高溫加工肉制品中PhIP的形成與控制

王南

摘 要：2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑[4，5-b]吡啶（PhIP）是肉制品在高溫烹調加工過程中產生的含量較高的雜環胺類化合物。本文從PhIP的生物毒性、形成機制出發，探討不同加工條件對其形成的影響，總結分析該物質的抑制措施，從而為相關研究提供參考。

關鍵詞：雜環胺；PhIP；形成機制；抑制措施

Abstract： PhIP （2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4，5-b]pyridine） is one of the most abundant heterocyclic amines detected in high-temperature cooked meat products. In this paper， the biological toxicity， formation mechanism， generation and control of PhIP are reviewed with the aim of providing a reference for related research.

Key words： heterocyclic amines； PhIP； formation mechanism； control measures

中圖分類號：TS251.5 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2014）10-0033-04

雜環胺是一類由蛋白質含量較高的魚肉、畜禽肉等在高溫加工過程中通過美拉德反應與自由基機制產生的低分子有機胺類化合物[1]。按照化學結構的不同，雜環胺可分為氨基咪唑氮雜芳烴（即極性雜環胺）和氨基咔啉（即非極性雜環胺）兩類。2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑[4，5-b]吡啶（PhIP）是在300 ℃以下生成的吡啶類極性雜環胺，在烹調肉類中的含量較高，具有一定的毒性、致突變性及致癌性[2-4]。Lin等[5]的研究表明，PhIP可在肝臟內代謝成N-乙酰氧基PhIP與DNA形成加合物，具有遺傳毒性；Kukiuchi等[6]發現，PhIP可引起大鼠體內Acp基因的突變；PhIP的攝入在雜環胺類致癌性中起到約一半的作用[7]，國際腫瘤研究機構因此將PhIP定為潛在致癌性物質（2B類）[8]，其化學結構如圖1所示。

近年來，關于肉制品中雜環胺類物質總體的形成機制[9-10]、檢測方法[11-12]、加工條件影響[13-14]及其抑制措施[15-16]等方面均有相關研究報道。本文針對PhIP，從形成機制及影響因素出發，簡要介紹其毒性作用，并著重對其作用機理及抑制措施進行綜述，為相關研究提供參考。

1 PhIP的生物毒性

早在20世紀30年代末期，Widmark[17]就已發現從烤馬肉中提取出的雜環胺類物質可誘發小鼠乳腺腫瘤。Turteltaub等[18]研究發現PhIP的致突變性是由肝臟內細胞色素氧化酶P45OIAI與1A2進行代謝活化產生。李萬青[3]以腫瘤的主要抑制基因pl6作為生物標記，采用顯微技術、熒光定量RT-PCR及生化分析等手段，從分子水平探究PhIP與大鼠胃組織的病理學改變關系；結果表明，PhIP可引起大鼠胃組織抗氧化酶活性下降及丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平升高，以及蛋白質羰基（protein carboyl，PCO）含量和DNA與蛋白質交聯率（DNA-protein crosslinks coefficient，DPC）增高，同時對大鼠胃組織細胞脂質、蛋白質產生毒性損傷，并且抑制大鼠胃組織pl6基因表達，使pl6基因DNA甲基化，此反應可能抑制了蛋白的表達，致使pl6蛋白失活，繼而導致腫瘤細胞的過度增殖，造成大鼠胃組織損傷，進一步引發癌變。此外，大量動物性實驗表明，PhIP可致使動物多種器官及組織發生突變及腫瘤。Archer等[19]研究認為PhIP對前列腺癌具有潛在作用；Nakai等[20]發現PhIP可間接促進小鼠肺部癌細胞的增殖與擴散，引發肺部腫瘤產生；Bandaru等[21]的研究也表明PhIP可誘導大鼠基因突變，導致結腸腫瘤；同時，PhIP亦可誘導小鼠鱗狀細胞癌ras突變，結腸腫瘤的Apc、Ctnnbl、lacⅠ基因突變，結腸和乳腺腫瘤的微衛星不穩定性及雜合性丟失等[22]。

2 PhIP的形成機制

最初發現的PhIP物質是從煎烤碎牛肉中分離出來的，如今，人們已在牛肉、魚肉、豬肉、羊肉等原料肉中一一檢測出來。而在相同處理及檢測條件下，在雞肉中的含量一般比其他肉多[23]，其原因可能是雞肉中的氨基酸種類有利于PhIP的產生。

