加工依赖性丙烯酰胺在炸薯条中的形成：基于QuEChERS的提取和HPLC-PDA测定的优化

《Molecules》：Processing-Dependent Acrylamide Formation in French Fries: Optimisation of QuEChERS-Based Extraction and HPLC-PDA Determination

　　

丙烯酰胺是一种热诱导的过程污染物，主要通过富含碳水化合物食品中的美拉德型反应形成，由于其潜在的遗传毒性和致癌性，被认为是主要的食品安全问题。在本研究中，研究人员开发并优化了一种基于改进的QuEChERS（快速、简便、廉价、有效、耐用、安全）的提取和净化程序，随后采用高效液相色谱-光电二极管阵列检测（HPLC-PDA）分析，用于测定炸薯条中的丙烯酰胺。研究人员比较评估了不同的净化策略，包括伯仲胺（PSA）、C18和盐辅助提取系统，以改善复杂马铃薯基质中的分析选择性和色谱性能。优化后的程序在热加工马铃薯基质中对丙烯酰胺分析表现出令人满意的分析性能和色谱选择性，检出限（LOQ）为32.3 μg·kg^?1，回收率为79.4%至86.6%，相对标准偏差（RSD）值低于8%。随后，研究人员应用验证后的方法研究了热加工条件对使用葵花籽油、调和橄榄油和棕榈油加工的冷冻炸薯条中丙烯酰胺形成的影响。深度油炸形成的丙烯酰胺浓度（526.7–829.6 μg·kg^?1）显著高于烤箱烘烤（285.5–480.6 μg·kg^?1）和空气炸制（272.1–673.6 μg·kg^?1），而重复油炸周期显著增强了丙烯酰胺的形成，尤其是在葵花籽油系统中。所提出的分析策略为丙烯酰胺测定提供了一种可靠且分析稳健的方法，同时提供了关于马铃薯基食品中与加工相关的化学转化（与丙烯酰胺形成相关）的机理见解。

丙烯酰胺是一种热诱导的过程污染物，主要通过美拉德（Maillard）型反应在富含碳水化合物的食品中形成，因其潜在的遗传毒性和致癌性而被视为重大食品安全问题。尽管已有研究探讨了丙烯酰胺的形成机制和分析方法，但将分析方法优化与加工条件对丙烯酰胺生成的影响整合在同一实验框架内的研究仍然有限。尤其是针对炸薯条（French fries）这一关键食品基质，不同热加工技术（深度油炸、烤箱烘烤、空气炸制）、油脂类型（葵花籽油、调和橄榄油、棕榈油）及预处理（NaCl添加）对丙烯酰胺形成的影响缺乏系统比较。此外，现有分析方法常需衍生化或多步净化，操作复杂且成本较高。为此，本研究旨在开发并优化一种基于QuEChERS（快速、简便、廉价、有效、耐用、安全）的提取和净化方法，结合高效液相色谱-光电二极管阵列检测（HPLC-PDA），用于炸薯条中丙烯酰胺的可靠测定，并进一步探究加工依赖性化学转化对丙烯酰胺生成的影响。该研究发表于《Molecules》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：基于改进的QuEChERS提取和净化程序，结合HPLC-PDA进行定量分析。具体优化了分散固相萃取（d-SPE）净化步骤，比较了伯仲胺（PSA）、C18和盐辅助QuEChERS提取（MgSO₄+NaCl）的效果，最终选用正己烷脱脂、Carrez澄清（使用铁氰化钾和硫酸锌沉淀蛋白质和胶体）及PSA净化。方法验证后，研究人员使用来自土耳其?orum当地超市的同一批次商业冷冻炸薯条，以及葵花籽油、调和橄榄油和棕榈油，进行了深度油炸、烤箱烘烤和空气炸制实验，并评估了重复油炸周期和1% NaCl预处理的影响。

在结果部分，各小标题下的研究结论如下：

**2.1 提取和净化程序的优化**：通过比较不同d-SPE吸附剂，发现基于PSA的净化相比C18或盐辅助系统提供了更优的色谱选择性和基线稳定性，归因于PSA能有效去除极性基质干扰物（如有机酸和还原糖），而C18对高极性丙烯酰胺（acrylamide）效果有限。优化后的程序包括正己烷脱脂、Carrez澄清和PSA净化，获得了干净的色谱图，无需衍生化。

