柏 杰，朱雨辰，陳 芳

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，國(guó)家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

丙烯酰胺（arylamide，AA）是一種易溶于水、乙醇等極性溶劑的化合物，易揮發(fā)，可通過(guò)皮膚、呼吸道、食道等進(jìn)入人體內(nèi)，其中飲食攝入是其最主要的暴露途徑。歐盟食品安全委員會(huì)（European Food Safety Authority，EFSA）最新膳食暴露評(píng)估中，AA在日常飲食攝入的平均暴露水平為0.4～1.9 μg/（kgmb·d）[1]。國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心研究數(shù)據(jù)顯示，2012年我國(guó)AA的人均攝入水平為0.319 μg/（kgmb·d），與2000年相比增長(zhǎng)70%，呈現(xiàn)逐年升高趨勢(shì)[2]。AA進(jìn)入機(jī)體代謝后可產(chǎn)生肝臟毒性、神經(jīng)毒性、生殖毒性和致癌性，被國(guó)際癌癥研究署（International Agency for Research on Cancer，IARC）列為2A類(lèi)致癌物[3]，從2002年在食品中發(fā)現(xiàn)至今，一直為國(guó)際食品安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

咖啡是世界三大飲料之一，全球已有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)種植咖啡。我國(guó)咖啡種植地以云南、海南為主，云南省咖啡種植面積和產(chǎn)量均占全國(guó)98%以上[4-5]，是我國(guó)最大的咖啡生產(chǎn)基地。2011—2020年，云南省和海南省咖啡年產(chǎn)量總體呈上升趨勢(shì)（表1），咖啡原料豆及深加工產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)歐盟、美國(guó)等55 個(gè)國(guó)家和地區(qū)。我國(guó)咖啡消費(fèi)力也不容小覷，2021年我國(guó)飲用咖啡的消費(fèi)者達(dá)3.3億 人，且咖啡消費(fèi)年增長(zhǎng)率達(dá)20%，遠(yuǎn)高于全球2%的年均增長(zhǎng)率[6]，市場(chǎng)需求持續(xù)增加?？Х戎泻锌Х纫?、綠原酸、葫蘆巴堿等多種生物活性成分，具有抗氧化、降血脂、降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的功效[7]。但研究表明，咖啡中AA含量較高，有的品種甚至高達(dá)890 μg/kg[8]。波蘭國(guó)民膳食AA（0.43 μg/（kgmb·d））的來(lái)源中，咖啡占比19%，僅次于面包、薯片[9]。日本一項(xiàng)研究表明，飲用咖啡的消費(fèi)者AA暴露水平（169 ng/（kgmb·d））明顯高于其他消費(fèi)者（75 ng/（kgmb·d））[10]?？梢?jiàn)咖啡是攝入AA的重要來(lái)源。

表1 我國(guó)咖啡主要生產(chǎn)地種植面積及產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)[11-12]Table 1 Statistics of planting area and output of major coffee production areas in China[11-12]

隨著咖啡消費(fèi)群體數(shù)量的不斷擴(kuò)大，通過(guò)咖啡攝入AA的食品安全風(fēng)險(xiǎn)日益受到消費(fèi)者關(guān)注。因此，本文綜述了AA毒性以及咖啡中AA形成機(jī)制、關(guān)鍵影響因素、控制方法等方面的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)管理法規(guī)及控制技術(shù)應(yīng)用等進(jìn)行了展望。

1 AA毒性機(jī)制

食品中的AA進(jìn)入機(jī)體后，在單加氧酶細(xì)胞色素P450 2E1酶的催化下生成環(huán)氧丙酰胺（glycidamide，GA），AA與GA都可與還原性谷胱甘肽（glutathione，GSH）結(jié)合[13]，導(dǎo)致活性氧含量增多，氧化損傷與抗氧化損傷系統(tǒng)之間不平衡，引發(fā)氧化應(yīng)激[14-15]。AA通過(guò)引起細(xì)胞內(nèi)活性氧、活性氮等含量增多[16]，引發(fā)線(xiàn)粒體功能障礙等氧化損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步對(duì)肝臟系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等產(chǎn)生危害。

