抗氧化剂对焙烤咖啡中丙烯酰胺的抑制效果

张琪,胡慧慧,江联,刘晓玲,张海德*

(海南大学食品科学与工程学院,海南 海口 570228)

摘 要:饮用咖啡已成为一种潮流,但其热加工过程中会产生丙烯酰胺(arylamide,AAM)等危害物。为探究抗氧化剂对AAM形成的影响,根据生咖啡豆中游离氨基酸、碳水化,合物(蔗糖、果糖、葡萄糖)的实际比例建立模拟体系,考察5种抗氧化剂在模拟体系中的抑制能力,并探讨抗抑制剂浓度、浸渍时间、浸渍温度对咖啡AAM生成量及感官品质的影响。结果表明,抗坏血酸抑制效果最佳,将其应用于焙烤咖啡体系,当抗坏血酸浓度为100 μmol/mL、浸渍温度为30℃、浸渍时间为3 h时,能够明显降低焙烤咖啡中AAM生成量,同时咖啡豆的感官品质良好。

关键词:咖啡豆;抗氧化剂;抗坏血酸;丙烯酰胺;抑制剂

咖啡具有独特的风味,咖啡因对人体的刺激作用以及生理活性成分带来的健康益处,使咖啡成为世界上最受欢迎的饮料之一[1-3]。然而,咖啡烘焙时在高温诱导下会形成一些有毒有害的组分,包括丙烯酰胺、呋喃、羰基化合物等。丙烯酰胺的产生主要是因天冬酰胺和还原糖的作用,如葡萄糖(glucose,Glc)和果糖之间发生美拉德反应的结果[1,4]。丙烯酰胺是多种烹饪食品中的常见毒物,被国际癌症研究机构分类为“可能对人类致癌的化合物”(2A类),不利于人体健康[5]。一些含碳水化合物的热加工食品会产生丙烯酰胺,但备受人们喜爱,如炸土豆、饼干、面包等,同时,日常高消耗的咖啡也是饮食中摄入丙烯酰胺的主要来源之一[6-8]

由于丙烯酰胺的潜在高毒理学特性,各国的食品行业和监管机构采取了一些干预措施,旨在预防和减少该化合物的形成,以获得更安全的食品[9]。目前已经有许多关于减少食品加工过程中产生丙烯酰胺(arylamide,AAM)的研究,通常是对原料进行预处理,消除AAM前体,或是通过改变配方来避免美拉德反应,同时传统的加工技术与新技术相结合也可能会更有效减少AAM生成量[9-11]。大量的研究表明,使用外源性添加剂也是减少丙烯酰胺的有效手段[12-15]。目前研究较多的是将一些酚类和具有抗氧化作用的提取物,作为抑制剂添加在食品中。Li等[16]在饼干加工过程中分别添加异抗坏血酸钠、竹叶抗氧化剂和维生素E等5种抗氧化剂,这5种抗氧化剂均能降低饼干中AAM的含量,其中,添加竹叶抗氧化剂(0.2 g/kg)和维生素E(0.1 g/kg)在有效减少AAM含量的同时感官评价良好。Jung等[17]用体积分数为0.2% 的柠檬酸处理玉米片,经烘烤和油炸后,AAM抑制率分别为72.8% 和82.2% ;用1% 和2% 柠檬酸溶液浸泡薯条1 h后,AAM的含量分别降低了73.1% 和79.7% 。抗氧化剂对AAM的抑制作用研究常见于油炸食品、烘焙糕点等,鲜见于烘焙咖啡。

本文通过建立模拟体系分别探究了5种抗氧化剂(柠檬酸、迷迭香酸、没食子酸、木犀草素、抗坏血酸)对AAM形成的抑制作用,筛选出抑制效果最好的抗氧化剂浸渍处理咖啡豆,并进行感官评价以及探究抗氧化剂对AAM生成量的影响,为咖啡中AAM的控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

