发布时间：2022-03-04所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要 热加工过程对食品的风味、色泽以及危害物的形成具有重要影响。 美拉德反应和油脂氧化是热加工中发生的最重要的两类反应，彼此独立且相互影响，尤其是油脂氧化产生的羰基化合物能与氨基化合物发生反应，从而对丙烯酰胺、杂环胺、晚期糖基化末端产物、5-羟甲基糠醛
摘要 热加工过程对食品的风味、色泽以及危害物的形成具有重要影响。 美拉德反应和油脂氧化是热加工中发生的最重要的两类反应，彼此独立且相互影响，尤其是油脂氧化产生的羰基化合物能与氨基化合物发生反应，从而对丙烯酰胺、杂环胺、晚期糖基化末端产物、5-羟甲基糠醛等多种危害物的形成具有重要作用。 本文以油脂氧化产生的活性羰基化合物为关注点，综述了油脂氧化对食品加工伴生危害物的影响，以期为抑制食品中危害物的生成提供理论参考。
关键词 食品热加工; 美拉德反应; 油脂氧化; 危害物
热加工是食品生产中使用最为普遍的加工方式，包括杀菌、干燥、烘焙等过程。 热加工不仅能保障食品的安全性， 而且能使食品产生人们所喜爱的色泽、 风味等感官品质。 美拉德反应(Maillard Reaction) 正是赋予食品上述属性的重要反应机制。
美拉德反应是指羰基化合物和氨基化合物(胺、氨基酸、肽和蛋白质)在高温或者常温条件下发生的复杂反应。 由于食品基质和反应的复杂性，其反应产物不仅包括呈味物质和抗氧化物质，往往还包括一些伴生的对人体健康有潜在风险的危害物， 包括丙烯酰胺 (Acrylamide，AA)、 杂环胺(Heterocyclic Aromatic Amines，HAAs)、5-羟甲基糠 醛(5-Hydroxymethylfurfural，HMF)和 晚 期 糖 基化末端产物 (Advanced Glycation End-products， AGEs)等。 近年来，随着对美拉德反应认识的深入， 对这些伴生危害物的研究逐渐成为热点。 其中， 羰基化合物在多种危害物的复杂生成路径中发挥重要作用。 美拉德反应的起始是由还原糖的活性羰基与氨基酸的亲核氨基进行的反应， 反应产生大量的活性羰基化合物参与后续阶段复杂的化学反应中。 然而，还原糖并非食物中活性羰基化合物的唯一来源。 近几年的研究表明，油脂氧化可以产生大量的短链和长链的不饱和醛和酮， 其中 2-烯醛和 2，4-二烯醛的生成量显著[1]。 这些羰基化合物对美拉德反应体系中危害物的形成具有不可忽视的作用[2]。 然而基于油脂氧化途径而引发危害物形成的具体反应机制仍有待进一步揭示。 本文就该领域的最新研究进展进行综述。
1 食品加工伴生危害物
食品在热加工过程中常伴随着美拉德反应的发生，进而生成了一些对人体有害的物质，其中典型的美拉德反应伴生危害物有 AA、HMF、HAAs 和 AGEs 等。 目前研究主要集中于西方的烘焙和烧烤食品体系中危害物的形成， 已经发现这些物质广泛存在于诸多种类的日常膳食中， 比 如 薯条[3]、奶制品[4]、肉制品[5]等，且常常在一种食物中存在多种危害物。
近年来， 我国传统的中式菜肴中也被检测到多种危害物。 香港食物环境卫生署食物安全中心 2013 年 7 月公布香港首个总膳食研究的第 6 份报告。 评估结果表明：“蔬菜及蔬菜制品”是香港市民从膳食中摄入 AA 的主要来源， 且炒菜来源的 AA 占总摄入量的 44.9%，其中包括菜心、蕹菜、翠玉瓜和洋葱[6]。 郭天鑫[7]在酱油及红烧肉中检测出 HMF。 在卤牛肉等中式酱卤制品中也发现 HAAs的存在[8]。 刘荟萃等[9]在油炸麻花加工过程中检测到荧光性 AGEs 和 CML， 表明中式菜肴中危害物的形成也不应忽视。
