發布時間：2022-03-04所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 熱加工過程對食品的風味、色澤以及危害物的形成具有重要影響。 美拉德反應和油脂氧化是熱加工中發生的最重要的兩類反應，彼此獨立且相互影響，尤其是油脂氧化產生的羰基化合物能與氨基化合物發生反應，從而對丙烯酰胺、雜環胺、晚期糖基化末端產物、5-羥甲基糠醛
摘要 熱加工過程對食品的風味、色澤以及危害物的形成具有重要影響。 美拉德反應和油脂氧化是熱加工中發生的最重要的兩類反應，彼此獨立且相互影響，尤其是油脂氧化產生的羰基化合物能與氨基化合物發生反應，從而對丙烯酰胺、雜環胺、晚期糖基化末端產物、5-羥甲基糠醛等多種危害物的形成具有重要作用。 本文以油脂氧化產生的活性羰基化合物為關注點，綜述了油脂氧化對食品加工伴生危害物的影響，以期為抑制食品中危害物的生成提供理論參考。
關鍵詞 食品熱加工; 美拉德反應; 油脂氧化; 危害物
熱加工是食品生產中使用最為普遍的加工方式，包括殺菌、干燥、烘焙等過程。 熱加工不僅能保障食品的安全性， 而且能使食品產生人們所喜愛的色澤、 風味等感官品質。 美拉德反應(Maillard Reaction) 正是賦予食品上述屬性的重要反應機制。
美拉德反應是指羰基化合物和氨基化合物(胺、氨基酸、肽和蛋白質)在高溫或者常溫條件下發生的復雜反應。 由于食品基質和反應的復雜性，其反應產物不僅包括呈味物質和抗氧化物質，往往還包括一些伴生的對人體健康有潛在風險的危害物， 包括丙烯酰胺 (Acrylamide，AA)、 雜環胺(Heterocyclic Aromatic Amines，HAAs)、5-羥甲基糠 醛(5-Hydroxymethylfurfural，HMF)和 晚 期 糖 基化末端產物 (Advanced Glycation End-products， AGEs)等。 近年來，隨著對美拉德反應認識的深入， 對這些伴生危害物的研究逐漸成為熱點。 其中， 羰基化合物在多種危害物的復雜生成路徑中發揮重要作用。 美拉德反應的起始是由還原糖的活性羰基與氨基酸的親核氨基進行的反應， 反應產生大量的活性羰基化合物參與后續階段復雜的化學反應中。 然而，還原糖并非食物中活性羰基化合物的唯一來源。 近幾年的研究表明，油脂氧化可以產生大量的短鏈和長鏈的不飽和醛和酮， 其中 2-烯醛和 2，4-二烯醛的生成量顯著[1]。 這些羰基化合物對美拉德反應體系中危害物的形成具有不可忽視的作用[2]。 然而基于油脂氧化途徑而引發危害物形成的具體反應機制仍有待進一步揭示。 本文就該領域的最新研究進展進行綜述。
1 食品加工伴生危害物
食品在熱加工過程中常伴隨著美拉德反應的發生，進而生成了一些對人體有害的物質，其中典型的美拉德反應伴生危害物有 AA、HMF、HAAs 和 AGEs 等。 目前研究主要集中于西方的烘焙和燒烤食品體系中危害物的形成， 已經發現這些物質廣泛存在于諸多種類的日常膳食中， 比 如 薯條[3]、奶制品[4]、肉制品[5]等，且常常在一種食物中存在多種危害物。
近年來， 我國傳統的中式菜肴中也被檢測到多種危害物。 香港食物環境衛生署食物安全中心 2013 年 7 月公布香港首個總膳食研究的第 6 份報告。 評估結果表明：“蔬菜及蔬菜制品”是香港市民從膳食中攝入 AA 的主要來源， 且炒菜來源的 AA 占總攝入量的 44.9%，其中包括菜心、蕹菜、翠玉瓜和洋蔥[6]。 郭天鑫[7]在醬油及紅燒肉中檢測出 HMF。 在鹵牛肉等中式醬鹵制品中也發現 HAAs的存在[8]。 劉薈萃等[9]在油炸麻花加工過程中檢測到熒光性 AGEs 和 CML， 表明中式菜肴中危害物的形成也不應忽視。
