AA(纯度99.5%)和¹³C₃-AA购于Sigma公司。碘化钾、三氯甲烷、冰乙酸、淀粉、硫代硫酸钠、P-茴香胺试剂、40%丙酮醛水溶液、邻苯二胺(OPD)、氯化钠、硫酸镁、正己烷等分析纯试剂均购于北京化学试剂公司。HPLC级甲醇购于美国Fisher公司。

AA储存液为1 mg/kg甲醇溶液。用超纯水将AA储存液稀释成1.0、2.0、5.0、8.0、10.0、15.0、20.0 μg/kg的标准溶液用于定量测定。配制10.0 μg/kg的¹³C₃-AA工作液(现用现配)作为内标溶液用于定量测定。

新鲜马铃薯原料去皮后切成薄片(2 cm×2 cm×2 mm),放入沸水中热烫1 min后迅速冷却,用滤纸吸干水分,烘箱50 ℃处理30 min。在对薯片进行油炸过程中,设定两个相关因素,不同因素条件下薯片的加工要点为:

处理1的实验要素为油炸温度,将原料进行前处理后,分别设定温度为140、160、180 ℃,在该条件下油炸至熟。

处理2的实验要素为油炸时间,当油炸温度为140 ℃时,分别油炸1~5 min;当油炸温度为160 ℃时,油炸1~4 min;当油炸温度为180 ℃时,油炸1~2 min。

AA含量的测定采用高效液相色谱-质谱/质谱方法(HPLC-MS/MS)^{[ 11]}。丙酮醛含量的测定采用高效液相色谱法(HPLC)^{[ 12]}。薯片中水分含量采用干燥法进行测定(GB 5009.3—2010)^{[ 13]}。油脂过氧化值的测定采用国家标准方法(GB/T 5009.37—2003)的氧化还原滴定法^{[ 14]}。茴香胺值采用分光光度计进行测定^{[ 15]}。实验中每次测定重复3次取平均值进行计算。

薯片中AA含量的变化如图1所示。随着油炸温度和油炸时间的增加,AA含量随之逐渐升高。在180 ℃油炸2 min时AA达到0.838±0.014 μg/g。在160 ℃油炸4 min时,AA为0.788±0.010 μg/g。薯片中AA含量与油炸时间和温度有较好的线性关系。在140 ℃时,随着油炸时间的延长,AA含量缓慢上升,即在较低的油炸温度下,AA的生成量也较少。该结果与其他研究的结果相似。文献[4]的试验结果中,最低油炸温度为175 ℃时的AA含量要明显低于最高油炸温度185 ℃时的AA含量。文献[3]的研究表明,低温油炸可以防止生成较高含量的AA。文献[16]表明,AA含量会随着加热温度和时间的上升而明显增加。同样,在文献[17]的研究中也发现类似的结果。

图1

Fig.1

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	图1 薯片中AA含量的变化Fig.1 Changes of AA content of potato chips

薯片中水分含量变化如图2所示。当温度为140 ℃时,水分从49.450%±2.761%降低至6.880%±2.319%。试验结果表明,油炸过程会显著降低薯片中的水分含量。MacMillan等^{[ 18]}指出,油炸过程会通过水分蒸发的方式降低水分含量,提高油炸温度会降低薯片中的水分含量。

图2

Fig.2

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	图2 薯片中水分含量变化Fig.2 Changes of MC of potato chips

不同油炸条件下AA与水分含量的关系如图3所示。AA含量会随着水分的降低而升高。将不同油炸条件下的AA与水分含量进行对比,发现二者关系为:AA含量=-0.001×水分含量+0.720( R²=0.831),AA与水分含量的关系呈明显的线性关系。Amrein^{[ 19]}等的研究表明,水分会明显影响AA生成的活化能。随着水分的降低,AA生成活化能相应升高,并且薯片中多种化合物的浓度也会随之升高,这就加速了丙烯酰胺生成的速率。同时,Amrein等^{[ 19]}的结果也显示AA是在油炸的最后阶段生成的。

图3

Fig.3

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	图3 薯片中水分含量与AA含量的变化关系 ( R2=0.831)Fig.3 Relationship between MC and AA content in potato chips( R2=0.831)

过氧化物是油脂的初级氧化产物,过氧化值代表油脂氧化的最初反应^{[ 7, 8]}。薯片油炸过程中过氧化值的变化如图4所示。过氧化值随着油炸温度和时间的升高而明显升高。当油炸温度为140 ℃,油炸时间为1~5 min时,过氧化值从0.094±0.006 g/100g升高至0.238±0.005 g/100g,升高速率为60.5%。当油炸温度为160 ℃和180 ℃时,升高率分别为46.6%和34.8%。

图4

Fig.4

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	图4 薯片中过氧化值的变化Fig.4 Changes of PV of potato chips

