《Food Chemistry》:Solid-state NMR spectroscopy reveals polishing-induced supramolecular disorder in sake rice starch
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熱加工碳水化合物和脂類食品產(chǎn)生有害物質(zhì),形成機(jī)制復(fù)雜且存在α-DCs核心關(guān)聯(lián),需通過多組分交互作用分析、協(xié)同抑制策略及多目標(biāo)檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜合控制。
容耀文|孔飛|方韶莉|余曉萍|黃軍|陳全勝
浙江科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,中國杭州310023
摘要
對富含碳水化合物和脂質(zhì)的食品進(jìn)行熱加工會產(chǎn)生一系列有害化合物,包括丙烯酰胺、晚期糖基化終產(chǎn)物、呋喃化合物、α-二羰基化合物(α-DCs)、雜環(huán)胺和反式脂肪酸。本文從多危害的角度系統(tǒng)地總結(jié)了這些化合物的形成機(jī)制、代謝過程、監(jiān)管框架、緩解策略和分析方法。一個核心發(fā)現(xiàn)是,α-DCs作為連接各種反應(yīng)途徑的中心紐帶。在此基礎(chǔ)分析的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步探討了這些共存化合物之間的相互作用,分析了它們在復(fù)雜食品基質(zhì)中的協(xié)同或拮抗效應(yīng)。這一綜合研究最終提出了一個前瞻性的觀點(diǎn),指出了關(guān)鍵的知識空白,并確定了未來研究的方向,旨在開發(fā)出綜合性的多目標(biāo)方法,以確保熱加工食品的安全性。
引言
熱加工是現(xiàn)代食品生產(chǎn)的基石,通過消除病原體、延長保質(zhì)期以及提升感官和營養(yǎng)價值來滿足全球消費(fèi)需求(Xiong等人,2024年)。油炸、烘焙和烘烤等方法廣泛應(yīng)用于富含碳水化合物和脂質(zhì)的食品中,這些食品占全球每日膳食攝入量的62.3%以上(Liu等人,2025年)。這些加工過程依賴于美拉德反應(yīng)、焦糖化和脂質(zhì)氧化等復(fù)雜反應(yīng),以產(chǎn)生理想的風(fēng)味和質(zhì)地。然而,這些反應(yīng)不可避免地會產(chǎn)生內(nèi)源性有害化合物,如丙烯酰胺(AAm)、晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)、呋喃化合物(FCs)、α-二羰基化合物(α-DCs)、反式脂肪酸(TFAs)、雜環(huán)胺(HAs)等(Dippong等人,2025年)。
長期暴露于這些有害物質(zhì)會對公共健康構(gòu)成嚴(yán)重風(fēng)險。兒童攝入的丙烯酰胺量是成人的兩倍(IARC第2A組致癌物)(JECFA,2005年)。AGEs的積累與糖尿病微血管病變和衰老有關(guān)(Oliveira等人,2022年)。TFAs會干擾脂質(zhì)代謝并增加心血管疾病的風(fēng)險(Chen,2024年)。FCs和HAs具有基因毒性和神經(jīng)毒性。隨著全球熱加工食品消費(fèi)量的增加以及食品安全監(jiān)管的加強(qiáng),明確這些危害之間的相互作用并制定綜合控制策略對于保護(hù)公共健康和促進(jìn)食品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。
含有碳水化合物和脂質(zhì)的食品占我們?nèi)粘o嬍车暮艽蟊壤R恍┖刑妓衔锖椭|(zhì)的油炸和烘焙食品,如餅干、薯片、炸薯?xiàng)l、蛋糕、面包、咖啡等,在加工過程中更容易產(chǎn)生大量有害化合物。這些食品主要在高溫和高油條件下經(jīng)歷美拉德反應(yīng)(MR)。美拉德反應(yīng)是還原糖的羰基與氨基酸、肽或蛋白質(zhì)的氨基之間的非酶促反應(yīng),在食品化學(xué)中起著關(guān)鍵作用(El Hosry等人,2025年)。雖然美拉德反應(yīng)有助于提升許多食品的風(fēng)味、香氣和顏色,但還原糖與氨基酸之間的反應(yīng)會降低營養(yǎng)價值,并增加潛在不健康產(chǎn)物的攝入量。此外,還有其他相關(guān)反應(yīng),如焦糖化、脂肪氧化和基于氨基酸的反應(yīng),這些反應(yīng)很大程度上取決于食品的成分。