AA被機(jī)體吸收后，率先在肝臟中代謝，代謝過(guò)程中引發(fā)氧化應(yīng)激，造成肝臟損傷[17-18]。采用25 mg/（kgmb·d）AA灌胃處理大鼠21 d后，大鼠肝臟中GSH、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（glutathioneS-transferase，GST）等氧化應(yīng)激指標(biāo)降低，造成肝臟細(xì)胞損傷[19]。進(jìn)一步分離出大鼠肝細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，AA可以激活半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3），引發(fā)線(xiàn)粒體、溶酶體損傷，從而介導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡[20]。Tan Xintong等[21]在小鼠的每日飲用水中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.003% AA，飼養(yǎng)16 周后發(fā)現(xiàn)AA組小鼠的肝臟線(xiàn)粒體呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，PTEN基因誘導(dǎo)激酶蛋白1等自噬蛋白表達(dá)水平增加，線(xiàn)粒體自噬加劇，從而加速細(xì)胞凋亡和壞死。可見(jiàn)高、低劑量的AA均能破壞線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步導(dǎo)致肝臟細(xì)胞凋亡。肝臟能代謝和吸收90%以上的AA，被吸收的AA隨血液進(jìn)入機(jī)體全身。

代謝吸收的AA可對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成一定的損傷。流行病學(xué)研究表明，AA對(duì)職業(yè)暴露人群具有神經(jīng)毒性。目前臨床研究的慢性AA中毒患者通常表現(xiàn)為四肢麻木、肌力減退，甚至肢端肌肉萎縮、無(wú)法行走[22]。接觸AA的工人血清中腫瘤標(biāo)志物神經(jīng)元特異性烯醇化酶水平顯著升高[23]，可進(jìn)一步誘發(fā)神經(jīng)母細(xì)胞瘤等神經(jīng)性疾病。動(dòng)物水平上，AA的急性和慢性中毒均能引起中樞和周?chē)窠?jīng)損傷，造成大鼠、小鼠的神經(jīng)元退化和海馬體損傷，行為學(xué)表現(xiàn)為四肢力量不足、運(yùn)動(dòng)障礙和空間記憶能力降低[24-26]。有學(xué)者持續(xù)用0.2～2.0 mg/（kgmb·d）的AA灌胃Wistar大鼠5 周，結(jié)果表明AA能激活小膠質(zhì)細(xì)胞，并引起腦組織中白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6和IL-18等蛋白表達(dá)水平上調(diào)，這些促炎因子可以進(jìn)一步誘導(dǎo)大腦皮層發(fā)生炎癥反應(yīng)[27]，從而破壞血腦屏障，影響神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，造成神經(jīng)系統(tǒng)的功能紊亂和代謝失調(diào)。細(xì)胞水平上，AA可通過(guò)多條通路引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，通過(guò)激活小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的核因子E2相關(guān)因子2、核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）通路，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧與抗氧化系統(tǒng)失衡，進(jìn)而引起細(xì)胞炎癥反應(yīng)，并造成細(xì)胞凋亡[14,28]。研究發(fā)現(xiàn)，AA可破壞神經(jīng)細(xì)胞線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)，造成線(xiàn)粒體DNA損傷、能量代謝失調(diào)[29]，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死?？梢?jiàn)在神經(jīng)系統(tǒng)中，氧化應(yīng)激、線(xiàn)粒體功能障礙是AA發(fā)揮毒性的重要機(jī)制。