罗布斯塔咖啡豆:海南兴科热带作物工程技术有限公司;氯化钠、氢氧化钠、苯酚、水杨酸、亚铁氰化钾、乙酸锌、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾(均为分析纯):广东广试试剂科技有限公司;磷酸(色谱纯)、蔗糖(标准品)、葡萄糖(标准品)、果糖(标准品)、柠檬酸、迷迭香酸、没食子酸、木犀草素、抗坏血酸(均为分析纯):阿拉丁试剂(上海)有限公司;乙酸乙酯、正己烷、乙醇(均为分析纯):西陇科学股份有限公司;甲醇(色谱级)、乙腈(色谱级):广州市同源化工科技有限公司;AAM标准品(≥98% )、5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)标准品(≥98% )、蔗糖标准品(≥98% )、葡萄糖标准品(≥98% )、果糖标准品(≥98% ):上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

热风咖啡烘焙机(全自动-300g):青岛波霸咖啡有限公司;电动磨豆机(600N):郑州市乐淘卓品商贸有限责任公司;高速离心机(TG16-WS):长沙平凡仪器仪表有限公司;pH计(pH-3E):上海仪电科学仪器股份有限公司;色差计(CR-10):柯尼卡美能达集团;水浴氮吹仪(DSY-VI):北京东方精华苑科技有限公司;固相萃取真空装置(CNW):上海安谱实验科技股份有限公司;微波消解仪(ETHOS ONE):北京莱伯泰科仪器股份有限公司;高效液相色谱仪(LC-2030):日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 预烘焙阶段AAM与各关键组分含量的测定

取100 g生咖啡豆置于热风咖啡烘焙机中,预热至100℃,分别以7.5、10.0、15.0℃/min的升温速率将咖啡豆焙烤至 180℃,在 150、160、170、180℃时,收集咖啡样品,测定样品中AAM、蔗糖、果糖、葡萄糖和天冬酰胺(asparagine,Asn)的含量。

1.3.1.1 AAM的测定方法

咖啡中AAM测定方法参考Shi等[18]的高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)法。

样品处理:称取2.00 g咖啡样品于50 mL离心管中,向离心管中加入正己烷10 mL,涡旋振荡5 min,5 000 r/min离心10 min,弃去上层有机相,重复操作1次。加入10 mL蒸馏水、10 mL乙酸乙酯和10 mL氯化钠溶液(0.1 g/mL)至脱脂后的样品中,涡旋振荡提取5 min,再超声辅助提取5 min,5 000 r/min离心10 min,结束后将上层乙酸乙酯层分离至100 mL的圆底烧瓶中,重复3次,合并乙酸乙酯部分,在旋转蒸发仪上减压浓缩至2 mL(温度为40℃),用氮吹仪吹干,用2 mL超纯水复溶。纯化:首先对固相萃取柱(200 mg/60 mL)进行活化处理,分别用4 mL甲醇和4 mL蒸馏水依次淋洗固相萃取柱(solid phase extraction column,SPE)。将样品处理得到的1 mL样品溶液过SPE柱,弃去滤液,当1 mL溶液完全被SPE柱填料吸收后,加入2 mL蒸馏水对SPE柱进行洗脱,弃去前流出液(约7滴~8滴),收集后续洗脱液,过0.45 μm滤膜,进行HPLC检测。

色谱条件:Innoval ODS-2色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相为0.1% 甲酸水溶液∶甲醇=9∶1(体积比);流速0.6 mL/min;柱温30℃;检测波长205 nm;进样量10 μL。根据标准样品的保留时间,对样品所得色谱图进行定性分析。通过色谱仪工作站的数据处理系统,对目标物进行定量分析,计算样品中AAM的含量。

1.3.1.2 咖啡中蔗糖、葡萄糖、果糖的含量测定

按照GB 5009.8—2016《食品安全国家标准食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》[19]测定蔗糖、葡萄糖、果糖的含量。

