煎炸肉制品中雜環胺的控制技術及體內代謝調控研究進展

溫榮欣，陳 倩，秦澤宇，劉 騫，孔保華

(東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030)

雜環胺類化合物(Heterocyclic aromatic amines，HAAs)是富含蛋白質的食物在烹飪加工過程中形成的，主要出現在經過高溫加熱的肉制品中。不同烹飪方式對HAAs的生成量具有不同的影響，煎炸相對于其他熱加工方式溫度偏高，并且伴隨著油的使用，熱油與肉制品之間會發生成分遷移，形成一個復雜的反應體系，因此HAAs在煎炸肉制品中生成量較多［1］。HAAs已被證實具有致癌、致突變作用，經常食用含HAAs多的食物會對身體產生不良影響［2］。為減少HAAs對人體的危害，不僅需要研究其影響因素，還要探討其控制方法。對于HAAs的控制方法可從兩方面進行:一是控制HAAs的生成過程，以減少生成量;二是對已攝入的HAAs，通過調控其在人體中的代謝過程，減少對人體的危害。本文從煎炸肉制品出發，深入探討影響其中HAAs生成的因素，并對控制HAAs生成的方法進行了綜述，最后根據其消化吸收及代謝規律對其進行體內調控。通過對HAAs的產生到體內代謝進行全面的分析，為降低HAAs帶來的相關健康風險提供理論基礎和方法。

1 HAAs的概述

1.1 HAAs的結構及分類

HAAs的生成過程具有溫度依賴性，不同溫度條件下生成的HAAs種類及數量都有所不同。在100～300℃的加熱條件下形成的HAAs屬于氨基咪唑氮雜芳烴類(Aminoimidazoazaren，AIA)，通常被稱為熱反應HAAs，這類HAAs是由糖類、氨基酸、肌酸進行美拉德反應生成的。在高于300℃的溫度下形成的HAAs屬于氨基咔啉類(Amino－carbolin congener)，被稱為熱解HAAs，是通過蛋白質或者色氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸等氨基酸熱解生成的［3］。煎炸肉制品中常見 HAAs 的類型見表 1［4－5］。

1.2 HAAs的生物毒性

HAAs具有致癌和致突變性，它的攝入量與DNA損傷水平呈正相關［2］。目前我國制定的關于食品中雜環胺類物質的標準較少，現有GB 5009.243－2016《食品安全國家標準高溫烹調食品中雜環胺類物質的測定》及SN/T4140－2015《出口魚肉香腸和香精中多種雜環胺的測定 液相色譜－質譜/質譜法》，其中沒有提出雜環胺在食品中的限量要求，國際上也未制定關于雜環胺在食品中的最大殘留限量的標準。但有研究報道，HAAs可以誘發動物如嚙齒動物和非人靈長類動物的多器官(包括肝、肺、胃、結腸、前列腺和乳腺)腫瘤。另外，PhIP是HAAs中最常見的一種，不僅可致小鼠患淋巴瘤，還可使大鼠患乳腺癌。流行病學研究表明，高HAAs攝入量可能增加人類患癌癥(如結腸癌和直腸癌)的風險［6］，HAAs的代謝具有個體依賴性，癌癥風險主要與遺傳易感性相關。鑒于其生物毒性，降低其在食品中的含量成為亟待解決的問題。HAAs不會單獨積累在身體組織中，因此不可直接檢測體液或組織中 HAAs含量。但HAAs在人體中經過代謝之后形成的最終代謝產物能夠與DNA形成加合物，可以通過檢測加合物來研究HAAs對人體健康的影響，但是加合物的檢測技術還有待進一步開發［7］。

2 影響煎炸肉制品中HAAs生成的因素

2.1 原料肉中的成分

熱反應HAAs的前體物質為糖類、蛋白質和肌酸，而熱解HAAs的前體物質為蛋白質或者氨基酸。由于煎炸過程中溫度一般在300℃以下，生成的HAAs主要是熱反應HAAs。可用于煎炸的原料肉種類眾多，不同原料肉所含的碳水化合物、蛋白質、氨基酸和肌酸等物質的比例及數量都有所差異，而且脂肪含量及水分含量也各不相同。即使用相同的加工方式進行處理，不同原料肉生成HAAs的數量和種類也不盡相同。有研究表明，糖類的濃度對HAAs生成的影響具有雙重性。就糖類與肌酸的比例而言，糖類濃度較低時，HAAs的生成量較多，過量的糖類則會影響美拉德反應，與HAAs的生成途徑進行競爭，從而抑制 HAAs 的生成［8－9］。

