丙烯酰胺

食品危害物—丙烯酰胺的预防、检测与控制第一部分丙烯酰胺简介第二部分食品中的丙烯酰胺第三部分丙烯酰胺的检测第四部分丙烯酰胺的预防目录§1.1丙烯酰胺简介部分性质：外观：白色晶体分子量：71.08kDa分子式：C3H5NO气味：无味挥发性：不挥发溶解性：溶于水，乙醇，乙醚，不溶于苯丙烯酰胺的用途：实验室：SDS-PAGE,Westernbolt其他用途：絮凝剂，增稠剂等等§1.1丙烯酰胺简介1994年，IARC将丙烯酰胺列为对人体具有潜在致癌性的Ⅱ类危害物；2002年，SNFA首次公布了食品中有丙烯酰胺；自2002年以后，食品中的丙烯酰胺受到广泛关注。§1.1丙烯酰胺简介§1.1丙烯酰胺的危害1.神经毒性暴露量在0.2-10mg/kg时可造成神经损伤。而日常摄入量约为0.3-0.8μg/kg（RajehNetal.KuwaitMedJ,2014）。2.基因突变和基因损伤丙烯酰胺可诱导自由基释放，使细胞产生氧化应激进而对人体具有潜在的致癌性，这也可能导致基因突变和基因损伤(Mojska,etal.2010;Riboldi,etal.2014)§1.2丙烯酰胺的危害3.致癌体外实验表明暴露于高剂量丙烯酰胺下能激发潜在的肿瘤基因cMYC(Ehlers,etal.2013)；随着膳食丙烯酰胺摄入量的增加，会提高子宫内膜、卵巢、肾脏癌症的风险(RajehandAl-Dhaheri2017;Yassa,etal.2014)。§1.2丙烯酰胺的危害4.生殖毒性丙烯酰胺能破坏小鼠附睾精细胞膜的完整性，使精子活力下降，并且对精子运动具有不利的影响(Cwikova2014;Ma,etal.2011)。ab第二部分食品中的丙烯酰胺§2.1丙烯酰胺污染主要来源16％~30%6％~46％13％~39％10％~20％10％~30％1.低蛋白含量的淀粉类食品经过120℃以上的高温加工，其中含有的丙烯酰胺会大大超出安全标准。2.随着加工温度的升高，丙烯酰胺含量也越高；同样高温下，薯片和薯条中的丙烯酰胺含量最高。§2.1丙烯酰胺污染主要来源AcrylamideIntakethroughDietandHumanCancerRisk.J.Agric.FoodChem.2008,56,6013–6019.§2.2丙烯酰胺的形成机理1、天冬酰胺途径由含羟基的化合物（尤其是α-羟基）与天冬酰胺的氨基反应，在高温下脱水缩合生成Schiff碱，Schiff碱具有很高的反应活性，在加热条件下脱除羧基，随后发生分子内重排，通过以下两种形式生成丙烯酰胺：（1）直接分解生成丙烯酰胺和亚胺；（2）先脱水生成3-氨基丙酰胺（3-APA），后者再经脱氨生成丙烯酰胺2、氨与丙烯醛或丙烯酸在加热条件下也能产生氨主要来自于含氮化合物的高温分解，而丙烯酰胺的前体化合物丙烯醛和丙烯酸则有以下几个来源:①丙烯醛可能来自于食物中的单糖在加热过程中的非酶降解；②它有可能来自油脂在高温加热过程中释放的甘油三酸酯和丙三醇，油脂加热到冒烟后，分解成丙三醇和脂肪酸，丙三醇的进一步脱水或脂肪酸的进一步氧化均可产生丙烯醛；③食物中蛋白质氨基酸如天门冬氨酸的降解；④在脂肪、蛋白质、碳水化合物的高温分解反应中，会产生大量的小分子醛（如乙醛、甲醛等），它们在适当的条件，重新化合生成丙烯醛；⑤最后是来自于氨基酸或蛋白质与糖之间发生的美拉德反应，蛋氨酸、丙氨酸等多种氨基酸均可通过此反应产生丙烯醛。丙烯醛经由直接氧化反应生成丙烯酸，丙烯酸再与氨水作用，最终生成丙烯酰胺。§2.2丙烯酰胺的形成机理3、食物中含氮化合物自身的反应丙烯酰胺可通过食物中含氮化合物自身的反应，如水解、分子重排等作用形成，而不经过丙烯醛过程。一些小分子的有机酸如苹果酸、乳酸、柠檬酸等经过脱水等作用可形成丙烯酰胺。4、直接由氨基酸形成天冬酰胺在180℃下热解，可生成少量的丙烯酰胺。氨基酸分子的重排也是美拉德反应的常见过程。天门冬酰胺脱掉一个二氧化碳分子和一个氨分子就可以转化为丙烯酰胺。