AA具有較強(qiáng)的生殖毒性，能夠影響動(dòng)物的生育能力和生殖器官正?；顒?dòng)。Haleem等[30]對(duì)雄性白化鼠進(jìn)行持續(xù)8 周的AA灌胃處理（10 mg/（kgmb·d）），發(fā)現(xiàn)AA可激活雄性大鼠睪丸內(nèi)NF-κB通路，并下調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)，氧化應(yīng)激狀態(tài)的持續(xù)增強(qiáng)使睪丸細(xì)胞凋亡數(shù)量增多、睪丸間質(zhì)細(xì)胞功能異常，導(dǎo)致睪丸毒性。AA灌胃Wistar雌性大鼠血清中孕酮和雌二醇等激素水平降低，不同生長(zhǎng)階段的卵泡均發(fā)生凋亡，卵巢內(nèi)細(xì)胞凋亡和自噬增多，卵泡刺激素、黃體生成素等激素分泌異常，影響卵泡發(fā)育和黃體形成，最終導(dǎo)致卵巢功能障礙[31]。AA通過(guò)加劇生殖器官內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)，引起細(xì)胞凋亡和組織病變，降低精子活力、卵巢或睪丸質(zhì)量[32-34]，使動(dòng)物的生育能力下降。

氧化應(yīng)激是AA在機(jī)體中引發(fā)各種損傷的主要途徑，除肝臟毒性、神經(jīng)毒性和生殖毒性外，AA也會(huì)對(duì)膀胱[35]、腎臟[36]等器官產(chǎn)生毒性，并能加劇腫瘤發(fā)展進(jìn)程[37]，還有研究表明膳食AA的攝入顯著增加了子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌的發(fā)病率[38]。因此，降低AA在食品中的含量可以從源頭上減少AA的毒性危害。

2 咖啡中AA的形成機(jī)制

咖啡中的AA主要來(lái)源于還原糖與天冬酰胺（asparagine，ASN）發(fā)生的美拉德反應(yīng)。生咖啡豆中蔗糖相對(duì)含量占5%～9%，在烘焙中蔗糖的糖苷鍵斷裂，分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖[39-40]，是生成AA的重要前體物質(zhì)[41]，ASN相對(duì)含量占0.70%～1.26%，與蔗糖相比相對(duì)含量較低，是AA生成的主要限制因素[42]。

高溫烘焙過(guò)程中，咖啡豆處于低水分含量、酸性條件（pH 4.5～5.5）下，果糖易發(fā)生烯醇化反應(yīng)，生成高活性的呋喃果糖基陽(yáng)離子（fructofuranosyl cation，F(xiàn)FC）[43]，F(xiàn)FC在低水分活度下極易環(huán)化脫水，形成5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，HMF）[44]。葡萄糖則可以與氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)形成Schiff堿，隨后Schiff堿發(fā)生1,2-烯醇化，生成1,2-烯胺醇[45]，并進(jìn)一步脫氨脫水縮合形成HMF。此外，葡萄糖可以脫水形成3-脫氧葡萄糖酮（3-deoxyglucosone，3-DG）[46]，3-DG進(jìn)一步脫水形成HMF。

果糖、葡萄糖通過(guò)多種途徑生成的HMF，與ASN反應(yīng)生成中間體3-氨基丙酰胺（3-aminopropionamide，3-APA），并經(jīng)歷脫氨形成AA[47-48]。在250 ℃條件下加熱蔗糖，最終生成的HMF中90%來(lái)源于果糖，10%來(lái)源于葡萄糖[44]，可見(jiàn)FFC的快速反應(yīng)大大加快了果糖的消耗。此外，葡萄糖和果糖也能相互轉(zhuǎn)化[49]，在果糖快速消耗的情況下，葡萄糖可以烯醇化成果糖參與生成AA。HMF是美拉德反應(yīng)在酸性條件下的常見(jiàn)產(chǎn)物，由于咖啡果糖烯醇化和FFC脫水成HMF的反應(yīng)速率高于其他途徑，因此，果糖-FFC-HMF反應(yīng)途徑是咖啡烘焙中AA形成的最主要途徑（圖1）[40,50]。

