中国山核桃（Carya cathayensis Sarg.）加工过程中糠醛类化合物的变化及5-羟甲基糠醛的形成模式

《Food Chemistry》：Changes in furfural compounds and the formation pattern of HMF during the processing of Chinese hickory nut ( Carya cathayensis Sarg.) kernels

　　

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  烘焙过程中产生的呋喃醛类化合物以HMF为主，糖类是其形成的关键物质。
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  加工条件影响呋喃醛含量，主要是HMF的积累水平。
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  迷迭香提取物可能对热加工坚果中的呋喃醛具有中等程度的抑制作用。

引言

中国山核桃（Carya cathayensis Sarg.）是一种营养丰富且具有经济重要性的农产品。其果仁富含蛋白质和不饱和脂肪酸（Ma等人，2024；Wu等人，2022），以及多酚和类黄酮等生物活性化合物（Atanasov等人，2018；Tanwar等人，2020）。热加工是坚果生产中的一个必要步骤，因为它能促进营养成分之间的美拉德反应，生成一系列挥发性与非挥发性化合物，赋予产品理想的风味和感官特性（Ke & Li, 2023）。然而，热加工也会促进不良热诱导化合物的形成，包括呋喃醛类，因此需要在产品质量与食品安全之间取得平衡（Ogundipe等人，2024；Rodríguez-Bencomo等人，2015）。

呋喃醛是一类含有呋喃环的低分子化合物，可为热加工食品提供香气和风味（Maga & Katz, 1979）。食品中报道的主要呋喃醛化合物包括5-羟基甲基-2-糠醛（HMF）、2-糠醛（FF）、2-呋喃基甲基酮（FMC）和5-甲基-2-糠醛（MF）（de Souza Costa等人，2024；Ortu & Caboni, 2017）。其他呋喃衍生物，如2-呋喃酸（2-OIC），也可在食品加工过程中产生，尤其是在咖啡制品中（Albouchi & Murkovic, 2019）。在呋喃醛的分析检测方面已取得了显著进展，优化的检测方法结合预处理策略提高了其在复杂食品基质中的准确性和可靠性（Gan等人，2023；Macheiner等人，2021）。此外，呋喃醛形成的化学途径，包括糖类降解和美拉德反应相关机制，已被广泛研究（Barzegar等人，2023；Martins等人，2022；Monsalve-Atencio等人，2023）。

热加工条件是影响呋喃醛形成的主要因素之一。Agcam（2022）报道，在不同加热条件下，HMF和FF在果汁中逐步积累。类似地，Xing等人（2021）观察到在牛奶基配方、超高温灭菌奶和巴氏杀菌酸奶中，高温条件下FF和HMF浓度显著升高，而高湿度则降低了其积累。牛奶中HMF浓度与加热条件之间存在强相关性也有报道，在100°C加热180分钟后最大浓度为0.886 mg/kg（Shi等人，2022）。除加工条件外，食品组成也可显著影响呋喃醛的形成。对sapa糖浆、马萨拉葡萄酒和烘焙产品的研究表明，糖含量与HMF、FF和呋喃酸的形成存在关联（Ortu & Caboni, 2017）。这些发现表明，在评估热加工食品中呋喃醛的形成时，应同时考虑原料特性和加工条件两方面。

除其技术意义外，呋喃醛类化合物因其潜在的毒理学效应而受到广泛关注。Barzegar等人（2023）的综合综述指出，高浓度的HMF可能具有细胞毒性，而FF则与姐妹染色单体交换、染色体畸变、DNA损伤以及在实验哺乳动物系统中的致癌效应有关。Hou等人（2022）进一步证明，高浓度的5-HMF可诱导斑马鱼胚胎发育毒性及氧化应激。尽管在某些常见食品（如奶粉）中通常检测到的HMF浓度可能不足以引起明显的急性毒性，但对于反复低剂量暴露的潜在长期效应仍存在担忧。此外，多种呋喃醛化合物在食品基质中的联合作用仍不够明确（Meng等人，2024）。因此，从食品质量和食品安全角度，减少食品加工过程中呋喃醛的形成一直是持续关注的问题。