蛋白質不僅參與熱反應HAAs的生成，而且是熱解HAAs的重要前體物質。但有研究顯示，向肉制品中添加某些蛋白質或氨基酸對HAAs的生成具有抑制作用。Wang等［10］發現，大豆濃縮蛋白可以減少牛肉餅中HAAs的生成量，主要是因為增強了牛肉的持水能力。Weisburger等［11］發現，色氨酸和脯氨酸等氨基酸可以捕捉HAAs生成過程中的中間物質活性醛，并且對其與肌酸酐的結合過程形成競爭作用，從而抑制 HAAs的生成，Kikugawa等［12］運用模擬體系，證實了半胱氨酸和乙酰半胱氨酸可以抑制HAAs的生成，可能是因為它們對美拉德反應的中間產物吡嗪陽離子自由基具有清除作用。

脂肪是一種高效的傳熱劑，可以快速地將熱量運送到肉中，使肉類在較短的時間內達到熟制狀態。Knize等［13］發現，含30%脂肪的牛肉比含15%脂肪的牛肉形成的AαC少，主要是因為脂肪傳熱效率高，導致加熱時間縮短。然而脂肪在煎炸過程中會產生一系列化學反應，形成過氧化物、醛、酮、有機酸等物質，其中有一些已經被證明對人體有害，而且脂肪在過氧化反應期間會形成自由基，促進美拉德反應進行，從而有助于HAAs的生成［1］。對于每種原料肉，都有最優的脂肪含量，可以使HAAs的生成量較低，這方面還需進一步研究。

煎炸過程中肌肉的持水能力亦會影響HAAs的生成，Borgen等［14］在模擬體系中發現較為干燥的條件有利于一些HAAs的形成，可能是因為在烹飪過程中水分會從肉的內部向表面遷移，而HAAs的前體物質都是水溶性的，在這個過程中會隨著肌肉纖維的收縮和水分的遷移集中到肉類表面。而肉在烹飪過程中表面溫度較高，導致HAAs主要在肉類表面生成，所以水分的遷移會增加HAA的生成量，因此，需要提高肌肉的持水能力。Kanithaporn等［15］發現，向豬肉中注射0.5%氯化鈉和0.35%三聚磷酸鹽的混合溶液可以明顯降低HAAs生成量，其中PhIP降低42.7%、MeIQx降低79.0%、DiMeIQx降低75.0%。主要是因為氯化鈉和三聚磷酸鹽可以提高肌肉持水能

力，抑制肌肉中的水和水溶性前體物質(肌酸/肌酸酐、葡萄糖和氨基酸)向肉表面遷移。氯化鈉中的氯離子可以滲入到肌絲中，通過增加靜電排斥力使其膨脹，降低肌肉細絲蛋白之間的內聚力，增加肌原纖維體積，保留更多的水。磷酸鹽可以調節肌原纖維蛋白的p H，使其更加遠離等電點，從而暴露出更多的帶電位點與水結合。它還可以螯合肉中的金屬離子，使肌肉蛋白中的羥基游離，由于羥基之間靜電力的作用，使蛋白質結構松弛，從而使更多的水截留在肌肉蛋白網絡中［16］。

2.2 煎炸工藝及方式

2.2.1 煎炸用油 在煎炸過程中，HAAs的生成量通常受到油中脂肪的類型、氧化狀態和油中抗氧化劑含量以及油的循環利用情況的影響。油在炸制過程中會發生脂質過氧化反應，所產生的自由基會加速美拉德反應的進程，從而導致HAAs的增多。因此應該控制煎炸期間油的氧化反應，選擇相對不飽和脂肪酸含量少的油，或者向油中添加抗氧化劑。隨著油循環使用次數的增加，煎炸過程中產生的肉渣殘留量越來越多，使油的成分變復雜，有害物質增多，部分HAAs也會殘留在油中。Skog等［17］發現肉制品經煎炸之后，鍋內殘渣中的HAAs含量與肉制品相當，甚至還要多。為防止再次煎炸時這些有害物質會遷移到肉制品中，應在循環使用前將油中的殘渣去除，及時向其中添加新油，并減少油脂的循環使用次數［1，18］。

