丙烯酰胺的测定

降低半成品饼干规模化生产过程中的丙烯酰胺含量 摘要

烘焙剂，还原糖和有机酸，是制作甜面包过程中对丙烯酰胺的形成最具影响力的成分。在产业规模化饼干生产过程中针对这些组成成分的影响进行了各种试验。用碳酸氢钠置换碳酸氢氨可减少约70％的丙烯酰胺的量。一个解决方案来代替蔗糖转化糖浆也有类似的效果。一些额外的酒石酸的加入可降低约三分之一的丙烯酰胺的量。在第二次烘烤过程之后，我们对丙烯酰胺含量的积极影响仍在观察。这些结果表明，在产业规模的基础上优化烘焙剂以及降低还原糖、有机酸的含量能有效缓解饼干产业规模化生产过程中出现的丙烯酰胺含量过高的问题，这种方法是可行的，符合高质量标准（2005年瑞士食品科学技术学会。由Elsevier 公司出版的所有权利保留）。

关键词：丙烯酰胺，减缓，饼干，烘焙剂，产业规模

1. 简介

通过对大量的加热食品中的丙烯酰胺的检测，我们发现丙烯酰胺具有神经毒性和致癌性（弗里德曼，2003），这促使我们进行了了大量的研究，旨在缓解食品中丙烯酰胺的这种特性。丙烯酰胺通常伴随美拉德反应进行而产生，在美拉德反应中，天冬酰胺中的自由氨基酸与还原糖或活性羰基发生反应。

在某些烘焙食品中，据观察，丙烯酰胺含量高达1000毫克/公斤（克罗夫特，塘，富恩特斯，与汉布里奇，2004）。而含量最高的产品往往发现是那些用碳酸氢铵做烘焙剂的食品，例如姜饼糕点等产品。模型实验表明，铵碳酸氢在甜面包烘焙中强烈促进丙烯酰胺的形成。而用碳酸氢钠去取代碳酸氢铵作为烘焙剂却是降低烘焙过程中的丙烯酰胺含量的一种非常有效的方法。除了烘焙剂，还原糖和天冬酰胺以及工艺条件，都影响着面包生产过程中丙烯酰胺的形成。然而，大多数致力于降低面包烘烤过程中丙烯酰胺含量的研究都是模型试验或者是在实验室环境下操作的。因此，在工业过程，如缓解理念及信息的落实，是非常有限的。本研究的目的是检验不同的办法的可行性，以减少工业规模化面包生产丙过程中的烯酰胺含量。关于采用烘焙剂，添加有机酸以及用蔗糖溶液取代转化糖浆的一些列试验及其结果将在下面一一被陈述。

2. 材料与方法

2.1. 饼干的制备

在这项研究中所使用的饼干代表现有的半成品产品，不能直接食用，而是把它们捣碎然后加入到其他种类的要烘焙的饼干面团中，作为它的一种组成成分或涂层。一种这样的产品是在糖和蛋清泡沫的基础上制成的，另一种产品是涂着巧克力的杏仁饼干。

每个实验所需要的410kg 饼干面团是由Kambly SA 公司（Trubschachen ，瑞士）提供的，这些面团主要是有以下材料混合制成：饼干面粉（小麦，对应550型，采用多批次），水，粉糖（蔗糖），植物油脂，奶粉，转化糖浆，氯化钠，淀粉准备，烘焙剂。烘烤剂是按每100kg 面团中加入127g 碳酸氢铵和273g 碳酸氢钠的比例配成的混合物。经过一台德尔混炼机混合2分钟，再加入酒石酸（195

g/100公斤），再揉面团。如果用碳酸氢钠代替碳酸氢铵，碳酸氢钠和酒石酸量需要做出调整，以获得与从标准烘烤剂中释放的气体体积相同的气体。

烘烤过程（约5分钟）是按照Kambly SA公司的计划进行的。在连续炉中，在225°C~230 °C 之间分三个加热区域进行烘烤。在烘烤过程中的所有实验都是将烘烤过程调整到一个稍深烘焙程度，加强对丙烯酰胺形成的影响。每次实验的前后前，标准面团都会拿来烘烤以便获得直接的参数。约300个实验饼干（约20分钟）需要进行抽样，但前5分钟生产的生产不算在抽样的样品中。烘烤之后，样品通常会接受一个小组受过专门训练的人的感官测试，他们将样品进行简单的两两比较而获得样品的各种参数。品味，膨松性，质地和颜色都要进行测试。现在的关键问题是，这样一种产品的与参考样品之间的相似性和可接受性。在样品分析之前，烘烤的饼干需要贮存在-24°C 环境下，并且要用家用的打碎机均质。