坚果加工过程中呋喃醛的形成受到了越来越多的关注。例如，Guo等人（2020）报道了花生在油炸和烘烤过程中HMF及其他潜在不良化合物的形成。类似地，在单烤和双烤工艺处理的开心果中检测到了FF（Rodríguez-Bencomo等人，2015）。然而，尽管中国山核桃在中国消费量巨大且具有重要经济价值，但其热加工过程中呋喃醛形成的信息仍然有限。特别是加工条件与果仁理化特性对呋喃醛形成的相对贡献尚未系统研究，有效抑制加工山核桃仁中呋喃醛积累的策略也基本未被探索。

因此，本研究旨在：(1) 研究中国山核桃加工过程中四种主要呋喃醛化合物（HMF、FF、FMC和MF）的形成情况，并确定其与果仁理化特性及加工条件的关系；(2) 利用已建立的体外模拟体系表征主要呋喃醛的形成规律和动力学，并探索其潜在形成途径；(3) 筛选具有抑制热加工过程中呋喃醛形成能力的多酚类物质。作为一项初步探索性研究，本研究为理解加工中国山核桃中呋喃醛的形成提供了基础，并为后续以假设为驱动的加工优化和天然抑制策略研究奠定了基础。

章节摘要

实验材料

中国山核桃（Carya cathayensis Sarg.）采自2023年10月中国杭州市临安区。带壳坚果在4°C下运输和储存。实验前手工取出果仁。

初步质量评估中，生果仁的平均水分含量为6.48±0.23%（红外水分分析仪测定）。剔除有可见缺陷的果仁，仅选用完整且无霉变的果仁。

各加工阶段呋喃醛类物质及含量变化

如表1所示，生果仁中呋喃醛含量初始较低（0.07 μg/g），但在前三个加工阶段显著增加。最大增幅出现在最后的烘焙阶段，达到23.91 μg/g。HMF为主要呋喃醛化合物，在整个加工过程中呈显著上升趋势，烘焙后达到最高浓度22.69 μg/g。FF含量在整个加工过程中也逐步增加，且

讨论

山核桃果仁中的呋喃醛类化合物主要在130°C高温烘焙过程中形成。HMF、FF和FMC在烘焙过程中显著增加，其中HMF约占总呋喃醛含量的95%，表明在所研究的条件下，HMF是主要的热诱导呋喃醛化合物。鉴于呋喃醛在烘焙过程中的显著积累，随后检查了果仁主要理化成分的变化，以

结论

中国山核桃营养丰富，含有多种生物活性化合物（Sun等人，2025）。然而，热加工虽然对风味形成至关重要，但也促进了不良呋喃醛的形成。本研究证明，高温烘焙是中国山核桃果仁中呋喃醛形成的关键阶段，HMF为主要化合物，含量达22.69 μg/g。可溶性糖含量与HMF、FF和MF呈强正相关，

CRediT作者贡献声明

Shenyi Ye：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，软件，方法学，调查研究，数据整理，概念设计。Ben Niu：撰写——审阅与编辑，调查研究，形式分析。Chaoyi Shen：撰写——审阅与编辑，方法学。Ruiling Liu：撰写——审阅与编辑，方法学。Xiangjun Fang：撰写——审阅与编辑。Huizhi Chen：可视化，调查研究。Hangjun Chen：撰写——审阅与编辑，可视化，监督指导。Weijie Wu：撰写——审阅与

伦理声明

已从所有参与者或其法律代表处获得参与研究和发表文章的书面知情同意。参与者的隐私权已得到保护。

本研究在研究地点遵守了相关法律法规、监管框架和指导方针。本研究已获浙江省农业科学院科学研究伦理委员会批准。（批准号：ZAASES[2024]02）

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

Shenyi Ye|Ben Niu|Chaoyi Shen|Ruiling Liu|Xiangjun Fang|Huizhi Chen|Hangjun Chen|Weijie Wu|Haiyan Gao