绿原酸抑制烘焙小粒咖啡中丙烯酰胺的形成机理及代谢特性研究

Yunnan arabica coffee is a very common beverage throughout the world.Roasting is probably the most important factor in the development of the complex flavors that make coffee enjoyable. During the roasting process, the beans under go many chemical reactions, leading to important physical changes and to the formation of the substances responsible for the sensory qualities of the beverage. Efforts by the scientific community have contributed to the identification of potential routes to reduce acrylamide levels in roasted coffee, and consequently, consumer intake. The main mitigations strategies, which can be applied to lower acrylamide content, include agronomical (i.e., selectionof raw materials with low sugar and asparagine contents) and technological interventions (e.g.,pretreatments, process, and formulation changes). This research explores the most reliable and potentially exploitable technological strategies for acrylamide reduction in coffee products. The main purpose of the present paper was to evaluate the inhibition effect of chlorogenic acid acrylamide formation in glucose/fructose as paragine（Glc/Fru -Asn） Maillard low humidity model system, and optimization the best inhibitory concentrations on acrylamide formation of each antioxidants .Based on Glc/Fru -Asn heating and maillard reaction system, this study not only describes novel experimental system for investigating the inhibitory effect of chlorogenic acid against the generation of acrylamide, but also provides substantial evidence of the correlation between the inhibitory rate of acrylamide in baking food products. This study evaluated and found the inhibitory effect on the formation of furans and acrylamide in Maillard reactions by the use of some chlorogenic acid.

云南小粒咖啡浓而不苦、香而不烈、醇香浓郁而备受消费者青睐。咖啡豆经烘焙工艺才能形成冲泡咖啡特有的香气、滋味及色泽。丙烯酰胺是咖啡烘焙过程中的伴生污染物，成为威胁咖啡饮用安全的问题之一。本项目将在热加工研究的基础上，开展绿原酸及其同分异构体抑制丙烯酰胺形成和代谢特性研究，通过分析烘焙工艺，热加工时间、温度，绿原酸含量等对丙烯酰胺形成的影响；建立天冬酰胺/还原糖模拟体系研究小粒咖啡中绿原酸及同分异构体对丙烯酰胺代谢特性的影响，揭示小粒内源性/外源性绿原酸类多酚物质抑制丙烯酰胺的形成途径，为食品热加工中丙烯酰胺形成机制研究及进一步提出阻断或协同抑制丙烯酰胺产生的安全控制技术提供借鉴。最终运用食品化学、生物化学、分子生物学和统计学等相关学科知识建立绿原酸及其同分异构体抑制丙烯酰胺的形成机理，减少烘焙小粒咖啡丙烯酰胺含量，开展云南小粒咖啡绿色、健康、安全加工，保障小粒咖啡饮用安全。

云南小粒咖啡以浓而不苦、香而不烈，颗粒小面匀称，醇香浓郁，且带有果味而驰名中外。因缺乏精深加工，导致小粒咖啡知名度低，大部分以原料豆进行销售，产品附加值低。项目以小粒咖啡为研究对象，研究烘焙过程对丙烯酰胺、5-羟甲基糠醛和绿原酸含量和结构变化影响，揭示丙烯酰胺形成和绿原酸抑制机理等科学问题，为新型绿原酸抑制剂和低丙烯酰胺含量小粒咖啡产品的研发提供理论支撑，进一步完善小粒咖啡烘焙研究科学体系和促进小粒咖啡产业发展。项目完成：1.小粒咖啡烘焙加热过程中，咖啡中的蔗糖经高温加热发生水解反应，生成的葡萄糖和果糖参与美拉德反应，形成丙烯酰胺最重要的中间体（5-羟甲基糠醛），5-羟甲基糠醛与天门冬酰胺反应形成Schiff碱，经多步反应最终生成丙烯酰胺。其中，烘焙温度、时间和方式是咖啡中丙烯酰胺含量形成的关键因素，当烘焙温度为230℃，5.0～11.0min可促进丙烯酰胺的形成，烘焙时间超过13.0min，丙烯酰胺的含量随烘焙时间延长而显著下降；180℃～235℃的烘焙温度能促进丙烯酰胺的生成，烘焙温度为250℃时，烘焙10min后，丙烯酰胺含量低于0.05mg/kg；烘焙方式对小粒咖啡丙烯酰胺含量影响大小依次为肉桂烘焙＞浅烘焙＞微中烘焙＞浓度烘焙＞城市烘焙。2.绿原酸与5-羟甲基糠醛的活性羰基加合来抑制天门冬酰胺/葡萄糖模拟反应体系中丙烯酰胺的形成，绿原酸处理浓度为10.0mg/mL对丙烯酰胺的抑制率大于50%。绿原酸在烘焙温度、时间、pH值和样品水分含量等多重因素交互影响下代谢为5-咖啡酰奎宁酸和4-咖啡酰奎宁酸两种异构体，烘焙温度和时间对绿原酸代谢降解呈极显著（P＜0.01）负相关，相关系数为-0.800和-0.939，pH值影响极其显著（P＜0.01），咖啡样品水分含量极显著（P＜0.01）正相关，相关系数为0.863。项目为减少和控制咖啡烘焙过程中美拉德反应的副产物提供了思路，建立了咖啡产品品质成分评价方法，对完善小粒咖啡质量评价标准体系具有一定参考价值。项目发表论文5篇，其中SCI1篇(Food Chemistry，IF=6.306)，EI收录2篇，中文核心期刊2篇；制订了NY/T 3514-2019和T/YNBX 20-2020标准；1人晋升研究员，1人入选云南省食品安全源头综合治理专项协作小组专家组名单，1人晋升助理研究员，培养硕士生1名。