丙烯酰胺产生机理研究范文

1材料与方法

1．1实验材料和试剂丙烯酰胺(98%):上海迈瑞尔化学技术有限公司;2－溴丙烯酰胺:上海迈瑞尔化学技术有限公司;溴化钾、溴酸钾、乙酸乙酯、无水硫酸钠、硫代硫酸钠:天津开通化学试剂有限公司;D－葡萄糖:济南圣和化工有限公司。

1．2仪器与设备

GC2010气相色谱仪(配有电子捕获检测器):日本岛津公司;极性毛细管柱(30m×0．3mm×0．25μm，RTX－WAX):美国Agilent公司;鼓风干燥箱:上海精宏仪器设备厂;KQ－5200E型超声清洗器:昆山市超声仪器有限公司。

1．3实验方法

1．3．1响应面试验设计及葡萄糖/天冬酰胺模拟反应体系的建立以加热温度、加热时间、天冬酰胺和葡萄糖添加量作为研究因素，采用响应面法(RSM)对葡萄糖/天冬酰胺低湿模拟体系中丙烯酰胺形成规律进行研究;通过拟合二次多项式方程，计算出最优的条件组合以及丙烯酰胺的最大理论产生量。应用Design－Expert8．0．5b软件，采用CentralCompositeDesign(CCD)进行试验设计。模型采用4因素5水平设计，其中中心点重复3次用于估计试验误差，每个因素的水平为－2，－1，0，1，2(编码值)。响应面试验设计因素与水平见表1。准确称取天冬酰胺和葡萄糖，充分混匀后，放入小烧杯，置于烘箱中加热一定时间。反应结束后取出，迅速冷却至室温，置于4℃冰箱中备用。加热温度、加热时间、天冬酰胺和葡萄糖的添加量如表1所示。

1．3．2衍生化处理及气相色谱测定在溴化剂的作用下，丙烯酰胺与溴发生加成反应，生成2－溴丙烯酰胺，可以用气相色谱检测。

1．3．2．1反应产物衍生化处理向高温热反应后的小烧杯中加入10mL蒸馏水，超声提取20min。将提取液倒入50mL容量瓶，超声提取两次，合并提取液，定容。取5mL提取液于试管中，加入1mL稀硫酸，于4℃冰箱中放置15min;然后加入1．5g溴化钾和1mL溴酸钾，涡流混合均匀，4℃下放置150min，再加入1mL硫代硫酸钠终止反应。用10mL乙酸乙酯提取三次，合并提取液。取2mL提取液倒入小烧杯中，加入1．5g无水硫酸钠除水。将除水后的乙酸乙酯提取液经0．45μm滤头过滤后气相色谱进样，检测丙烯酰胺含量。

1．3．2．2丙烯酰胺气相色谱检测条件进样量:1μL(分流比10∶1);载气及气流速度:氮气，1mL/min;进样口温度:225℃;检测口温度:250℃;程序升温操作:110℃保留1min，然后以25℃/min的速度升至180℃，保留2min;再以2℃/min的速度升至190℃;最后以25℃/min的速度升至240℃并保留6min。以丙烯酰胺浓度为横坐标，以对应的2－溴丙烯酰胺的峰面积为纵坐标，做标准曲线。

2结果与分析

2．1单因素实验结果考察了不同葡萄糖、天冬酰胺添加量、加热时间、加热温度等条件对丙烯酰胺的生成量的影响，结果如图1～3所示。

2．1．1葡萄糖、天冬酰胺添加比例葡萄糖、天冬酰胺添加量对丙烯酰胺的产生具有重要影响，添加量越高，丙烯酰胺产生量越大。在加热温度180℃、加热时间9min条件下，研究了葡萄糖/天冬酰胺添加量分别为0．6∶1．4、0．8∶1．2、1．0∶1．0、1．2∶0．8、1．4∶0．6(mol/mol)对丙烯酰胺产生的影响作用。由图1可知，不同葡萄糖/天冬酰胺添加比例(0．6∶1．4、0．8∶1．2、1∶1、1．2∶0．8、1．4∶0．6)对丙烯酰胺产生量影响显著。当添加比例为1∶1时，丙烯酰胺的生成量最高。因此，后续实验确定葡萄糖/天冬酰胺添加比例为1∶1。

