焙炒對米茶中丙烯酰胺和晚期糖基化終產物的影響

于五美,胡志全,牛　猛,劉友明,趙思明

(華中農業大學食品科技學院,湖北武漢 430070)

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焙炒對米茶中丙烯酰胺和晚期糖基化終產物的影響

于五美,胡志全,牛猛,劉友明*,趙思明

(華中農業大學食品科技學院,湖北武漢 430070)

研究焙炒溫度、時間、加水量和浸潤時間對米茶加工過程中丙烯酰胺(Acrylamide,AA)和晚期糖基化終產物(Advanced glycation end products,AGEs)的影響。結果表明,隨著焙炒溫度升高和時間的增加,AA和AGEs含量增加,但是當溫度高于200 ℃時AA含量會呈現降低趨勢;隨加水量增加和浸潤時間延長,AGEs含量顯著性減少(p<0.05),米茶中的AA含量先降低,在加水量超過10%,浸潤時間超過10 min之后升高。在190 ℃,加水量10%(w/w),浸潤10 min,焙炒35 min最適加工條件下AA和AGEs含量分別為141 μg/kg和360 AU/g,低于同類產品,正常食用對人體安全。

焙炒,米茶,丙烯酰胺,晚期糖基化終產物

米茶作為湖北等地的民間傳統食品,是以大米為原料,主要經過焙炒制得,食用時再用清水煮成一種金黃色或者棕色的清湯飲品[1]。目前有研究以碎米、糙米為原料制作出一種適合工業化生產的方便米茶[2]。米茶有助于降低血壓，提高機體免疫力，改善不良的皮膚癥狀和防暑降溫[3]。

焙炒是生產米茶的重要工序,高溫條件下淀粉、蛋白質發生美拉德反應產生米茶特有的香味和色澤,但是高溫焙炒條件下也會生成對人體有害的物質如AA和AGEs。2002年4月,瑞典國家食物管理局和斯德哥爾摩大學聯合宣稱,油炸薯條、土豆片含有淀粉等碳水化合物的高溫加工食物中含有致癌物質AA[4]。焙炒食品中的AA主要通過天冬酰胺和還原性糖在高溫條件下發生美拉德反應而產生[5-6],AGEs是美拉德反應的另一種產物[7],它會誘發人體糖尿病、尿毒癥、阿爾茨海默癥(alzheimer)等[8]疾病。焙炒食品中AA、AGEs含量受焙炒溫度、時間以及含水量的影響。研究表明面包皮中的AA含量受加工時間和溫度的影響[9],加工工藝對AGEs的產生也有顯著影響[10],在干熱條件下會促進AGEs的產生[11]。米茶的制作工藝是在高溫干熱的條件下進行的,目前對米茶報道主要集中在米茶的焙炒工藝[12-13]以及呈色動力學[14]等方面,而關于米茶中AA、AGEs的產生研究很少,因此研究焙炒工藝對米茶中AA和AGEs成含量的影響對于確定米茶生產工藝具有重要意義。本文主要研究米茶加工條件:溫度、時間、加水量和浸潤時間對AA和AGEs含量的影響,以期為米茶的加工提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

揚兩優6號秈米由華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室提供;丙烯酰胺標品純度99%;亞鐵氰化鉀、甲醇均為分析純。

EB-460單頭立式炒鍋廣州西廚杰冠設備廠;LA-C20高效液相色譜儀日本島津;XDB-C18反相液相色譜柱 Agilent,USA;Supelclean LC-18 3 mL/500 mg固相萃取柱SULELCO,USA;RF5301熒光分光光度計日本島津;HH-2型恒溫水浴振蕩器國華電器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1米茶制作工藝及樣品制備工藝流程:大米→浸潤→焙炒→冷卻→裝袋包裝。

1.2.1.1焙炒溫度對米茶中AA和AGEs含量的影響大米加水5%,浸潤15 min后,分別在180、190、200、210 ℃下焙炒35 min,取樣測定AA和AGEs含量。

1.2.1.2焙炒時間對米茶中AA和AGEs含量的影響加入10%的水,浸潤時間為10 min,焙炒溫度在190 ℃,焙炒時間分別為0、10、20、25、35、45 min,取樣測定AA和AGEs含量。

1.2.1.3加水量對米茶中AA和AGEs含量的影響浸潤時間為10 min,焙炒溫度190 ℃,焙炒35 min,加水量分別為0、5%、10%、15%(w/w),取樣測定AA和AGEs含量。

1.2.1.4浸潤時間對AA和AGEs含量的影響浸潤時間分別為0、5、10、15 min,加入10%的水,190 ℃下焙炒35 min,取樣測定AA和AGEs含量。

1.2.2丙烯酰胺(AA)的提取、純化及測定實驗方法參照H J Van Der Fels-Klerx等方法[15],并做了相應的改進。取3 g米茶樣品粉碎后(過100目篩)于50 mL離心管中,加入10 mL蒸餾水,振蕩1 min,超聲提取10 min,以4500 r/min的轉速離心20 min,然后加入1 mL硫酸鋅和1 mL亞鐵氰化鉀溶液沉淀蛋白質,再以4500 r/min的轉速離心20 min,取上清液過0.45 μm的針孔濾膜,定容至10 mL待凈化。