1.3.1.3 氨基酸的测定方法

样品前处理:取样品在高速研磨机上研磨成粉,称取0.500 0 g均匀豆粉于10 mL离心管中,加0.01 mol/L盐酸 5 mL,混匀,沸水浴 30 min,10 000 r/min离心10 min;取上清液,沉淀再加2 mL 0.01 mol/L盐酸悬浮超声5 min,10 000 r/min离心10 min,合并上清液,定容至10 mL,过0.22 μm滤膜后上机测定。采用安捷伦公司自动在线衍生化方法,一级氨基酸与邻苯二甲醛(o-phthalaldehyde,OPA)、二级氨基酸与芴甲氧羰酰氯(9-fluorenylmethyl chloroformate,FMOC)衍生后检测。

色谱条件:ZORBAX Eclipse AAA(4.6 mm×75 mm,3.5 μm)色谱柱;流动相 A 40 mmol/L磷酸二氢钠(pH7.8);流动相 B 为乙腈 ∶甲醇 ∶水=9∶9∶2(体积比);流速1.0 mL/min。检测器:二极管阵列检测器;检测信号:紫外338 nm,荧光:激发波长266 nm,发射波长305 nm。

1.3.2 抗氧化剂浓度对模拟体系中AAM形成的影响

1.3.2.1 模拟体系的构建

以生咖啡豆中所测得的含量为依据,准确称取3倍生咖啡豆中含量最高的10种氨基酸、蔗糖、果糖、葡萄糖,溶解于0.1 mol/L磷酸缓冲液(pH6.08)中,作为基质溶液,模拟咖啡中AAM生成的反应。

1.3.2.2 样品的制备

以模拟体系基质溶液作为溶剂,分别配制1、5、10、50、100、500、1 000 μmol/mL 的柠檬酸模拟体系混合物溶液。分别取10 mL不同浓度柠檬酸模拟体系混合物溶液为试验组,按照柠檬酸试验组的配制方法分别配制余下4种抗氧化剂试验组,分别得到抗坏血酸试验组、没食子酸试验组、木犀草素试验组、迷迭香酸试验组。取10 mL模拟体系基质溶液设为空白对照组。将各试验组依次置于微波消解罐中,密闭反应。各组试验重复进行3次。

微波消解仪的控温程序:初始温度为30℃,3 min内升温至100℃,然后以10℃/min升至190℃,停止加热,等待温度降至80℃后,取出样品冷却至室温25℃。

1.3.2.3 反应终产物的处理

取1 mL样品,加入5 mL乙酸乙酯和0.2 g氯化钠至脱脂后的样品中,涡旋振荡5 min,再超声5 min,5 000 r/min离心10 min,结束后取4 mL上层乙酸乙酯,氮吹仪吹干,用2 mL超纯水复溶;然后将上步骤中1 mL样品溶液过SPE柱,收集洗脱液,过0.45 μm滤膜,进行HPLC检测。

1.3.3 抗氧化剂对焙烤咖啡中AAM抑制作用

依据模拟体系中抗氧化剂对AAM的抑制效果,选择抑制效果最佳的抗氧化剂应用于焙烤咖啡体系中AAM的抑制。

1.3.3.1 抗氧化剂浓度对AAM生成量的影响

抗氧化剂浸渍液的配制:在500 mL容量瓶中,用蒸馏水配制浓度为 5、10、50、100、500 μmol/mL 的抗氧化剂溶液。

取(50.0±0.5)g咖啡生豆,分别浸于100 mL浓度为5、10、50、100、500 μmol/mL 的抗氧化剂浸渍液中,在30℃的温度下浸渍3 h,取出后置于40℃烘箱中干燥至原重,浸渍损失小于青豆干质量的0.5% ,随后焙烤。

1.3.3.2 浸渍温度对AAM生成量的影响

取(50.0±0.5)g咖啡生豆,浸于 100 mL浓度为50 μmol/mL 的抗氧化剂浸渍液中,分别在 10、20、30、40、50℃浸渍3 h,取出后置于40℃烘箱中干燥至原重,浸渍损失小于青豆干质量的0.5% ,随后焙烤。

