《ACS Food Science & Technology》：Mitigation of Acrylamide in Panela: Evaluating Storage and Additive-Based Strategies on Physicochemical Properties and Sensory Quality
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粗糖（Panela）是一种传统的非离心甘蔗糖甜味剂，其生产过程中剧烈的热蒸发通过Maillard反应促进了丙烯酰胺（AA）的形成。本研究在哥伦比亚乌蒂卡的传统粗糖生产过程中表征了AA的形成，并通过液相色谱–质谱联用（LC–MS/MS）对AA进行定量，以评估贮存
粗糖（Panela）是一种传统的非离心甘蔗糖甜味剂，其生产过程中剧烈的热蒸发通过Maillard反应促进了丙烯酰胺（AA）的形成。本研究在哥伦比亚乌蒂卡的传统粗糖生产过程中表征了AA的形成，并通过液相色谱–质谱联用（LC–MS/MS）对AA进行定量，以评估贮存期间的变化及食品级添加剂的影响。AA浓度在加工过程中从原料甘蔗汁中的<5 μg/kg逐步增加，在最终产品中达到最高水平。六个月的贮存使AA水平降低70.4%，符合一级动力学模型。在添加剂处理中，L-半胱氨酸、L-天冬酰胺酶和甘氨酸分别使AA降低89.4%、78.8%和62.6%，而L-谷氨酰胺使AA增加254.3%。当使用贮存15天的糖浆进行加工时，天冬酰胺酶、甘氨酸和半胱氨酸在较高浓度下分别使AA降低71.2%、69.0%和87.4%。对理化性质和感官品质的分析表明，除半胱氨酸处理外，所有处理均保持了产品质量属性。研究结果表明，添加剂与贮存的联合应用可以有效降低粗糖中的AA暴露，同时保持消费者接受度。
《ACS Food Science》期刊近期发表了一项关于传统粗糖（Panela）中丙烯酰胺（Acrylamide, AA）缓解策略的系统性研究。该研究针对哥伦比亚传统非离心甘蔗糖——粗糖生产过程中AA形成规律不明、缺乏标准化缓解方案的问题，开展了涵盖生产全过程监测、贮存效应评估及食品级添加剂筛选的综合性研究，为传统制糖工艺的食品安全改良提供了重要的科学依据。
**一、研究背景与现存问题**
粗糖是由甘蔗汁经浓缩、结晶制成的传统未精制糖产品，在哥伦比亚具有重要的文化、经济和营养地位。哥伦比亚是全球第二大粗糖生产国，人均年消费量达25.7 kg，全国超过35万个家庭依赖该产业维生。粗糖富含矿物质、维生素和多酚类生物活性物质，近年逐渐被视为功能性食品原料。然而，粗糖生产需经历长时间高温蒸发浓缩过程，为AA的形成创造了有利条件。AA已被国际癌症研究机构（IARC）列为2A类致癌物，主要通过天冬酰胺与还原糖在120°C以上的Maillard反应生成。哥伦比亚人群粗糖日均消费量高达42 g，全国膳食调查显示粗糖是儿童（2–3岁）膳食AA暴露的主要贡献者，单一来源即占每日总暴露量的近半数（0.43 μg/kg bw/day，总暴露0.92 μg/kg bw/day）。尽管欧盟针对食品中化学污染物设有监测框架，但尚未为非离心糖类（如粗糖、红糖、糖蜜）设定具体的基准水平，这给哥伦比亚等出口国带来贸易不确定性。此前研究虽报道了贮存（73–81%降低）和食品级添加剂（半胱氨酸、天冬酰胺酶、柠檬酸、氯化钙）对AA的削减效果，但这些策略多在受控实验条件或孤立干预下评估，未在标准化生产条件下进行系统比较，其技术兼容性、可扩展性和实际适用性尚待验证。
**二、研究目的与实验设计**
该研究旨在（i）表征哥伦比亚乌蒂卡地区传统粗糖生产中AA形成的动力学特征，并评估两种具有规模化潜力的缓解策略：（ii）自然贮存和（iii）食品级添加剂（半胱氨酸、天冬酰胺酶、甘氨酸、谷氨酰胺）的应用。此外，（iv）监测理化性质和感官特性以评估处理兼容性与消费者可接受性。研究采用三种实验设计：设计1使用采收后贮存2天的甘蔗糖浆，评估对照、L-半胱氨酸、L-谷氨酰胺、甘氨酸（各0.01 M）及天冬酰胺酶（0.01 g/100 g）的效果；设计2使用贮存15天的糖浆，评估不同浓度水平甘氨酸（0.005、0.05 M）、半胱氨酸（0.005、0.01 M）及天冬酰胺酶（0.01、0.04 g/100 g）的浓度依赖性效应；设计3将工业生产的颗粒粗糖在19 ± 1°C、相对湿度81 ± 1%条件下贮存6个月，定期监测AA含量变化。