3 咖啡加工工藝對(duì)AA生成的影響

咖啡的生產(chǎn)制備流程主要包括原料篩選、采后處理、烘焙、研磨萃取等工藝。依據(jù)加工方式的不同，咖啡主要分為速溶咖啡和現(xiàn)磨咖啡，現(xiàn)磨咖啡又衍生出土耳其咖啡、意式咖啡、美式咖啡等多種品類(lèi)?？Х弱r果經(jīng)采收、去皮、干燥、分級(jí)得到咖啡豆，咖啡豆原料中蔗糖和ASN的含量、咖啡豆研磨工藝、烘焙溫度、烘焙時(shí)間以及不同的咖啡萃取沖泡方式是影響咖啡AA含量的重要因素。

3.1 原料選擇

圖1 咖啡中丙烯酰胺的主要形成機(jī)制Fig. 1 Major formation mechanism of acrylamide in coffee

依據(jù)咖啡豆的種類(lèi)，咖啡品種主要分為小粒種咖啡（阿拉比卡咖啡）、中粒種咖啡（羅布斯塔咖啡）和大粒種咖啡（利比里卡咖啡）。利比里卡咖啡豆由于香氣差、風(fēng)味苦和豆粒大小不一，不適用于商業(yè)生產(chǎn)，目前大面積種植的咖啡豆是阿拉比卡和羅布斯塔，前者是最主要的商用咖啡品種。不同的咖啡生產(chǎn)原料中AA前體含量也不相同，阿拉比卡咖啡豆的蔗糖含量為73 mg/g，高于羅布斯塔咖啡豆的蔗糖含量（45 mg/g）。氨基酸含量則與之相反，阿拉比卡咖啡豆中的ASN、苯丙氨酸和丙氨酸等多數(shù)氨基酸含量低于羅布斯塔咖啡豆[51]。因此，羅布斯塔咖啡豆比阿拉比卡咖啡豆更容易生成AA，烘焙后的羅布斯塔咖啡豆AA含量（708 ng/g）明顯高于阿拉比卡咖啡豆（374 ng/g）[52-53]。

3.2 烘焙工藝

采集后的咖啡果經(jīng)干制法[54]或濕制法[55]加工獲得生咖啡豆，再經(jīng)過(guò)烘焙獲得熟咖啡豆，如圖2所示。通常烘焙溫度為150～200 ℃，深度烘焙溫度也可高于200 ℃[56-57]。烘焙工藝不僅是咖啡風(fēng)味的來(lái)源，而且是影響AA含量的關(guān)鍵因素。AA在烘焙過(guò)程中總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)[58-60]。Hu Huihui等[61]實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)咖啡烘焙過(guò)程中AA含量變化發(fā)現(xiàn)，烘烤溫度從室溫升高至220 ℃的過(guò)程中，在180 ℃時(shí)咖啡豆中的AA含量最高，隨后AA含量持續(xù)下降。有研究將阿拉比卡和羅布斯塔咖啡豆烘焙溫度分別從90 ℃上升到215 ℃，在10 min時(shí)達(dá)到175～177 ℃，阿拉比卡和羅布斯塔咖啡的AA含量分別達(dá)到最高水平（1 045±28）μg/kg和（795±25）μg/kg，隨后AA含量持續(xù)下降[62]?？Х群姹涸缙贏A含量的升高與ASN大量消耗相關(guān)，同時(shí)某些氨基酸可以促進(jìn)AA的形成，如咖啡中的絲氨酸可以熱分解形成丙酮酸、丙烯酸和游離氨來(lái)加速AA的產(chǎn)生[63]。隨后AA含量的下降主要有兩個(gè)原因：一是AA與咖啡類(lèi)黑素的化學(xué)相互作用，類(lèi)黑素蛋白質(zhì)骨架的親核氨基可與AA發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)[64]；二是AA具有揮發(fā)性，Badoud等[65]使用14C標(biāo)記AA發(fā)現(xiàn)，在咖啡烘焙過(guò)程中，有28%被標(biāo)記的AA降解成了揮發(fā)性化合物。