1.3.3.3 浸渍时间对AAM生成量的影响

取(50.0±0.5)g咖啡生豆,浸于 100 mL浓度为50 μmol/mL的抗氧化剂浸渍液中,在30°C下分别浸渍 1、2、3、4、5 h,取出后置于 40 ℃烘箱中干燥至原重,浸渍损失小于青豆干质量的0.5% ,随后焙烤。

1.3.4 感官评定

采用评分检验法进行感官评定。参考文献[20-21]的方法,稍作修改,随机选择10位志愿者,对不同组别的焙烤咖啡样品从香气、滋味、余味3个方面进行评分,并与对照组的评分进行比较,焙烤咖啡的感官评定标准如表1所示。

表1 感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation criteria

评分指标 分数 评分标准香气 4~5 气味浓郁2~<4 气味较淡0~<2 气味寡淡滋味 4~5 口感醇厚,味道均匀2~<4 口感一般,无不良味道0~<2 口感较差,有异味余味 4~5 余味持久度较好2~<4 余味持久度适中0~<2 余味持久度较差

1.4 数据处理

数据显示为平均值±标准差,进行3次重复试验。采用SPSS Statistics 25软件进行Turkey多重比较差异显著性检验,Origin 2019 b软件作图。

2 结果与分析

2.1 AAM的形成与各关键组分含量变化的关系

AAM与各关键组分含量的变化如表2所示。咖啡预焙烤阶段AAM生成量与各关键组分含量的相关性见表3。

表2 咖啡预焙烤阶段AAM与各关键组分含量的变化
Table 2 The changes of AAM and key component content in coffee during preroasting stage

升温速率/(℃/min) 温度/℃AAM/(μg/kg) 蔗糖/(mg/100 g) 果糖/(mg/100 g) 葡萄糖/(mg/100 g)Asn/(mg/100 g)生豆 0 4 947.87±62.37 74.92±5.93 68.55±10.10 86.51±4.80 7.5 150 183.49±42.73 4 583.60±226.57 87.26±6.72 65.53±6.74 68.54±1.04 160 569.28±127.84 3 935.95±87.42 98.08±7.27 83.43±4.27 37.21±0.85 170 768.37±86.20 2 982.21±157.57 118.58±6.92 97.68±5.86 18.30±0.41 180 1 064.43±124.80 1 159.23±1.53 177.30±9.71 215.80±26.61 12.08±1.10 10.0 150 163.45±22.68 4 637.62±57.61 73.34±2.26 67.36±0.44 72.83±2.39 160 259.24±61.38 4 302.31±20.60 77.88±5.19 68.81±4.62 50.98±5.20 170 473.44±58.02 3 331.54±11.71 92.07±3.97 92.71±13.35 36.22±2.33 180 974.25±29.29 1 983.54±22.59 153.31±10.59 149.77±9.94 14.89±1.26 15.0 150 123.28±30.66 4 670.90±14.92 63.93±3.95 70.58±12.04 78.48±1.01 160 197.62±0.85 4 501.80±15.17 67.87±13.66 88.42±4.30 50.24±3.40 170 469.89±32.96 3 953.51±122.90 86.08±2.24 94.39±1.32 30.16±0.90 180 933.98±119.05 2 041.98±86.04 136.09±1.35 146.20±31.48 19.75±1.10

表3 咖啡预焙烤阶段AAM生成量与各关键组分含量的相关性
Table 3 The correlation between AAM content and each key component content of coffee in

注:**表示在0.01级别(双尾),相关性极显著。

项目 蔗糖 果糖 葡萄糖 Asn AAM -0.961** 0.926** 0.846** -0.926**

对咖啡预焙烤阶段AAM与各组分含量进行相关性分析,由表2、表3可知,AAM的生成量与葡萄糖、果糖呈现正相关,与蔗糖和Asn呈现负相关,且相关性极显著(p<0.01)。虽然蔗糖不是还原糖,但热降解形成的新羰基化合物对咖啡中AAM的形成有一定作用。Taeymans等[22]推测,蔗糖形成AAM是蔗糖在热处理后水解成单糖。由于蔗糖的存在以及焙烤初期的降解作用,果糖、葡萄糖与AAM具有相似的变化趋势,R2分别为0.926和0.846。AAM的生成量与Asn水平的相关系数为-0.926,Lantz等[23]指出咖啡预焙烤期间Asn水平的变化与AAM含量有关。在预焙烤阶段,AAM水平随着Asn含量的降低而升高,AAM的最高水平可能是因为Asn消耗殆尽限制了AAM水平的进一步升高。