2.2.2 煎炸溫度和時間 HAAs的生成與煎炸時間和溫度有較強的相關性。Knize等［19］將牛肉在230℃條件下煎炸6、10 min，發現其中PhIP的生成量分別為7.8和32 ng/g，MeIQx為5.6和7.3 ng/g。將肉丸在275℃條件下煎炸5、10和15 min，分別生成2.7、4.2和12.3 ng/g的 MeIQx，說明 HAAs的生成量與時間成正比。HAAs的生成量隨煎炸溫度的升高和煎炸時間的延長呈明顯增加趨勢，不過煎炸時間對HAAs生成量的影響要小于煎炸溫度［20］。

2.2.3 煎炸設備 煎炸設備中的金屬離子類型對HAAs生成也具有明顯的影響。于迪等［21］發現，Fe2+和Fe3+可以使IQx、MelQx和DiMelQx的生成量明顯增加，可能是這兩類金屬離子會促進自由基的生成。但是Fe2+和Fe3+會導致PhIP的生成量降低，主要原因在于它們會與肌酐結構中的氨基反應，從而阻礙了肌酐與苯乙醛之間的反應。Ca2+和Mg2+均會導致PhIP的生成量增加，可能是因為Ca2+和Mg2+可以促進苯乙醛與肌酐反應生成丁間醇醛，并且催化丁間醇醛脫水產物與NH3和甲醇反應生成PhIP。因此在選擇煎炸設備時應注意其材質。煎炸過程產生的油煙中也會有 HAAs 的存在，Thiébaud 等［18］發現煎炸培根的煙霧中含有3 ng/g的HAAs，煎炸牛肉的煙霧中含有0.37 ng/g。在煎炸過程中應使用抽油煙機，減少人體對油煙的吸入量，從而減少油煙中HAAs對人體的傷害。

3 煎炸肉制品中HAAs的控制技術

通過對原料肉進行預處理，可以有效地改變前體物質的種類與含量，進而達到控制成品中HAAs含量的目的。有效的預處理方法主要有在肉品表面裹上涂層，在煎炸前進行微波處理，以及用合適的腌料進行腌制等。

3.1 表面涂層

對于煎炸肉制品，在其表面進行涂層包裹可以減少HAAs生成。涂層可以減少肉品和油脂之間的直接接觸，降低油脂對肉品的傳熱效能，使得肉品表面溫度不會過高，還可以使肉品與油脂中的化合物不能隨意遷移，從而減少許多不利的化學反應。表面涂層減少了肉制品中的水分遷出，使得HAAs前體物質在肉的表面聚集減少。在煎炸肉制品中最常用的表面涂層是面糊，面糊可以減少肉制品的吸油量，降低水分損失，還可以提升煎炸肉制品的脆性［22］。另外，新興的水膠體涂層主要是由蛋白質或多糖以及脂質組成的單一膜或復合膜，具有可逆熱凝膠性能，可以更有效地減少物質的遷移，并且對煎炸食品的感官特性沒有負面影響［23］。鑒于水膠體涂層降低煎炸肉制品水分損失及減少物質遷移的能力，其對于減少煎炸肉制品中HAAs的生成量具有巨大潛力。

3.2 微波預處理

微波預處理可以使HAAs的生成量減少。Felton等［24］發現對牛肉餅進行2 min的微波預處理之后，再進行250℃的煎炸可以使PhIP的生成量降低86%。原料肉經過微波預處理后會產生一部分肉汁，其中含有HAAs的重要前體物質(如肌酸、氨基酸和葡萄糖)，移除這部分肉汁之后可使HAAs前體物質減少，而且原料肉經微波預處理后可以縮短煎炸時間，使HAAs的生成量明顯降低［25］。

3.3 腌制

腌制是抑制HAAs生成的重要手段，在腌制過程中原料肉中的肌酸擴散到腌制劑中，降低了其在肉品表面的濃度，而且腌制可以提高肉的保水性。此外，在腌制過程中使用的外源物質，特別是抗氧化劑，可清除HAAs生成過程中需要的自由基，或者與美拉德中間產物發生反應形成穩定加合物從而抑制HAAs的生成。

