提取物或茶叶可明显减少丙烯酰胺的生成量[21]，原因可能是竹叶和茶叶中含有大量的抗氧化剂异荭草苷和儿茶素，它们能够与美拉德中间产物（3-deoxy-2-hexosulose，一个从C6变成C1糖片段的关键来源）结合，致使反应受到抑制，从而推迟丙烯酰胺的形成，也有报道显示只有高浓度的抗氧化剂才能抑制丙烯酰胺的生成，可能是抗氧化剂的添加束缚了水的活性或降低了pH值的原因。

（6）其他。在焙烤食品中添加碳酸氢铵会促进丙烯酰胺的生成，因为铵盐能促进α-二羰基化合物的形成，而α-二羰基化合物可与天冬酰胺经过一系列反应生成丙烯酰胺，而碳酸氢钠则能降低丙烯酰胺的生成。

2 去除食品中已产生的丙烯酰胺

对于食物中已产生的丙烯酰胺，可采用物理或化学的方法将其从食物中去除。物理方法是将食物中的丙烯酰胺通过CO2超临界萃取技术去除，或者用紫外线照射使丙烯酰胺单体聚合。化学方法是添加氨基酸、蛋白质、抗氧化剂、金属阳离子等方法去除食品中已有的丙烯酰胺。例如，甘氨酸、半胱氨酸和赖氨酸除了能与天冬酰胺竞争消耗丙烯酰胺形成的前体物质还原糖外，它们本身还能与丙烯酰胺结合形成加合物，从而消除食品中已有的丙烯酰胺[22]。添加蛋白质（如大豆蛋白水解物） 也能促进丙烯酰胺的消除，原因是蛋白中含氨基的肽能与丙烯酰胺结合形成衍生物[23]。

3 抑制丙烯酰胺在体内产生的毒性作用

利用人结肠腺癌细胞Caco-2测定丙烯酰胺的跨膜通路，研究发现丙烯酰胺具有很高的渗透性，既能主动跨细胞吸收，又能进行被动扩散，进入到人体内的循环系统。因此，必须寻找有效的方法来减轻或阻止丙烯酰胺已摄入到体内后造成的毒害作用。有研究表明，高蛋白饮食（如鸡蛋清蛋白）能够阻止丙烯酰胺单体跨膜进入循环系统，降低其在体内的生物利用度，因为氨基酸、肽和蛋白质中的氨基和巯基能够在小肠、结肠偏碱的环境下被丙烯酰胺共价修饰，这样丙烯酰胺单体在体内的含量也随之减少，从而降低了其对人体的毒害[24]。

茶多酚可显著抑制丙烯酰胺-鱼精蛋白加合物的形成；二烯丙基三硫化物通过抑制细胞色素氧化酶P450 2E1的活性，阻止丙烯酰胺代谢为毒性作用更大的环氧丙酰胺[25]；白藜芦醇可显著抑制丙烯酰胺-血红蛋白加合物的形成；且这3种成分都对丙烯酰胺-DNA加合物的形成有显著的抑制作用。对于丙烯酰胺造成的小鼠肌肉和肝脏中肌酸激酶和谷胱甘肽转移酶的活性的降低，茶多酚和二烯丙基三硫化物均能使其恢复高于正常水平，显著抑制了丙烯酰胺的神经毒性作用。Zhang X M等人[26]从橄榄油中提取出的一种抗氧化性很强的物质——羟基酪醇，它对丙烯酰胺诱导的人肝癌细胞株Hep G2的遗传毒性具有显著的保护作用，保护作用呈剂量依赖。

刘仁平等人[27]研究表明，2.5～40 mmol/L的VE能够显著抑制丙烯酰胺对V79细胞的毒性作用，不同浓度的VE对V79细胞的相对存活率无显著影响；1 μmol/L的硒也可显著提高V79细胞的相对存活率，抑制丙烯酰胺对细胞的毒性，大于1 μmol/L的硒则对细胞无保护作用，而且VE和硒共同作用还具有协同效应。VC能够抑制丙烯酰胺急性中毒小鼠脑中促凋亡基因bax的表达，并抑制脑脂质过氧化，从而抑制丙烯酰胺对脑的损伤[28]。

Mannaa F等人[29]研究发现，红参提取物中的成分人参皂苷对丙烯酰胺所致大鼠的神经毒性有保护作用。灌胃剂量为20 mg/kg·bw的人参皂苷能显著降低丙烯酰胺诱导的大鼠脑匀浆中过氧化脂质的含量及乳酸脱氢酶的活性，提高超氧化物歧化酶的活性，使其恢复到正常水平；并显著降低丙烯酰胺导致的大鼠血清中肌酸激酶的水平。推测其机理可能与增强自由基的清除能力有关。黄玉艾和卢静等人[30-31]用体外培养的小鼠肝细胞评价了熊果酸和生姜水提物、醇提物对丙烯酰胺所致细胞毒性的抑制作用。MTT法的研究结果表明，0.09 μmol/L的熊果酸和生姜水提物均能显著抑制丙烯酰胺对细胞的毒性作用。

氧化酶改进剂（如苯巴比妥、二硫苏糖醇、Co-Cl2、二苯基丙基乙酸-β-二乙基氨基乙酯） 可延缓或阻止丙烯酰胺造成的神经病变；甲基儿茶酚可通过刺激神经生长来促进丙烯酰胺诱导的神经病变的恢复；外源性丙酮酸钠和N-乙酰-L-半胱氨酸分别对丙烯酰胺诱导的神经毒性和细胞毒性有抑制作用等。

4 展望

综述了各种食品添加剂对抑制食品中丙烯酰胺的形成和抑制机理及如何降低食品中的丙烯酰胺对人体产生的毒害作用，尽管国内外的研究已取得很大的进展，但仍存在一定的问题有待于解决：①抗氧化剂对抑制食品中丙烯酰胺产生的途径；②抗氧化剂应用于食品中，其安全性评价还有待于深入研究。

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Research Progress on Acrylamide Formation and Toxicity by Food Additives

HAO Ruifang，YU Rong，ZHANG Xianping，HOU Yanxia，ZHANG Xingliang
（Department of Horticulture，Shanxi Forestry Vocational Institute，Taiyuan，Shanxi 030009，China）

Acrylamide is known to be a neurotoxic and a potentially carcinogenic compound，which could be formed through Maillard reactions between the amino group of asparagine and the carbonyl group of reducing sugars in food.In the paper，the methods of reducing the acrylamide contents in food were reviewed.The article also described how to inhibit toxicity of acrylamide produced in the body.

food additives；acrylamide；inhibit；toxicity

TS201.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.014

1671-9646（2017） 12a-0052-04

2017-09-28

山西省科技厅青年基金资助项目（2015021154）；2017年山西省林业科技创新项目（201708）；山西林业职业技术学院科研教改基金资助项目（20170207）。

郝瑞芳（1978— ），女，博士，副教授，研究方向为食品安全与质量控制。