2.2 抗氧化剂对模拟体系中AAM的调控效果

2.2.1 柠檬酸浓度对AAM的调控作用

模拟体系中AAM生成量与柠檬酸浓度的关系见图1。

图1 模拟体系中AAM生成量与柠檬酸浓度的关系
Fig.1 The relationship between AAM production and citric acid concentration in the simulated system

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图1所示,柠檬酸对模拟体系中AAM的产生具有明显的抑制作用,柠檬酸浓度与AAM的生成量并无明显的线性关系。当柠檬酸浓度为500 μmol/mL时,对AAM的抑制效果最好,抑制率为54.95% 。Mestdagh等[24]在马铃薯粉模拟体系中研究柠檬酸对AAM的抑制效果时发现,添加100 μmol/g混合物的柠檬酸对AAM的抑制率达到78% 。由此可见,酸化剂对AAM的抑制具有良好的效果。目前获得普遍认同的酸化剂抑制机理是酸化剂降低了食品体系的pH值,促使食品中游离的非质子化胺(-NH2)转化为质子化的铵离子(-NH3+),从源头上阻断了席夫碱的形成,进而抑制了AAM 的生成[25]

2.2.2 迷迭香酸对AAM的调控作用

模拟体系中AAM生成量与迷迭香酸浓度的关系见图2。

图2 模拟体系中AAM生成量与迷迭香酸浓度的关系
Fig.2 The relationship between AAM production and rosmarinic acid concentration in the simulated system

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图2所示,当迷迭香酸浓度达到100 μmol/mL时,对AAM的抑制率最大为17.10% ,再增大迷迭香酸浓度时,AAM的生成量变化没有显著性差异(p>0.05),可能是迷迭香酸增加到一定浓度时,模拟体系中水分活度的变化,对模拟咖啡中的美拉德反应产生一定的干扰。该结果与刘黄友[26]的研究结果相似,迷迭香酸在美拉德模拟体系中对AAM的生成具有一定的抑制效果。

2.2.3 没食子酸浓度对AAM的调控作用

模拟体系中AAM生成量与没食子酸浓度的关系见图3。

图3 模拟体系中AAM生成量与没食子酸浓度的关系
Fig.3 The relationship between acrylamide production and gallic acid concentration in simulated system

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图3所示,没食子酸对模拟体系中AAM的产生有明显的抑制效果。浓度低于500 μmol/mL时,AAM的生成量随着没食子酸浓度的增大而减少,具有一定的线性关系。当模拟体系混合物中没食子酸浓度为100、500、1 000 μmol/mL 时,AAM 的生成量没有显著性差异(p>0.05),在浓度为 500 μmol/mL 时,对 AAM抑制效果最好,其抑制率为34.64% 。这与Bassama等[27]的研究结果不同,该研究在200℃的等摩尔Asn-葡萄糖体系中研究7种纯抗氧化剂酚类化合物对AAM的抑制效果,结果表明,酚类化合物对AAM的形成没有抑制作用。而另有研究指出,没食子酸对AAM形成的抑制效果较好,其原因可能是酚类物质中存在的酚羟基具有较强的抗氧化活性,从而有助于减少AAM的形成[28-29]。这可能是由于体系基质、没食子酸/反应物浓度的不同导致结果不一致。

2.2.4 木犀草素对AAM的调控作用

模拟体系中AAM生成量与木犀草素浓度的关系见图4。

图4 模拟体系中AAM生成量与木犀草素浓度的关系
Fig.4 The relationship between AAM production and luteolin concentration in simulated system