酚類是一種非常重要的抗氧化劑，可以分為類黃酮、兒茶素、酚萜類化合物。類黃酮是蔬菜和水果中普遍存在的多酚類化合物，例如紅辣椒、葡萄籽、蘋果皮中均富含類黃酮，作用是清除自由基［26］;兒茶素主要存在于綠茶中，有研究表明，苯乙醛是生成PhIP的重要中間產物，兒茶素可以阻斷苯乙醛與肌酸酐反應從而抑制PhIP生成［27］;酚萜類化合物在黑胡椒和迷迭香中都有存在，向肉制品中加入黑胡椒和迷迭香都可以抑制HAAs的生成，主要是因為酚萜類化合物中的鄰二苯酚基團可以清除陽離子自由基［28］。除了酚類化合物，還有許多天然化合物對HAAs具有抑制作用，例如維生素和一些香辛料等。Kikugawa等［29］在模擬體系中發現VC具有清除吡嗪陽離子自由基的能力。Balogh等［30］發現，VE能夠抑制自由基生成或者與美拉德中間產物發生反應，從而顯著減少牛肉餅中HAAs的生成。Wong等［31］研究了11種水溶性維生素在模擬體系中對HAAs的抑制作用，發現 VB1、VB3、VB6、VB7、VC均可抑制 HAAs 生成。硫代亞磺酸鹽是生成熱反應HAAs的關鍵中間物質，大蒜中的含硫化合物和大蒜素可以抑制硫代亞磺酸鹽的生成，因此大蒜對HAAs具有顯著抑制效果［32］。表2總結了一些外源物質對HAAs生成的抑制效果［33－39］。

4 HAAs在人體中的代謝調控

HAAs具有生物毒性，雖然通常生成量為ng/g級別，但長期攝入也可能對人體健康產生危害。雖然采取合理的烹調方式、對肉制品進行預處理以及合理添加一些外源物質可以有效減少其生成量，但在加工過程中仍不可避免HAAs的生成，因此，需要研究其體內消化吸收及代謝機制，減少人體對HAAs的吸收量，并且對其代謝過程加以控制。

4.1 控制HAAs的消化吸收

富含纖維類的制品可以有效降低HAAs的吸收率，Persson等［40］研究發現，馬鈴薯纖維、麥麩分別可以結合47%、38%的 PhIP。Funk等［41］發現，被纖維吸附的HAAs不會被小腸吸收，而會隨纖維排出體外。因此木質纖維可以吸附大多數疏水性HAAs，如PhIP或AαC，降低人體的吸收率。盡管胃腸道動態模型的建立已經趨于成熟，但是由于其不能模擬在消化吸收過程中其他條件的干預，例如微生物菌群、免疫系統以及激素的釋放，仍然需要進行體內動物實驗進行驗證，在該方向還需進一步的研究［5］。

4.2 調節HAAs的代謝過程

被人體攝入的HAAs經吸附作用后，可能還會有少量的殘留，這部分被消化吸收后的HAAs，通過血液運輸到肝臟，主要在肝臟進行代謝并產生毒性［5］。HAAs的代謝需要酶促活化，主要分為兩步進行。首先，通過細胞色素P450依賴性單加氧酶(CYP)催化反應，使外環氨基的 N發生氧化，然后，生成的N－OH－HAA發生乙酰化或磺化反應產生酯，酯的高度不穩定性使其自發裂解形成具有活性的硝酸根離子，最終形成致癌物質。最終活性代謝物不僅可以與脂質和蛋白質結合，導致氧化應激、細胞損傷和生物功能性喪失［42］，還可以與DNA發生共價結合生成HAA－DNA加合物，通常最終活性代謝物會優先結合到鳥嘌呤的C－8位上，所形成的加合物比與其他位點結合形成的加合物更具促突變性。HAAs的毒性很大程度上取決于代謝活化與解毒途徑之間的平衡，如果加合物持久性增加，患癌癥的風險也會增加［43］。Carvalho 等［2］研究表明，果蔬中的一些植物化學成分可以通過抑制DNA氧化來減少DNA損傷，從而控制HAAs的致癌性和致突變性，此外水果攝入量與DNA損傷水平呈負相關，低水果攝入量和高HAAs攝入量對DNA損傷水平具有累加效應。控制HAAs在人體中的代謝主要有四種途徑:使其失活、抑制其活化、解毒和對加合物進行切除修復。