在本綜述中,我們研究了高溫油炸或烘焙時含有碳水化合物和脂質(zhì)的食品可能產(chǎn)生的有害化合物。盡管單個熱加工危害的形成和控制已經(jīng)得到了廣泛研究,但實(shí)際食品中同時含有碳水化合物和脂質(zhì)時的復(fù)雜相互作用仍知之甚少。如圖1所示,這些有害化合物(AAm、AGEs、FCs、α-DCs、HAs、TFAs)來源于多組分食品基質(zhì)中的相互關(guān)聯(lián)的反應(yīng)(美拉德反應(yīng)、脂質(zhì)氧化、焦糖化),其前體和反應(yīng)途徑有顯著重疊。本綜述特別強(qiáng)調(diào)了在共同加工條件下的綜合形成機(jī)制、這些有害化合物生成過程中的相互作用及其潛在的協(xié)同或拮抗效應(yīng),以及能夠同時減少多種危害的綜合緩解方法,并對分析方法進(jìn)行了關(guān)鍵評估。其核心目的是提供一個更全面的框架,以理解和管理熱加工食品的復(fù)雜安全問題,從而填補(bǔ)現(xiàn)有文獻(xiàn)中的重要空白。
本綜述的創(chuàng)新之處在于三個方面:首先,它采用了一種系統(tǒng)性的多危害視角,揭示了共存有害化合物之間的競爭和相互依賴關(guān)系,而不是分別討論它們;其次,強(qiáng)調(diào)了α-DCs作為跨途徑相互作用中心的作用,為綜合危害控制提供了新的理論基礎(chǔ);最后,總結(jié)了能夠同時減少多種危害的綜合緩解策略和多模態(tài)檢測技術(shù),為工業(yè)應(yīng)用提供了實(shí)用指導(dǎo)。這種綜合分析使我們的工作區(qū)別于現(xiàn)有的碎片化綜述,并推動了食品安全管理的進(jìn)步。
本綜述重點(diǎn)關(guān)注在熱加工(油炸、烘焙、烘烤)過程中產(chǎn)生的內(nèi)源性有害化合物。文獻(xiàn)檢索涵蓋了2018年至2025年的原始研究文章、綜述論文和權(quán)威報(bào)告,數(shù)據(jù)庫包括Web of Science Core Collection、Scopus、PubMed等。關(guān)鍵詞包括“熱加工”、“丙烯酰胺”、“晚期糖基化終產(chǎn)物”、“呋喃化合物”、“α-二羰基化合物”、“雜環(huán)胺”、“反式脂肪酸”、“形成機(jī)制”、“緩解策略”和“食品安全”。檢索到的文獻(xiàn)被系統(tǒng)地綜合起來,以探討這六種有害化合物的形成機(jī)制、代謝過程、監(jiān)管框架、緩解策略和分析方法,特別關(guān)注跨途徑相互作用和綜合控制方法。
部分摘錄
丙烯酰胺
丙烯酰胺(AAm)是由于其在飲食中的高攝入量(兒童攝入量是成人的兩倍)及其IARC第2A組致癌性而被廣泛研究的熱加工危害之一,關(guān)于其形成、緩解和檢測的研究已經(jīng)形成了成熟的理論體系。它是一種有機(jī)化合物,呈白色結(jié)晶粉末狀,可溶于水、乙醇、乙醚和丙酮,但不溶于苯和己烷(Yashwanth等人,2024年)。AAm通常...
多種有害化合物的相互作用與綜合緩解策略
熱加工食品中多種有害化合物的同時存在不僅僅是平行形成的結(jié)果;它們的生成途徑往往相互關(guān)聯(lián),導(dǎo)致復(fù)雜的相互依賴性。理解這些相互作用對于制定有效的綜合緩解策略至關(guān)重要。
結(jié)論
本綜述的一個關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于系統(tǒng)地整合了含有碳水化合物和脂質(zhì)的食品在熱加工過程中產(chǎn)生的六種主要有害化合物,突破了以往單一危害研究的局限性。通過闡明以α-DCs為中心的相互關(guān)聯(lián)的形成途徑,探討了緩解策略的協(xié)同/拮抗效應(yīng),并總結(jié)了多目標(biāo)控制和檢測技術(shù)。這項(xiàng)工作建立了一個全面的理論框架...
CRediT作者貢獻(xiàn)聲明
容耀文:撰寫——綜述與編輯、初稿撰寫、可視化、方法論、概念化。孔飛:初稿撰寫、驗(yàn)證、方法論、研究。方韶莉:綜述與編輯、初稿撰寫、方法論、研究。余曉萍:初稿撰寫、方法論。黃軍:綜述與編輯、研究。陳全勝:監(jiān)督。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文工作的財(cái)務(wù)利益或個人關(guān)系。
致謝
本工作得到了浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2023C02037)、浙江科技大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(2025QN039)以及中國國家留學(xué)基金委在新加坡國立大學(xué)訪問期間的支持。