2．1．2加热温度加热温度对丙烯酰胺生成量有很大影响。葡萄糖/天冬酰胺比例为1∶1，加热时间为9min，研究了不同高温热处理温度对丙烯酰胺产生量的影响。由图2可知，随着加热温度的升高，丙烯酰胺的生成量先升高后下降，加热温度在180℃时，丙烯酰胺的生成量最高。因此后续试验选择加热温度为180℃。

2．1．3加热时间加热时间对丙烯酰胺的生成量具有重要影响。葡萄糖/天冬酰胺的混合比例为1∶1，加热温度为180℃时，研究了不同加热时间(6、7、8、9、10min)对丙烯酰胺生成量的影响，结果如图3所示。由图3可知，随着加热时间的增加，丙烯酰胺的生成量缓慢升高;当加热时间为9min时，丙烯酰胺的生成量达到最大值，随后逐渐下降。因此在后续研究中，选择加热时间为9min。

2．2方差分析和二次多项回归方程

根据单因素试验确定的试验因素及水平，将加热温度、加热时间、还原糖添加量和天冬酰胺添加量作为自变量，采用CentralCompositeDesign试验设计4因素5水平的响应面分析试验，以丙烯酰胺含量为响应值，进行响应面分析，试验设计及结果见表1。利用Design－Expert8．0．5b软件，建立响应值与各因素之间的回归模型(其中X1:加热温度，X2:加热时间，X3:天冬酰胺添加量，X4:葡萄糖添加量)，得到回归方程为:。对回归方程进行方差分析，结果见表2。由表2结果可知，该回归方程模型为极显著(P＜0．01)，失拟值不显著(P＞0．05)，说明该回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以用来预测实际样品中的丙烯酰胺的产生量。由表2中的F值可知，加热温度对丙烯酰胺产生的影响最大，其次是天冬酰胺添加量，加热时间影响作用最小。葡萄糖和天冬酰胺添加量分别为1．2mmol时，由该回归方程计算得到丙烯酰胺最大产生条件为:加热温度200℃，加热时间6．5min;在此条件下丙烯酰胺的最大理论生成量为674．0nmol。三次验证试验的平均值651．6nmol，与理论值基本一致(误差值为3．4%)，说明预测结果可信。

2．3各因素影响作用分析

各因素与响应值所构成响应面图可较为直观地看出各因素对丙烯酰胺含量的影响，曲线越陡峭，表明该因素对响应值的影响越大，结果见图4。图4a表明:加热温度对丙烯酰胺的生成量有重要影响。在短时高温的条件下，温度越高丙烯酰胺的含量越高;在加热温度一定的情况下，随着加热时间的延长，丙烯酰胺的含量先升高后下降。可能随着加热时间的延长，反应产生的丙烯酰胺发生分解或聚合。这将在以后的研究中进行研究确证。图4b，图4c表明:丙烯酰胺含量随着前体物(葡萄糖、天冬酰胺)添加量增加而增加，但增加量不显著。说明前体物含量对丙烯酰胺产生的影响是通过与加热温度、加热时间的交互作用而起作用的。图4d，图4e表明:在加热时间与葡萄糖(天冬酰胺)添加量的交互影响中，葡萄糖或天冬酰胺的添加量越多，丙烯酰胺的含量越高;随着加热时间的延长，丙烯酰胺的含量先升高后下降。图4f表明:当前体物天冬酰胺和葡萄糖添加量增加时，丙烯酰胺含量升高，但两种前体物对丙烯酰胺含量的影响不同，在葡萄糖/天冬酰胺低湿模拟体系中，天冬酰胺对丙烯酰胺含量的影响比葡萄糖更大。这与表3研究结果一致。

3结论

在葡萄糖/天冬酰胺低湿模拟体系中，加热时间、加热温度、葡萄糖和天冬酰胺添加量对丙烯酰胺的生产均具有重要影响，其影响程度依次为:加热温度＞天冬酰胺添加量＞葡萄糖添加量＞加热时间。建立的回归方程具有良好的准确性，可以用来预测实际样品中丙烯酰胺的产生量。对指导如何控制和降低高温热处理食品中丙烯酰胺的含量具有重要意义。

作者：戴炳业左洁张永菊于帆顾姣徐志祥单位：科技部中国农村技术开发中心山东农业大学食品科学与工程学院