4.2.1 直接結合HAAs使其失活 可以通過采用某種物質直接與HAAs結合使其失去生物活性，Reis等［44］發現，一些益生菌可以減少HAAs與DNA的加合，原因可能是HAAs可以與這些益生菌細胞壁中的肽聚糖之間進行陽離子交換，從而結合在細胞壁上，使得生物代謝不能繼續進行，與益生菌結合的HAAs會通過糞便排出體外。此外，Dashwood［45］發現，葉綠素可以與熱反應 HAAs發生共價結合，從而限制HAA代謝。甘藍產生的硫代葡萄糖苷可以被內源性黑芥子酶和修飾蛋白降解為異硫氰酸酯(ITC)，ITC與HAAs的氨基結合產生硫脲，從而防止HAAs形成具有遺傳毒性的 N－OH－HAA，減少癌癥發生的幾率［46］。

表2 不同外源物質對煎炸肉制品中HAAs生成的抑制效果Table 2 Inhibition of different exogenous substances on HAAs in fried meat products

4.2.2 抑制HAAs的活化過程 抑制HAAs的活化過程，主要是對負責活化的酶進行作用從而控制其代謝。例如0.5%的共軛亞油酸可以抑制41%的IQ－DNA加合物形成［47］。Platt等［48］研究了 3 種茶、2種葡萄酒、15種水果和11種蔬菜的汁液對IQ和PhIP的基因毒性的影響，發現甜櫻桃對IQ的遺傳毒性表現出最高的抑制效果，紅葡萄酒、菠菜和李子對PhIP基因毒性的抑制較強。并且這些物質大多對這兩種HAAs酶促活化的第二步有抑制作用，而只有酸櫻桃、藍莓和黑醋栗果汁抑制了第一步。一些腸道微生物如梭狀芽孢桿菌、擬桿菌屬、真桿菌屬和大腸桿菌產生的β－葡萄糖醛酸酶，硝酸還原酶能夠將HAAs轉化為活性致癌物，可導致細胞生長異常、激活結腸細胞抗凋亡通路，從而促進結腸癌的發生。體外實驗和臨床研究已經證明，一些益生菌菌株可以降低這些酶的活性［44］。

4.2.3 利用酶對HAAs進行解毒 通過激活解毒酶抑制HAAs的代謝也是有效降低其毒性的方式，UDP－葡萄糖醛酸轉移酶(UGT)和谷胱甘肽S－轉移酶(GST)能夠催化降解HAAs的遺傳毒性，并誘捕其反應性代謝物。咖啡中的咖啡因等化合物可以通過激活某些HAAs解毒酶如UGT和GST，來減少HAADNA加合物，特別是 PhIP－DNA 加合物的形成［49］。Viegas等［50］發現啤酒可以抑制 MeIQx和 PhIP的致突變性，并且抑制效果與啤酒中啤酒花的含量有關，主要是因為啤酒花中存在黃腐酚(XN)，它是一種由啤酒花衍生的異戊二烯類黃酮，以劑量依賴性方式誘導突變，通過對人肝癌HepG2細胞分析發現，XN可能會使UDP－葡萄糖醛酸轉移酶增多，從而抑制HAAs的代謝。

4.2.4 對加合物進行切除修復 HAAs的最終代謝產物與DNA形成加合物后，可以通過對基因進行修復，切除基因中形成加合物的部分以有效控制其毒性。核苷酸切除修復(Nucleotide excision repair，NER)是對DNA加合物修復最有效的途徑，因為NER通路可以去除導致DNA螺旋畸變的部分。主要修復過程如下:首先識別損傷部位，然后DNA通過解旋酶在加合物周邊展開，形成單鏈區域，然后在這些單鏈區域切割損傷的DNA鏈，然后用DNA聚合酶填充剩余的缺口［51］。

5 總結與展望

隨著人們對飲食健康越來越重視，提高煎炸肉制品的安全性是亟待解決的重要問題。本文綜合分析了控制煎炸肉制品中HAAs產生的方法，討論了其在人體中的消化吸收代謝過程，為全方面的降低其對人體的危害提出了一定的方法和措施。原料肉、煎炸工藝和煎炸過程中復雜的物理化學反應等均會影響HAAs生成的種類和含量，針對HAAs形成的影響因素，通過一些控制方法，包括對肉制品進行表面涂層、微波預處理、添加外源物質可以控制其生成。特別是一些食源性成分可以控制HAAs的消化吸收，調節其在人體中的代謝過程。本文雖然在HAAs生成的影響因素、抑制手段及代謝方法方面進行了論述，但是在HAAs的形成機理、消化吸收和代謝過程還應該進一步探討，從而從根本上減少其對人體健康的威脅。