一般來說，雜環胺是由糖類、肌酐和氨基酸通過復雜的美拉德自由基反應過程生成的。氨基咔啉類可由肌酐、葡萄糖分別與甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸在高溫下產生[24-25]，與非極性雜環胺的形成有所不同的是，生成PhIP的前體物中苯丙氨酸與肌酐的反應較為重要，此猜想已通過模型體系[26]及干加熱13C標記[27]證明得出。而葡萄糖對于PhIP的影響因加熱體系的條件而不同，在液體模型下，葡萄糖對PhIP的含量有重大影響，但在干熱體系中影響不大。Manabe等[28]發現，加熱肌酐、苯內氨酸和乙醛或核酸的混合物可產生PhIP物質。以苯丙氨酸作為前體物的模型中，苯丙氨酸首先通過美拉德反應生成Strecker醛-苯乙醛，醛類再與肌酐通過醇醛縮合反應隨后脫水形成縮合物。此外，還有研究證實亮氨酸、異亮氨酸與酪氨酸也是PhIP生成的前體物質[26-29]，廖國周等[9]研究了在相同處理條件下不同前體物濃度對雜環胺形成的影響，結果表明，PhIP的形成量與原料肉中肌酸和葡萄糖的濃度比存在顯著相關性，當原料肉中肌酸與葡萄糖的濃度比大約為0.89～9.84之間時，隨著還原糖含量的增加，PhIP的形成量隨之減少。實驗同時證明了前體物濃度及其之間的物質的量比對雜環胺形成的重要性[30]。梅競博[31]認為，PhIP結構吡啶基團中氮原子主要來源于肌酐的氨基與中間體的含氧基團反應、苯丙氨酸中的氨基和游離氨等。

3 不同加工條件對PhIP形成的影響

肉制品在烹調加工過程中雜環胺的產生量不僅與前體物種類及濃度有相關性，而且還與加工方法、溫度、處理時間密不可分。

3.1 加工方法

碳烤、油炸等直接與明火接觸的烹調加工方式，可使肉制品表面自由水快速流失且引起褐變反應，有助于雜環胺的生成。郭海濤[14]比較了烘烤、油炸、煎炸和醬鹵4 種加工方式對羊肉餅中雜環胺形成的影響，發現PhIP在油炸方式下生成量最高，可達2.6 ng/g以上。而牛排在成熟與過熟時顯示，PhIP的含量在燒烤條件下均比鍋煎和烘烤多，分別為7.3 ng/g和30.0 ng/g[32]。其他原料肉類也顯示出類似的現象，廖國周[1]研究了鴨肉在碳烤、油炸、烘烤、微波、蒸煮和煎烤幾種加工方法，發現各種加工方法中煎烤產生的雜環胺最多，而PhIP在煎烤與碳烤中比較容易生成。同樣的結果，Sinha等[33]在雞肉中也有報道，他發現煎烤雞肉中PhIP含量高達70 ng/g。

3.2 加工溫度

肉制品中雜環胺的含量隨加工溫度升高而顯著增加。豬肉餅在140、160、180、200、220 ℃條件下油炸5 min檢測雜環胺含量的研究發現[31]，在140～160 ℃之間時，PhIP沒有明顯的檢出，而在180～220 ℃溫度范圍內，其含量隨溫度的升高而增加，220 ℃時含量高達236.160 ng/g。Liao Guozhou等[34]在100、125、150 ℃條件下煎炒豬肉，高效液相色譜檢測結果表明，當溫度為100 ℃時，沒有檢測到PhIP的存在，而在100～150 ℃之間，PhIP的生成量與溫度之間存在明顯相關性，即隨著溫度升高，PhIP的含量增加。與以上結果相同，楊洪生等[35]考察了草魚魚糜在140、160、180、200 ℃油炸溫度對雜環胺含量的影響，其中PhIP隨著加工溫度的升高，含量也不斷升高。烹調溫度不僅對肉類成品中雜環胺類化學物的生成量有影響，還對鍋內殘留物中的雜環胺含量有影響，鄭國慶[36]研究發現，在225 ℃時小牛排成品及其鍋內殘留量中，PhIP含量均比溫度為150 ℃時多10 倍以上。

3.3 加工時間

加工時間對雜環胺形成的影響要小于溫度。在相同溫度（180 ℃）條件下，將豬肉樣品分別油炸0～10 min，當油炸5 min后，雜環胺物質開始顯著產生，當油炸10 min時，PhIP生成速率最快，且生成量最大，含量為5 min時10 倍左右[31]。Balogh等[37]也發現，碎牛肉餅中PhIP的含量在每面煎10 min時要比每面煎6 min時多3～6倍。羊肉餅在烘烤、油炸與煎炸時，隨著時間的延長，雜環胺的含量不斷升高，每種加工方式中PhIP的含量均為最高，當油炸時間為3 min時，PhIP含量可高達32.24 ng/g，遠比其他雜環胺含量高幾十倍[14]。

4 肉制品中PhIP的抑制措施

中華飲食文化源遠流長，肉類烹飪加工與消費方式多種多樣，燒烤、油炸等傳統的高溫加工過程中，肉制品本身容易產生雜環胺類化學物，雖然含量只有ng/g級別，但長期攝入也可能對人體健康產生危害。除采取合理的烹調方式[38]、降低烹調溫度、縮短加工時間外，合理添加一些香辛料、抗氧化劑、植物提取物等以抑制雜環胺產生成為近年來的研究熱點。

