焙烤小麥胚芽中丙烯酰胺含量的測(cè)定與分析

呼 德， 陳存社， 程 雷， 張 穎

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京 100048)

焙烤小麥胚芽中丙烯酰胺含量的測(cè)定與分析

呼 德， 陳存社， 程 雷， 張 穎

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京 100048)

以小麥胚芽為樣品，設(shè)定140，170，200℃ 3個(gè)焙烤溫度，每個(gè)溫度按不同的焙烤時(shí)間(分別為10，15，20 min)進(jìn)行焙烤，樣品中加入內(nèi)標(biāo)液甲基丙烯酰胺后，以水提取，Carrez試劑除去蛋白質(zhì)，正己烷脫去油脂，乙酸乙酯萃取，提取液濃縮至1 mL，利用氣相色譜測(cè)定其丙烯酰胺的濃度，并比較不同焙烤條件下麥芽中丙烯酰胺含量.結(jié)果:丙烯酰胺在0.125～2.0 μg/mL濃度范圍內(nèi)具有良好的線性(R2=0.999)，加標(biāo)平均回收率為88.1% ～104.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于6.7%;焙烤溫度相同時(shí)，麥芽中丙烯酰胺含量會(huì)隨著焙烤時(shí)間的增加而變大，焙烤時(shí)間相同，當(dāng)焙烤溫度為170～200℃時(shí)，麥芽中丙烯酰胺含量隨著溫度的升高而不斷減少.

丙烯酰胺;氣相色譜;焙烤小麥;溫度;時(shí)間

丙烯酰胺是一種白色晶體化學(xué)物質(zhì)，可通過(guò)多種途徑被人體吸收，它主要存在于一些油炸和燒烤的淀粉類食品如炸薯?xiàng)l、法式油炸土豆片、谷物、面包中，其生成可能與淀粉類食品的高溫加工有關(guān)［1－2］.丙烯酰胺具有潛在的神經(jīng)毒性、遺傳毒性和致癌性，能夠引起人體神經(jīng)損害甚至使人癱瘓，1994年國(guó)際癌癥研究協(xié)會(huì)(IRAC)通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)認(rèn)證丙烯酰胺能夠使人致癌［3－4］，并且被列為ⅡA類致癌物質(zhì)［5］.直到2002年4月，瑞典國(guó)家食品管理局(NFA)和斯德哥爾摩大學(xué)的學(xué)者們宣布［6］，油炸、高溫烘烤的淀粉類食品中丙烯酰胺的含量比世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的人類飲用水中丙烯酰胺含量高出幾百倍后，在食品加工中形成的丙烯酰胺才引起人們的廣泛關(guān)注.

焙烤小麥?zhǔn)巧钍芪覈?guó)居民喜歡的傳統(tǒng)食品，無(wú)論是烤面包還是在啤酒釀造中，都是非常重要的原材料之一.小麥在高溫焙烤后會(huì)生成大量的吡嗪類化合物，散發(fā)出濃郁的麥香和焦香味，能夠提高人們對(duì)小麥焙烤產(chǎn)品的食欲.但是據(jù)瑞典國(guó)家食品管理局稱［7－8］，在焙烤谷類食品中，特別是含淀粉量較高的食品，經(jīng)過(guò)高溫焙烤后，會(huì)產(chǎn)生一定量的丙烯酰胺.丙烯酰胺的含量與焙烤溫度和產(chǎn)品的種類有密切關(guān)系，焙烤的溫度和持續(xù)的時(shí)間是丙烯酰胺產(chǎn)生的重要因素，所以人們?cè)谙硎芸钧湲a(chǎn)品帶來(lái)的獨(dú)特風(fēng)味的同時(shí)，健康也受到了潛在的威脅.我國(guó)是焙烤小麥類食品的消費(fèi)大國(guó)，其中丙烯酰胺含量的測(cè)定已被列為我國(guó)“十五”國(guó)家重大科技專項(xiàng)“食品安全關(guān)鍵技術(shù)”課題［9］.國(guó)家食品安全性計(jì)劃也將丙烯酰胺檢測(cè)方法的確立和我國(guó)食品中丙烯酰胺的分布作為一個(gè)重要部分.

