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使用放射性同位素标记法了解食品加工过程中的化学反应

食品加工 放射性同位素 放射性核素 碳14
发布:2020-11-25 16:05:10    

鉴于大多数食品的所需特性仅在烹饪,烘烤,烘烤或其他加工步骤之后才能获得,因此我们的大部分食品在食用前都以这种方式进行加工。在这些过程中会发生复杂的化学反应。其中一些会导致形成所需的色素或香气成分,而另一些会产生有害物质,例如丙烯酰胺。

由于食品加工的高度复杂性,对食品中此类化学反应的阐明通常需要数年的研究,否则根本就没有解决。 Fraunhofer IME的一个特殊的实验室厨房-放射性厨房现在可以使用放射性同位素标记的物质执行复杂而现实的食品加工程序。主要关注领域包括:

餐厅和家庭烹饪

水果加工/饮料技术

谷类作物加工/制粉/烘焙技术

肉类加工技术。

放射性核素(在这种情况下为核素碳14(14C))可用于标记感兴趣的化合物,以便可以通过适当的分析确定和定量其命运。它是一个高度特定的参数,可以很容易地通过复杂的处理步骤进行追踪,并且可以用于区分感兴趣的分子与无数其他分子。然后可以理解标记物质的命运,无论是降解,与其他成分的反应还是整个反应。

有关反应级联的详细知识可以评估对消费者的风险以及开发优化的产品和工艺。与当前方法相比,使用标记物质及其降解产物的放射性高特异性追踪可以大大加快此类研究的速度。尽管必须在特殊的设备中进行14C标记物质的工作,但是14C是一种安全且易于操作的示踪工具。

以农药为例

在一项初步研究中,我们选择了农药作为一组对食品安全高度关注的物质,并在不同的食品加工步骤中密切关注其命运。

如今,几乎所有常规种植的农产品都经过植物保护产品的处理。这些农用化学品是现代农业的组成部分。即使正确使用,也无法避免农产品原料中植物保护产品的残留。为了评估活性物质及其降解产物对人类,动物和环境的潜在风险,已标记物质经过了广泛的注册和批准程序。这包括复杂的研究,以阐明这类物质在植物,动物和环境中的命运和作用。

由于许多食品是在食用前加工的,因此食品加工过程中植物保护产品的命运对于食品安全性非常重要。为了调查这种命运,当前的注册程序仅要求在水中将活性物质加热到最高120°C的温度。迄今为止,尚未考虑到较高的温度,例如在烘烤或煎炸过程中或与食品成分发生化学反应时获得的较高温度。

在我们的试验研究中,我们研究了这些模拟研究如何反映现实的处理步骤。因此,我们选择了三种活性物质,并在选定的过程中遵循了它们的命运。

模拟与现实之间的巨大差距

在我们的初步测试中,当在菜籽油中加热杀菌剂原花青素时,会发生活性物质的大量降解。放射性标记可以深入了解降解过程的复杂性。1首次证明了活性成分与食品成分(例如脂肪酸和甘油)之间的加工诱导化学反应。总共观察到11种降解产物的形成(见图1),这在许多情况下也是第一次。

图1:加热油中的杀菌剂丙氯嗪导致降解产物的谱复杂发现降解过程高度依赖于温度,加热时间和所用油的类型。但是,在标准的模拟试验中,据报道只有一个降解产物会发生较小的降解。因此,该模拟定性地低估了实际试验的复杂性。

在番茄制品的高温加热过程中,杀虫剂溴氰菊酯的模拟试验结果也显示出很大的差异。在标准的模拟试验中,描述了活性物质的广泛降解。然而实际上,尽管温度高达250°C,但溴氰菊酯在加热番茄酱过程中仍然稳定。

在第三次试验中,土豆用发芽抑制剂氯丙胺处理,并保存了六个月。在不同的储存点,取出各个块茎并煮沸(100℃),油炸(170℃)并烘烤(200℃)。与欧洲食品安全局(EFSA)的观点相反,在任何马铃薯加工过程中均未观察到毒理学上至关重要的化合物3-氯苯胺的形成。在不同的处理步骤中,食用产品中氯丙胺的残留量减少了73%至83%。这是由于残留物分别转移到沸水或煎炸油中以及残留物的挥发引起的。2

结果表明,食品加工过程中复杂的食品化学反应不能简化为水中物质的简单加热实验。在加热的油中用原花青素进行的试验表明,反应可能更加复杂。

同时,用溴氰菊酯和氯丙胺进行的试验表明,温度升高和基质的存在并不一定构成最坏的情况。

计划进行进一步的测试,以调查如何将用于植物保护产品授权的食品加工的复杂性简化为一组有限的模型测试。确定最坏情况可以进一步提高食品安全性和消费者保护。

追踪放射性是捷径

结果表明,与常规技术相比,使用放射分析方法具有巨大优势。放射性的追踪使我们能够全面了解活性物质的残留及其降解产物。而且,该技术有助于并加速对潜在相关的新降解产物的鉴定。放射分析方法将进一步用于更好地了解食品加工过程中的化学反应。

这些知识可用于优化工业食品加工步骤并生产更好,更安全的食品。例如,在与澳大利亚莫纳什大学合作的当前项目中,我们旨在阐明食品加工和消化过程中营养物质的命运。在该项目中,研究了加工引起的降解产物对人体健康的潜在影响。

在猪中进行了模拟人体体内新陈代谢的研究,猪是人类消化过程中最接近的动物模型。目前正在对14C代谢物和降解产物进行化学分析,以阐明选定营养素的命运。结果代表了重要的知识,可以更好地理解食品加工过程中以及随后食用后物质的命运。

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