许多学者开展了食品加工伴生危害物的毒性、生成机理、抑制方法和饮食暴露量等有关方面的研究，其中危害物的生成机理成为研究热点[1，10-12]。诸多研究表明， 食品加工伴生危害物的形成与美拉德反应密切相关。 Stadler 等[13]证明热加工食品中 AA 的产生来源于美拉德反应， 而 天 冬 酰 胺(Asn)是 AA 的 主 要 前 体 物 。 Kavousi 等[14]提 出 HMF 同样也是美拉德反应的产物，常被用来指示热加工食品的品质裂变程度， 葡萄糖和果糖是 HMF 生成的主要前体物。 HAAs 从结构上分为氨基咪唑杂芳烃(IQ 型)和氨基咔啉(非 IQ 型)两大类，其形成机制各不相同。 Jagerstad 等[15]提出了 IQ 型 HAAs 形成机制，即由肌酸、氨基酸和葡萄糖通过美拉德反应等复杂过程形成的。AGEs 是一类复杂的蛋白糖基化后的交联产物， 它不仅能够在体内形成，还可以在食品加热及贮藏过程中生成，即食源性 AGEs。 一些研究发现 AGEs 产生于美拉德反应末期，由还原糖或碳水化合物、油脂、抗坏血酸的降解产物反应生成[16]。
美拉德反应是一个十分复杂的反应体系，中间产物众多，终产物结构复杂。 美拉德反应中有些途径和产物的结构至今尚未完全被揭示。 目前，最为经典的反应路线是由 Hodge 等[17]提出的，根据反应产物及反应历程的变化将美拉德反应分为初始、中间和最终 3 个基本阶段。 美拉德反应的反应历程、反应速率和反应产物的结构受底物种类、含量和多种环境因素的影响。 通过深入研究美拉德反应的影响因素， 有助于更好地调控美拉德反应的发展方向，强化有益反应，抑制危害物生成，这对食品加工中危害物的控制具有重要意义。
2 油脂氧化对食品加工伴生危害物形成的影响
油脂作为食品加工中的主要原料，极易受氧、水、光、热、微生物等的作用而发生水解或氧化，使中性脂肪分解为甘油和脂肪酸， 或使脂肪酸中的不饱和链断开形成过氧化物， 再依次分解为低级脂肪酸、醛类、酮类等物质而产生异臭和异味，有的酸败产物还具有致癌作用[18]。 在食品加工中，油脂发生氧化通常为高温氧化， 油脂的高温氧化机理与自动氧化的机理类似， 都属于自由基链式反应[19]。油脂氧化分为引发、增殖和终止 3 个阶段[20]。首先油脂氧化过程主要是从相对于双键的 α-位的 H 原子分裂出来的均裂原子团开始的， 形成的碳原子团与氧反应生成过氧化原子团， 然后过氧化原子团进入链反应形成一级产物——氢过氧化物， 氢过氧化物很不稳定， 很容易发生均裂裂解、 脱氢或形成游离自由基分解成为各种二级产物，最终形成小分子挥发性物质，如醛、酮、酸、醇和环氧化物等[18]。 这些小分子的醛酮类物质由于含有活性的羰基， 极有可能参与到美拉德反应中 [21]， 从而影响食品中加工伴生危害物的形成，如 AA、HMF、HAAs 和 AGEs 等。
2.1 油脂氧化与丙烯酰胺形成
目前， 普遍认为 AA 的主要形成途径是美拉德反应，即由氨基酸(主要是天冬酰胺)与羰基化合 物 (主 要 是 还 原 糖 )在高温条件下反应生成的[22]。 近几年的研究表明，在富含脂肪的体系中， AA 的形成主要通过油脂热解产生的丙烯醛或丙烯酸与游离氨反应或者是一些羰基化合物与 Asn 或 3-氨基丙烯酰胺(3-aminopropionammide，3-APA)反应产生 AA[2，12，23]。
Arribas-Lorenzo 等[24]把氧化的葵花籽油(过氧化值为 33.5 meq/kg，试验组)和未氧化的葵花籽油(过氧化值为 1.8 meq/kg，对照组)分别加入曲奇的配方中，将制作好的曲奇 190 ℃烤 8～16 min，结果显示曲奇中 AA 含量随焙烤时间的延长而增加，并且在第 16 分钟时，试验组中 AA 含量比对照组中的高出约 59%。 Zamora[25]等通过建立天冬氨酸和亚油酸甲酯等 10 种油脂氧化产物的模拟体系，研究了在热加工食品中油脂衍生物对丙烯酰胺形成的潜在影响，研究结果表明，氧化与未氧化的油脂都可以促进天冬氨酸转化为丙烯酰胺， 但是未氧化油脂需要先经历一个预氧化阶段。 王鹏璞[26] 选取醛类、烯醛类和 2，4-二烯醛类物质为羰基化合物来源，与 Asn 反应，发现不同的油脂氧化产物对丙烯酰胺的影响不同，在无糖体系中，2，4-二烯醛类物质可以显著促进丙烯酰胺的形成，其中 2， 4-庚二烯醛的反应活性最强。 Zamora 等[12]用 2，4-癸二烯醛分别与 3-APA 和 烷 基 化 的 3-APA 反应， 提出在 2，4-癸二烯醛存在下由 3-APA 降解形成 AA 的可能途径，如图 1 所示。 羰基化合物与 3-APA 可形成 AA 生成过程中的中间体亚胺和亚胺离子， 然后通过消去反应脱掉吡啶环， 生 成 AA[12]。