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图4所示,木犀草素对模拟体系中AAM的产生有一定的抑制效果。在浓度为500 μmol/mL时,对AAM抑制率最高,为14.30% 。木犀草素浓度为50、100、500、1 000 μmol/mL的试验组,与对照组AAM的生成量相比,具有显著性差异(p<0.05),而这4个试验组间无显著性差异(p>0.05)。可能是在不同反应机制中,木犀草素的抑制效果不同,在该模拟系统中,对AAM的抑制作用不明显。

2.2.5 抗坏血酸对AAM的调控作用

模拟体系中AAM生成量与抗坏血酸浓度的关系见图5。

图5 模拟体系中AAM生成量与抗坏血酸浓度的关系
Fig.5 The relationship between AAM production and ascorbic acid concentration in the simulated system

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图5所示,空白组的AAM平均生成量为7.94 mmol/mol Asn。抗坏血酸对模拟体系中AAM的产生具有显著抑制作用(p<0.05),当模拟体系混合物中抗坏血酸浓度低于500 μmol/mL时,AAM生成量随抗坏血酸浓度的增大而减少。当抗坏血酸浓度为100、500、1 000 μmol/mL时,3个试验组间没有显著性差异(p>0.05)。当浓度为 100 μmol/mL 时,对 AAM 的抑制作用最强,抑制率最高为59.42% 。Zeng等[30]研究15种维生素在不同加热条件下抑制AAM形成的作用,结果显示Asn/Glc模拟体系在170℃下加热30 min中时添加抗坏血酸对化学模拟体系中AAM的抑制效果在50% 以上,结果与本文结果相似。此外,Rydberg等[31]将马铃薯样品在热处理之前浸入1.7% 抗坏血酸溶液中,观察到油炸后的马铃薯样品中AAM的形成明显减少。

在模拟体系中,柠檬酸、迷迭香酸、没食子酸、木犀草素和抗坏血酸对AAM均有抑制作用。其中,效果最好的是抗坏血酸,在浓度为100 μmol/mL时,抑制率最大,为59.42% ;其次是柠檬酸和没食子酸,最佳抑制率分别为54.95% 、34.64% ,而迷迭香酸和木犀草素对AAM的抑制作用较弱。因此,选用抑制效果最佳的抗坏血酸进行后续研究。

2.3 抗坏血酸对焙烤咖啡中AAM的抑制作用

2.3.1 抗坏血酸浓度对咖啡中AAM的抑制作用

抗坏血酸浓度对AAM生成量的影响见图6。

图6 抗坏血酸浓度对AAM生成量的影响
Fig.6 The effect of ascorbic acid concentration on AAM production

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

如图6所示,经多重比较分析,抗坏血酸浸渍液浓度较低时,试验组与空白组之间没有显著性差异(p>0.05)。在浓度为 100、500 μmol/mL 时,AAM 的生成量没有显著性差异(p>0.05),具有相似的抑制效果。咖啡中AAM的生成量随着浸渍液中抗坏血酸浓度的增加而逐渐减少,其抑制率最大45.32% 。其原因可能是随着抗坏血酸浓度的增高,浸入咖啡中的抗坏血酸的量也随之增加。抗坏血酸浸渍浓度对咖啡风味影响的感官评定结果见表4。

表4 抗坏血酸浸渍浓度对咖啡风味影响的感官评定结果
Table 4 Sensory evaluation results of the effect of ascorbic acid concentration on coffee flavor

注:**表示与对照组相比,差异极显著,p<0.01。

香气 滋味 余味平均分 p值 平均分 p值 平均分 p值对照组 4.8±0.2 4.6±0.1 4.9±0.1 5 4.5±0.2 0.355 4.8±0.3 0.449 4.8±0.2 0.556 10 4.2±0.2 0.077 4.8±0.3 0.449 4.7±0.4 0.288 50 4.2±0.2 0.077 4.4±0.2 0.476 4.4±0.4 0.054 100 4.1±0.2 0.077 3.9±0.1 0.064 4.3±0.4 0.045 500 3.0±0.3 0.000**2.9±0.1 0.000**3.6±0.3 0.000**抗坏血酸浸渍浓度/(μmol/mL)