目前，國(guó)際上測(cè)定食品中丙烯酰胺含量的方法主要有兩種，13C標(biāo)記的同位素稀釋氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法和液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用法［10－15］，其中氣相色譜－質(zhì)譜法需要對(duì)樣品進(jìn)行溴化衍生，操作繁瑣費(fèi)時(shí)，且13C標(biāo)記的同位素較難獲得，價(jià)格十分昂貴［16］，液相色譜－質(zhì)譜法對(duì)儀器要求高，不適合樣品的大批量檢測(cè).由于每種食品的組成成分不同，而不同組分對(duì)丙烯酰胺分析檢測(cè)都會(huì)有不同影響，所以很難建立一種完全適合各類食品中丙烯酰胺含量測(cè)定的方法.本研究在查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用氣相色譜建立了不同焙烤溫度下小麥胚芽中丙烯酰胺的測(cè)定方法，并采用與丙烯酰胺理化性質(zhì)相似的甲基丙烯酰胺作為內(nèi)標(biāo)物，通過(guò)Carrez試劑對(duì)提取液進(jìn)行凈化.此法操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，不需前處理溴化衍生，適合丙烯酰胺的批量檢測(cè).

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備與試劑

GC6890氣相色譜儀(美國(guó)Agilent公司)，配有火焰熱離子檢測(cè)器(FID);氣源為高純氦氣(純度＞99.999 9%);色譜柱，HP－5MS彈性石英毛細(xì)管色譜柱，30 m ×0.25 mm ×0.25 μm;Himac CR 22G 型高速冷凍離心機(jī)(日本Hitachi公司);太康旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(西安太康生物科技公司);GERSTEL MPS2XL全自動(dòng)進(jìn)樣器(德國(guó)GERSTEL公司);瑞爾數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇杰瑞爾公司).

丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品(色譜純，純度＞98%，購(gòu)自Alfa Aesar公司)、甲基丙烯酰胺(色譜純，純度＞98%，購(gòu)自Alfa Aesar公司)、亞鐵氰化鉀、硫酸鋅、乙酸乙酯、甲醇(色譜純，MERCK公司)、正己烷、無(wú)水硫酸鈉(分析純)，使用前在300℃烘烤2 h，小麥胚芽.試劑除注明外均為色譜純.試驗(yàn)用水為超純水.

Carrez試劑Ⅰ:稱取15 g亞鐵氰化鉀溶于100 mL水中.Carrez試劑Ⅱ:稱取30 g硫酸鋅溶于100 mL水中.

丙烯酰胺儲(chǔ)備液:準(zhǔn)確稱取100.0 mg丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品后用甲醇溶解并定容至100 mL，得到1 000 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，保存于－20℃冰箱中.

甲基丙烯酰胺內(nèi)標(biāo)液:準(zhǔn)確稱取100.0 mg甲基丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品后用甲醇溶解并定容至100 mL，得到1 000 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，保存于 －20℃冰箱中.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 GC/MS分析條件

HP－5彈性石英毛細(xì)管色譜柱(長(zhǎng)30 m，內(nèi)徑0.25 mm，液膜厚度0.25 μm);載氣采用氦氣，恒定柱流速1.2 mL/min，進(jìn)樣量為1.0 μL，進(jìn)樣時(shí)間3 min，氫氣 45 mL/min，空氣 450 mL/min.進(jìn)樣口溫度250℃，檢測(cè)器溫度260℃，進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣.色譜柱升溫程序:初溫50℃，保持3 min，以15℃/min升溫至240℃，保持9 min.

1.2.2 小麥胚芽中丙烯酰胺提取液的制備［17］

準(zhǔn)確稱取烘烤過(guò)的小麥胚芽5 g，磨碎后置于150 mL燒杯，加入50 μL甲基丙烯酰胺內(nèi)標(biāo)液，加入50 mL水，70℃水浴30 min，并將燒杯口蓋上.水浴后加入20 mL正己烷除脂，充分震蕩5 min，棄去正己烷層，加入Carrez試劑Ⅰ和Carrez試劑Ⅱ各2 mL，混勻后低溫靜置1 h，待分層后，取上清液于－4℃下10000 r/min離心15 min，然后小心取出離心管中上清液，移入250 mL的分液漏斗中用40 mL乙酸乙酯提取，搖動(dòng)2 min，相分離后移去水層，在有機(jī)相中加入10 g無(wú)水硫酸鈉，最后將除水后的有機(jī)相過(guò)濾到100 mL的圓底燒瓶?jī)?nèi)，分液漏斗用乙酸乙酯10 mL漂洗2次.用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(55℃，真空)蒸發(fā)定容至1 mL，為樣品丙烯酰胺提取液.

1.2.3 定性定量方法

以丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)液濃度和甲基丙烯酰胺內(nèi)標(biāo)液濃度的比值為橫坐標(biāo)，以丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)液和甲基丙烯酰胺內(nèi)標(biāo)液的峰面積比為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，按內(nèi)標(biāo)法計(jì)算試樣中丙烯酰胺含量.