咖啡豆烘焙程度是影響AA含量的關(guān)鍵因素。Schouten等[59]采用熱空氣法烘焙阿拉比卡咖啡豆，對(duì)比了淺度烘焙（烘焙6 min、最終溫度147 ℃）、中度烘焙（烘焙11 min、最終溫度172 ℃）、深度烘焙（烘焙18 min、最終溫度191 ℃）獲得的咖啡豆中AA含量以及咖啡品質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中度烘焙咖啡AA積累量最多[66]，淺度烘焙以及深度烘焙的咖啡豆中AA含量水平相對(duì)較低。深度烘焙咖啡由于咖啡烘焙時(shí)間較長(zhǎng)，ASN和蔗糖消耗完全，類(lèi)黑素含量逐漸增多，高溫促進(jìn)了AA與類(lèi)黑素的親核加成反應(yīng)和AA揮發(fā)，使得AA含量下降。

值得注意的是，3 種烘焙程度對(duì)咖啡豆烘焙后的品質(zhì)也有顯著的影響。淺度烘焙得到的咖啡酸度較高、風(fēng)味欠佳，苦味和澀度不足，消費(fèi)者接受度低。中度烘焙咖啡的甲硫醇、2-糠基硫醇等咖啡香氣成分不斷積累，產(chǎn)生咖啡獨(dú)有的香味[56]，憑借其鮮明風(fēng)味為消費(fèi)者所喜愛(ài)。而深度烘焙咖啡伴隨逐漸濃郁的香氣，2-糠基硫醇含量持續(xù)增加，二甲基硫醚及部分醛類(lèi)物質(zhì)水平明顯降低，苦澀程度較高，口感最醇厚。淺度和中度烘焙的咖啡中AA含量分別可達(dá)600～700 μg/kg和300～1 130 μg/kg，均高于深度烘焙咖啡（100～200 μg/kg）。

圖2 咖啡的生產(chǎn)與加工過(guò)程Fig. 2 Production and processing of coffee

烘焙后的咖啡在不同的貯存條件下AA含量也會(huì)發(fā)生變化。姚子升[67]將焙炒后的咖啡置于-18、-4、25、37 ℃下貯存12 個(gè)月，發(fā)現(xiàn)37 ℃貯存最有利于降低AA水平。Delatour等[68]發(fā)現(xiàn)室溫下貯存烘焙后的咖啡，6～12 個(gè)月后AA含量降低40%～60%?？梢?jiàn)烘焙咖啡中的AA并不穩(wěn)定，在適宜溫度下長(zhǎng)期貯存時(shí)會(huì)緩慢分解。

3.3 咖啡加工方式

現(xiàn)階段，市場(chǎng)上較為常見(jiàn)的咖啡產(chǎn)品有現(xiàn)磨咖啡和速溶咖啡兩種形式。隨著消費(fèi)水平的提高，口感豐富的現(xiàn)磨咖啡倍受推崇。制備工藝的不同帶來(lái)了各品類(lèi)咖啡的獨(dú)特風(fēng)味，同時(shí)造成咖啡豆烘焙程度、咖啡濃度的差異，因此AA水平也存在顯著差異。

