紫米原花青素對丙烯酰胺生成的抑制作用

云少君，霍相君，李光宇，梁 旗，張娜寧，申姣姣

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西晉中 030801）

食品熱加工在賦予食品色香味的同時，在一定程度上會產(chǎn)生雜環(huán)胺、丙烯酰胺（Acrylamide，AM）等有毒有害物質(zhì)[1]。在高溫油炸或焙烤碳水化合物含量較高的食物時，極易產(chǎn)生AM，而AM在遺傳、生殖、神經(jīng)、免疫方面有很強的毒害作用，并可能誘發(fā)癌癥[2]。如何控制AM的生成，進而降低其危害，是目前研究熱點之一。

研究表明，加工過程中使用檸檬酸等有機酸、氨基酸和蛋白質(zhì)均可抑制部分AM的生成，同時，一些巰基化合物的使用可以促進AM的降解[3]。近年來，原花青素抑制AM生成的作用屢被報道。例如，蘋果、葡萄籽、花生紅衣及荔枝來源的原花青素均在一定程度上可以抑制AM的生成[4-7]。原花青素的活性與其結(jié)構(gòu)、聚合程度及單體間C-C鍵連接方式有關(guān)[8]。紫米因含有豐富的花色苷、黃酮和酚酸類等功能成分，具有較強的抗氧化活性及降低機體血脂含量、防治心血管疾病等生物學(xué)活性[9-10]。紫米極具營養(yǎng)特性，又含有原花青素[11]，但是對于紫米原花青素 （Purple rice proanthocyanidins，PRPAs） 抑制 AM的作用目前尚未報道，能否將其運用至食品熱加工體系中，使其既能抑制AM生成，又能充分發(fā)揮其營養(yǎng)學(xué)特性，在食品加工中極具現(xiàn)實意義。

以紫米粉為原料，首先提取得到PRPAs粗提物，進一步探究PRPAs在各模擬體系中的抑制效果；最后用紫米粉包裹薯條制成成品，進一步觀察其對AM生成的抑制作用。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

云南墨江紫米粉、新鮮馬鈴薯，市售；大豆油，嘉里糧油（天津）有限公司提供；AM標準品，上海麥克林生化科技有限公司提供；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器

UV-1100型紫外-可見分光光度計，上海美普達儀器有限公司產(chǎn)品；WJ-804型恒溫電油炸鍋，寧波市威捷電器有限公司產(chǎn)品；SC-3610型離心機，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 方法

1.3.1 紫米原花青素的提取

參考文獻[12]，優(yōu)化條件為提取液40%乙醇，料液比1∶15（g∶mL），溫度60℃，提取時間1.2 h。計算PRPAs粗提物的得率。

1.3.2 AM標準曲線的繪制

首先，以超純水配制質(zhì)量濃度為1.00 mg/mL的AM標準溶液，并將其稀釋為0.25，0.50，1.00，2.00，5.00，10.00μg/mL的標準液，于波長200 nm處測定吸光度。結(jié)果表明，在配制質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，AM標準溶液與對應(yīng)吸光值呈現(xiàn)明顯線性關(guān)系，得到的關(guān)系式為Y=0.151 5X，其中R2=0.997 4。

1.3.3 化學(xué)模擬體系中AM抑制作用的測定

參考文獻[1，13-14]的試驗方法并進行改進。以超純水將葡萄糖（0.600 0 g） 與天冬酰胺（0.500 0 g）溶解定容至100 mL；同時用超純水將PRPAs提取物配制成質(zhì)量濃度為0.001，0.005，0.010，0.050，0.100，0.500 mg/mL的溶液。分別取10.0 mL AM反應(yīng)液，其中試驗組分別加入1 mL不同質(zhì)量濃度的PRPAs提取物，以超純水作為對照。于180℃下油浴加熱2 min，反應(yīng)后定容至30 mL。之后的檢測方法參照文獻[13]進行。

1.3.4 炸薯條體系中AM抑制效果的測定

參照文獻[13-14]，將馬鈴薯清洗后切成長條狀（6 mm×6 mm×45 mm），采用超純水配制成質(zhì)量濃度為0.005，0.010，0.050，0.100 mg/mL的PRPAs浸漬液，試驗組將薯條浸漬在不同質(zhì)量濃度的PRPAs中15 min；以超純水作為對照組，用濾紙擦干多余水分。各組于180℃下油炸1.5 min，撈出冷卻，用濾紙擦干殘余油。之后的檢測方法參照[13]進行。

1.3.5 紫米粉包裹薯條成品中AM抑制效果的測定

將切好的薯條（6 mm×6 mm×45 mm） 分為2組，試驗組包裹紫米粉（6 g紫米粉溶解于10 mL水中），平均每根薯條增重0.4 g；另一組為對照組，于180℃下油炸1.5 min，撈出冷卻，用濾紙吸收殘余油。其余步驟同1.5。

1.4 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)通過X±s表示，采用GraphPad Prism 8.0.1軟件進行統(tǒng)計分析。化學(xué)模擬體系及炸薯條體系采用One-way ANOVO分析，紫米粉炸薯條成品采用兩獨立樣本t檢驗分析，以p＜0.05判定為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 PRPAs粗提物的得率

