肉制品加工過程中harman和norharman形成機制研究進展

潘晗　王振宇　郭海濤　倪娜　張德權

摘 要：1-甲基-9H-吡啶[3，4-b]吲哚（harman）和9H-吡啶[3，4-b]吲哚（norharman）是肉制品加工過程中形成的一類具有潛在毒性的β-咔啉生物堿，主要在高溫體系下通過氨基酸裂解形成。本文概述肉制品加工過程中harman和norharman的形成機制，重點闡述加工方式對harman、norharman的作用規律，分析harman、norharman的前體物、生成途徑及抑制措施，為肉制品加工工藝的革新和營養健康肉制品的開發提供基礎。

關鍵詞：雜環胺；harman；norharman；機制

中圖分類號：TS251.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2013）08-0031-04

雜環胺化合物（HAAs）是由碳、氮、氫原子組成的多環芳香族化合物，此類化合物是在高溫烹調加工各種蛋白質含量豐富的食品的過程中形成的具有致突變、致癌作用的物質。從化學結構看，雜環胺類化合物可以分為2類：氨基咪唑氮雜芳烴（AIA），即極性雜環胺；氨基咔啉，即非極性雜環胺。Harman和norharman是兩種主要的β-咔啉，如圖1所示。

A. Harman B. Norharman

圖 1 1-甲基-9H-吡啶并[3，4-b]吲哚（A）和9H-吡啶并[3，4-b]吲哚（B）結構圖

Fig.1 Chemical structures of harman and norharman

動物實驗表明，harman和norharman會與小鼠大腦和肝臟的不同位點結合，從而影響動物的生理行為[1-2]。同時，作為潛在的誘變劑或輔助致突物，harman和norharman會加強其他雜環胺的基因毒性[3-4]。當其與苯胺或O-甲苯胺等非致突變化合物一起作用時，能產生致突活性并形成DNA復合物[5]。另外，harman和norhharman能毒害部分神經、抑制一些關鍵酶[6-7]。

過去30年來，國外研究人員對雜環胺進行了廣泛的研究，包括雜環胺的定性定量分析、影響因素和控制手段、形成機制和抑制機理[8-9]，而我國對這方面的報道至今仍較少。本文將著重介紹肉制品加工過程中輔助致突物harman和norharman的影響因素及其形成過程、抑制措施，從而為公眾健康飲食提供科學依據。

1 不同加工方式對harman、norharman的影響

大量研究表明，在烹飪食物過程中，會形成幾種具有遺傳毒性的物質或輔助致突物，即雜環胺[10-11]。其中，harman和norharman在魚和熟肉中大量存在[12-13]，并且其含量隨著加工溫度、時間的改變而改變[14]。Herraiz[15]檢測不同程度烹制的肉制品中harman和norharman含量，結果表明生鮮肉中未檢測出harman、norharman，而熟肉制品中harman、norharman含量分別為26.4、82.3ng/g。這表明延長加熱時間或是深度加工，都會促進harman和norharman的形成，使其含量接近100ng/g。

廖國周[16]比較了不同加工方式對鴨肉中雜環胺含量的影響，通過蒸煮、微波、油炸、烘烤、炭烤的方式分別處理鴨肉，發現微波的加工方式形成的harman和norharman含量最低，分別為0.24、0.32ng/g，炭烤的加工方式形成的harman和norharman最高，分別為7.82、12.64ng/g。這是由于微波是一種溫和的加熱方式，微波處理使原料中脂肪、水分和HAAs前體物減少。姚瑤等[17]用蒸餾水煮牛肉，結果發現harman和norharman含量僅為0.13、0.2ng/g，而通過沸水浴醬制牛肉45min后，harman和norharman的含量達到14.84、19.45ng/g。Li Sun等[18]對市場上的羊肉串進行檢測，發現其中harman和norharman的含量分別為0.40～1.36、0.07～0.50ng/g。

Dong等[19]將碎牛肉餅和雞胸肉分別在180℃條件下油炸12min，測得碎牛肉中harman和norharman含量分別為1.35、6.06ng/g，雞胸肉中harman和norharman含量各為4.75、6.90ng/g。Busquets等[20]檢測了幾種家庭烹飪食物中雜環胺的含量，結果發現油炸牛肉漢堡中harman和norharman含量分別為1.9、0.8ng/g；油炸豬里脊中harman和norharman含量分別為1.4、2.3ng/g；煎羊排中harman和norharman含量分別為7.2、9.1ng/g。

2 harman和norharman前體物的研究

為了更好的研究雜環胺的形成機理，使用模型體系鑒定前體物很有必要。模型體系可以模擬肉的組成，排除雜質干擾，使實驗數據更加精確。例如研究油炸的加工條件對雜環胺形成的影響時，諸如熱量轉移、水分蒸發等因素很難控制，但在模型體系中很容易控制這些因素。

Sugimura等[3]通過在模型體系中同位素追蹤，確認色氨酸是harman和norharman的前體物。Skog等[21]也證實色氨酸是β-咔啉形成的一種重要的前體物，其非常容易在普通的烹飪溫度下形成。Diem等[22]在含有色氨酸和葡萄糖的干熱模型中，發現即使溫度低于100℃時，也能形成輔助致突物harman和norharman。但在Borgen等[23]的研究中，未加熱的樣品中色氨酸的含量與harman或norharman的形成沒有相關性。Chen等[24]在密閉體系中將苯丙氨酸、肌酸、葡萄糖在100℃條件下加熱120min，形成了一定含量的harman和norharman（表1）。Pais等[13]通過在模型體系中加入丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等氨基酸（不含色氨酸），同時加入肌酸和葡萄糖，在225℃條件下加熱30min，發現雖然該模型體系含有苯丙氨酸，但既沒有生成harman，也沒有生成norharman。Pais認為這是由于作為harman和norharman的前體物的色氨酸沒有加入到模型體系中，導致沒有形成harman和norharman。