2.2 油脂氧化与 5-羟甲基糠醛形成
HMF 是富含糖的食品在热加工过程中产生的有害化合物，HMF 主要有两种形成途径： 一是美拉德反应途径，二是糖在酸性条件下直接水解，即焦糖化反应途径[27]。 目前学者关于油脂氧化对 HMF 生成的影响研究并没有定论。 Oliviero 等[28]建立了干基模拟体系，研究油脂氧化对 HMF 形成的作用， 然而发现不同氧化程度油脂参与体系中 HMF 形成量并没有显著性差异。 与之截然不同的是， 另有学者认为来自不同脂肪酸的油脂氧化产物的形成以及活性蛋白质残基的存在可能对富含脂肪-蛋白质体系中生成 HMF 的复杂反应路径起着重要作用。 Karademir 等[29]建立了榛子油-氨基酸和 2，4-癸二烯醛-氨基酸模拟体系， 分析了游离氨基酸的减少以及呋喃素和 5-羟甲基糠醛的生成量，表明在富脂食物体系中，油脂来源的羰基化合物可能是参与美拉德反应的潜在物质。 Arribas-Lorenzo 等[24]在饼干体系中研究了不同氧化程度的橄榄油对 HMF 生成量的影响， 结果表明 HMF 的生成量随着橄榄油氧化程度的加深显著增加。 张焕杰[11]在 Glu/Asn 模拟体系的基础上，通过添加不同质量的丙酮醛、 乙二醛和丁二酮来考察油脂氧化产物对 HMF 形成的影响，初步了解到油脂氧化对于 HMF 的生成确实会产生影响。
2.3 油脂氧化与杂环胺形成
杂环胺是肉类食物或蛋白质含量较高的食物在热加工过程中产生的一类对人体健康具有潜在致畸性和致癌性的含氮挥发性物质[30-31]。肉类食物煎炸过程中， 肌酸或肌酐酸成分和具有还原糖结构的物质经过美拉德反应和 Strecker 降解反应即可产生杂环胺物质[32]。 比较简单的含氮杂环化合物包括烷基吡啶、烷基吡嗪和烷基吡咯等。 杂环胺类物质除了来自于美拉德反应外， 也可能是油脂氧化分解产物与含氨基化合物的反应产物。 主流的观点认为是亚油酸的氧化分解产物——2，4-癸二烯醛与含氨基物质之间发生化合、 电子分子内重排、环化等反应后产生 2-戊基吡啶，其在 2，4- 癸二烯醛与各种氨基酸(半胱氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺等)组成的模式反应体系中都是作为含量最多的产物出现[33-35]，成为肉类食物在煎炸过程中产生 2-戊基吡啶的新途径。
2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑 [4，5-b] 吡啶(PhIP)通常是高温煎炸肉制品中含量最高的一种杂环胺[8]，它已被证明对啮齿类动物具有致癌性，可以诱导小鼠产生淋巴癌，雌性大鼠产生乳腺癌，雄性大鼠产生结肠和前列腺癌[36-38]。 PhIP 是由苯丙氨酸的 Strecker 醛， 即苯乙醛与肌酐在甲醛和氨存在条件下反应生成的[39]。 Shioya 等[40]采用模拟体系的研究表明，肌酐、苯丙氨酸和葡萄糖很可能是 PhIP 的前体物。 PhIP 是由苯丙氨酸、肌酸酐和葡萄糖反应生成的。 Zamora 等[41]建立了肌酸酐、苯丙氨酸和油脂(或碳水化合物)模拟体系，研究了多种 ω-3 和 ω-6 型油脂衍生氧化产物对 PhIP 形成的影响， 其中，2，4-二烯醛，2-烯醛和 4-氧代2-烯醛等具有最高的反应活性， 从而表明油脂氧化产物对 PhIP 的形成具有显著的促进作用。 在以上研究基础上，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-壬烯醛两种模式反 应 体 系， 在 4-氧 代-2-壬烯醛存在的体系中 PhIP 的形成量显著增加，由此揭示：活性羰基化合物存在的情况下可以促进苯丙氨酸转化成反应中间体苯乙醛，从而促进 PhIP 的形成[43]。Zamora 等[39] 在前期研究的基础上提出一个 PhIP 生成的全新途径， 即油脂来源的活性羰基化合物可以促进苯丙氨酸的 Strecker 降解(图 2)，进而促进 PhIP 的形成。
