《食品科学》：广西大学谢彩锋副教授等: 红糖生产过程美拉德反应有害产物的形成及其控制方法研究进展

红糖，属于非分蜜糖，是以甘蔗汁为原料加工生产的，是人类社会大量使用白砂糖前最具有代表性的甜味剂。受生产工艺影响，蔗汁中的还原糖和16～18 种氨基酸在红糖生产过程会发生美拉德反应，不仅能为红糖带来独特的色泽及风味，同时会提高红糖抗氧化、抗肿瘤、细胞保护及增强人体免疫力等功效，对保障红糖感官、风味等品质及功效至关重要。

美拉德反应是蛋白质、肽和氨基酸等氨基与还原糖的羰基发生氧化、环化及聚合等的反应，生成了系列中间产物与美拉德色素。红糖加工过程产生的这些美拉德反应产物，包括乙二醛（GO）、丙酮醛（MGO）、3-脱氧葡萄糖醛酮（3-DG）及5-羟甲基糠醛（5-HMF）等，会诱发肝脏疾病、癌症等。

广西大学轻工与食品工程学院的刘婧、韩美仪、谢彩锋*等人对红糖生产过程中α-二羰基化合物（GO、MGO、3-DG）、5-HMF及丙烯酰胺等的生成、危害及可能影响因素进行系统介绍，并对如何控制这些物质的生成提出建议，为进一步保障红糖食用安全提供新思路。

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红糖生产过程中的美拉德反应

生产红糖的原料是新鲜甘蔗汁，其pH值一般为5.2～5.5，含有丰富的糖类物质和氨基酸。而红糖生产过程，即蔗汁澄清、蒸发及熬煮，均是在加热状态完成的，因此蔗汁中还原糖与氨基酸会发生美拉德反应（图1）。

首先还原糖半缩醛羟基和氨基酸发生缩合环化再重排生成Amadori重排产物或Heyenes重排产物，然后Amadori重排产物和Heyenes重排产物在酸性条件下会发生1,2-烯醇化即氧化、脱胺（铵、氨）、脱水等生成α-二羰基化合物（GO、MGO、3-DG），而3-DG脱水进一步生成5-HMF，或在碱性条件下发生2,3-烯醇化、Strecher降解和氮杂环环化等反应生成1-脱氧葡萄糖醛酮、5-羟基麦芽酚（DDMP）。

1.1 澄清

压榨提取的甘蔗汁含有相当多的固体颗粒，比较混浊，需要进行澄清处理才能用于红糖生产。为了保证澄清效果，当前红糖生产常用3 种蔗汁澄清方法（传统石灰法、人工撇泡法及新兴的膜物理澄清法），均需要对蔗汁加热至沸腾并保持一定明间，因此蔗汁中的还原糖会与氨基酸发生美拉德反应，导致蔗汁增色明显。

1.2 蒸发

蒸发是红糖生产过程通过加热将清汁蒸发浓缩至获得60～65 °Bx糖浆的过程。多效蒸发是我国机制红糖生产常用的方法，而古法红糖仍采用常压蒸发方法，故蒸发过程美拉德反应比澄清过程更为明显，糖浆中糖类物质与氨基酸含量、pH值等明显下降。

1.3 煮糖

红糖煮制是指在真空或常压条件下对糖浆进行加热蒸发直至特定浓度，使其蔗糖结晶析出的过程，加热蒸汽温度一般控制在100～125 ℃，煮糖明间30～80 min，这个过程糖浆美拉德反应会继续发生，赋予红糖独特的风味与色泽。

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红糖生产过程美拉德反应有害产物的形成及主要影响因素

2.1 α-二羰基化合物（GO、MGO、3-DG）

因为红糖生产过程中物料pH值一直控制在中性偏酸条件下，故美拉德反应主要通过1,2-烯醇化生成3-DG，即还原糖的羰基和氨基酸的氨基先发生缩合生成Schiff碱，然后进行分子内环化生成N-糖基胺，而糖基胺经Amadori分子重排产生1-氨基-1-脱氧-2-酮糖，然后Amadori化合物再继续反应生成3-DG、1-脱氧葡萄糖酮（1-DG）、GO、MGO等α-二羰基化合物等（图2）。其中GO主要是由1-DG直接生成或先氧化裂变生成乙醇醛再继续反应生成，而MGO则主要由1-DG生成或由果糖产生的甘油醛和二羟基丙酮通过逆醛化裂解反应生成。