3 harman和norharman的形成途徑

對于非極性雜環胺Norharman的形成，Yaylayan等[25]已提出一個明確的機制。根據圖2顯示的機制，色氨酸的Amadori重排產物（ARP）（圖2a）以呋喃形式經過脫水反應，隨后在環氧孤對電子的輔助下進行β-消去反應形成共軛的氧鎓離子（圖2b）。這個反應的中間體可以通過脫水作用和形成一個拓展的共軛體系來穩定自己，或者是經過C—C鍵分裂來產生一個中性的呋喃衍生物（圖2c）和一個亞胺鎓陽離子。最后，中間物經過分子間取代反應來形成β-咔啉。

圖 2 Norharman的形成過程

Fig.2 Reactions for norharman formation

關于harman和norharman的形成機理，Herraiz[26]認為四氫化-β-咔啉THCA和MTCA是加工過程中輔助致突物harman和norharman形成的前體物。魚和肉烹飪時間越長，THCA、MTCA和β-咔啉（harman、norharman）含量均升高[14]，而β-咔啉可以通過四氫化-β-咔啉（THβC）氧化反應產生。研究者已經證明，吲哚乙胺和乙醛或者α-酮酸通過皮克泰-斯賓格勒反應形成THβC是最有效的形成THβC的途徑。該反應受烹飪條件、水分含量、溫度和pH值的影響，并且包含色氨酸、甲醛和乙醛[27]。通過吲哚胺形成的薛夫堿在酸性介質中環化從而形成THβC。THβC通過進一步氧化或脫羧或其他加工過程中的反應，最后形成harman和norharman，見圖3。

圖 3 皮克泰-斯賓格勒反應

Fig.3 Pictet-Spengler reaction

4 肉制品中harman和norharman形成的抑制措施

由于肉制品加工過程中產生較高含量的輔助致突物harman和norharman，如何控制肉制品中的harman和norharman是研究人員迫切需要解決的問題。合理添加一些合成的或天然抗氧化劑可以有效地抑制harman和norharman的產生。

Tai等[28]在加工魚松中添加VC和二丁基羥基甲苯（BHT），結果發現0.1%的VC能抑制harman、norharman的形成，0.15、0.75g的BHT顯著增加harman、norharman的含量，但1.5g的BHT可以降低harman、norharman的含量。Liao Guozhou等[29]研究發現，0.01%、0.05%、0.1%的VE能降低肉松中norharman的含量，但只有0.1%的VE能降低harman的含量。這也表明，抗氧化劑對harman、norharman的抑制作用與其濃度緊密相關。

雖然人工合成抗氧化劑對harman、norharman有一定的抑制作用，但有些抗氧化劑如二丁基羥基甲苯（BHT）等具有一定的潛在毒性，因此天然抗氧化劑是抑制肉制品加工過程形成harman和norharman的理想選擇。姚瑤等[17]研究5種抗氧化能力較強的香辛料對醬牛肉中雜環胺含量的影響，結果表明丁香、桂皮、良姜、紅花椒、香葉對harman和norharman均有抑制作用，其中香葉對norharman抑制效果最好。Lee等[30]向烤牛排中加入不同含量的原生橄欖油，結果表明添加2～10g的橄欖油都可以抑制norharman的形成，添加2g的橄欖油可以抑制harman的形成，而添加更多的橄欖油卻使牛排中harman含量升高。Ahn等[31]發現松樹皮提取物和草本植物對harman和norharman都有抑制作用。Dong等[32]向雞胸肉中加入2%的含有荷葉的腌制液，能使norharman含量降低17%。Smith等[33]向烤牛排中加入含有香辛料和草本植物的腌制液，結果發現harman的含量有所降低，如表2所示。

5 結 語

我國是肉制品加工最為悠久、肉制品類型最多的國家，然而近年來我國結直腸癌的死亡率呈上升趨勢。陳坤[34]研究表明，常進食煎炸烘烤肉制品與結直腸癌的發病率存在相關性。隨著消費者對食品安全意識的增強，有必要對我國傳統肉制品加工過程中形成的有毒有害物質進行研究。而我國傳統肉制品的加工方法與國外存在較大差異，雜環胺形成的種類和數量也有差異。國外的烹調方式中，較常用的是將肉品用平底鍋進行油煎，在這種加工方式中，肉品直接與熱源接觸而形成一個接觸面，因此產生較多的IQ型雜環胺[35]，而我國常用鹵煮、烘烤等加工方式，溫度較低且不直接與熱源接觸，因此主要產生非極性雜環胺[16]。

由于缺乏環外氨基，β-咔啉harman和norharman在Ames/Salmonella實驗中并不顯示致突變性，與極性雜環胺相比，非極性雜環胺一直沒有受到重視，其被認為只有在極端的加工條件下才形成，正常的烹調條件下一般不會產生[36]。我國對雜環胺的研究起步較晚，對harman和norharman的分析也較少，對其形成機理缺乏研究。因此，很有必要研究我國傳統肉制品中含量最多的雜環胺——harman和norharman的形成機理，進一步提出抑制其形成的措施，降低其在肉品中的含量，提高傳統肉制品的品質，從而減少肉類消費對健康的危害。

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