《Food Control》：Mitigation role of edible oil and polyol sweeteners in the formation of acrylamide and 5-hydroxymethylfurfural in baked bread
编辑推荐：
丙烯酰胺抑制|5-羟甲基糠醛抑制|面包加工优化|多元醇甜味剂|3-脱氧葡萄糖酮调控
You Long|冯莉|王玉婷|余强|谢建华|陈毅
中华人民共和国南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，南昌330047
摘要：
在面包烘焙过程中同时抑制丙烯酰胺（AA）和5-羟甲基呋喃（5-HMF）等热污染物的形成，而不影响感官质量，是一个重要的挑战。因此，本研究通过将食用油（花生油、玉米油和起酥油）和多元醇甜味剂（麦芽糖醇、木糖醇和赤藓糖醇）加入面包配方中，来探究这些热污染物的同时调控机制。进行了全面评估，以评估其对AA和5-HMF形成的抑制效果以及对感官属性的影响。结果表明，多元醇甜味剂显著降低了这两种污染物的含量，AA的抑制率为73.3%-85.6%，5-HMF的抑制率为36.9%-70.7%。相比之下，食用油对AA具有选择性抑制作用，但反而使5-HMF的含量增加了18.2%-32.5%，同时提高了面团的弹性。对α-二羰基化合物的机制分析表明，这种调控主要针对3-脱氧葡糖酮（3-DG），这是两种反应途径的关键前体。挥发性化合物的分析进一步显示，这些添加剂并未改变风味化合物的多样性，其中麦芽糖醇处理的样品具有更丰富的挥发性成分。总体而言，本研究认为多元醇甜味剂是控制面包生产中AA和5-HMF的有效添加剂，为减少烘焙食品中的过程诱导污染物提供了理论基础，同时保持了感官质量。
引言
面包是全球消费量最大的烘焙产品之一。然而，在面包烘焙过程中不可避免地会发生美拉德反应（Maillard reaction）。虽然美拉德反应为产品赋予了理想的颜色和香气，但它也可能产生一些对人体健康有害的热污染物，如AA和5-HMF（Ma等人，2022年；Qi等人，2018年）。AA被认为是一种致癌和致突变化合物，在全麦面包中的含量范围为617.22 μg/Kg至3151.8 μg/Kg（Lemos等人，2024年；Stadler和G?kmen，2024年）。目前没有直接证据表明5-HMF对人体有害，但其代谢物5-磺甲基呋喃（5-SMF）在体内已被证实具有致癌和致突变作用（Greilberger等人，2025年）。
面包面团中的糖类、氨基酸和脂类是面包烘焙过程中产生AA和5-HMF的主要因素。这一过程由一系列复杂的反应组成，主要包括美拉德反应和焦糖化反应。脂质氧化反应通常被认为影响较小，主要通过小分子醛类和酮类影响AA的形成。Lemos等人（2024年）的研究发现，发酵参数显著影响这一过程，他们的团队利用二次发酵有效降低了面包中的AA含量（Lemos等人，2023a；Lemos等人，2023b）。一些研究人员报告了可以阻断这些反应过程的抑制剂，如植物多酚（Liu等人，2015b）、可食用水果提取物（Pedreschi等人，2022年；Pedreschi等人，2018年）、抗氧化剂（Zhang和Jin，2024年）以及膳食纤维（López-Ruiz等人，2023年）。然而，某些富含膳食纤维的谷物由于其高天冬酰胺含量可能会促进AA的产生（Capuano等人，2009年）。这表明，通过外源性添加物在抑制美拉德反应危害和保持风味质量之间取得平衡可能较为困难。因此，开发一种既能同时抑制AA和5-HMF，又不会影响甚至提升面包风味的方法具有很大的应用潜力。
当前的研究表明，由于多元醇甜味剂具有非糖类结构且甜味类似于蔗糖，因此它们对AA和5-HMF具有潜在的缓解作用。Han等人（2021年）比较了蔗糖和多元醇甜味剂对油炸面团中AA和5-HMF的影响，发现麦芽糖醇的抑制率分别为61.8%和63.4%。该研究还指出，消费者对添加了麦芽糖醇的油炸面团的接受度没有受到影响。Garcia-Serna等人（2014年）发现，用麦芽糖醇替代30%的蔗糖显著降低了AA和5-HMF的浓度，用甜菊糖替代30%和100%的蔗糖也显著降低了AA的含量。Delgado-Andrade等人（2009年）发现，用麦芽糖醇或乳糖醇替代还原糖显著减少了5-HMF的生成。Ghosh和Sudha（2012年）指出，使用多元醇甜味剂调整配方成分可以有效降低AA和5-HMF，因为它们作为天然成分更受消费者欢迎，且不参与美拉德反应。此外，植物油中的不饱和脂肪酸和多酚被认为会对AA和5-HMF的含量产生负面影响。统计分析还发现，不同类型的油与AA含量之间存在显著差异（Daniali等人，2016年；Lim等人，2014年）。这可能与油的化学性质和热处理条件的差异有关（Basaran和Turk，2021年）。因此，使用食用油和多元醇甜味剂优化面包配方对于同时抑制AA和5-HMF以及提升风味质量具有重要意义。
鉴于面包在日常生活中的广泛使用及其对人类健康的潜在危害，迫切需要探索减少烘焙面包中AA和5-HMF的策略。基于此，本研究旨在探讨添加食用油（花生油、玉米油和起酥油）和多元醇甜味剂（麦芽糖醇、木糖醇和赤藓糖醇）对面包烘焙过程中AA和5-HMF形成的影响，这对于提高食品的安全性至关重要。
化学物质和试剂
AA、5-HMF、^13C_3-AA、^13C_6-HMF、3-DG、喹啉（DA）、2-甲基喹啉（GO）、2,3-二甲基喹啉（MGO）和邻苯二胺（OPD）的标准品购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。麦芽糖醇、木糖醇和赤藓糖醇由Jiahe Xuri Trading Co., Ltd.（中国深圳）提供。花生油、起酥油和玉米油从当地市场（中国南昌）购买。乙腈（ACN）、甲醇和甲酸（HPLC级）购自Merck KGaA集团。
外源添加剂对面包品质指标的影响
面包在高温烘焙过程中的非酶促褐变反应是颜色变化的主要原因；颜色通过吸引视觉刺激食欲，面包的颜色在一定程度上影响其可接受性（Dias等人，2012年）。色度变化主要用L*、a*和b*值表示，其中L*表示亮度值，正负a*分别表示红色和绿色，正负b*分别表示黄色和蓝色。
结论
本研究探讨了用食用油（花生油、玉米油和起酥油）和多元醇甜味剂（麦芽糖醇、木糖醇和赤藓糖醇）部分替代传统原料对面包的影响，重点关注它们对AA和5-HMF形成的同时抑制作用。多元醇甜味剂显著降低了这两种污染物的含量，AA的抑制率为73.3%-85.6%，5-HMF的抑制率为36.9%-70.7%。
CRediT作者贡献声明
冯莉：撰写初稿、验证、软件使用、方法学设计。You Long：撰写初稿、软件使用、方法学设计、实验研究。余强：撰写、审稿与编辑。王玉婷：撰写、审稿与编辑、数据管理。陈毅：撰写、审稿与编辑、监督、资金申请。谢建华：撰写、审稿与编辑
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的研究结果。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（2024YFF1106100）、江西省重点研发计划（20223BBF61021）以及南昌大学食品科学与资源国家重点实验室研究项目（SKLF-ZZB-202312）的支持。