烘焙后的咖啡豆經(jīng)研磨、煮沸、萃取后即為現(xiàn)磨咖啡。而目前現(xiàn)磨咖啡的種類(lèi)多樣，不同國(guó)家消費(fèi)者對(duì)咖啡的香氣、濃度等有不同的需求，從而產(chǎn)生多種咖啡制作工藝，也影響了終端咖啡飲品中AA含量。例如，土耳其咖啡將咖啡豆研磨極細(xì)后直接沖泡，飲用時(shí)仍有咖啡粉沉淀，咖啡中AA含量高達(dá)50.1 mg/kg[69]。意式咖啡是通過(guò)壓力誘導(dǎo)95 ℃熱水快速?zèng)_擊咖啡粉、滲透萃取出的高濃度咖啡，具有強(qiáng)烈的香味及苦味，AA含量為38.6 mg/kg[70]。美式咖啡則是在意式咖啡基礎(chǔ)上加水稀釋制成，或采用滴濾式咖啡壺緩慢萃取，含有較低的苦味和香味，AA含量最低，為2.1 mg/kg[71]。3 種咖啡AA含量的差異主要緣于其制備過(guò)程中咖啡豆研磨、烘焙工藝上的不同。Derossi等[71]指出3 種咖啡的AA含量差異（土耳其咖啡＞意式咖啡＞美式咖啡）是由于咖啡豆研磨粒徑不同。3 種咖啡研磨顆粒平均粒徑依次為美式咖啡（710 μm）＞意式咖啡（480 μm）＞土耳其咖啡（320 μm）。粒徑更小則更易溶解，在萃取過(guò)程釋放更多AA，因此土耳其咖啡的AA含量最高。意式咖啡普遍采用高壓萃取方式，咖啡濃度高，因而AA含量較高。而美式咖啡的烘焙程度和咖啡濃度低，故AA含量較低。

速溶咖啡是在咖啡豆烘焙、研磨、萃取后，進(jìn)行適當(dāng)濃縮，再通過(guò)噴霧干燥或冷凍干燥得到速溶咖啡粉，包裝后流向市場(chǎng)。與現(xiàn)磨咖啡相比，速溶咖啡缺乏優(yōu)質(zhì)的香氣與風(fēng)味[72]，且在預(yù)干燥、噴霧干燥等環(huán)節(jié)揮發(fā)了一部分AA，速溶咖啡中AA含量為96.4～346.5 μg/kg，低于現(xiàn)磨咖啡的AA水平（17.7～776.1 μg/kg）[73]。

4 咖啡中AA的控制方法

咖啡中AA的形成與原料的選擇、加工條件和技術(shù)等密切相關(guān)。添加外源物質(zhì)通過(guò)減少咖啡豆中AA前體的含量或降解生成的AA，以降低咖啡中的AA水平；優(yōu)化加工技術(shù)能影響AA的生成和反應(yīng)階段，從而控制咖啡中AA的產(chǎn)生。

4.1 添加外源物質(zhì)

ASN含量是咖啡中AA生成的主要限制性因素，生咖啡豆中ASN的濃度與烘焙咖啡的AA濃度呈正相關(guān)[74]。添加天冬酰胺酶可以降低ASN水平，進(jìn)而降低咖啡中的AA含量[75-76]。Correa等[77]用5 000 U/kg天冬酰胺酶（EC 3.5.1.1）處理阿拉比卡咖啡豆2 h，烘焙得到的咖啡中AA水平下降59%，并且酶處理對(duì)咖啡中綠原酸、咖啡因、咖啡酸等活性物質(zhì)含量沒(méi)有顯著性影響。有研究從青霉菌NMKA511中分離出的L-天冬酰胺酶（2 000 U/kg）處理阿拉比卡咖啡豆后，分別進(jìn)行淺度（210 ℃、20 min）和深度烘焙（240 ℃、25 min），最終兩種咖啡產(chǎn)品中AA相對(duì)含量分別降低了80.7%和75.8%[78]。天冬酰胺酶通過(guò)降低ASN水平從而阻礙了AA生成，而添加丙烯酰胺酶可以將生成的AA降解。從真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌AUM-01中提取出的丙烯酰胺酶可以將AA降解成丙烯酸和氨，采用該酶在70 ℃下處理咖啡，咖啡中AA濃度降低50%～70%（初始濃度1.4 mmol/L）[79]。Bedade等[80]使用殼聚糖和海藻酸鈣制成海藻酸鹽-殼聚糖復(fù)合微珠，將從草酸鹽貪銅菌ICTDB921中提取的丙烯酰胺酶共價(jià)固定化，隨后作用于含有質(zhì)量濃度100～500 mg/L AA的速溶咖啡，30～65 ℃下60 min內(nèi)可以完全降解AA。與游離酶處理相比，固定化酶可以擴(kuò)大酶的最適作用溫度范圍，更有助于減少咖啡中AA的積累。酶可以高效地作用于相應(yīng)底物，從而降低AA含量，但成本相對(duì)較高，不利于在食品工業(yè)生產(chǎn)中推廣。