由表4可知,500 μmol/mL抗坏血酸浸渍液处理的咖啡样品与对照组在香气、滋味和余味评分上差异极显著(p<0.01),其余各组均无明显差异;500 μmol/mL处理的咖啡豆在香气和滋味上评分较低,原因可能是柠檬酸的浸入导致焙烤过程中美拉德反应产物的改变,影响了呈味物质的组分。从抑制率和感官评分结果综合考虑,最终选择抗坏血酸在焙烤咖啡中的最佳浸渍液的浓度为100 μmol/mL。

2.3.2 浸渍时间对咖啡中AAM的抑制作用

抗坏血酸浸渍时间对AAM生成量的影响见图7。

图7 抗坏血酸浸渍时间对AAM生成量的影响
Fig.7 The effect of ascorbic acid soaking time on AAM production

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

由图7可知,当浸渍时间为1 h时,AAM的生成量与对照组相比没有显著性差异(p>0.05),其余试验组与对照组均有显著性差异(p<0.05)。AAM的生成量随着浸渍时间的延长呈现逐渐降低的趋势。一方面可能是随着浸渍时间的延长,咖啡样品中的蔗糖、果糖、葡萄糖等糖类含量随之减少,从而减少了美拉德反应的底物。另一方面可能是随着浸渍时间的延长,咖啡豆中浸入的抗坏血酸量随之增加,干扰AAM的生成。在浸渍时间为3、4、5 h时,试验组之间没有显著性差异(p>0.05),说明在浸渍3 h时,浸渍液已基本渗透咖啡豆,而抑制率降低的原因可能是咖啡豆中的可溶性糖和氨基酸进一步散失。抗坏血酸浸渍时间对咖啡风味影响的感官评定结果见表5。

表5 抗坏血酸浸渍时间对咖啡风味影响的感官评定结果
Table 5 Sensory evaluation results of the effect of ascorbic acid soaking time on coffee flavor

注:*表示与对照组相比,差异显著,p<0.05;**表示与对照组相比,差异极显著,p<0.01。

浸渍时间/h 香气 滋味 余味平均分 p值 平均分 p值 平均分 p值对照组 4.8±0.2 4.6±0.2 4.9±0.1 1 4.7±0.3 0.628 4.6±0.2 1.000 4.7±0.3 0.288 2 4.5±0.1 0.177 4.5±0.2 0.722 4.6±0.2 0.135 3 4.2±0.2 0.077 4.4±0.2 0.476 4.4±0.2 0.054 4 4.0±0.2 0.025*3.8±0.2 0.058 3.3±0.3 0.045*5 2.5±0.3 0.000**2.7±0.2 0.000**3.1±0.2 0.000**

由表5可知,从香气和余味上看,浸渍时间为4、5h的咖啡样品与对照组在评分上具有明显差异,从滋味方面看,浸渍5 h的咖啡样品的评分较低,与对照组在评分上的差异极显著,其余各组均无显著性差异。原因可能是浸渍时间的延长导致咖啡豆中的可溶性化合物流失,进而减少了美拉德反应产物中呈味物质的组分。从抑制率和感官评分的结果综合考虑,选择抗坏血酸在焙烤咖啡中的最佳浸渍时间为3 h。

2.3.3 浸渍温度对咖啡中AAM的抑制作用

抗坏血酸浸渍温度对AAM生成量的影响见图8。抗坏血酸浸渍温度对咖啡风味影响的感官评定结果见表6。

图8 抗坏血酸浸渍温度对AAM生成量的影响
Fig.8 The effect of ascorbic acid soaking temperature on AAM production

不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

表6 抗坏血酸浸渍温度对咖啡风味影响的感官评定结果
Table 6 The sensory evaluation results of the effect of ascorbic acid soaking temperature on coffee flavor