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜條件的選擇

根據(jù)丙烯酰胺易溶于水，極性較強(qiáng)且分子量較小，高溫下易聚合的性質(zhì)，分別選擇了HP－5MS和DB－Wax兩種色譜柱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)HP－5MS抗雜質(zhì)干擾強(qiáng)，出峰豐度較高，分離效果好，所以本實(shí)驗(yàn)采用HP－5MS色譜柱.

在進(jìn)樣方式上采用恒流條件下無(wú)分流進(jìn)樣，因?yàn)槟繕?biāo)物的含量較低，只有采用無(wú)分流進(jìn)樣且使用較低的起始柱溫才能保證目標(biāo)物有更高的響應(yīng).

2.2 提取溶劑的選擇

分別比較了用乙酸乙酯、1－丙醇、乙腈、丙酮等4種溶液作為提取溶劑的結(jié)果，表明:以乙酸乙酯作為提取溶劑時(shí)的回收率最高，其他3種物質(zhì)由于易于水互溶，所以在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)，濃縮時(shí)間不易控制，造成濃縮以后的產(chǎn)物會(huì)有很大一部分干粘在瓶底，造成提取液中丙烯酰胺的大量損失，通過(guò)測(cè)定后回收率比較低，且重復(fù)性不高，所以實(shí)驗(yàn)采用乙酸乙酯作為提取溶劑.

2.3 定量方法的選擇

由于丙烯酰胺的物理性質(zhì)極不穩(wěn)定，常會(huì)發(fā)生氧化聚合形成其他物質(zhì)，并且在樣品前處理(濃縮和萃取)后，總會(huì)有一定量的樣品損失，造成回收率下降，所以本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)標(biāo)法定量，這樣即使存在進(jìn)樣量的變化或者是色譜條件的微小變化，也不會(huì)對(duì)定量結(jié)果造成太大影響，能夠克服外標(biāo)法中樣品分析時(shí)色譜條件很難完全相同而引起的定量誤差.

2.4 最低檢出限、精密度、回收率及標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍

2.4.1 線性范圍與檢出限

配制丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)系列質(zhì)量濃度分別為0.125，0.25，0.5，1.0，2.0 μg/mL，甲基丙烯酰胺內(nèi)標(biāo)液的質(zhì)量濃度均為10 μg/mL，以標(biāo)準(zhǔn)品濃度與內(nèi)標(biāo)濃度的比值為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)品峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值為縱坐標(biāo)，做出標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性方程為y=0.237x+0.008，R2=0.999.結(jié)果表明，在0.125～2.0 μg/mL范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，見(jiàn)圖1與圖2.以3倍信噪比取樣5 g進(jìn)行方法的檢出限計(jì)算，結(jié)果為定性檢出限為9.3 μg/kg(S/N=3)，定量檢出限為 25.1 μg/kg(S/N=10).

圖1 丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of Acrylamide and methacrylamide content

2.4.2 準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)測(cè)定方法進(jìn)行加標(biāo)回收和精密度測(cè)定，用加標(biāo)回收率衡量方法的準(zhǔn)確度，用精密度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)衡量方法的精密度.采用170℃下焙烤小麥胚芽為加標(biāo)試樣，分別加入不同濃度的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)液和100 μg/kg甲基丙烯酰胺內(nèi)標(biāo)液，每一加標(biāo)水平各進(jìn)行6次回收試驗(yàn)，丙烯酰胺加標(biāo)水平分別為100，400，800 μg/kg，計(jì)算加標(biāo)回收率，結(jié)果見(jiàn)表1與圖3;精密度實(shí)驗(yàn)是采用濃度分別為0.25，0.5，0.1 μg/mL的丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行反復(fù)進(jìn)樣分析，每個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定6次，結(jié)果見(jiàn)表2.

圖2 丙烯酰胺標(biāo)準(zhǔn)品與內(nèi)標(biāo)色譜圖Fig.2 Acrylamide standard and internal standard chromatogram

表1 焙烤小麥胚芽加標(biāo)回收率結(jié)果Tab.1 Recoveries of spiked wheat germ

圖3 焙烤麥芽中丙烯酰胺的加標(biāo)色譜圖Fig.3 Chromatogram of acrylamide in baking whea

表2 方法的精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Precision of method

從以上結(jié)果可以看出，樣品回收率在不同加表水平下測(cè)定值不同，但回收率都為88.1% ～104.6%.相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.1% ～6.3%.