4.1 香辛料

香辛料中含有大量的抗氧化物質，如酚類化合物具有清除自由基、淬滅單線態氧和螯合金屬離子的能力，與肉制品在加工過程中雜環胺形成具有一定的相關性[39]。大蒜中含硫化合物及大蒜素對雜環胺的抑制具有明顯效果，據報道，100 g牛肉餅中加入15 g大蒜，PhIP抑制率即可達到60%以上[40]。呂美[41]研究表明，3%高良姜對煎烤牛肉餅中的PhIP抑制率可達100%，使用50%陳皮也可達到同樣效果。而桂皮卻可誘發其中PhIP含量的增加。而對于燒雞雞肉及雞皮，良姜卻有促進PhIP生成的作用[42]。與此類似，Dama?ius等[43]也發現，5%羅勒和牛至可導致牛肉中PhIP的含量增加。由40 mg/mL陳皮提取液處理過的牛肉干中檢測到PhIP含量與對照組有顯著差異

（P<0.05），其含量由對照組中（8.08±0.35）ng/g下降到（1.66±0.45）ng/g，抑制率達到79.5%[44]。郭海濤等[12]經過比較生姜、大蒜、洋蔥和檸檬4 種物質對羊肉餅中雜環胺含量的影響后，得出這4種物質分別可抑制35.9%、49.7%、52.7%和55.7% PhIP。

4.2 抗氧化劑

維生素及黃酮類化合物等天然抗氧化劑均已被證實在烹飪過程中對雜環胺的產生具有抑制作用。Cheng等[45]分別考察了12 種酚類對牛肉中雜環胺含量的抑制作用，結果顯示，黃酮類化合物如槲皮素、柚皮苷、表兒茶素、茶黃素等均可抑制PhIP的產生，而酚酸類化合物如鼠尾草酸的存在卻增加其含量。Haskaraca等[15]研究表明，綠茶浸泡后的炸雞翅與炸雞腿肉中PhIP含量均有明顯的降低。Quelhas等[46]也在綠茶浸泡過后的牛肉中得出同樣結果，且進一步研究發現，隨著浸泡時間的延長，其含量也有明顯變化。追究其原因，發現綠茶中含有的沒食子兒茶素沒食子酸酯是通過淬滅活性羰基來抑制PhIP的形成，從而阻斷了苯乙醛與肌苷酸進一步反應形成PhIP[45]。梅競博[31]研究了0.100 g/kg的竹葉抗氧化物溶液對豬肉中PhIP的含量影響，發現在0.100 g/kg竹葉抗氧化物溶液添加量條件下，竹葉抗氧化劑對PhIP的產生有明顯的抑制作用，但隨著油炸時間的增加，抑制作用減弱。VE對肉制品中雜環胺的產生也有一定的抑制作用。Faulkner[47]在煎烤碎牛肉餅中添加相當于脂肪含量的1%的VE，發現可抑制80% PhIP的形成，同時還可減少70%的致突變性。除維生素外，迷迭香油樹脂也已被證明可抑制44%的PhIP的生成[48]。

4.3 植物提取物

多年來，諸多學者對各種植物中的抗氧化物質進行提取并應用于雜環胺控制中，取得良好的效果。Lee等[49]用特級初榨橄欖油預先與牛肉攪拌，用平底鍋將牛排在200 ℃條件下煎制10 min，高效液相色譜結果顯示，牛排烹調前加入2～6 g橄欖油，PhIP含量由96.62 ng/g降到35.31 ng/g，而高于6 g時，含量降低不明顯，甚至有增加的趨勢，原因可能是過量的油脂會增加美拉德反應中吡嗪和醛的增加。廖國周[1]對比了不同濃度的VE、葡萄籽提取物及槲皮素對煎烤羊肉中雜環胺含量的抑制作用，與對照組相比，0.5%的葡萄籽提取物對PhIP的抑制作用明顯，形成量減少了30%，而0.1%的葡萄籽提取物及0.05%的VE與對照組的差異性不明顯。此外，一些學者還對蘋果、菠蘿等水果提取物的抑制作用進行了研究，結果也表現出差異性不等的抑制作用[50]。

5 結 語

隨著當今社會對飲食健康的重視，人們對烹調肉類中雜環胺的研究也逐漸增多。不僅在檢測方法上，已尋找出更加準確、方便、先進的分析技術，隨著更加深入的研究，雜環胺的形成機制、影響因素也逐漸清晰，所以發掘出更多的抑制措施或控制技術也顯得尤為重要。本文從高溫加工肉制品中PhIP的生物毒性及形成機制出發，總結探討了不同加工條件對其形成及含量的影響，并且對近年來的抑制措施進行分析歸納，為降低雜環胺含量、提高肉制品的安全性提供依據，對以后建立出一個適用于PhIP及其他類雜環胺控制與分析標準具有一定的現實意義。

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