《食品科学》：南昌大学谢明勇院士等：油炸工艺对薯条中丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛形成的影响

食品热加工过程中，发生的美拉德反应和焦糖化反应等非酶褐变形成食品特有的呈色呈味物质，但同时伴随丙烯酰胺（AA）和5-羟甲基糠醛（5-HMF）等危害物的产生。温度和时间是热加工食品中AA和5-HMF形成的关键因素，AA和5-HMF含量一般随着温度的升高、时间的延长而增加。

南昌大学 食品科学与资源挖掘全国重点实验室的黄优生、陆静楠、谢明勇*等以广泛消费的油炸薯条为研究对象，考察其油炸温度和时间对薯条中AA、5-HMF和中间产物α-二羰基化合物形成的影响，以及薯条感官品质、色泽、水分含量和吸油量的变化。基于Pearson相关性分析和主成分分析（PCA）研究薯条油炸过程中AA和5-HMF的伴生关系，以及与中间产物α-二羰基化合物的相关性，并探讨薯条的感官品质、色值、水分含量和吸油量与AA和5-HMF形成的相关性，以期确定合适的油炸工艺，最大程度地减少AA和5-HMF的产生，并获得良好感官品质的最终产品。

结果与分析

1 油炸温度和时间对AA和5-HMF形成的影响

如图1所示，随着油炸时间的延长和温度的升高，薯条中的AA和5-HMF含量均增加，在设定的油炸温度和时间内，AA和5-HMF的含量范围分别为46.8～7 186.5 μg/kg和291.5～6 000.9 μg/kg。油炸温度和时间显著影响薯条中AA和5-HMF的形成，随着油炸时间的延长和温度的升高，薯条中AA和5-HMF含量增加，从不同温度下的变化曲线可以看出，油炸温度越高曲线斜率越大，说明温度越高反应速率越大，从而促使AA和5-HMF含量快速增加。值得注意的是，对于5-HMF而言，相比于在160、170 ℃时相对平缓的变化曲线，在180 ℃条件下，初期5-HMF含量低速增长，5 min后5-HMF含量急剧上升。此外，5-HMF含量仅在最低温度和最短时间时（160 ℃、1 min）比AA高，这可能由于在美拉德反应中，5-HMF早于AA形成，而且5-HMF是AA形成的前体物质之一。

2 油炸温度和时间对α-二羰基化合物形成的影响

如图2所示，随着油炸时间的延长和温度的升高，薯条中的3-DG、GO和MGO含量均增加，在设定的油炸温度和时间内，3-DG、GO和MGO的含量范围分别为9.87～35.8 mg/kg、207.1～2 928.7 μg/kg和246.3～6 797.2 μg/kg。不同油炸温度变化曲线斜率大致相同，说明油炸温度升高并未增加α-二羰基化合物的反应速率，这可能是由于α-二羰基化合物只是美拉德反应的中间产物，随着油炸过程的进行其在不断形成和消除，温度升高加速了α-二羰基化合物形成的同时也促进了其转化为AA和5-HMF。

3 油炸温度和时间对薯条水分含量、吸油量和色值的影响

如图3所示，随着油炸温度的升高和时间的延长，薯条水分含量逐渐减少、吸油量逐渐增加；当油炸时间相同时，油炸温度对水分含量和吸油量影响不大，而当油炸温度固定时，油炸时间对水分含量和吸油量影响较大。在本实验的温度和时间范围内，薯条中水分含量范围为35.1～70.3 g/100 g，吸油量范围为4.6～19.6 g/100 g。油炸过程中的吸油是一个复杂的现象，由于油和产品之间的相互作用，在油炸过程中存在许多物理、化学和结构的变化。

如图4所示，随着油炸温度的升高和时间的延长，L*值趋于降低，表明薯条颜色变深；a*值趋于增加，表明薯条颜色变得更红；b*值趋于降低，表明薯条的黄色减少。

4 AA、5-HMF及α-二羰基化合物含量的相关性分析

本研究通过建立Pearson相关性模型和线性方程，对不同油炸温度和时间影响下薯条中AA与5-HMF含量进行相关性分析。如表5所示，薯条中AA和5-HMF含量的Pearson相关系数达到了0.897。通过拟合线性曲线，可以看出两种危害物的含量在不同油炸温度和时间条件下呈现良好的线性关系（图5），线性方程为y＝0.635 2x−140.6，R 2 ＝0.784 6。因此，薯条油炸过程中AA和5-HMF相伴产生，而且在不同油炸温度和时间影响下AA和5-HMF的形成呈极显著正相关。此外，5-HMF是己糖脱水产生的主要产物，在加热过程中可以与天冬酰胺形成羰胺缩合产物，是加热过程中促进AA形成的一种有效羰基化合物；因此AA和5-HMF含量同步增加。