**2.2 方法验证与分析性能**：
- **2.2.1 线性**：在50–2000 μg·L^?1范围内呈良好线性，决定系数（R²）>0.99，基质效应为?19.2%，采用基质匹配校准曲线定量。
- **2.2.2 灵敏度**：检测限（LOD）为9.7 μg·kg^?1，定量限（LOQ）为32.3 μg·kg^?1，满足低浓度丙烯酰胺测定需求，且无干扰峰。
- **2.2.3 准确度和精密度**：回收率在79.4%–86.6%之间，日内相对标准偏差（RSD_r）为3.65%–7.19%，符合欧盟法规要求。

**2.3 深度油炸中连续油炸周期对丙烯酰胺形成的影响**：随着重复油炸次数从1次增至5次，所有油脂中丙烯酰胺浓度均显著升高，葵花籽油中从595.7增至1087.2 μg·kg^?1，调和橄榄油中从653.9增至1067.9 μg·kg^?1，棕榈油中从405.3增至704.4 μg·kg^?1。葵花籽油因多不饱和脂肪酸含量高，更易发生脂质过氧化，促进丙烯酰胺生成；棕榈油初始氧化稳定性较好，但后期也显著增加。

**2.4 NaCl处理对深度油炸中丙烯酰胺形成的抑制作用**：与未处理样品相比，1% NaCl预处理在早期油炸周期中使丙烯酰胺降低约30%–40%，归因于NaCl改变水活度和离子强度，干扰美拉德反应动力学。但随重复油炸，抑制效果逐渐减弱，尤其在葵花籽油中，因油脂氧化产物积累抵消了抑制作用。

**2.5 烹饪方法的比较：深度油炸、烤箱烘烤和空气炸制**：深度油炸产生最高丙烯酰胺浓度（葵花籽油中达829.6 μg·kg^?1），显著高于烤箱烘烤（480.6 μg·kg^?1）和空气炸制（419.9 μg·kg^?1）。烤箱烘烤整体浓度较低，尤以调和橄榄油和棕榈油处理组最低（289.8和285.5 μg·kg^?1）。空气炸制在某些样品中产生较高浓度，如调和橄榄油组，因强制对流热传递加速表面脱水，促进美拉德反应。NaCl在空气炸制中抑制效果不显著（p>0.05），可能因快速水分蒸发限制离子扩散。

在讨论部分，研究人员指出，重复油炸引起的油脂氧化降解是增强丙烯酰胺形成的关键因素，油脂不饱和度影响程度。NaCl的抑制作用依赖于加工方式和油脂类型，深度油炸中效果更明显。空气炸制中高流速热风导致表面快速干燥，抵消了NaCl的部分抑制作用。研究局限性包括仅使用单一品牌冷冻炸薯条和三种油脂，未测定油脂降解物化指标，且鉴定主要依赖HPLC-PDA保留时间和紫外光谱，未使用LC-MS/MS确认。研究结论部分翻译如下：在本研究中，研究人员成功开发并优化了一种基于改进的QuEChERS提取和净化策略，结合HPLC-PDA分析，用于炸薯条中丙烯酰胺的测定。所提出的分析方法在热加工马铃薯基质中提供了令人满意的线性、灵敏度、回收率、重现性和色谱选择性。正己烷脱脂、Carrez澄清和PSA-d-SPE的联合使用有效减少了基质干扰，无需衍生化或繁琐净化步骤。随后，优化后的方法被应用于评估不同热加工条件对冷冻炸薯条中丙烯酰胺形成的影响。深度油炸形成的丙烯酰胺浓度显著高于烤箱烘烤和空气炸制，突出了传热效率、脱水动力学和脂质介导热反应在丙烯酰胺形成中的重要作用。重复油炸周期显著增加丙烯酰胺浓度，尤其是在葵花籽油系统中。相比之下，棕榈油在初始油炸周期中表现出较低的丙烯酰胺形成，可能归因于其较高的氧化稳定性。NaCl预处理在早期油炸操作中部分减少了丙烯酰胺形成；然而，其抑制效果在重复热暴露和油脂降解加剧条件下逐渐降低。研究结果表明，热加工技术和油炸油脂组成均显著影响马铃薯基食品中丙烯酰胺的形成。所提出的分析方法为淀粉类食品基质中常规丙烯酰胺测定提供了一种相对简化、经济且分析可靠的方法，同时提供了关于热加工中与丙烯酰胺生成相关的加工依赖性化学转化的机理见解。