添加某些氨基酸也能減少咖啡中AA的含量。在含質(zhì)量濃度6.2 μg/L AA的罐裝黑咖啡中添加1.05 mg/g半胱氨酸，121 ℃下處理6 min，半胱氨酸的巰基基團(tuán)能與AA的碳碳雙鍵發(fā)生親核加成[81-82]，AA相對(duì)含量降低至原本的90%[83]。賴(lài)氨酸、甘氨酸降低AA含量的效果弱于半胱氨酸，而胱氨酸、酪氨酸的加入對(duì)AA的形成沒(méi)有顯著影響[84]。但半胱氨酸加熱會(huì)釋放出硫化氫，可能會(huì)對(duì)咖啡的風(fēng)味產(chǎn)生不良影響。

除了降解AA前體和降解AA，在AA產(chǎn)生的進(jìn)程中阻礙HMF的反應(yīng)也是有效降低AA含量的方法。在180 ℃下，兒茶素可與HMF縮合形成二聚體加合物，從而減少AA的合成，將質(zhì)量濃度5 mg/mL兒茶素添加到HMF＋ASN（均為10 mmol/L）模型中，能降低70%的AA水平[85]。由此推測(cè)，將兒茶素加入到咖啡中也能有效控制AA的形成，同時(shí)降低另一危害物HMF的含量。此外，酵母菌既可以將AA前體HMF轉(zhuǎn)化為羥甲基糠醇，也能將AA降解成丙烯酸。研究發(fā)現(xiàn)，在含1 020 μg/kg AA的速溶咖啡中加入1%酵母和10%蔗糖，發(fā)酵72 h后AA含量降低62%[86]，蔗糖可為酵母細(xì)胞提供充足碳源，酵母菌發(fā)酵對(duì)人類(lèi)無(wú)害且易于適配咖啡生產(chǎn)線(xiàn)，但其對(duì)咖啡風(fēng)味和口感的影響仍需探究。

綜上，在咖啡中添加天冬酰胺酶、丙烯酰胺酶、含有巰基的氨基酸或蛋白質(zhì)、酵母菌、兒茶素等外源物質(zhì)可以有效降低AA含量，但添加時(shí)需考慮對(duì)美拉德反應(yīng)的促進(jìn)作用和對(duì)咖啡風(fēng)味的影響。

4.2 優(yōu)化加工技術(shù)

咖啡的工業(yè)化生產(chǎn)中，常采用滾筒烘焙機(jī)常壓加熱咖啡豆，而新型咖啡加工技術(shù)可以在提高烘焙效率、縮短烘焙時(shí)間的同時(shí)降低AA的含量。Rattanarat等[87]采用250 ℃的過(guò)熱蒸汽烘焙羅布斯塔咖啡豆，與常規(guī)的熱空氣烘焙法相比，烘焙溫度和水分活度顯著提高，烘焙時(shí)間顯著縮短，同時(shí)過(guò)高溫度下AA揮發(fā)和分解增強(qiáng)，所獲得的中度烘焙（亮度值25）和深度烘焙（亮度值20）的咖啡中AA相對(duì)含量分別降低了84%和75%。此外，真空烘焙也是減少咖啡中AA含量的有效手段，低壓條件下水分蒸發(fā)速率加快，對(duì)水溶性低分子質(zhì)量化合物產(chǎn)生汽提作用，從而提高了AA的揮發(fā)速率。與常壓烘焙的咖啡相比，200 ℃下真空烘焙（0.15 kPa）的阿拉比卡咖啡豆中AA相對(duì)含量減少約50%[88]。