2.2 .丙烯酰胺的量化

丙烯酰胺测量采用GC - MS法进行测量，这种方法用13C 3-丙烯酰胺和甲基

丙烯酰胺作为内部标准，需要在每公斤均质样品中各加入500毫克。GC - MS的设备包括一个8000系列气相色谱仪和一个带有立柱注射器的SSQ710四级质谱仪，操作条件按照说明书说的来做。预置柱和分离株都是按照民法典分析仪器中取用的。

3. 结果与讨论

通过对标准饼干模型内部4和外部9天的多元差异化分析，我们发现烘烤工艺的特点与丙烯酰胺的含量息息相关。丙烯酰胺的平均含量为170毫克/公斤，在不同天数生产出来的产品之间，这种相对标准偏差为9个%，而在同一天生产出来的产品之间，这种差异性更小（6%）。如果差额达到至少两倍标准差, 即31毫克/公斤。那么这个产品的丙烯酰胺含量被认为是明显低于标准产品的含量。标准饼干烘烤到正常烘烤的程度后，丙烯酰胺的含量约为100毫克/公斤，即较本研究编制的标准饼干少。

3.1. 烘焙剂的影响

众所周知，烘焙剂在面包烘焙过程中强烈影响丙烯酰胺形成，因此需要对不同组合的烘焙剂进行测试。图 1显示了用不同的烘烤剂处理的模型饼干中丙烯酰胺的含量。如果碳酸氢铵没有充分由碳酸氢钠取代，丙烯酰胺的含量就不会减少（图一中的变异A ）。与此相反，由碳酸氢钠完全替代碳酸氢铵，丙烯酰胺的含量减少超过70％（图1 中柱形B ）。在其他类食品中也得到了类似的结果。对丙烯酰胺含量的影响也可能是由于碳酸氢铵被碳酸氢钠完全取代后加入的酒石酸存在造成的。而这个因素将在下文被讨论到。所有样本都通过由公司安排的感官测试（颜色，味道）。然而，与标准的产品相比，没有使用碳酸氢铵作为烘焙剂的样品起蓬松性稍微有些小。这种差异不是问题，因为它只是一个半成品，并且它进一步的适用性并没有受到负面影响。按上述描述的，它们述被用作为最终产品在市场上出售。这表明，用碳酸氢钠取代碳酸氢铵是一种可显著减少饼干产品的丙烯酰胺含量的很有效的方法。

丙

烯

酰

胺

含

量

ug/kg

不同类型的烘焙剂

图 1：不同烘焙剂混合而成的饼干模型中丙烯酰胺的含量（n=9，作为参考，相对标准偏差=±9%；其他样品n=1）

R ：（127g 碳酸氢铵+273g碳酸氢钠+1989g酒石酸）/100kg面粉；

A:(49g碳酸氢铵+439g碳酸氢钠+312g酒石酸）/100kg面粉；

B:(537g碳酸氢钠+439g酒石酸）/100kg面粉。

3.2 .不同类型糖的影响

天冬酰胺形成丙烯酰胺需要还原糖（施塔德勒等，2004）。使用蔗糖溶液（非还原糖）来代替转化糖浆可以使产品相较于标准产品其丙烯酰胺含量下降超过70％从原来的170ug/kg下降到46ug/kg。早期的研究发现用蔗糖取代还原糖是一种有效的能显著降低焙烤工程中丙烯酰胺含量的方法，而这次的试验结果再次证实了之前的研究发现。产品的味道没有明显受到影响，但用蔗糖处理的产品它的色泽稍浅，这主要是因为发生美拉德褐变时缺乏还原糖。这些饼干将作为最终的产品被进一步加工，因为这种稍浅的颜色对最终的产品没有产生负面影响。因此，如果褐变不是很重要的话，在焙烤中用蔗糖取代还原糖是一种可行的方法。

3.3 .酒石酸含量

酒石酸（或柠檬酸）通常被添加到含有碳酸氢钠的烘焙制剂中以加强发酵。酸的添加降低了pH 值，从而影响丙烯酰胺的形成。曾经做过两组额外添加同种酒石酸的实验。标准的产品是每100公斤的面粉中添加195克酒石酸。这三种试验都使用标准量的碳酸氢铵和碳酸氢钠。每100千克面粉中添加244克酒石酸的这组实验，丙烯酰胺的喊来那个下降了三分之一（约

