烘烤过程中坚果中产生的有害醛类：系统分析、形成机制及其对食品安全的影响

《Food Control》：Roasting-Induced Hazardous Aldehydes in Nuts: Systematic Profiling, Formation Dynamics, and Food Safety Implications

　　

宁志远|韩杰|李娜|李雪|胡晓兰|吴建林

广州大学环境与气候学院，质谱与大气环境研究所，广东省速度能力研究重点实验室，中国广州510632

摘要

坚果是健康饮食的重要组成部分，然而烘烤过程中可能会产生热诱导的有害醛类物质，这些物质对食品安全构成潜在风险。然而，由于这些醛类的离子化效率低、化学性质不稳定以及色谱保留能力差，对其进行全面分析一直受到限制。本研究建立了一种新的分析策略，结合了2-肼喹啉衍生化技术与超高效液相色谱-四极杆飞行时间/质谱（UHPLC-Q-TOF/MS）以及mineMS2算法，用于系统地分析醛类物质。在六种坚果中检测到了总共60种醛类，其中26种是首次在坚果中发现的。不同的醛类谱型有效区分了不同的坚果品种。对葵花籽的深入研究表明，烘烤温度和时间是控制醛类生成的关键因素，鉴定出15种差异性醛类作为潜在的过程指标。值得注意的是，高温烘烤会迅速生成某些醛类，随后其含量下降；而美拉德反应和焦糖化反应产生的醛类则随时间逐渐积累。分子对接分析表明这些醛类可能引发神经炎症。这些发现加深了人们对烘烤过程中醛类动态变化的理解，并为坚果热加工的质量控制提供了方法论基础，对开发预防有害醛类形成的措施具有直接意义。

引言

坚果被认为是健康饮食的重要组成部分，这归因于其丰富的营养成分，包括单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、高质量蛋白质、维生素、纤维、植物甾醇、生育酚和抗氧化酚类（Alasalvar等人，2020年）。定期食用坚果与多种健康益处相关，如降低心血管疾病风险、减少总体死亡率以及降低某些癌症的发病率（Ros等人，2021年）。大多数坚果都会经过高温烘烤处理，以提高食用安全性并改善风味、颜色、香气和质地（Vázquez-Araújo等人，2009年）。烘烤过程会引发一系列复杂的化学反应，包括脂质氧化、美拉德反应和焦糖化反应。然而，这一过程也可能产生有害化合物，如丙烯酰胺、呋喃、杂环胺、α-二羰基化合物、羟甲基呋喃（HMF）和晚期糖基化终产物（AGEs）（Kou等人，2024年；Liu等人，2024年；Schl?rmann等人，2015年）。这些物质因其潜在的致突变性、致癌性和细胞毒性而引起广泛关注（Ejtahed等人，2016年；Guillén & Goicoechea，2008年；Matoso等人，2019年）。因此，在烘烤前后检测坚果中促进健康的成分和潜在有害化合物的含量至关重要。

值得注意的是，醛类是一类高反应性化合物，在脂质氧化、美拉德反应和焦糖化过程中作为不良副产物产生。对商业坚果产品的分析发现其中含有多种热诱导的醛类，包括HMF（0.57–213.42 mg/kg）、乙二醛（0.45–1.59 mg/kg）和甲基乙二醛（0.29–13.84 mg/kg）（Liu等人，2023年）。HMF是一种常见的热加工污染物，在坚果中含量较高，且与致癌性、肝毒性和肾毒性相关，同时还可能诱发肿瘤形成（Capuano & Fogliano，2011年）。乙二醛可经过一系列反应生成丙烯酰胺和杂环胺（Amrein等人，2006年；Gibis，2016年）。此外，乙二醛暴露与多种代谢疾病有关，包括糖尿病、动脉粥样硬化和阿尔茨海默病（Zhang等人，2024年）。尽管有这些发现，但对坚果中热诱导有害化合物的研究仍然有限，尤其是关于醛类的参考数据非常匮乏。由于醛类的高反应性，它们可能会与蛋白质和DNA发生共价结合，从而对人体健康产生潜在危害（Smathers等人，2012年；Sousa等人，2019年；Vandemoortele等人，2020年）。因此，研究烘烤前后坚果中促进健康成分和有害化合物的含量十分重要。