抑制咖啡中AA形成的措施多種多樣，適當(dāng)?shù)芈?lián)合采用多種措施還有一定的協(xié)同作用，例如在使用天冬酰胺酶之前先用熱蒸汽法預(yù)處理咖啡豆，可以增大咖啡豆內(nèi)部孔隙直徑，從而增大酶與咖啡豆中ASN接觸的表面積，提高酶的利用率[77]。添加天冬酰胺酶、丙烯酰胺酶、酵母等外源物質(zhì)，以及應(yīng)用過(guò)熱蒸汽、真空處理等新型加工技術(shù)均有利于減少咖啡產(chǎn)品中AA含量，但相關(guān)研究尚不完善，未來(lái)可增加對(duì)多種加工手段對(duì)比或協(xié)同作用的研究，咖啡工業(yè)生產(chǎn)中AA的控制措施仍值得探討。

5 結(jié) 語(yǔ)

咖啡作為風(fēng)靡全球的飲品，歐美、阿拉伯地區(qū)的眾多國(guó)家飲用咖啡已成日常習(xí)慣，近年來(lái)我國(guó)咖啡的消耗量也持續(xù)增大?？Х葦z入已成為膳食中AA暴露的重要來(lái)源之一，會(huì)給人體帶來(lái)不容忽視的AA毒性風(fēng)險(xiǎn)。歐盟委員會(huì)在2017年提出食品中AA抑制措施的應(yīng)用建議和AA的推薦限定水平，其中建議咖啡中AA含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?00 μg/kg[89]。而我國(guó)現(xiàn)有的食品安全法規(guī)尚未明確食品中AA的安全限量和抑制措施。此外，我國(guó)咖啡產(chǎn)量近10 年來(lái)已大幅上升，以云南小?？Х葹榇淼闹袊?guó)咖啡正逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)，而我國(guó)本土的咖啡加工技術(shù)、AA等危害物控制研究較少。本文總結(jié)了AA的毒性和咖啡中AA控制的工藝和技術(shù)，可為推動(dòng)制定我國(guó)相關(guān)食品AA安全限量標(biāo)準(zhǔn)提供一定的參考。

從減少AA攝入考慮，更推薦消費(fèi)者飲用深度烘焙咖啡，但不同國(guó)家和地區(qū)的消費(fèi)者對(duì)咖啡烘焙程度存在一定的偏好性，例如美國(guó)消費(fèi)者更喜歡輕度烘焙咖啡，中度和深度烘焙咖啡更受南歐消費(fèi)者青睞，引導(dǎo)消費(fèi)者統(tǒng)一選擇深度烘焙咖啡并不現(xiàn)實(shí)，應(yīng)當(dāng)采取一定的措施減少各種類(lèi)型咖啡中AA的形成，從而降低通過(guò)咖啡攝入AA的風(fēng)險(xiǎn)。然而，目前咖啡中AA的控制研究還停留在實(shí)驗(yàn)階段，尚未在工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模中得到驗(yàn)證，對(duì)于是否會(huì)產(chǎn)生其他有害物質(zhì)也未全面探究。因此，咖啡中AA的抑制措施仍是亟待解決的食品安全問(wèn)題。未來(lái)針對(duì)AA在食品工業(yè)化生產(chǎn)中的控制措施及作用機(jī)理仍需進(jìn)一步深入探究，以便后續(xù)為科學(xué)評(píng)估和合理制定食品中危害物限值提供科學(xué)依據(jù)。