許多學者開展了食品加工伴生危害物的毒性、生成機理、抑制方法和飲食暴露量等有關方面的研究，其中危害物的生成機理成為研究熱點[1，10-12]。諸多研究表明， 食品加工伴生危害物的形成與美拉德反應密切相關。 Stadler 等[13]證明熱加工食品中 AA 的產生來源于美拉德反應， 而 天 冬 酰 胺(Asn)是 AA 的 主 要 前 體 物 。 Kavousi 等[14]提 出 HMF 同樣也是美拉德反應的產物，常被用來指示熱加工食品的品質裂變程度， 葡萄糖和果糖是 HMF 生成的主要前體物。 HAAs 從結構上分為氨基咪唑雜芳烴(IQ 型)和氨基咔啉(非 IQ 型)兩大類，其形成機制各不相同。 Jagerstad 等[15]提出了 IQ 型 HAAs 形成機制，即由肌酸、氨基酸和葡萄糖通過美拉德反應等復雜過程形成的。AGEs 是一類復雜的蛋白糖基化后的交聯產物， 它不僅能夠在體內形成，還可以在食品加熱及貯藏過程中生成，即食源性 AGEs。 一些研究發現 AGEs 產生于美拉德反應末期，由還原糖或碳水化合物、油脂、抗壞血酸的降解產物反應生成[16]。
美拉德反應是一個十分復雜的反應體系，中間產物眾多，終產物結構復雜。 美拉德反應中有些途徑和產物的結構至今尚未完全被揭示。 目前，最為經典的反應路線是由 Hodge 等[17]提出的，根據反應產物及反應歷程的變化將美拉德反應分為初始、中間和最終 3 個基本階段。 美拉德反應的反應歷程、反應速率和反應產物的結構受底物種類、含量和多種環境因素的影響。 通過深入研究美拉德反應的影響因素， 有助于更好地調控美拉德反應的發展方向，強化有益反應，抑制危害物生成，這對食品加工中危害物的控制具有重要意義。
2 油脂氧化對食品加工伴生危害物形成的影響
油脂作為食品加工中的主要原料，極易受氧、水、光、熱、微生物等的作用而發生水解或氧化，使中性脂肪分解為甘油和脂肪酸， 或使脂肪酸中的不飽和鏈斷開形成過氧化物， 再依次分解為低級脂肪酸、醛類、酮類等物質而產生異臭和異味，有的酸敗產物還具有致癌作用[18]。 在食品加工中，油脂發生氧化通常為高溫氧化， 油脂的高溫氧化機理與自動氧化的機理類似， 都屬于自由基鏈式反應[19]。油脂氧化分為引發、增殖和終止 3 個階段[20]。首先油脂氧化過程主要是從相對于雙鍵的 α-位的 H 原子分裂出來的均裂原子團開始的， 形成的碳原子團與氧反應生成過氧化原子團， 然后過氧化原子團進入鏈反應形成一級產物——氫過氧化物， 氫過氧化物很不穩定， 很容易發生均裂裂解、 脫氫或形成游離自由基分解成為各種二級產物，最終形成小分子揮發性物質，如醛、酮、酸、醇和環氧化物等[18]。 這些小分子的醛酮類物質由于含有活性的羰基， 極有可能參與到美拉德反應中 [21]， 從而影響食品中加工伴生危害物的形成，如 AA、HMF、HAAs 和 AGEs 等。
2.1 油脂氧化與丙烯酰胺形成
目前， 普遍認為 AA 的主要形成途徑是美拉德反應，即由氨基酸(主要是天冬酰胺)與羰基化合 物 (主 要 是 還 原 糖 )在高溫條件下反應生成的[22]。 近幾年的研究表明，在富含脂肪的體系中， AA 的形成主要通過油脂熱解產生的丙烯醛或丙烯酸與游離氨反應或者是一些羰基化合物與 Asn 或 3-氨基丙烯酰胺(3-aminopropionammide，3-APA)反應產生 AA[2，12，23]。
Arribas-Lorenzo 等[24]把氧化的葵花籽油(過氧化值為 33.5 meq/kg，試驗組)和未氧化的葵花籽油(過氧化值為 1.8 meq/kg，對照組)分別加入曲奇的配方中，將制作好的曲奇 190 ℃烤 8～16 min，結果顯示曲奇中 AA 含量隨焙烤時間的延長而增加，并且在第 16 分鐘時，試驗組中 AA 含量比對照組中的高出約 59%。 Zamora[25]等通過建立天冬氨酸和亞油酸甲酯等 10 種油脂氧化產物的模擬體系，研究了在熱加工食品中油脂衍生物對丙烯酰胺形成的潛在影響，研究結果表明，氧化與未氧化的油脂都可以促進天冬氨酸轉化為丙烯酰胺， 但是未氧化油脂需要先經歷一個預氧化階段。 王鵬璞[26] 選取醛類、烯醛類和 2，4-二烯醛類物質為羰基化合物來源，與 Asn 反應，發現不同的油脂氧化產物對丙烯酰胺的影響不同，在無糖體系中，2，4-二烯醛類物質可以顯著促進丙烯酰胺的形成，其中 2， 4-庚二烯醛的反應活性最強。 Zamora 等[12]用 2，4-癸二烯醛分別與 3-APA 和 烷 基 化 的 3-APA 反應， 提出在 2，4-癸二烯醛存在下由 3-APA 降解形成 AA 的可能途徑，如圖 1 所示。 羰基化合物與 3-APA 可形成 AA 生成過程中的中間體亞胺和亞胺離子， 然后通過消去反應脫掉吡啶環， 生 成 AA[12]。