如表5 所示，A A 含量与3-D G（r＝0.8 5 2，P＜0.01）、GO（r＝0.979，P＜0.01）、MGO（r＝0.983，P＜0.01）含量呈极显著正相关。5-HMF含量与3-DG（r＝0.737，P＜0.01）、GO（r＝0.869，P＜0.01）、MGO（r＝0.879，P＜0.01）含量呈极显著正相关。在不同时间和温度影响下两种危害物AA和5-HMF与中间产物α-二羰基化合物含量呈极显著正相关，但AA与3-DG含量、5-HMF与GO和MGO含量的相关性可能是由于AA与5-HMF含量的显著相关性导致的。

5 A、5-HMF含量与水分含量、吸油量和色值的相关性分析

表5结果表明，AA和5-HMF的形成与水分含量呈极显著负相关，水分含量与AA含量的相关系数为－0.884（P＜0.01），与5-HMF含量的相关系数为－0.735（P＜0.01）。吸油量与AA和5-HMF的形成呈极显著正相关，其与AA含量的相关系数为0.849（P＜0.01），与5-HMF含量的相关系数为0.718（P＜0.01）。

薯条色值与A A 和5-H M F 含量相关性较强，L*值与AA含量（r＝－0.843，P＜0.01）和5-HMF含量（r＝－0.635，P＜0.05）呈显著负相关；a*值与AA含量（r＝0.634，P＜0.05）呈显著正相关，与5-HMF含量（r＝0.462，P＞0.05）相关性不显著；b*值与AA含量（r＝－0.962，P＜0.01）和5-HMF含量（r＝－0.804，P＜0.01）呈极显著负相关。

6 油炸温度和时间对薯条危害物和中间产物形成影响的PCA

为整体考察油炸温度和时间对薯条中危害物（AA和5-HMF）和中间产物（α-二羰基化合物）形成的影响，在建立线性变化曲线的基础上，进一步以油炸薯条的AA、5-HMF、3-DG、MGO和GO含量为输入变量进行PCA。如图6所示，该模型中的第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的贡献率分别为92.0%和5.5%，能较好地反映中间产物和危害物的信息。按照薯条样品的油炸温度将样品分为3 组进行分析，在样本的主成分得分图中标注不同的颜色。由图6A可知，除了160 ℃油炸1 min的薯条，3 个油炸温度下的短时油炸薯条样本聚集在一起，说明薯条经短时油炸，中间产物和危害物的生成差异较小；随着油炸时间的延长，不同时间点的油炸薯条逐渐分离，且油炸温度越高，薯条样本越分散，其中180 ℃油炸7 min时的薯条样本点偏离样本簇，说明随着油炸时间的延长，在不同温度油炸后，薯条样本的AA、5-HMF和α-二羰基化合物的生成有明显的差异。由图6B可知，AA、5-HMF和α-二羰基化合物的含量在PC1上呈现正相关关系，即图6A中的薯条样本沿着PC1从左到右这些物质含量逐渐增大。

7 薯条感官评价

如表6所示，油炸温度和时间对薯条的组织形态、色泽、风味、口感和油腻感有不同程度的影响。薯条的组织形态总体变化不大，但在180 ℃油炸5 min和7 min的薯条得分较低，表明高温长时间油炸导致薯条的外观不饱满。薯条的色泽、风味和口感得分在160 ℃时随时间的延长而递增，在170 ℃和180 ℃时随时间的延长呈现先升高后降低趋势，说明薯条的色泽、风味和口感与油炸程度密切相关。薯条的油腻感得分在不同温度下均随时间的延长而递减，这与2.3节中随油炸时间的延长薯条吸油量增加的结果一致。对于综合评价，在170 ℃油炸5 min时，薯条得分最高，为8.8 分，160 ℃油炸7 min（7.8 分）和180 ℃ 油炸3 min（8.1 分）得分也较高，但为达到接近的感官品质，在160 ℃时需长时间油炸，导致吸油量较高，不利于保障健康，而结合2.1节的分析结果，180 ℃油炸时AA和5-HMF含量总体偏高，因此，170 ℃油炸5 min既保证薯条的感官品质最佳，又有利于减少危害物的生成。

结 论

本实验系统研究了油炸工艺对薯条中AA和5-HMF及其中间产物形成和感官品质、色泽的影响。在不同油炸时间和温度的影响下，AA和5-HMF含量之间呈极显著正相关，两者与α-二羰基化合物含量、吸油量呈极显著正相关，AA含量与a*值呈显著正相关，而与水分含量、L*值和b*值呈极显著或显著负相关。PCA模型与温度-时间变化曲线所得的结果一致。油炸温度的升高和油炸时间的延长均会导致AA和5-HMF生成量的增加，油炸温度和时间对薯条的组织形态、色泽、风味、口感和油腻感有不同程度的影响，因此，在保证薯条感官品质的情况下，要控制温度和缩短油炸时间，以减少危害物的生成。170 ℃油炸5 min既保证薯条的感官品质最佳，又有利于减少危害物的生成。本研究为热加工食品中危害物形成的研究提供了理论技术参考。

本文《油炸工艺对薯条中丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛形成的影响》来源于《食品科学》2023年44卷15期49-56页. 作者：黄优生，陆静楠，李明宇，李昌，申明月，谢明勇. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220821-245. 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：彭凯雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。