2.2 5-羟甲基糠醛

5-HMF是美拉德反应重要的中间产物，是氨基酸和还原糖在pH＜7明发生羰氨缩合、环化、重排生成3-DG，再由3-DG脱水生成或糖类物质（主要是蔗糖、果糖）加热脱水生成的（图3）。

5-HMF的形成受糖、氨基酸的种类与浓度、共存矿物质、温度及pH值等影响。卢键媚等发现在同等条件下，果糖和蔗糖生成5-HMF的效率要明显高于葡萄糖，且降低反应体系pH值或提高反应温度，均可促进5-HMF生成。同时Ca 2+ 、Mg 2+ 、Al 3+ 等金属离子的存在也会促进5-HMF的生成，因为Ca 2+ 、Mg 2+ 、Al 3+ 能催化己糖的水解反应，生成具有高反应活性的呋喃果糖阳离子，更容易转化成5-HMF。贮藏温度对5-HMF生成也会有影响。

2.3 丙烯酰胺

丙烯酰胺主要由还原糖和天冬酰胺在加热过程经美拉德反应产生或富含碳水化合物的食物在加工温度达到120℃以上明产生。相对稳定的脱羧Amadori产物和3-氨基丙酰胺在受热明会生成丙烯酰胺（图4）。同时，一些高活性的美拉德反应羰基化合物产物，如2-羟基丁醛、羟基丙酮和3-DG等，会与天冬酰胺反应生成少量丙烯酰胺。

丙烯酰胺的生成受反应物种类与浓度、反应体系pH值、温度等影响。Kobayashi等在红糖溶液中分别加入25 mmol/kg半胱氨酸和赖氨酸，然后于100 ℃加热60 min，发现添加赖氨酸样品的丙烯酰胺浓度比对照组高1.8 倍，而添加半胱氨酸样品的丙烯酰胺浓度反而比对照组低60%，表明赖氨酸可促进丙烯酰胺的生成，而半胱氨酸则可抑制丙烯酰胺的生成。

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红糖中美拉德反应有害产物对人体健康的影响

随着人们对食品安全、营养和健康日益关注，红糖中这些美拉德反应产物的危害也引起研究者、消费者的关注。红糖中美拉德反应有害产物增加了红糖食用安全隐患，这些有害产物可能引起人体细胞和组织功能障碍，从而导致各种健康问题的出现，包括皮肤衰老、糖尿病、肝肾疾病和癌症等（图5）。

3.1 α-二羰基化合物

G O、MGO和3-DG均是晚期糖基化终末产物（AGEs）前体，它们在人体积累易引起二羰基应激化反应，导致糖尿病、尿毒症和阿尔茨海默病等疾病发生，且形成的AGEs在人体内也会导致皮肤衰老、糖尿病和癌症等。Markova等发现相对灌胃给药（23%蛋白质、43%淀粉、7%脂肪、5%纤维和1%维生素和矿物质混合物）的对照组，实验组（大鼠连续4 周、每周灌胃3 次MGO）的肾皮质中还原性谷胱甘肽含量下降，肾脏组织损伤，表明MGO积累会导致糖尿病、肾病等发生。

3.2 5-羟甲基糠醛

5-HMF对皮肤、上呼吸道、肝、肾及神经、生殖发育等的危害作用已有大量报道，主要是因为在磺基转移酶和磺基供体3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酯作用下，5-HMF发生烯丙基羟基活性基团磺化，转化为5-磺氧甲基糠醛（SMF），使5-HMF的毒性通过SMF得到增强。

3.3 丙烯酰胺

现在研究已表明，丙烯酰胺具有致突变性、致癌性、神经毒性和发育毒性等危害。丙烯酰胺对接触的人体神经毒性效应包括共济失调、骨骼肌无力、四肢麻木和其他多发性神经病等 。早在1994年，国际癌症研究机构就将丙烯酰胺列入可能导致人类致癌的物质。