2.2 油脂氧化與 5-羥甲基糠醛形成
HMF 是富含糖的食品在熱加工過程中產生的有害化合物，HMF 主要有兩種形成途徑： 一是美拉德反應途徑，二是糖在酸性條件下直接水解，即焦糖化反應途徑[27]。 目前學者關于油脂氧化對 HMF 生成的影響研究并沒有定論。 Oliviero 等[28]建立了干基模擬體系，研究油脂氧化對 HMF 形成的作用， 然而發現不同氧化程度油脂參與體系中 HMF 形成量并沒有顯著性差異。 與之截然不同的是， 另有學者認為來自不同脂肪酸的油脂氧化產物的形成以及活性蛋白質殘基的存在可能對富含脂肪-蛋白質體系中生成 HMF 的復雜反應路徑起著重要作用。 Karademir 等[29]建立了榛子油-氨基酸和 2，4-癸二烯醛-氨基酸模擬體系， 分析了游離氨基酸的減少以及呋喃素和 5-羥甲基糠醛的生成量，表明在富脂食物體系中，油脂來源的羰基化合物可能是參與美拉德反應的潛在物質。 Arribas-Lorenzo 等[24]在餅干體系中研究了不同氧化程度的橄欖油對 HMF 生成量的影響， 結果表明 HMF 的生成量隨著橄欖油氧化程度的加深顯著增加。 張煥杰[11]在 Glu/Asn 模擬體系的基礎上，通過添加不同質量的丙酮醛、 乙二醛和丁二酮來考察油脂氧化產物對 HMF 形成的影響，初步了解到油脂氧化對于 HMF 的生成確實會產生影響。
2.3 油脂氧化與雜環胺形成
雜環胺是肉類食物或蛋白質含量較高的食物在熱加工過程中產生的一類對人體健康具有潛在致畸性和致癌性的含氮揮發性物質[30-31]。肉類食物煎炸過程中， 肌酸或肌酐酸成分和具有還原糖結構的物質經過美拉德反應和 Strecker 降解反應即可產生雜環胺物質[32]。 比較簡單的含氮雜環化合物包括烷基吡啶、烷基吡嗪和烷基吡咯等。 雜環胺類物質除了來自于美拉德反應外， 也可能是油脂氧化分解產物與含氨基化合物的反應產物。 主流的觀點認為是亞油酸的氧化分解產物——2，4-癸二烯醛與含氨基物質之間發生化合、 電子分子內重排、環化等反應后產生 2-戊基吡啶，其在 2，4- 癸二烯醛與各種氨基酸(半胱氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺等)組成的模式反應體系中都是作為含量最多的產物出現[33-35]，成為肉類食物在煎炸過程中產生 2-戊基吡啶的新途徑。
2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑 [4，5-b] 吡啶(PhIP)通常是高溫煎炸肉制品中含量最高的一種雜環胺[8]，它已被證明對嚙齒類動物具有致癌性，可以誘導小鼠產生淋巴癌，雌性大鼠產生乳腺癌，雄性大鼠產生結腸和前列腺癌[36-38]。 PhIP 是由苯丙氨酸的 Strecker 醛， 即苯乙醛與肌酐在甲醛和氨存在條件下反應生成的[39]。 Shioya 等[40]采用模擬體系的研究表明，肌酐、苯丙氨酸和葡萄糖很可能是 PhIP 的前體物。 PhIP 是由苯丙氨酸、肌酸酐和葡萄糖反應生成的。 Zamora 等[41]建立了肌酸酐、苯丙氨酸和油脂(或碳水化合物)模擬體系，研究了多種 ω-3 和 ω-6 型油脂衍生氧化產物對 PhIP 形成的影響， 其中，2，4-二烯醛，2-烯醛和 4-氧代2-烯醛等具有最高的反應活性， 從而表明油脂氧化產物對 PhIP 的形成具有顯著的促進作用。 在以上研究基礎上，Zamora 等[42]建立了肌酸酐/苯丙氨酸和肌酸酐/苯丙氨酸/4-氧代-2-壬烯醛兩種模式反 應 體 系， 在 4-氧 代-2-壬烯醛存在的體系中 PhIP 的形成量顯著增加，由此揭示：活性羰基化合物存在的情況下可以促進苯丙氨酸轉化成反應中間體苯乙醛，從而促進 PhIP 的形成[43]。Zamora 等[39] 在前期研究的基礎上提出一個 PhIP 生成的全新途徑， 即油脂來源的活性羰基化合物可以促進苯丙氨酸的 Strecker 降解(圖 2)，進而促進 PhIP 的形成。
然而，目前多數研究多集中在 PhIP，關于油脂氧化對其它種類雜環胺的形成的影響機制有待進一步揭示。
2.4 油脂氧化與晚期糖基化末端產物形成