經(jīng)計算，PRPAs粗提物的得率為4.76%，即每10 g紫米粉可以提取476 mg的PRPAs。

2.2 化學(xué)模擬體系中AM抑制效果的測定

化學(xué)模擬體系中PRPAs對AM的抑制作用見圖1。

由圖1可見，AM生成隨PRPAs質(zhì)量濃度升高而呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，其中在PRPAs質(zhì)量濃度為0.01，0.05 mg/mL時，AM的生成相較于對照組極顯著降低（p＜0.01）；在PRPAs質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL時，AM的生成顯著低于對照組（p＜0.05）。

化學(xué)模擬體系中PRPAs對AM的抑制率見表1。

表1 化學(xué)模擬體系中PRPAs對AM的抑制率

由表1可見，與對照組相比，PRPAs質(zhì)量濃度為0.01，0.05 mg/mL時，對AM的抑制率極顯著增加（p＜0.01）；PRPAs質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL時，對AM的抑制作用顯著增加（p＜0.05）。因此，在化學(xué)模擬體系中，PRPAs含量與AM生成的抑制率呈現(xiàn)非線性關(guān)系。當(dāng)PRPAs質(zhì)量濃度為0.05 mg/mL時，AM的含量最低，PRPAs對AM的抑制率達到最大值，為11.81%±1.71%。

2.3 炸薯條體系中AM抑制效果的測定

炸薯條體系PRPAs對AM的抑制作用見圖2。

由圖2可見，AM隨PRPAs質(zhì)量濃度的增加同樣顯示先降低后升高的趨勢，其中PRPAs質(zhì)量濃度為0.01 mg/mL，AM的生成顯著低于對照組（p＜0.05）。炸薯條體系PRPAs對AM的抑制率見表2。

表2 炸薯條體系PRPAs對AM的抑制率

由表2可見，PRPAs質(zhì)量濃度與AM抑制率呈現(xiàn)非線性關(guān)系。PRPAs質(zhì)量濃度為0.01 mg/mL，AM生成的抑制率顯著增高（p＜0.05）。即當(dāng)PRPAs質(zhì)量濃度為0.01 mg/mL時，AM含量最低，PRPAs對AM的抑制率達到最大值，為7.92%±3.36%。

2.4 紫米粉包裹薯條AM抑制效果的測定

紫米粉包裹薯條成品中AM的含量見圖3。

由圖3可見，相對于未包裹紫米粉的炸薯條，包裹了紫米粉的炸薯條中丙烯酰胺的含量明顯減少，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（p＜0.01），經(jīng)計算成品中紫米粉對丙烯酰胺生成的抑制率為29.07%±3.08%。

3 討論

紫米中富含原花青素，而原花青素具有廣泛的生物學(xué)活性，但是其活性與其結(jié)構(gòu)有關(guān)[8]。因此，試驗擬進一步探討PRPAs對于AM生成的抑制作用。

在化學(xué)模擬體系中，與之前關(guān)于其他來源原花青素的報道一致[1，13]，PRPAs能夠抑制AM的生成，且其含量與AM生成之間呈非線性關(guān)系，即PRPAs質(zhì)量濃度為0.05 mg/mL時，AM含量最低。化學(xué)模擬體系中葡萄糖的活性羰基可與表兒茶素A環(huán)上的C6、C8形成共價鍵[15]，兒茶素或表兒茶素是PRPAs基本結(jié)構(gòu)，因此推測PRPAs抑制AM生成作用與其所含的表兒茶素及其他酚類結(jié)構(gòu)有關(guān)。PRPAs抑制丙烯酰胺的作用與其質(zhì)量濃度呈現(xiàn)非線性關(guān)系，先前關(guān)于花生紅衣原花青素、蘋果原花青素的研究顯示同樣的趨勢，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于在AM形成與消除這個動態(tài)過程中，隨著溫度的升高，AM在氧自由基的誘導(dǎo)下發(fā)生聚合，而PRPAs可以清除氧自由基[13]，從而影響AM的聚合，導(dǎo)致較高濃度的PRPAs對AM抑制效果反而下降。

與化學(xué)模擬體系相一致的是，在炸薯條食品體系中，同樣發(fā)現(xiàn)PRPAs對AM的生成具有一定的抑制作用。PRPAs質(zhì)量濃度為0.01 mg/mL時，AM含量最低。油炸薯條時伴隨油脂氧化會產(chǎn)生丙烯醛，進而形成丙烯酸，最終與氨反應(yīng)產(chǎn)生AM，而PRPAs會通過阻斷油脂氧化而抑制丙烯醛途徑[16]。與之前的結(jié)果相一致，炸薯條體系PRPAs質(zhì)量濃度與AM的生成同樣呈現(xiàn)非線性關(guān)系，可能也是由于多酚清除氧自由基的能力進而影響AM聚合。

研究還發(fā)現(xiàn)，紫米炸薯條成品中包裹的紫米對AM的生成同樣存在抑制作用，可能是由于紫米粉包裹于薯條外部，阻礙了油脂直接與薯條接觸，同時其中的原花青素等多酚類物質(zhì)可以有效避免油脂氧化，進而通過丙烯醛途徑生成丙烯酰胺，但是對于PRPAs抑制AM的構(gòu)效關(guān)系有待進一步探討。

4 結(jié)論

試驗表明PRPAs在天冬酰胺/葡萄糖模擬體系、炸薯條體系對AM的生成均具有抑制作用，抑制率最大分別可達到11.81%和7.92%。以紫米包裹馬鈴薯制成炸薯條成品，相較于未包裹紫米粉的炸薯條，對丙烯酰胺也具有抑制作用，抑制率可達29.07%。這一研究對于新型AM抑制劑的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。