然而，目前多数研究多集中在 PhIP，关于油脂氧化对其它种类杂环胺的形成的影响机制有待进一步揭示。
2.4 油脂氧化与晚期糖基化末端产物形成
目前发现的 AGEs 物质有 20 多种，代表性化合物包括羧甲基赖氨酸 (CML)、 羧乙基赖氨酸(CEL)、戊糖苷素等。 其中，CML 被认为是一种典型的对人体健康有潜在危害的晚期糖基化末端产物，因此，CML 常作为研究食品中 AGEs 物质的典型代表[10]。 最近，研究者发现 CML 广泛地分布在饮食中，尤其是油脂类和蛋白含量丰富的食物中。据文献报道，赖氨酸和葡萄糖反应生成 CML 分为 3 种路径：(1)自氧化糖基化路径，即葡萄糖自身氧化产生乙二醛(GO)，GO 和 赖 氨 酸 反 应 生 成 CML;(2)Namiki 路径， 即葡萄糖和赖氨酸反应生成席夫碱-葡萄糖胺， 葡萄糖胺降解产生 GO，GO 和赖氨酸反应生成 CML;(3)糖基化路径，即赖氨酸和葡萄糖首先反应生成葡萄糖胺， 其经过阿玛多利产重排生成果糖基赖氨酸(FL)，FL 再氧化生成 CML[44]。由此可见，GO 和 FL 是生成食源性CML 的重要中间产物。
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在脂肪氧化或多元醇降解过程中也可生成与美拉德反应过程中相似的不饱和活性醛酮化合物，最终通过共价键结合到蛋白质等上形成 AGEs[45]。脂肪氧化产物对 AGEs 的形成有潜在的影响，脂肪氧化产生丙二醛、丙酮醛等 AGEs 前体化合物，这些前体化合物再进一步和赖氨酸或精氨酸反应产生外源性 AGEs[9]。 Han 等[46]建立了赖氨酸+葡萄糖+油脂食品模拟体系， 研究了油脂引发的 OH· 对 CML 生成的影响，结果发现亚油酸、油酸、三油酸甘油酯能够诱发食品模拟体系产生更多的 OH·，而 OH·对模拟体系中生成 CML 的 3 条路径均有促进作用，从而促进了 CML 的形成。
Lima 等[47]比较了酪蛋白-葡萄糖和酪蛋白-葡萄糖-亚麻酸两种模拟反应体系， 在 95℃加热 8h 条件下，亚麻酸体系中 CML 生成量比不加亚麻酸的体系的少， 表明油脂对 CML 的形成有消极的影响。 目前国内外研究中，很少有油脂氧化对美拉德体系中 CML 形成的影响机理的研究报道，对于油脂能否促进 CML 的形成仍存争议，油脂氧化对 AGEs 形成的影响有待深入研究。
3 前景与展望
油脂作为食品加工制作中的常用原料， 其在热加工伴生危害物形成中的作用不可忽视。 目前该领域的应用基础研究尚待深入， 油脂的活性羰基产物在参与相关危害物形成中的作用机制有待阐明， 其在产品营养和风味形成中的贡献与对危害物形成中的作用孰轻孰重尚有待评估。
对于我国传统的中式菜肴加工制作而言，由于原料组成丰富多样，加工方式复杂多变，在菜肴加工过程中也可能会同时产生多种危害物。 目前对于中式菜肴中热加工伴生危害物的研究才刚刚起步， 尚有诸多科学问题和控制技术有待于进一步研究。 同时，油脂在中式菜肴烹饪中占据重要地位，对菜肴色、香、味、形的形成不可或缺。 其在加热过程中形成的热解产物或其在食品体系中引发的自由基如何参与到与多种食品加工伴生危害物形成有关的复杂反应过程， 烹饪原料中的组分对上述反应的促进或抑制作用及相关机制均有待研究。
随着食品工业的快速发展， 中式菜肴工业化进程的加速， 对食品加工的安全性提出了更高的要求。 这就需要进一步提高该领域的应用基础研究水平和技术创新能力， 从而整体提高我国食品工业危害物的控制水平。——论文作者：陈 芳 陈伟娜 胡小松
参 考 文 献
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