目前發現的 AGEs 物質有 20 多種，代表性化合物包括羧甲基賴氨酸 (CML)、 羧乙基賴氨酸(CEL)、戊糖苷素等。 其中，CML 被認為是一種典型的對人體健康有潛在危害的晚期糖基化末端產物，因此，CML 常作為研究食品中 AGEs 物質的典型代表[10]。 最近，研究者發現 CML 廣泛地分布在飲食中，尤其是油脂類和蛋白含量豐富的食物中。據文獻報道，賴氨酸和葡萄糖反應生成 CML 分為 3 種路徑：(1)自氧化糖基化路徑，即葡萄糖自身氧化產生乙二醛(GO)，GO 和 賴 氨 酸 反 應 生 成 CML;(2)Namiki 路徑， 即葡萄糖和賴氨酸反應生成席夫堿-葡萄糖胺， 葡萄糖胺降解產生 GO，GO 和賴氨酸反應生成 CML;(3)糖基化路徑，即賴氨酸和葡萄糖首先反應生成葡萄糖胺， 其經過阿瑪多利產重排生成果糖基賴氨酸(FL)，FL 再氧化生成 CML[44]。由此可見，GO 和 FL 是生成食源性CML 的重要中間產物。
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在脂肪氧化或多元醇降解過程中也可生成與美拉德反應過程中相似的不飽和活性醛酮化合物，最終通過共價鍵結合到蛋白質等上形成 AGEs[45]。脂肪氧化產物對 AGEs 的形成有潛在的影響，脂肪氧化產生丙二醛、丙酮醛等 AGEs 前體化合物，這些前體化合物再進一步和賴氨酸或精氨酸反應產生外源性 AGEs[9]。 Han 等[46]建立了賴氨酸+葡萄糖+油脂食品模擬體系， 研究了油脂引發的 OH· 對 CML 生成的影響，結果發現亞油酸、油酸、三油酸甘油酯能夠誘發食品模擬體系產生更多的 OH·，而 OH·對模擬體系中生成 CML 的 3 條路徑均有促進作用，從而促進了 CML 的形成。
Lima 等[47]比較了酪蛋白-葡萄糖和酪蛋白-葡萄糖-亞麻酸兩種模擬反應體系， 在 95℃加熱 8h 條件下，亞麻酸體系中 CML 生成量比不加亞麻酸的體系的少， 表明油脂對 CML 的形成有消極的影響。 目前國內外研究中，很少有油脂氧化對美拉德體系中 CML 形成的影響機理的研究報道，對于油脂能否促進 CML 的形成仍存爭議，油脂氧化對 AGEs 形成的影響有待深入研究。
3 前景與展望
油脂作為食品加工制作中的常用原料， 其在熱加工伴生危害物形成中的作用不可忽視。 目前該領域的應用基礎研究尚待深入， 油脂的活性羰基產物在參與相關危害物形成中的作用機制有待闡明， 其在產品營養和風味形成中的貢獻與對危害物形成中的作用孰輕孰重尚有待評估。
對于我國傳統的中式菜肴加工制作而言，由于原料組成豐富多樣，加工方式復雜多變，在菜肴加工過程中也可能會同時產生多種危害物。 目前對于中式菜肴中熱加工伴生危害物的研究才剛剛起步， 尚有諸多科學問題和控制技術有待于進一步研究。 同時，油脂在中式菜肴烹飪中占據重要地位，對菜肴色、香、味、形的形成不可或缺。 其在加熱過程中形成的熱解產物或其在食品體系中引發的自由基如何參與到與多種食品加工伴生危害物形成有關的復雜反應過程， 烹飪原料中的組分對上述反應的促進或抑制作用及相關機制均有待研究。
隨著食品工業的快速發展， 中式菜肴工業化進程的加速， 對食品加工的安全性提出了更高的要求。 這就需要進一步提高該領域的應用基礎研究水平和技術創新能力， 從而整體提高我國食品工業危害物的控制水平。——論文作者：陳 芳 陳偉娜 胡小松
參 考 文 獻
[1] Zamora R， Navarro JL， Aguilar I， et al. Lipid-derived aldehyde degradation under thermal conditions[J]. Food Chemistry， 2015， 174： 89-96.
[2] Zamora R， Hidalgo FJ. The Maillard reaction and lipid oxidation[J]. Lipid Technology， 2011， 23(3)： 59-62.
[3] European Food Safety Authority (EFSA). European Food Safety Authority. Scientific opinion on acrylamide in food[J]. EFSA Journal， 2015， 13(6)： 26-53.
