天冬酰胺酶处理在减少小麦和燕麦片中的丙烯酰胺含量中的应用：从实验室规模到中试规模

《Applied Food Research》：Asparaginase Treatment for Acrylamide Reduction in Wheat and Oat Flakes: From Laboratory- to Pilot-Scale

丙烯酰胺是高温加工食品中的有害副产物，本研究评估了四种商业天冬酰胺酶对小麦和燕麦脆片中丙烯酰胺的抑制效果。实验室结果显示，燕麦脆片最高可减少77%丙烯酰胺（PreventASe XR，200 mg/kg），而小麦脆片最高减少58%（PreventASe L，300 mg/kg）。工业试点试验中，酶添加量0.5-1.0 g/kg使小麦麸皮丙烯酰胺降低3%-9%，但效果显著低于实验室。颜色和质地分析表明酶处理对产品感官无负面影响，验证了天冬酰胺酶的工业适用性，但需优化加工条件以提高酶效。

　　在当今社会，随着消费者对健康饮食的关注度不断提升，全谷物食品和早餐谷物制品的需求也显著增长。这类食品因其丰富的营养成分，包括高纤维含量和对慢性疾病（如糖尿病和心血管疾病）的潜在预防作用，受到广泛推崇。然而，全谷物食品中却存在一个不容忽视的问题，即在高温加工过程中会形成一种名为丙烯酰胺（Acrylamide）的潜在有害物质。丙烯酰胺的生成主要依赖于美拉德反应，该反应涉及还原糖和游离天冬酰胺，因此，如何有效减少其形成成为食品工业中的重要课题。

为了应对这一挑战，研究人员开始探索酶法作为减少丙烯酰胺的潜在解决方案。其中，天冬酰胺酶（Asparaginase）因其能够将天冬酰胺水解为天冬氨酸和氨，从而减少其作为丙烯酰胺前体的可用性，引起了广泛关注。这项研究评估了四种市售天冬酰胺酶在小麦和燕麦片中的丙烯酰胺减少效果，以及它们对产品品质的影响。研究还探讨了从实验室规模向工业规模的扩展过程中所面临的挑战，这有助于推动酶法在食品工业中的实际应用。

研究结果显示，在实验室条件下，使用PreventASe XR处理燕麦片可将丙烯酰胺含量减少高达77%，而使用PreventASe L处理小麦片则可减少约58%。相比之下，工业规模下的丙烯酰胺减少效果显著下降，仅减少了约9%。这种差异可能源于多个因素，包括在大规模生产中难以维持一致的酶分布、温度和pH值控制，以及加工过程中的局部差异。此外，实验室规模允许对变量进行精确控制，如酶浓度、反应时间和温度，而在工业环境中，这些条件往往更难统一。

尽管天冬酰胺酶在实验室中表现出良好的丙烯酰胺减少效果，但其对产品颜色和质地的影响非常有限。研究中使用的两种测量设备——CCell和Color Muse——均显示，酶的添加不会显著改变产品的颜色，而质地方面的变化也未达到统计学意义。这一结果表明，天冬酰胺酶在减少丙烯酰胺的同时，能够保持产品的感官品质，这对食品工业而言是一个重要的考量因素。

然而，从实验室到工业规模的转化并非没有挑战。在工业生产中，酶的分布和活性受到更多外部因素的影响，例如加工设备的设计、混合效率以及整个生产流程中的温度和湿度变化。这些因素可能导致酶在产品中的作用不均，从而影响其减少丙烯酰胺的效果。此外，研究发现，在工业规模下，即使增加了酶的浓度，丙烯酰胺的减少幅度也远低于实验室规模下的结果。这提示我们需要进一步优化加工条件，以提高酶在大规模生产中的效率。

在实际应用中，丙烯酰胺的减少效果不仅与酶的种类和浓度有关，还与食品基质的特性密切相关。例如，燕麦和小麦的天冬酰胺含量不同，导致它们在酶处理下的丙烯酰胺减少效果存在差异。燕麦中的天冬酰胺含量通常高于小麦，因此在相同条件下，燕麦片的丙烯酰胺减少效果更显著。这一发现对于食品生产商来说具有重要意义，因为他们可以根据原料特性选择最适合的酶类型和处理条件，以达到最佳的丙烯酰胺减少效果。

本研究还揭示了食品基质对酶活性的影响。在实验室规模下，酶可以均匀地作用于整个基质，而在工业生产中，由于产品体积较大，酶的分布可能不均，导致部分区域的丙烯酰胺减少效果不明显。因此，为了提高酶在工业生产中的效率，需要对加工流程进行详细优化，包括酶的添加方式、反应时间和温度控制，以及混合设备的选择。

此外，研究还探讨了天冬酰胺酶在食品基质中的作用机制。虽然酶能够将天冬酰胺转化为天冬氨酸，但研究发现，在工业规模下，天冬酰胺的含量并未显著降低，这可能是因为天冬氨酸在某些情况下会重新转化为天冬酰胺，或者存在其他酶促反应导致天冬酰胺的重新生成。因此，了解这些酶促反应的复杂性对于优化酶的使用至关重要。

本研究的结论表明，天冬酰胺酶在减少丙烯酰胺方面具有潜力，但其在工业规模下的应用仍需进一步优化。通过实验室和工业规模的对比，研究强调了在实际生产中，必须考虑多种因素，如加工条件、酶的分布和活性，以及食品基质的特性。这些发现为食品工业提供了重要的参考，有助于开发更有效的丙烯酰胺减少策略，从而提高食品的安全性和健康价值。

未来的研究方向应包括对不同食品基质的深入分析，以确定最有效的酶处理方案。同时，探索更高效的酶制剂和加工技术，以克服大规模生产中的挑战，确保丙烯酰胺的减少效果。此外，对产品感官品质的进一步研究，如颜色和质地的变化，将有助于评估酶处理对食品市场接受度的影响。通过这些努力，可以推动天冬酰胺酶在食品工业中的广泛应用，最终实现更安全、更健康的食品生产。