注:;**表示与对照组相比,差异极显著,p<0.01。

浸渍温度/℃ 香气 滋味 余味平均分 p值 平均分 p值 平均分 p值对照组 4.8±0.6 4.6±0.1 4.9±0.1 10 4.5±0.2 0.177 4.4±0.2 0.531 4.1±0.2 0.556 20 4.3±0.3 0.145 4.5±0.2 0.754 4.5±0.2 0.288 30 4.2±0.2 0.077 4.4±0.1 0.476 4.4±0.3 0.0541 40 3.3±0.1 0.001**3.5±0.1 0.003**2.2±0.2 0.000**50 2.3±0.1 0.000**2.9±0.2 0.000**2.0±0.2 0.000**

如图8、表6可知,AAM的抑制率随着浸渍温度的升高而增加。从香气、滋味和余味分析,在40、50℃浸渍的咖啡样品与对照组在评分上具有明显差异,其余各组均无显著性差异(p<0.05)。这说明,在40、50℃的温度下浸渍,对咖啡风味特征的影响较大。浸渍温度为40℃时,对AAM的抑制效果较好,但感官评分较低;当浸渍温度为30℃时,尽管抑制效果不如前者,但其对风味特征的影响较小。因此,最终选择抗坏血酸在焙烤咖啡中的最佳浸渍温度为30℃。

3 结论

本研究在模拟体系中评价5种抗氧化剂对AAM生成的影响,柠檬酸、迷迭香酸、没食子酸、木犀草素和抗坏血酸在最佳浓度时对AAM的抑制效果与对照组相比均具有显著性。其中,效果最好的是抗坏血酸,在浓度为100 μmol/mL时,抑制率最大,为59.42% ;而迷迭香酸和木犀草素对AAM的抑制作用较弱。探究不同条件下抗坏血酸对AAM的影响,明确了最佳抑制条件:坏血酸浸渍液浓度为100 μmol/mL、浸渍温度为30℃、浸渍时间为3 h。在该条件下,咖啡豆的感官品质良好且AAM生成量较低,表明抗坏血酸是较为理想的焙烤咖啡中AAM的抑制剂。

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Inhibitory Effects of Antioxidants on Acrylamide in Roasted Coffee

ZHANG Qi,HU Hui-hui,JIANG Lian,LIU Xiao-ling,ZHANG Hai-de*
(College of Food Science and Engineering,Hainan University,Haikou 570228,Hainan,China)

Abstract:Drinking coffee has become a trend.However,a variety of harmful substances,such as acrylamide(AAM),are produced during thermal processing.In order to explore the effects of antioxidants on the formation of AAM,a simulation system was established according to the actual proportion of free amino acids and carbohydrates(sucrose,fructose,and glucose)in raw coffee beans.The inhibitory ability of five antioxidants in the simulation system was investigated,and the effects of the concentration of antioxidants,immersion time,and immersion temperature on the AAM production and sensory quality of coffee were discussed.Ascorbic acid with the optimal inhibitory effect was selected for the roasting coffee system.In the context of the concentration of 100 μmol/mL,immersion temperature of 30 ℃,and immersion time of 3 h,ascorbic acid could significantly reduce the content of AAM in roasted coffee,and the sensory quality of coffee beans was good.

Key words:coffee bean;antioxidant;ascorbic acid;acrylamide;inhibitor

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.11.004

基金项目:海南省自然科学基金高层次人才项目(320RC512)

作者简介:张琪(1996—),女(汉),在读硕士研究生,研究方向:食品营养与安全。

*通信作者:张海德,男,教授,博士,研究方向:食品加工与安全。

引文格式:

张琪,胡慧慧,江联,等.抗氧化剂对焙烤咖啡中丙烯酰胺的抑制效果[J].食品研究与开发,2023,44(11):21-28.

ZHANG Qi,HU Huihui,JIANG Lian,et al. Inhibitory Effects of Antioxidants on Acrylamide in Roasted Coffee[J].Food Research and Development,2023,44(11):21-28.

加工编辑:冯娜

收稿日期:2022-04-21