《Food Research International》：Inhibitory effect of pulsed electric field pretreatment on acrylamide formation in air-fried French fries and its mechanism
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脉冲电场处理通过改变土豆微结构和促进AA前体物流失有效抑制空气炸锅土豆条中丙烯酰胺形成，最佳条件下AA含量降低26.71%，且能耗更低。
李健|黄月伟|李一彤|罗世音|熊伟岩|王金花|程俊虎|何婷诗|曾新安
广东省智能食品制造重点实验室，佛山大学，中国佛山528225
摘要
本研究探讨了脉冲电场（PEF）对空气炸薯条中丙烯酰胺（AA）生成的影响。结果表明，电场强度、脉冲宽度和烹饪参数显著影响空气炸薯条中丙烯酰胺的生成。与传统漂白处理相比，PEF处理更有效地抑制了丙烯酰胺的生成，并提高了薯条的烹饪品质。在最佳条件下，PEF处理后的样品中丙烯酰胺含量分别比漂白组和未经处理的组降低了15.60%和26.71%。丙烯酰胺生成的显著抑制可能与PEF改变马铃薯组织微观结构并促进丙烯酰胺前体释放的能力密切相关。PEF处理并未引起马铃薯淀粉的显著糊化，而是通过极化效应导致马铃薯细胞电穿孔。这种结构变化提高了烹饪过程中的热传递和质量传递效率，缩短了加工时间，并有助于持续去除关键丙烯酰胺前体（如还原糖和天冬酰胺）。这些结构和工艺上的改变共同抑制了美拉德反应，从而减少了丙烯酰胺的生成。此外，作为一种预处理方法，PEF相比漂白具有更高的加工效率和更低的能耗。总之，PEF处理可以显著降低空气炸薯条中的丙烯酰胺含量，为生产更健康的空气炸食品提供了巨大潜力。
引言
马铃薯是世界四大主要粮食作物之一，产量仅次于水稻、小麦和玉米，年产量超过3亿吨（Saini等人，2023年）。马铃薯被加工成多种产品，包括淀粉、全粉、薯片和薯条。其中，薯条因其酥脆的口感和独特的风味而特别受欢迎（Kaur等人，2022年）。在工业生产中，新鲜马铃薯经过去皮、切条、漂白、干燥后迅速冷冻，以生产用于大规模生产的预制薯条（Fiselier等人，2005年）。预制薯条的推广提高了零售商烹饪薯条的效率，同时也方便了消费者的准备。
近年来，空气炸制作为一种流行的烹饪技术受到消费者的青睐，因为它只需少量油脂即可达到与传统油炸相同的烹饪效果。空气炸制主要利用持续循环的热空气作为烹饪介质。然而，这一过程中的高温环境容易促进油炸食品中丙烯酰胺（AA）的积累，尤其是在富含淀粉的食品中（Téllez-Morales & Arce-Ortiz，2024年）。丙烯酰胺（AA）的化学式为C3H5NO，是一种在油炸食品加工过程中通过美拉德反应产生的有害化合物。毒理学研究表明，丙烯酰胺具有潜在的致癌性、神经毒性、遗传毒性和生殖毒性（Musa等人，2024年）。国际癌症研究机构（IARC）于1994年将其列为2A类致癌物。因此，控制空气炸食品中的丙烯酰胺含量对于应用空气炸制技术生产健康油炸食品至关重要。
油炸食品中丙烯酰胺的生成受到原材料和加工方法的强烈影响。对于烹饪应用来说，选择还原糖和天冬酰胺含量较低的原材料是明智的选择，因为这些化合物是丙烯酰胺生成的关键前体（Batuwita等人，2024年）。此外，通过降低油炸温度和时间可以控制美拉德反应，从而减少丙烯酰胺的生成（Baskar & Aiswarya，2018年）。油炸前的预处理策略也会影响丙烯酰胺的生成。漂白是一种耗能的预处理工艺，通常用于预制薯条的生产，它可以加速马铃薯淀粉的糊化并使氧化酶失活（Boateng，2022年）。尽管漂白会导致马铃薯中部分丙烯酰胺前体（如还原糖和天冬酰胺）的释放，但其整体效果有限。同时，过度漂白会损坏预制薯条的细胞结构，导致最终产品的酥脆度降低。这突显了需要一种更有效的预处理策略，既能抑制薯条中丙烯酰胺的生成，又能保持其理想的口感特性。
脉冲电场（PEF）是一种新型食品加工技术，具有低能耗和高加工效率的特点（Zhang, Huang等人，2024年）。PEF的电穿孔效应可以破坏细胞膜完整性，从而改变微观结构和释放细胞内成分（Yan等人，2025年）。我们团队之前的研究表明，PEF的应用可以增强植物活性化合物的提取，并提高蘑菇干燥过程中的热传递和质量传递效率（Li, Chen等人，2022年；Li等人，2021年）。这些研究表明，PEF也有潜力减少马铃薯中的美拉德反应前体物质并缩短油炸时间，这可能有助于抑制空气炸薯条中丙烯酰胺的生成。然而，关于这一主题的研究仍然有限。尽管一些研究报告称PEF可以改善薯条的质量，但大多数研究集中在将PEF应用于生产低脂传统薯条上（Fauster等人，2018年）。因此，为了验证我们的假设，本研究调查了PEF处理对空气炸薯条中丙烯酰胺生成的影响。此外，通过分析微观结构变化和质量传递现象，探讨了PEF预处理降低空气炸薯条中丙烯酰胺含量的机制。总之，本研究旨在开发一种新的预处理方法，以控制薯条中丙烯酰胺的生成，这对生产更健康的预制薯条具有重要意义。
材料与试剂
马铃薯和花生油从当地市场购买。氯化三苯四唑（TTC）、丙烯酰胺（HPLC级）、甲醇、乙醇和乙酸从Aladdin Bio-Chem Technology（中国上海）购买。石油醚、磺化水杨酸、乙醚、无水乙醇、乙酸钠、葡萄糖和3,5-二硝基水杨酸为分析级，来自中国上海的Sinopharm集团。淀粉酶和猪胰α-淀粉酶也进行了采购。
PEF处理条件和空气炸制条件的优化
图1展示了不同PEF条件对空气炸薯条中丙烯酰胺含量的影响。如图1A所示，高电场强度（1.25 kV/cm和1.5 kV/cm）处理的样品中丙烯酰胺含量均超过了400 μg/kg，明显高于中等和低电场强度（0.5–1.0 kV/cm）组的样品。结果表明，较低的PEF强度比高电场强度更有效地抑制了丙烯酰胺的生成。结论与未来方向
本研究提出了一种绿色高效的预处理方法，用于生产低丙烯酰胺含量的空气炸薯条。实验结果表明，电场强度、脉冲宽度和烹饪程序的选择显著影响了丙烯酰胺的生成。在优化的处理条件下，PEF处理后的样品中丙烯酰胺含量比传统空气炸制组的低26.71%。此外，PEF处理还可以显著缩短薯条的烹饪时间。
作者贡献声明
李健：写作——审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构建。黄月伟：数据管理。李一彤：方法学设计。罗世音：方法学设计、实验研究、数据分析。熊伟岩：写作——审稿与编辑、撰写初稿。王金花：资源协调。程俊虎：概念构建。何婷诗：项目监督。曾新安：项目监督、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（编号2023YFD2101000）、广东省重点实验室项目（2022B1212010015）和广东省基础与应用基础研究基金（2022A1515110186）的财政支持。