在实验中,采用薯片生产中常用的棕榈油作为油炸用油。对棕榈油的过氧化值和薯片中AA含量的关系进行了研究,结果如图5所示。AA含量随着过氧化值的升高而逐渐升高。二者的线性关系为:AA含量=2.980×过氧化值-0.030( R²=0.704)。过氧化物是油脂的氧化产物,温度的升高加速了油脂的氧化速度,使之产生更多的小分子过氧化物,这些化合物又为丙烯酰胺的形成提供了前体物质。油脂氧化是影响AA生成的一个重要因素,因为油脂氧化可能会影响到食品与油的表面张力^{[ 6, 8]}。

图5

Fig.5

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	图5 薯片中过氧化值与AA含量的变化关系( R2=0.704)Fig.5 Relationship between PV and AA content in potato chips ( R2=0.704)

茴香胺值反映的是油品不饱和醛类的多少,即醛、酮、醌类等二级产物的多少,代表油脂氧化的次级降解产物。在图6中,茴香胺值随着油炸温度和时间的提高而升高。随着时间的增加会产生醛类等其他次级氧化产物。在160 ℃油炸4 min时,茴香胺值达到最大值。这些结果与Naz等^{[ 9]}的结果相似,即在油炸之前,油脂的茴香胺值很低,但是随着油炸时间的延长,茴香胺值也随之逐渐升高。

图6

Fig.6

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	图6 薯片中茴香胺值的变化Fig.6 Changes of PAV of potato chips

茴香胺值与AA含量的关系如图7所示。二者之间的回归方程为:AA含量=0.611×P茴香胺值-0.350( R²=0.856)。结果表明,茴香胺值与AA之间具有明显的线性关系。茴香胺值代表了产品中醛、酮等的浓度,也是油脂降解程度的一个指标。醛、酮等化合物会与食品中的还原糖、氨基酸等物质发生复杂的化学变化进而生成丙烯酰胺。这些结果也符合Gertz等^{[ 5, 6]}的研究结果。

图7

Fig.7

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	图7 薯片中茴香胺值与AA含量的变化关系( R2=0.856)Fig.7 Relationship between PAV and AA content in potato chips ( R2=0.856)

丙酮醛是美拉德反应的代表产物,它对AA的形成具有重要作用^{[ 10, 11]}。不同油炸时间和温度下丙酮醛含量变化如图8所示。丙酮醛含量随着时间和温度的升高而升高。在140 ℃油炸5 min时,丙酮醛含量达到最大值0.840±0.008 μg/kg。Yuan等^{[ 10]}研究发现,丙酮醛的生成速率与加热时间具有线性关系。丙酮醛为一种α-二羟基化合物,参与到AA的生成过程中。这些结果与本文试验结果相一致。

图8

Fig.8

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	图8 薯片中丙酮醛值的变化Fig.8 Changes of MG of potato chips

丙酮醛值与AA含量的关系如图9所示。丙酮醛值与AA含量的关系为:AA含量=0.98×丙酮醛值-0.01( R²=0.600)。Yuan等^{[ 10]}的试验结果证明,丙酮醛作为一种重要的中间产物,会与天冬酰胺发生反应生成丙烯酰胺。丙酮醛不仅会参与到AA的生成过程中,也会参与到美拉德反应中其他小分子中间产物的生成过程中。

图9

Fig.9

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	图9 薯片丙酮醛值与AA含量的变化关系( R2=0.600)Fig.9 Relationship between MG and AA content in potato chips ( R2=0.600)

实验中不同油炸条件下,水分含量、过氧化值、茴香胺值和丙酮醛值均会对AA的形成产生影响。采用回归分析,对以上几个变量对AA形成的贡献率进行分析。

β=Sj-Se×fjfeS×100

式中: β为贡献率;Sj为平方和;fj为Sj的自由度;Se为偏差平方和;fe为Se的自由度;S为总偏差平方和;Sj、Se、fj和fe均未在文中列出。

如表1所示,水分含量、过氧化值、茴香胺值和丙酮醛值均会影响AA的生成,其中丙酮醛值和过氧化值的影响较显著。这两种因素的总贡献率为62.50%。丙酮醛的贡献率最大,这与之前的研究结果一致^{[ 10, 11]}。为了分析各个独立变量与AA生成量的关系,对实验中所有数据进行统计分析和回归分析得到如下预测模型:

AA含量=-0.200-0.00136×水分含量+0.32995×过氧化值+0.07367×茴香胺值+0.1032×丙酮醛值

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 各个变量贡献率分析 Table 1 Analysis of the contribution rate of each response variable 变量 平方和 自由度 贡献率/% 水分含量 16.7972 1 11.59 过氧化值 0.0002 1 28.99 茴香胺值 0.0058 1 22.90 丙酮醛值 0.0015 1 33.51 总误差 0.03169 3 3.01

表1 各个变量贡献率分析 Table 1 Analysis of the contribution rate of each response variable