取2.5 mL上述過濾液加入3 mL的SPE小柱中(先用2 mL甲醇活化而后2 mL蒸餾水活化)棄去前1.5 mL,用水沖洗收集后1.5 mL做高效液相分析液。

流動相為甲醇水溶液(5%),流速0.8 mL/min,柱溫為室溫,進樣體積20 μL,檢測波長205 nm。0.1 μg/mL的標準溶液進樣6次得到峰面積和保留時間,利用保留時間對樣品定性,峰面積對樣品定量采用固相萃取高效液相色譜測定丙烯酰胺含量時,丙烯酰胺的出峰時間為4.24 min,0.1 μg/mL濃度的丙烯酰胺的峰面積為(421947.8±25643.2) mAU·min,以此標品濃度和峰面積作為樣品定量的標準。

1.2.3晚期糖基化終產物(AGEs)的提取及測定實驗方法參照劉薈萃等人的方法[16],并做了相應的改進。取米茶粉末(過100目篩)2.0 g,加入到50 mL中性磷酸鹽緩沖溶液中,在37 ℃下振蕩4 h,使其熒光物質盡量完全溶解,然后4000 r/min離心10 min,取上清液定容至50 mL,然后取3 mL溶液在熒光分光光度計上測定AGEs的熒光強度,設定激發波長370 nm,發射波長440 nm,狹縫5 nm,樣品有最大吸收。以磷酸鹽緩沖溶液熒光值為1個自定義單位(AUF),樣品熒光強度為(AU/g)。

1.3數據分析方法

運用Original 8.6和SAS 9.0軟件進行數據整理和顯著性分析。

2　結果與分析

2.1焙炒溫度對米茶中AA和AGEs含量的影響

焙炒溫度對米茶中AA和AGEs含量影響結果如圖1所示,在180～200 ℃內隨著焙炒溫度的升高,米茶中AA含量呈上升趨勢但沒有顯著差異(p>0.05),當溫度為210 ℃時,AA含量出現顯著性下降(p<0.05)。這些結果表明米茶在較低溫度下焙炒時,AA含量隨溫度升高而逐漸增大,當焙炒溫度超過200 ℃時米茶加工中AA會通過熱消去或熱降解反應而降低[17]。在加熱過程中到達平衡溫度點后,隨溫度升高AA的含量降低,此結果與豆康寧等報道一致[18]。焙炒溫度對AGEs含量有顯著影響(p<0.05),180～190 ℃ AGEs含量出現下降趨勢,190～210 ℃之間隨溫度升高,熒光強度顯著提高(p<0.05),整體上隨溫度升高,AGEs含量呈上升趨勢,這是由于高溫促進了美拉德反應[11],熒光性AGEs含量增多。

圖1　焙炒溫度對米茶中AA和AGEs含量的影響Fig.1　Effect of roasting temperature on AA and AGEs content in rice tea

當焙炒溫度超過200 ℃,米茶中AA含量會降低,AGEs含量會顯著增加。米茶實際加工中會因溫度過高出現碳化而影響產品的色澤和香氣。在較低溫度下焙炒,雖然AA、AGEs含量均較低,但是焙炒時間較長,焙炒效率下降,因此適宜的焙炒的溫度為190 ℃。

2.2焙炒時間對米茶中AA和AGEs含量的影響

焙炒時間對米茶中AA、AGEs影響如圖2所示,隨著加熱時間的延長,0～20 min內AA含量呈上升趨勢但無顯著差異,在25 min時AA含量有顯著性升高(p<0.05),35～45 min之間AA生成的速率趨于平穩無顯著性差異,原因可能是隨著加熱時間的延長,丙烯酰胺發生降解[19]。隨著焙炒時間的延長熒光性物質含量顯著增加(p<0.05),45 min時高達330 AU/g,這說明隨著米茶焙炒時間的延長,AGEs的含量也在逐漸增加。

圖2　焙炒時間對米茶中AA和AGEs含量的影響Fig.2　Effect of roasting time on AA and AGEs content in rice tea

焙炒時間過長不僅使食品中營養成分氨基酸和糖類遭到破壞,而且可能產生致癌物質。本實驗前期結果表明,加熱時間較短達不到米茶應有的風味和色澤,實際生產過程中在保證品質的提前下應盡量縮短焙炒時間,適宜的焙炒時間為35 min。

2.3加水量對米茶中AA和AGEs含量的影響

米茶加工中加水量對AA和AGEs含量的影響如圖3所示,未加水浸潤直接焙炒所得米茶的AA含量高于加水浸潤后焙炒米茶中的含量,且隨著加水量的增加AA含量呈現下降趨勢,在加水量為10%時出現顯著性降低(p<0.05)。水分的存在既能促進也能抑制AGEs的生成,與未加水浸潤所得米茶相比,5%加水量可促進焙炒過程中AGEs的生成,這可能是由于美拉德反應在合適水分含量(12%～18%)內,加水會促進美拉德反應的進行。當加水量大于5%時,原料中水分含量大于18%,底物濃度被稀釋同時水又是美拉德反應的產物,在高水分條件下會抑制美拉德反應使AGEs生成量減少[20-21]。但是加水量太大又會延長加熱時間,所以適宜加水量為10%。