**三、主要技术方法**
研究人员采用液相色谱–质谱联用（LC–MS/MS）结合稳定同位素稀释法对AA进行定量分析，样品前处理基于QuEChERS方法，检出限（LOD）为0.4 μg/kg，定量限（LOQ）为1.1 μg/kg，回收率介于90–110%。矿物质含量依据AOAC 935.85干法消化后经原子吸收/发射光谱法测定；还原糖和表观蔗糖含量分别采用Lane-Eynon容量法（AOAC 923.09）测定；pH、可溶性固形物、灰分、水分含量及CIELAB色度参数按相应AOAC标准方法分析。感官评价依据ISO 13301参考识别测试和NTC 2681/2006三角检验法，由乌蒂卡集中糖浆加工设施的20名从业者（≥2年经验）参与，其中16名通过参考识别测试后进入三角检验。样本采集自哥伦比亚乌蒂卡（5.14938° N, 74.48926° W）的传统乡村甘蔗磨坊（trapiche）和集中糖浆加工设施（Central de Acopio de Mieles Vírgenes）。
**四、研究结果**
**4.1 粗糖中矿物质和糖含量特征**
成分分析显示，颗粒粗糖的还原糖含量为9.6 ± 0.4 g/100 g，总糖87.0 ± 0.8 g/100 g，钾245.9 ± 16.3 mg/100 g，钙249.9 ± 7.5 mg/100 g，镁75.9 ± 2.3 mg/100 g，钠14.3 ± 4.0 mg/100 g，锌2.7 ± 1.1 mg/100 g，铁1.6 ± 0.3 mg/100 g，灰分1.4 ± 0.0%，水分2.5 ± 0.0%。所有样品均符合哥伦比亚技术标准NTC 1311:2009对还原糖、总糖及矿物质含量的要求，样品间无显著差异（p > 0.05），表明基质成分相对均一，减少了AA形成解释中的基质变量干扰。
**4.2 生产各阶段AA的形成特征**
AA从最早加工阶段即可检出，其浓度随加工进程逐步升高，与水分含量降低同步。原料甘蔗汁（M1）中AA低于校准曲线最低点（<5 μg/kg）；初始浓缩阶段后（M2）开始可定量检出；至终点糖浆阶段（M3）达到中等水平；搅拌/结晶阶段（M4）持续混合促进质地形成，AA进一步增加；最终产品中AA含量最高，其中颗粒粗糖（M5）的积累量高于块状粗糖（M6）。以干重计，AA浓度在各阶段均持续增加，证实观测到的升高并非单纯源于水分减少。pH从原料汁的3.9 ± 0.1升至初始浓缩后的6.0 ± 0.2，终点糖浆保持在5.9 ± 0.1；°Brix从15.0 ± 0.1显著升至M2的65.2 ± 0.3并达到M3的88.0 ± 0.5。研究确定浓缩和加热阶段是AA形成的关键控制点。
**4.3 贮存期间AA含量的变化**
贮存实验显示，粗糖中AA的降解符合一级动力学模型（R
2 = 0.901），六个月内AA浓度总体下降70.4%。其中第1个月和第2个月降幅最大（分别为32.2%和34.5%），随后各月降幅为8–13%。该模式对应的半衰期（t
1/2）为2.83个月，即贮存约3个月时AA浓度降低50%。值得注意的是，初始AA浓度超出校准曲线上限，零时浓度通过外推估算，可能增加动力学参数估计的不确定性。研究者指出，AA的下降可能与含巯基化合物及其他亲核分子（包括游离氨基酸）的反应有关，亦可能涉及天然微生物的作用，但在低水分糖基质中这些机制的相关贡献尚不明确。
