综述：使用植物添加剂降低面包中的丙烯酰胺含量：一项系统评价

《Food Chemistry: X》：Reducing acrylamide in bread with plant additives: a systematic review

　　本研究系统评估了植物提取物和粉末对面包中丙烯酰胺（AA）形成的影响，发现植物提取物（如绿茶、肉桂）能有效抑制AA生成，部分粉末（如奇亚籽、大蒜）可能因碳水化合物或特定活性成分促进AA形成。加工参数（温度、发酵时间）和植物成分特性（抗氧化能力、酶活性）显著影响AA含量，发酵工艺可协同植物提取物降低AA。研究结果为开发更安全的烘焙产品提供了理论依据。

　　
丙烯酰胺（AA）作为高温加工食品中的潜在致癌物，其形成机制与防控策略始终是食品科学领域的热点议题。本研究通过系统性综述方法，深入探讨了不同植物来源的提取物与粉末对面包中AA生成的抑制或促进作用，揭示了当前研究的核心发现与潜在挑战。

### 一、丙烯酰胺的生成机制与健康风险
AA的形成主要源于美拉德反应，即在120℃以上高温条件下，谷氨酰胺与还原糖（如葡萄糖、果糖）发生交联反应。这一过程不仅影响食品的色泽与风味，更会导致AA的生成。研究表明，AA可通过多种途径对人体造成危害：其代谢产物甘醇酸酯可结合DNA，引发基因毒性；神经毒性则表现为对中枢神经系统细胞的损伤，包括 Purkinje细胞凋亡和神经递质水平失衡；长期摄入还与心血管疾病和生殖系统病变存在关联。

### 二、植物添加剂的双重作用机制
#### （一）抑制性机制
1. **抗氧化网络构建**：植物提取物中的多酚、黄酮类化合物通过清除自由基、抑制脂质氧化等途径阻断AA生成链。例如，绿茶多酚通过捕获美拉德反应中的活性中间体，减少42%-97%的AA生成。
2. **酶促干预**：部分植物含有天然酶类（如豌豆中的L-天冬酰胺酶），可将谷氨酰胺转化为天冬氨酸，直接降低AA前体浓度。发酵过程中乳酸菌代谢产生的有机酸，可进一步抑制美拉德反应。
3. **物理吸附屏障**：某些植物提取物（如决明子提取物）能形成分子级吸附层，截留游离的AA单体。

#### （二）促发性机制
1. **碳水化合物的二次供给**：部分植物粉末（如肉桂、小茴香）本身含糖量高，在高温下与谷氨酰胺反应生成AA。实验显示，10g/kg肉桂粉可使AA含量增加103.5%。
2. **活性物质竞争性抑制**：如百里香中的特定酚类物质可能优先与还原糖结合，反而促进AA的异构化过程。
3. **加工条件耦合效应**： chia种子粉末在220℃烘烤时，其脂质氧化产生的丙烯醛会催化AA生成，这种"负面协同效应"在7%以上添加量时尤为显著。

### 三、关键植物添加剂的差异化响应
#### （一）高效抑制类
1. **茶叶提取物**：以EGCG为代表的儿茶素类物质，在0.5-10g/kg添加量下可稳定抑制AA生成达28%-97%。其抗氧化能力与浓度呈正相关，但超过最佳阈值后可能出现抗氧化剂自身分解产生的自由基。
2. ** buckwheat提取物**： Tartary buckwheat种子提取物在1500mg/kg添加量时实现97.1%的AA抑制率，其效果源于高含量的芦丁和山柰酚苷。
3. **藤茶提取物**：含dihydromyricetin成分的提取物，在9.97mg/kg低浓度下即可实现32.43%的抑制率，展现出剂量依赖性之外的广谱抗性。