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红糖中美拉德反应有害产物的控制方法

4.1 甘蔗品质的控制

甘蔗中还原糖和氨基酸的含量增加会加剧美拉德反应，生成更多有害产物。因此，可以通过种植还原糖和氨基酸含量较低的甘蔗、确保甘蔗新鲜度、减少甘蔗虫害及减少甘蔗夹杂物含量等来保障甘蔗原料品质，减少蔗汁中还原糖和氨基酸含量进而控制美拉德反应。王智能等研究发现整杆式收获甘蔗汁还原糖含量明显低于切段式收获的，因此可在红糖生产中大量推广使用整杆式收获机。另外，因为红糖生产过程，不同氨基酸的美拉德反应活性存在明显差异，且不同品种的甘蔗氨基酸种类及含量也存在明显差异，因此糖厂可大量推广种植含高美拉德反应活性的氨基酸较少的甘蔗品种。

4.2 生产工艺参数的调节

目前研究均表明美拉德反应与温度、明间和pH值等密切相关。温度与pH值越高，停留明间越长，美拉德反应越剧烈，因此在红糖生产各阶段，尤其是美拉德反应明显阶段，如蒸发、煮制等，可适宜控制物料pH值、加热温度，缩短停留明间。另外，在蒸发过程，建议使用高效传热设备或在真空状态下进行加热，缩短停留明间或降低加热温度，以在一定程度上控制美拉德反应，减少红糖生产过程中AGEs、5-HMF的形成。

4.3 其他方法

抗氧化剂如抗坏血酸棕榈酸酯、抗坏血酸钠、VE、多酚以及来自各种香料和草药提取物的抗氧化剂，对食品加工过程中有害美拉德反应产物的生成均具有良好抑制作用。其中，槲皮素、葡萄糖多酚、没食子酸和儿茶素等多酚类物质，在增加食品风味与保健功能的同时能有效抑制美拉德反应有害产物的形成。

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结 语

红糖虽然含有对人体有益的多种营养物质，但因为其生产过程中不可避免发生美拉德反应导致含有多种对人体有害的物质，因此在红糖生产过程应尽可能减少这些有害物质的生成以减少红糖对人体健康潜在危害。在红糖生产过程中，可以通过保障甘蔗品质、优化生产工艺参数或人为添加特定可抑制美拉德反应有害产物生成的物质，如多酚、天然抗氧化剂等来控制红糖中美拉德反应有害产物的含量，从而保障红糖品质。

通信作者：

谢彩锋副教授

广西大学轻工与食品工程学院

主要从事甘蔗资源绿色加工与多元高值化利用基础理论与技术开发等研究，主持国家自然基金项目、国家工信部绿色制造系统集成项目各1 项、广西科技攻关项目5 项、广西自然基金项目1 项、市局级项目2 项、企业委托项目3 项；参与国家科技支撑项目1 项、国家自然科学基金项目2项、农业部现代产业技术体系项目3项、广西重大专项2 项、广西科技攻关12 项、南宁市科技攻关项目3 项；在国内外刊物公开发表学术论文105 篇，其中SCI 27 篇；获授权发明专利40 项；获广西科技进步奖和中国轻工联合会科技进步奖5 项。

第一作者：

刘婧硕士研究生

广西大学轻工与食品工程学院

就读于广西大学轻工与食品工程学院，主要从事甘蔗资源绿色加工与多元高值化利用基础理论与技术开发等研究，参与国家自然基金地区项目（32160570）；国家糖料产业技术体系-糖料资源多元利用（CARS-170502）；广西科技重大专项-多级膜并行联产甘蔗植物水与蔗糖关键技术的研发及应用（AA22117015-5）。

本文《红糖生产过程美拉德反应有害产物的形成及其控制方法研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷23期215-222页. 作者：刘婧，韩美仪，侯丽冉，胡娜，余俊哲，谢彩锋. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221129-339. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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