§2.2丙烯酰胺的形成机理第三部分丙烯酰胺的检测Fig.1.1RecentresearchesonAAinthermallyprocessedfoods.Fig.1.2TheflowchartofgeneralproceduresofsamplepretreatmentforLC-MS/MS,GC-MSanalysis,electrochemicalbiosensing,andELISA.§3.1标准法中样品预处理Table1Standarddetectionmethodsissuedoradoptedbyorganizationsandcountries§3.2不同国家的标准检测方法Table2ApplicationsofstandardmethodsandrapidmethodsfordetectingAAinthermallyprocessedfoods.标准方法与快速检测方法检测食品中AA含量Table3.AcrylamidecontentsindifferentChinesefoods.Fig.2.SchematicrepresentationofthecomputervisionformonitoringthecontentofAAinpotatochips.§3.3比色检测方法Fig.3.Schematicrepresentationofthepreparationofcompleteantigen,antibodyandcompetitiveindirectELISAforAAanalysis.§3.4酶联免疫（ELISA）检测方法Fig.4.SchematicrepresentationofchemicalreactioninvolvedinthefabricationofHb/cMWCNT/CuNP/PANI/PGelectrode§3.5电化学生物传感检测Fig.5SchematicrepresentationofthemechanismofthefluorescentsensingmethodforAAdetectionbasedonCdSe/ZnSquantumdots§3.6荧光检测方法§3.7快速方法与标准方法比较1)灵敏度根据欧洲食品安全局的建议，对于测定面包、婴幼儿食品中的AA时，分析方法的定量限,LOQ，即10倍的信噪比需达到30ugkg-1；对于测定薯片类、谷物类、咖啡等，分析方法的LOQ需达到50ugkg-1。如表1.2所示，标准方法(LC-MS/MS,GC-MS)均可达到上述要求。对于快速检测方法来说，电化学生物传感技术的灵敏度比标准方法约高了2个数量级;而ELISA和荧光分析法的灵敏度则低于欧盟的要求。2)重复性标准方法比快速方法更稳定、重复性更好。标准方法的RSD值大都小于10%甚至5%；而除了ELISA法(RSD值接近10%)外，其他的快速方法缺少组间/组内的测定数据，这表明快速方法的重复性需进一步验证。3)通用性标准方法可应用于绝大多数食品(如薯片、谷物类、咖啡、茶、方便面、婴儿食品等)中AA的检测。而对于快速方法来说，通常用薯片作为食品样品的代表来验证快速方法的实用性。4)检测成本和检测时间用标准方法检测AA时，需用SPE小柱纯化样品以保证去除基质干扰，这就增加了检测成本。相反地，基于AA自身特性和生化识别的快速检测方法则不需复杂的样品前处理步骤，这大大减少了检测成本。此外，由于样品前处理是检测AA时的限速步骤，因此快速方法的检测时间较标准方法的约减少了40%。5)便携性与标准方法相比，便携性是快速方法检测热加工食品中AA的最大优点。简单的操作步骤和便携的检测仪器使得快速方法有望实现实时、在线检测热加工食品中的AA。第四部分丙烯酰胺的预防§4.1降低丙烯酰胺的生成1、从食品加工的原料控制丙烯酰胺的形成通过降低原料中天冬氨酸和还原糖的含量或对原料进行预处理，可降低或消除产品中丙烯酰胺的含量。