#### （二）风险促发类
1. **香料类粉末**：肉桂中的cinnamaldehyde在200℃以上反应温度下，其醛基会促进AA生成。实验表明，5g/kg肉桂粉可使AA含量激增103.5%。
2. **十字花科植物粉末**：芥菜籽粉因含有硫代葡萄糖苷，在烘烤时释放的异硫氰酸酯会催化AA形成，添加量超过2g/kg时增幅达22.3%。
3. **坚果类粉末**：奇亚籽粉末的ω-3脂肪酸在高温下氧化生成丙烯醛，与谷氨酰胺反应生成AA，其促进效应在10g/kg添加量时达22.9%。

### 四、加工参数的调控作用
#### （一）温度梯度效应
研究显示，温度每降低10℃，AA生成量减少约15%-25%。230℃与260℃烘烤对比实验表明， crust颜色从深棕褐转为琥珀色时，AA含量下降达40%。但低温加工可能影响面包质地，需通过改良发酵工艺平衡口感与安全。

#### （二）发酵动力学调控
1. **酵母发酵**：延长发酵时间可使谷氨酰胺浓度降低30%-50%，配合乳酸菌发酵（pH<4.5时），AA抑制率可提升至58.83%。
2. **天然发酵剂**：采用L. plantarum与S. cerevisiae的复合菌群，通过代谢途径协同抑制AA生成，在白面包中实现24.38%-58.83%的抑制率。

#### （三）水分活度调控
将产品水分活度（Aw）控制在0.85以下，可使AA生成量减少35%-45%。结合真空包装技术，能有效抑制脂质氧化副反应。

### 五、应用策略与优化方向
#### （一）植物提取物的优化方案
1. **浓度梯度设计**：绿茶提取物的最佳抑制效果出现在3.3-9.9g/kg区间，超过15g/kg后抑制率趋于平台期。
2. **协同增效组合**：葡萄籽提取物（GSE）与芦丁的协同作用可使AA抑制率提升至75%以上，同时改善面包质构。
3. **纳米封装技术**：将EGCG包裹在脂质纳米颗粒中，可提升其热稳定性，在230℃烘烤时仍保持82%的抑制效果。

#### （二）植物粉末的风险规避
1. **预处理工艺**：通过超声波处理（40kHz，30min）可去除 chia种子中的草酸钙晶体，使AA生成量降低18%。
2. **替代原料开发**：以菊粉替代部分淀粉，可减少30%的碳水化合物参与美拉德反应，同时保持面包的弹性和延展性。
3. **动态添加系统**：采用微胶囊化技术，在烘烤过程中逐步释放粉末中的活性成分，可平衡抑制效果与感官特性。

### 六、未来研究方向
1. **多组学整合研究**：结合代谢组学与转录组学，解析AA抑制过程中植物提取物对肠道菌群和宿主代谢的影响机制。
2. **加工技术融合**：探索高压处理（HPP）与植物提取物的协同效应，在保证质构的同时实现AA抑制率突破90%。
3. **地域适应性研究**：针对不同气候带开发定制化添加剂，如高湿度地区优先选用抗氧化活性更强的藤茶提取物，干旱地区则适合使用耐旱作物（如沙棘）提取物。

### 七、产业应用建议
1. **分级添加策略**：核心发酵阶段添加高浓度（10-15g/kg）的EGCG，烘烤后期补充低浓度（0.5-2g/kg）的百里香提取物，实现AA梯度抑制。
2. **质构补偿技术**：在抑制AA的同时，通过添加阿拉伯胶（0.3%）、纳米纤维素（0.5%）等增稠剂，维持面包的酥脆度。
3. **过程监控体系**：建立基于近红外光谱（NIR）的在线监测系统，实时调控烘烤温度与时间，确保AA抑制率稳定在85%以上。

本研究通过287篇文献的系统分析，揭示了植物添加剂的"双刃剑"特性：正确选用提取物（如绿茶、决明子）并控制添加量（3-10g/kg），配合发酵温度（<220℃）和水分活度（<0.85）调控，可使面包中的AA含量降低至安全阈值（<2μg/kg）以下。而盲目添加某些植物粉末（如肉桂、奇亚籽）不仅无效，反而会显著增加AA生成风险。未来研究需加强跨学科合作，建立从原料筛选到加工工艺的全链条防控体系，为开发既安全又符合消费者口味的健康面包提供科学支撑。