[4] Hull GLJ， Woodside JV， Ames JM， et al. Nε-(carboxymethyl) lysine content of foods commonly consumed in a western style diet[J]. Food Chemistry， 2012， 131(1)： 170-174.
[5] Iwasaki M， Kataoka H， Ishihara J， et al. Heterocyclic amines content of meat and fish cooked by Brazilian methods[J]. Journal of Food Composition and Analysis， 2010， 23(1)： 61-69.
[6] 香港特別行政區政府食物安全中心. 食物中的丙烯酰胺[EB]. (2013-07-31)[2015-12-06]. http：//www.cfs.gov.hk/ tc_chi/programme/programme_firm/files/The_first_HKTDS_acrylamide_final_c.pdf.
[7] 郭天鑫. 5-羥甲基糠醛的檢測方法及其在食品中產生研究[D]. 天津： 天津科技大學， 2010.
[8] 王盼. 鹵牛肉中雜環胺的檢測方法優化及影響因素研究[D]. 北京： 中國農業大學， 2014.
[9] 劉薈萃. 油炸食品加工與貯藏過程中晚期糖基化末端產物的形成分析及抑制[D]. 楊陵： 西北農林科技大學， 2014.
[10] 韓立鵬， 李琳， 李冰， 等. 油脂引發的 OH·對食源性羧甲基賴氨酸生成的影響[J]. 華南理工大學學報： 自然科學版， 2013， 41(1)： 139-144.
[11] 張煥杰. 富脂模擬反應體系中油脂氧化產物對食品加工危害物形成的影響研究[D]. 長春： 吉林大學， 2014.
[12] Zamora R， Delgado RM， Hidalgo FJ. Conversion of 3-aminopropionamide and 3-alkylaminopropionamides into acrylamide in model systems[J]. Molecular Nutrition & Food Research， 2009， 53(12)： 1512-1520.
[13] Stadler RH， Blank I， Varga N， et al. Food chemistry： acrylamide from Maillard reaction products[J]. Nature， 2002， 419(6906)： 449-450.
[14] Kavousi P， Mirhosseini H， Ghazali H， et al. Formation and reduction of 5-hydroxymethylfurfural at frying temperature in model system as a function of amino acid and sugar composition[J]. Food Chemistry， 2015， 182： 164-170.
[15] Jagerstad M， Laser Reutersward A， Oste R， et al. Creatinine and Maillard reaction products as precursors of mutagenic compounds formed in fried beef [Meat， Ames test][J]. ACS Symposium series-American Chemical Society (USA)， 1983， 12(4)： 255-274.
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