**4.4 氨基酸和天冬酰胺酶对AA形成的影响**
在实验室制备条件下，工业生产的粗糖AA含量最高（1209.9 ± 24.6 μg/kg），对照组为184.5 ± 94.9 μg/kg。各添加剂处理均显著降低AA形成：L-半胱氨酸效果最佳（降低89.4%），其次为天冬酰胺酶（降低78.8%）和甘氨酸（降低62.6%）。值得注意的是，L-谷氨酰胺反而使AA浓度增加了254.3%，且表现出较大的离散度，提示该氨基酸在评估的加工条件下可能促进了AA生成途径。还原糖在工业粗糖中（10.0 ± 0.8 g/100 g）显著高于所有实验室处理（4.7–5.2 g/100 g），但各处理间总糖和水分含量无显著差异，说明AA变异主要受反应性氮前体调控而非总糖浓度。对CIELAB色度参数的分析表明，所有实验室制备样品与工业产品之间均存在肉眼可辨的色差（ΔE均高于3），半胱氨酸处理引起的色差值最大。
**4.5 添加剂浓度的优化**
使用贮存15天糖浆的设计2实验中，所有干预措施均表现出浓度依赖性效应。在较低浓度下，天冬酰胺酶、甘氨酸和半胱氨酸分别实现48.2%、27.7%和50.7%的平均AA削减率；提高浓度后效果显著增强，分别达到71.2%、69.0%和87.4%。对照组AA平均值高达3221.4 ± 284.0 μg/kg。与设计1相比，设计2的整体缓解效率偏低，且样品间变异更大。这一差异可能归因于糖浆贮存15天期间发生的理化变化，包括潜在的发酵相关过程和蔗糖转化，导致还原糖和游离氨基酸等AA前体可利用性增加，形成更具反应活性的基质。该发现提示传统粗糖生产中中间糖浆的存放条件对后续AA缓解效果具有重要影响。
**4.6 感官品质评价**
参考识别测试中，80%的评审员正确识别出未掺假的甘蔗糖浆参考样品（64 °Brix），证实了评审员对产品特征的熟悉程度。三角检验结果显示，仅半胱氨酸处理样品与对照组之间存在可感知的感官差异（16人中12人正确识别，p = 0.002），其他处理（包括天冬酰胺酶）均未被显著区分（p > 0.05）。评审员描述工业粗糖较对照组更甜、香气更浓；半胱氨酸处理样品产生“药味”异味和较稀薄的质地；甘氨酸样品甜度一致降低；谷氨酰胺样品的甜度感知不一致。
**五、统计分析与关键关联**
多因素线性回归模型包含还原糖、总糖、L*和b*四个变量时，模型整体显著（F = 23.960，p < 0.001），校正R
2为0.786。在调整其他变量后，仅还原糖与AA浓度保持显著正相关（β = 151.794，95% CI: 86.622–216.967，p < 0.001），总糖和色度参数均非独立的预测因子。这表明还原糖是研究条件下AA形成的核心理化驱动因素，而视觉颜色变化不能作为AA含量的可靠替代指标。这一发现与马铃薯和香蕉体系中的研究一致，均证实葡萄糖和果糖作为关键Maillard反应底物的机制作用。
**六、讨论与结论**
该研究系统证实了粗糖生产中AA形成与加工进程同步增长的模式，确立了浓缩和加热阶段作为关键的干预窗口。贮存可显著降低AA含量，但其作为独立缓解策略需权衡贮存期间可能发生的品质变化（包括水分增加、色泽加深、糖类和有机酸下降以及焙烤风味的产生），因此不能仅视为AA削减手段而需结合产品质量和微生物稳定性的综合评价。添加剂策略中，天冬酰胺酶虽然在削减效率上略低于半胱氨酸，但感官中性，是当前条件下缓解效率与产品质量平衡最佳的方案。半胱氨酸虽有最高的AA削减能力，但其引起的感官改变（包括“药味”异味）构成直接工业应用的限制因素，需要通过剂量优化、组合策略和工艺调整加以改善。谷氨酰胺的促AA生成效应提示不同氨基酸在复杂食品基质中对AA形成的影响具有显著差异性，具体机制尚待深入研究。
研究结论明确指出，将添加剂干预与贮存相结合可以在保持消费者可接受性的前提下有效降低粗糖中的AA暴露水平。该研究将实验室缓解策略与本土传统生产实践相融合，为调和粗糖文化遗产保护与其作为功能性食品原料日益扩展的角色提供了切实可行的技术路径，对公共健康保护和国际市场竞争力提升具有双重支撑意义。未来的研究应在中试规模验证处理效率、工艺集成度、剂量需求及产品质量表现，并考虑扩大感官评价群体以加强统计分析效力，为该传统产品的现代化食品安全管理体系构建提供更充分的实证基础。