气相色谱-质谱（GC-MS）和液相色谱-质谱（LC-MS）因具有较高的色谱分辨率和检测灵敏度而被广泛用于醛类分析（Williams等人，2005年；Wu等人，2024年）。对于挥发性醛类，GC-MS是首选技术。例如，GC-MS与固相微萃取（SPME）结合用于分析生坚果和干烤杏仁中的挥发性醛类（Xiao等人，2014年）；顶空SPME-GC-MS（HS-SPME-GC-MS）用于分析不同烘烤条件下的核桃中的挥发性有机化合物（Zhu等人，2025年）。然而，直接使用GC-MS分析极性强、非挥发性和热不稳定的醛类存在挑战。为克服这些限制，LC-MS结合化学衍生化方法成为补充手段，能够分析更难挥发和更具反应性的醛类。化学衍生化通过增强离子化作用、改善色谱稳定性和提高检测能力，克服了LC-MS直接分析醛类的局限性（?atak等人，2022年）。此外，对功能基团进行适当标记有助于代谢物的筛选。传统的代谢物鉴定依赖于文献和经验，存在主观性强和覆盖范围不全面的问题。现代质谱（MS）信息学的进步支持了代谢物的全面分析和发现（Gao等人，2023年；Wang等人，2016年）。基于特征的分子网络（FBMN）技术通过将原始MS数据转换为数字化特征网络，利用GNPS等光谱数据库实现高通量自动化注释（Nothias等人，2020年）。mineMS2算法能够搜索MS/MS光谱数据集中的特定碎片模式，有助于结构解析和未知代谢物的鉴定（Delabrière等人，2025年）。这些数据分析技术的进步使得醛类的快速分析成为可能。

在本研究中，我们建立了一种分析策略，结合了2-肼喹啉（2-HQ）衍生化技术与超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-Q-TOF/MS）以及mineMS2算法，用于快速分析坚果中的有害醛类。选择了六种常见的生坚果和烤坚果作为代表性样本，包括开心果、山核桃、腰果、核桃和葵花籽。同时评估了烘烤条件（特别是温度和时间）对葵花籽中醛类生成的影响，以了解加工过程如何影响热诱导有害物质的形成。研究结果为确定最佳烘烤条件和质量控制方案提供了指导，从而减少有害物质的产生。

章节摘录

化学试剂和材料

2-肼喹啉（98%）、丙烯醛（98%）、呋喃（≥98%）、4-羟基-2-壬烯醛（4-HNE）、乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、己醛、2-壬烯醛、苯甲醛和5-羟甲基呋喃购自北京英诺凯科技有限公司（中国北京）。乙腈（ACN，HPLC级）和甲醇（MeOH，HPLC级）购自Anaqua Chemicals Supply Inc. Limited（美国德克萨斯州休斯顿）。超纯水由Milli-Q Integral Water Purification System制备。

坚果中醛类的鉴定

由于2-HQ的离子化效率低、化学性质不稳定以及在疏水相互作用液相色谱中的保留能力差，采用了2-HQ衍生化方法来提高这些化合物的检测灵敏度。2-HQ中的肼基氮会亲核攻击醛类的羰基碳，随后脱水形成特征性的C=N键，形成腙。由于衍生化的醛类都具有相同的2-HQ结构，因此可以对其进行鉴定。

结论

总结来说，我们建立了一个综合分析平台，结合了2-HQ衍生化技术与UHPLC-Q-TOF/MS和mineMS2算法，用于系统分析烤坚果中的醛类。我们鉴定了60种醛类，包括14种饱和脂肪醛、16种不饱和脂肪醛、7种芳香醛、5种杂环醛和5种含氧醛，其中26种是首次在坚果中发现的。我们的研究结果表明……

作者贡献声明

李娜：研究指导、概念构思。李雪：研究指导、审稿与编辑、数据分析、概念构思。胡晓兰：写作、审稿与编辑、研究指导、概念构思。吴建林：写作、审稿与编辑、研究指导、概念构思。宁志远：初稿撰写、实验设计、数据分析、数据管理。韩杰：方法学设计

Thürer和Granvogl，2016年。

作者声明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。

数据获取

数据可应要求提供。

资助

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：22406065）、广州市科技计划（项目编号：2025A04J3082）以及澳门科学技术发展基金（文件编号：0080/2023/RIB3和006/2023/SKL）的支持。

作者声明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。