圖3　加水量對米茶中AA和AGEs含量的影響Fig.3　Effect of water addition proportion on AA and AGEs content in rice tea

2.4浸潤時間對米茶中AA和AGEs含量的影響

浸潤時間對米茶中AA、AGEs含量的影響如圖4所示,隨浸潤時間的增加,AA、AGEs的生成量呈下降趨勢,隨著浸潤時間的增加AGEs含量顯著性下降(p<0.05),而浸潤時間為10 min時AA出現顯著性降低(p<0.05)。在浸潤過程中隨著時間延長,水分向米粒內部逐漸滲透,米粒組織結構和化學成分會發生變化,水分子進入淀粉顆粒的非結晶部分,與游離的親水基相結合[22],水分子的結合可能會阻止底物之間的反應,從而使AA、AGEs含量降低。同時水分含量升高使生成AA的關鍵性物質游離天冬酰胺的濃度降低[23]、水分蒸發使有效溫度降低等原因也會造成AA、AGEs含量降低。浸潤時間太長會影響加工效率,所以浸潤時間定為10 min。

圖4　浸潤時間對米茶中AA和AGEs含量的影響Fig.4　Effect of soaking time on AA and AGEs content in rice tea

3　討論

目前關于控制焙烤食品中AA、AGEs含量的途徑主要有:改善食品加工的方式、加入天然提取物。有研究表明竹葉抗氧化物以及綠茶提取物對AA有明顯的抑制作用[24],杏仁種皮黑色素可以有效降低AGEs的含量[25]。控制加熱溫度、時間、水分含量可以有效降低AA、AGEs的產生[10,17]。

熒光性AGEs為美拉德反應后期形成的一類產物,是類黑素的前體物質,在反應進入最后階段,會生成不具有熒光性質的色素類物質從而導致熒光值降低,但在本實驗加熱過程中AGEs含量總體呈上升趨勢,說明在加熱過程中還沒有達到美拉德反應的最終階段。在加水量大于10%、浸潤時間超過10 min時,AA含量略微升高,AGEs含量下降趨勢減緩,說明在保證風味和加工效率的前提下通過增加加水量和延長浸潤時間不能達到降低AA、AGEs含量的目的,此結果與Pedreschi等[26]報道一致。豆康寧等[18]研究表明饃片的焙烤條件為230 ℃、20 min時最佳,房紅娟等[10]研究在100 ℃加熱AGEs含量最高與本實驗結果存在差異,原因可能是由于原料主要成分以及水分含量不同。

本實驗研究結果表明不同加工條件下米茶中AA含量在130～187 μg/kg范圍內,通過控制焙炒溫度和焙炒時間及加水浸潤處理,米茶加工后的樣品AA含量在141 μg/kg,而從我國疾病預防控制中心營養與食品安全研究所提供的資料(見表1)來看,在監測的100余份樣品中,和米茶同類的大麥茶和玉米茶的AA含量要高于米茶。所以,米茶在增加其色澤和香氣等有利品質的前提下保證了其AA含量低于同類產品。不同加工條件下米茶AGEs含量在104～480 AU/g之間,米茶加工中控制焙炒溫度和時間及加水浸潤處理后,AGEs中熒光物質含量為360 AU/g。有研究表明在標準加熱方式下全麥面包中心的AGEs含量為0.54 kU/g ,家庭自制薄餅的AGEs含量高達10 kU/g[27],含量遠遠高于米茶中含量。

表1　不同類食品中AA的平均含量

注:數據來源于2005年中國疾病預防控制中心營養與食品安全研究所。

4　結論

焙炒溫度、時間、加水量及浸潤時間對米茶加工中AA和AGEs的產生有顯著性影響。隨焙炒溫度的升高和時間的延長,米茶中AA和AGEs含量不同程度增加,溫度超過200 ℃時,米茶中AA含量會降低。加入一定的水對大米進行浸潤處理,隨加水量增加浸潤時間延長AA先降低后升高,AGEs產生量一直降低。在最適加工條件下AA和AGEs含量分別為141 μg/kg和360 AU/g,低于同類產品。米茶加工后的樣品AA含量低于同類產品中大麥茶和玉米茶含量,AGEs中熒光物質含量也遠遠低于其它焙烤食品中AGEs含量。米茶具有誘人的色澤和香氣,兼具營養保健功效,同時AA和AGEs的含量較低對人體安全,可開發為各種形式的功能性食品。在后續的工作中可以就米茶的消化特性和營養特性進行研究。

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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,在讀碩士研究生,研究方向:農產品加工與貯藏,E-mail:m15902782720@163.com。

劉友明(1975-),男,博士,副教授,研究方向：糧油加工與水產品加工,E-mail:lym@mail.hzau.edu.cn。

農業科技成果轉化資金項目(2012D1002003)。

TS272.4

A

1002-0306(2016)12-0104-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.012