食品中美拉德反应产物对丙烯酰胺状态及毒性影响的分子机制

Acrylamide is toxicologically classified as a neurotoxin and probably a carcinogen. Acrylamide detected in heat processed foods caused a world wide panic and remaines a great food safety concern. However, there are no correlation between the consumption of foods contained high levels of acrylamide and increased risk of cancers. According to previous studies, as a product of Maillard reaction products in heat processed food, acrylamide coexists with other Maillard reaction products. The Maillard reaction products could interact with and reduce the toxic impacts of acrylamide in mice. The toxicity of acrylamide is closely related to the state of acrylamide. So far, the molecular mechanism of acrylamide state on its toxicity is not clear. In this project, the acrylamide interactions with two MRPs, derived from reactions between arginine and glucose in French fries, will be investigated at molecular level; Their toxicological influence will be evaluated with red blood cells in vitro and with mice in vivo, respectively, regarding the general toxicity and cytotoxicity. This study aims to elucidate the molecular mechanism of the interaction of the state of acrylamide and the toxicity of acrylamide. In addition, it is expected to evaluate the interaction within different products in heat-treated foods and effects on human health. At the same time, these studies will be beneficial to the safety evaluation of acrylamide and their compositions derived from heat processed.

毒理学研究表明丙烯酰胺为神经毒素和准致癌物，从热加工食品中检出丙烯酰胺引起全球关注，但没有证据表明高含量丙烯酰胺食品的摄取与癌症的发生有相关性。前期研究发现热加工食品中检出的丙烯酰胺仅为美拉德反应所生成的产物之一，共生的其他美拉德反应产物会影响丙烯酰胺存在状态及其毒性，且丙烯酰胺状态的变化与其毒性大小呈现关联性。但到目前为止，食品中丙烯酰胺存在状态及其毒性影响的分子机理尚不清楚。本课题拟以精氨酸与葡萄糖生成的模式美拉德反应产物及从炸薯条中提取的美拉德反应产物为研究对象，研究其对食品、细胞中丙烯酰胺存在状态的影响，并从细胞水平、动物水平进一步研究美拉德反应产物对丙烯酰胺存在状态及其毒性的影响，从而阐明美拉德反应产物影响丙烯酰胺存在状态及其毒性的分子机理，并揭示食品加工过程形成产物之间相互作用及与人体健康的关系，以期为食品加工过程中产生的丙烯酰胺及其他化学成分的安全性评价提供理论参考。

食品在热加工过程中通过美拉德反应可能生成丙烯酰胺，但流行病学研究结果并未发现其表现出纯丙烯酰胺的致癌性，这可能是由于丙烯酰胺在复杂的食品体系中会受到其它美拉德反应产物（MRPs）的影响。本课题在丙烯酰胺毒理学与流行病理学二者结论相悖的基础上提出假设，认为食品中与丙烯酰胺共存的其它MRPs会对丙烯酰胺浓度和状态产生影响，进而影响丙烯酰胺的毒性。.课题用紫外检测方法对炸薯条水提物体系中丙烯酰胺状态进行研究，发现微滤前后的炸薯条水提物中胶束会影响游离的丙烯酰胺浓度；用液质联用检测方法对牛奶体系中丙烯酰胺状态进行研究，发现牛乳清蛋白结合丙烯酰胺，从而降低游离的丙烯酰胺浓度。.小鼠灌胃实验结果发现，模式MRPs能够缓解因丙烯酰胺引起的小鼠多项指标异常，包括生物表征异常，体重增长迟缓，红细胞计数、血红蛋白浓度和血细胞比容显著降低，红细胞渗透脆性显著增大以及血浆、肝脏和睾丸中氧化应激指标的异常；此外，灌胃溶液、小鼠血浆和红细胞中丙烯酰胺含量的测定结果显示，模式MRPs能够显著降低丙烯酰胺浓度，并能有效抑制丙烯酰胺进入血液和红细胞。.体外红细胞实验结果进一步表明，模式MRPs可以显著增强红细胞膜的抗性，有效抑制丙烯酰胺对红细胞膜的损伤，并抑制丙烯酰胺进入红细胞内引起红细胞氧化损伤。.模式MRPs应用在面包制作结果表明，添加低浓度（0.1%）的模式MRPs或同时添加0.05%的葡萄糖和精氨酸可显著抑制面包中丙烯酰胺的产生，抑制率高达70%。.在复杂食品体系中，活跃的丙烯酰胺分子很难以游离状态存在，会与体系中其他物质结合，尤其是与其共生的其他MRPs，丙烯酰胺浓度及其存在状态发生改变，从而降低丙烯酰胺进入消化道、血液、红细胞的量，安全性提高，这也解释了许多富含丙烯酰胺的食品可以安全食用的现象，并为今后食品中丙烯酰胺安全性研究提供思路，也为加工过程中产生的类似化合物的安全性评价提供新的视角。