114ug/kg）; 同

时，添加酒石酸的量较多的那一组

（293g/ 100kg ）

有一个稍高的影响（丙烯酰胺的含量下降了44%），与

244g/100kg的

那组相比没有太大的区别。试验结果表明，在图1中观察到的较大的影响并不是因为就是算的存在，而是因为用碳酸氢钠取代了碳酸氢铵。同时也必须考虑到在实验室中，大部分的酒石酸正如图1中显示的那样被大量加入的碳酸氢中和，而在另一组实验中，如图2，并没有出现这种情况。即使这个产品是用最高剂量的酒石酸也没有酸味。同样，所有产品通过感官测试，并最终用于生产。这些结果也与所观察的柠檬酸对姜饼的影响相符合，并且表明，加入一些有机酸是另一种显著降低烘焙过程中丙烯酰胺含量的方法。然而，酸的添加量可能会被限制，这主要是由于感官方面的原因。我们并没有对产品的保质期进行过研究，这是由于产品直接作为两种类型的原材料来使用。

丙

烯

酰

胺

含

量

ug/kg

面粉中酒石酸的含量[g/100kg]

图2：不同含量的就酒石酸与丙烯胺酰胺制作模型饼干（n 取1，除195g/100kg这组外，其它都取9）。

3.4. 饼干在第二烘烤过程中丙烯酰胺的形成

这些被研究的饼干模型并不直接用于销售，而是作为其他饼干的组成成分来使用。如果将之前可利用的某一种方法应用在生产上使得最终产品的丙烯酰胺含量降低，这种产品也将被测试。如果将标准饼干当做涂料用，用蛋清泡沫和糖作为原料制成的饼干其丙烯酰胺的含量将达到110ug/kg。如果涂层中未添加碳酸氢铵，丙烯酰胺的含量将会降低约30%（75mg/kg)。这种情形与杏仁饼干相似：使用不含碳酸氢铵的模型饼干将使杏仁饼干的丙烯酰胺的含量下降30%（由原来的551毫克/公斤下降到374微克/公斤）。所说的丙烯酰胺的含量达到这种程度的饼干指的就是前面提到的杏仁巧克力涂层饼干。在最终的杏仁饼干产品中，丙烯酰胺的含量是相当低的。最终产品都通过感官测试，即它们的质量被认为相当与正常的产品。这些结果表明，碳铵取代仍然有效，即使在第二烘烤过程。 但由于其他组件使用的饼干。另据测试，如果最终产品的丙烯酰胺含量较低，如果上述方法之一是在生产上应用。卵白色泡沫和糖为基础的饼干含有110毫克/

4. 结论

在甜面饼干中可以减缓丙烯酰胺作用的三种主要途径是：（1）用碳酸氢钠取代碳酸氢铵，（2）使用蔗糖溶液取代转化糖浆，以及（3）添加适量的有机酸（如酒石酸）。在发面饼干中前两种方法的结合使用甚至是更为有效的，这也能应用在其他产品上。如果褐变作用不是非常重要的话，用蔗糖替代还原糖的措施在产品生产上被限制使用。用半成品饼干做产业规模化生产试验为以上三种方法的可利用性提供了证据，并且通过食品产业和消费者的反馈，发现半成品及成品的感官特性都与预期的高质量标准相一致。依靠产品及其措施的应用，丙烯酰胺的含量能下降30%~70%.然而，其他类型的烘烤产品的情形可能有所不同：如果该产品被直接消费的话，尤其是膨松性和纹理可能成为关键点。因此，必须进行试验来找出最佳方法，以减少丙烯酰胺的含量。（瓦斯等。，2004），可能也适用于其他产品。这项措施对减少糖的蔗糖替代产品为重点仅限于那里的褐变这并不是最

重要的。工业规模的实验与半成品饼干作证说，这三种方法是可行的，作为以及成品半成品产品的感官性状符合高品质标准的食品工业和预期消费者。丙烯酰胺的含量可降低了30-70％的产品和应用的措施而定。不过，烘焙产品的其他群体的行为可能有所不同：尤其是发酵和纹理可能是关键点，如果该产品是直接饮用。因此，必须作出实验找出最佳方法，以减少丙烯酰胺的含量。

5. 致谢

感谢瑞士联邦公共卫生局以及瑞士食品工业联合会为本次研究提供财政支持。