甘氨酸抑制热加工中丙烯酰胺形成的机理研究

丙烯酰胺(AA)是广泛存在于食品中的潜在致癌物，寻找有效的AA抑制措施成为国内外研究热点。美拉德反应被认为是热加工中AA形成的主要途径。研究表明，添加甘氨酸能有效抑制AA的形成，但其作用机理未见报道。申请人前期研究得出甘氨酸通过两条路径抑制AA形成：既可与天冬酰胺竞争底物，又可与AA直接反应。本课题拟对甘氨酸抑制AA形成的机理进行探索性研究，定性鉴定甘氨酸与AA的反应产物；定量测定甘氨酸/葡萄糖/天冬酰胺体系加热过程中底物、主要中间产物和终产物的变化，提出甘氨酸抑制AA形成的反应网络，并通过动力学研究对反应机理进行完善。此外，于马铃薯模拟体系中添加N15同位素标记的甘氨酸, 定性鉴定加热后N15的转移变化，并定量研究底物、关键中间体和AA的变化，验证上述机理在马铃薯体系中是否成立。研究结果为揭示氨基酸、多肽以及蛋白质抑制AA形成的机理提供借鉴，更为建立有效的AA阻断或降低措施提供理论依据。

丙烯酰胺（Acrylamide，AA）是食品热加工过程中的典型危害物，具有基因毒性、生殖毒性和潜在致癌性。前期研究表明甘氨酸（glycine, Gly）能够抑制AA的生成。本研究建立天冬酰胺（asparaginate，Asn）/葡萄糖（glucose，Glc）/甘氨酸溶液模拟体系、Asn/Glc/Gly马铃薯模拟体系和Asn/Glc/Gly低湿模拟体系，分别在160 - 220 ºC下处理，证实了Gly在不同体系中均对AA有较好的抑制效果；应用高效液相色谱串联三重四级杆质谱（HPLC-MS/MS）、离子阱-飞行时间串联质谱（IT-TOF）以及核磁共振（NMR）对150ºC下Gly/AA溶液加热后的反应产物进行定性鉴定，研究发现，Gly与AA发生亲核加成，鉴定出4种加成产物RPs，发现RP-1是主要产物，并以此为基础提出Gly参与时AA形成及消除反应网络；建立了Asn、Glc、DFA、DFG、AA、RPs等10种反应物、反应中间体及反应产物的HPLC-MS/MS同时定性定量方法，对160 - 220 ºC加热过程中Asn/Glc/Gly溶液模拟体系中底物、关键的中间产物和反应产物的变化进行动力学研究，分析反应物和主要产物之间的质量平衡关系，建立多响应动力学模型（Multiresponse modeling），实验数据与动力学方程拟合良好，从动力学角度验证了所提出的Gly抑制AA的化学反应机理；建立了简化的两步连续一级动力学模型，在Asn/Glc/Gly马铃薯模拟体系中，提出Gly对AA的抑制作用主要通过与AA发生加成反应，直接清除AA；此外，用同位素标记的15N-Gly添加于Asn/Glc马铃薯模拟体系中，180 ºC加热处理2h，发现15N转移到RP-1中，进一步验证了所提出的Gly通过Michel加成反应直接清除AA的机理。