2.4.3 樣品的測(cè)定結(jié)果

分別設(shè)定140，170，200℃三個(gè)焙烤溫度，每個(gè)溫度按不同的時(shí)間(分別為10，15，20 min)進(jìn)行麥芽的焙烤，將焙烤后的9種樣品按1.2.2中方法對(duì)樣品進(jìn)行前處理后，進(jìn)樣測(cè)定其丙烯酰胺含量，每個(gè)樣平行測(cè)定3次，結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 不同焙烤條件下產(chǎn)生的小麥胚芽丙烯酰胺質(zhì)量比Tab.3 Produced under different baking conditions of acrylamide in wheat germ μg/kg

通過(guò)表3中3種溫度產(chǎn)生丙烯酰胺含量的對(duì)比可見(jiàn):在焙烤小麥胚芽中丙烯酰胺普遍存在，并且隨著焙烤時(shí)間的延長(zhǎng)丙烯酰胺含量上升趨勢(shì)明顯，當(dāng)溫度較低時(shí)丙烯酰胺含量變化不大，溫度升至170℃時(shí)含量最大，當(dāng)溫度處于170～200℃時(shí)，丙烯酰胺的含量開(kāi)始不斷降低.

3 結(jié)論

在食品加工中丙烯酰胺的產(chǎn)生主要是由于天冬酰胺與一些還原糖在高溫下通過(guò)美拉德反應(yīng)造成的，而影響丙烯酰胺形成的因素主要有溫度、時(shí)間、食品中游離氨基酸與天冬酰胺的濃度，其中食品加工時(shí)的溫度是影響丙烯酰胺含量最重要的因素，Mottram等［18］通過(guò)將葡萄糖與天冬酰胺在不同溫度下加熱并測(cè)定體系產(chǎn)生丙烯酰胺的量，發(fā)現(xiàn)體系開(kāi)始產(chǎn)生丙烯酰胺的溫度時(shí)120℃，伴隨著溫度的升高，丙烯酰胺的生成量也在不斷增加.140，170，200℃這3種溫度是小麥胚芽焙烤后產(chǎn)生3種不同狀態(tài)的臨界溫度，140℃處理后胚芽顏色微黃，脫除了生麥芽的腥味;170℃時(shí)胚芽較黃，有麥香味，無(wú)澀味;200℃焙烤后會(huì)產(chǎn)生明顯的焦黃色，具有濃郁的麥焦香味和甜味，其中170℃和200℃下生產(chǎn)的胚芽顏色、香味及脆度，口感較好，符合大眾的口味，在麥芽產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和加工中具有重要意義.

通過(guò)對(duì)3種不同焙烤條件下小麥胚芽產(chǎn)生的丙烯酰胺含量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在140～200℃時(shí)，隨著焙烤時(shí)間的延長(zhǎng)，麥芽中丙烯酰胺含量不斷增加，其原因可能是胚芽中含有大量的淀粉，而作為丙烯酰胺的主要前體物質(zhì)的游離天門(mén)冬氨酸與還原糖在淀粉中廣泛存在，二者在高溫下隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，最終導(dǎo)致丙烯酰胺含量增大.本實(shí)驗(yàn)為小麥胚芽熱加工條件的控制提供了一定的參考，同時(shí)從實(shí)驗(yàn)中也看到了丙烯酰胺廣泛存在于日常生活當(dāng)中，所以今后需要加強(qiáng)對(duì)我國(guó)居民丙烯酰胺膳食攝入量和有效降低我國(guó)食品加工中丙烯酰胺含量方面的研究，正確引導(dǎo)消費(fèi)者合理安排飲食結(jié)構(gòu)，提高生活質(zhì)量.

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(責(zé)任編輯:檀彩蓮)

Determination of Acrylamide in Baking Wheat Germ

HU De， CHEN Cun-she， CHENG Lei， ZHANG Ying
(School of Food，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China)

The wheat germ was baked at 140℃，170℃，200℃ for different process time(10，15 and 20 min)，respectively.After adding methacrylami as the internal standard，the sample was extracted by water and then deproteinized by carrez solution and defatted by n-hexane，after that the sample was extracted with ethyl acetate，then evaporated to 1 ml.Then the concentration of acrylamide is determined by gas chromatography to compare the content of acrylamide under different baking conditions.The result showed that the linear range of concentration of acrylamide was 0.125 ～2.0 μg/mL(R2=0.999)，the average recovery was from 88.1%to 104.6%，and the relative standard derivations were lower than 6.7%.At the same baking temperature，the content of acrylamide in wheat increased with the increase of baking time.At the same baking time，the content of acrylamide decreased with the increase of baking temperature(170～200℃).

acrylamide;gas chromatography;baking wheat;temperature;time

TS201.2;TS207.3

A

1671-1513(2011)01-0010-05

2010-12-31

北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目;北京市教委科技發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目.

呼 德，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樾←溑哐可罴庸?

陳存社，男，教授，博士，主要從事發(fā)酵食品方面的研究.通訊作者.