Dhiraj提出,将马铃薯切片后浸在约60℃温水中15min来进行预处理，可减少天冬酰胺和还原糖，用此制成的炸薯条丙烯酰胺含量减少5-l0倍，同时还保留了原有的烹调效果（Dhiraletal.2013）。§4.1降低丙烯酰胺的生成2、从食品加工工艺控制丙烯酰胺的形成（1）降低加工温度，减少加热时间含淀粉质的食品如土豆、面包、饼干、麦片等食品当加热到120℃以上容易产生丙烯酰胺；随着加工温度的升高，丙烯酰胺产生量增加，140~180℃丙烯酰胺的生成量最大。研究显示，将煎炸温度降低10~15℃，丙烯酰胺的浓度可以降低10%~30%食品的加热时间也影响丙烯酰胺的生成。§4.1降低丙烯酰胺的生成2、从食品加工工艺控制丙烯酰胺的形成（2）降低pH值（3）加工过程采用真空油炸许多研究小组指出，在加工过程中使用柠檬酸、富马酸、苹果酸、琥珀酸、山梨酸、己二酸、安息香酸等以降低马铃薯的pH值，可减少丙烯酰胺的含量。丙烯酰胺的沸点为125℃，热加工食品在真空条件下可使其中的丙烯酰胺挥发。§4.1降低丙烯酰胺的生成2、从食品加工工艺控制丙烯酰胺的形成（4）通过光辐射如红外线、可见光、紫外线、X-射线、γ-射线等可使丙烯酰胺发生聚合反应，从而减少其在食品中的含量。利用臭氧使丙烯酰胺发生分解反应，生成小分子物质，也可减少其在食品中的含量。（5）使用化学抑制剂Corrigan通过在食品原料中加入多价未螯合的金属离子，如钙、镁、锌、铜、铝等金属离子，可以显著降低食品中的丙烯酰胺减少10%~90%（Corriganetal.2015）。§4.2预防和降低丙烯酰胺毒性丙烯酰胺可以通过消化道、呼吸道、皮肤黏膜等多种途径被人体吸收，并在体内各组织广泛分布。有研究表明，丙烯酰胺能引起细胞DNA的氧化性损伤，其毒性效应的产生可能有自由基或活性氧的参与ZamaniE,ShakiF,AbediankenariS,ShokrzadehM:Acrylamideinducesimmunotoxicitythroughreactiveoxygenspeciesproductionandcaspase-dependentapoptosisinmicesplenocytesviathemitochondria-dependentsignalingpathways.RetourAuNuméro2017,94:523-530.自由基可导致核酸、蛋白质、脂肪、糖类和生物膜发生损坏和老化，整个细胞功能下降，严重时细胞死亡。§4.2预防和降低丙烯酰胺毒性抗氧化剂可以通过抑制自由基的产生，直接清除自由基来实现其抗氧化功能，从而可以预防和降低丙烯酰胺的毒性，对机体起到保护作用。§4.2预防和降低丙烯酰胺毒性（1）竹叶抗氧化物主要在丙烯酰胺的形成过程中起作用，即阻断或抑制丙烯酰胺的产生。章宇等发现，以还原糖和天冬酰胺为反应底物，180℃条件下加热的反应体系中，添加竹叶提取物可以有效抑制模拟体系中的丙烯酰胺形成，抑制率达到74%左右(Zhangetal,2008)。用竹叶抗氧化物在0.01%～0.1%浓度范围处理食品原料，可使薯片、薯条、炸鸡翅中的丙烯酰胺含量下降50%～80%，表明竹叶抗氧化物在抑制丙烯酰胺形成中的有效作用(Zhangetal,2007)。§4.2预防和降低丙烯酰胺毒性（2）黄酮类物质研究表明包括黄酮、异黄酮、黄酮醇、黄烷醇及其衍生物在内的24种生物黄酮对丙烯酰胺生成具有抑制效应。Beealskia等在油炸马铃薯用油中添加迷迭香(15mL油中混合5g)，可以减少大约25%的丙烯酰胺的形成(Beealskiaetal.2004)。§4.2预防和降低丙烯酰胺毒性（3）维生素类丙烯酰胺本身低毒，当丙烯酰胺进入机体后经细胞色素P4502E1催化氧化为环氧丙酰胺，后者才是对机体产生危害的根源。维生素C，可以在体内直接参与氧化反应，或间接还原其它抗氧化系统。研究表明在丙烯酰胺急性中毒模型中，维生素C可以保护小鼠，减轻神经系统中毒症状，小脑过氧化脂质含量下降，