潘晗　王振宇　郭海濤　倪娜　張德權(quán)

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(guò)程中形成的一類(lèi)具有潛在毒性的β-咔啉生物堿，主要在高溫體系下通過(guò)氨基酸裂解形成。本文概述肉制品加工過(guò)程中harman和norharman的形成機(jī)制，重點(diǎn)闡述加工方式對(duì)harman、norharman的作用規(guī)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(yíng)養(yǎng)健康肉制品的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雜環(huán)胺；harman；norharman；機(jī)制

中圖分類(lèi)號(hào)：TS251.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2013）08-0031-04

雜環(huán)胺化合物（HAAs）是由碳、氮、氫原子組成的多環(huán)芳香族化合物，此類(lèi)化合物是在高溫烹調(diào)加工各種蛋白質(zhì)含量豐富的食品的過(guò)程中形成的具有致突變、致癌作用的物質(zhì)。從化學(xué)結(jié)構(gòu)看，雜環(huán)胺類(lèi)化合物可以分為2類(lèi)：氨基咪唑氮雜芳烴（AIA），即極性雜環(huán)胺；氨基咔啉，即非極性雜環(huán)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(jié)構(gòu)圖

Fig.1 Chemical structures of harman and norharman

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，harman和norharman會(huì)與小鼠大腦和肝臟的不同位點(diǎn)結(jié)合，從而影響動(dòng)物的生理行為[1-2]。同時(shí)，作為潛在的誘變劑或輔助致突物，harman和norharman會(huì)加強(qiáng)其他雜環(huán)胺的基因毒性[3-4]。當(dāng)其與苯胺或O-甲苯胺等非致突變化合物一起作用時(shí)，能產(chǎn)生致突活性并形成DNA復(fù)合物[5]。另外，harman和norhharman能毒害部分神經(jīng)、抑制一些關(guān)鍵酶[6-7]。

過(guò)去30年來(lái)，國(guó)外研究人員對(duì)雜環(huán)胺進(jìn)行了廣泛的研究，包括雜環(huán)胺的定性定量分析、影響因素和控制手段、形成機(jī)制和抑制機(jī)理[8-9]，而我國(guó)對(duì)這方面的報(bào)道至今仍較少。本文將著重介紹肉制品加工過(guò)程中輔助致突物harman和norharman的影響因素及其形成過(guò)程、抑制措施，從而為公眾健康飲食提供科學(xué)依據(jù)。

1 不同加工方式對(duì)harman、norharman的影響

大量研究表明，在烹飪食物過(guò)程中，會(huì)形成幾種具有遺傳毒性的物質(zhì)或輔助致突物，即雜環(huán)胺[10-11]。其中，harman和norharman在魚(yú)和熟肉中大量存在[12-13]，并且其含量隨著加工溫度、時(shí)間的改變而改變[14]。Herraiz[15]檢測(cè)不同程度烹制的肉制品中harman和norharman含量，結(jié)果表明生鮮肉中未檢測(cè)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(zhǎng)加熱時(shí)間或是深度加工，都會(huì)促進(jìn)harman和norharman的形成，使其含量接近100ng/g。

廖國(guó)周[16]比較了不同加工方式對(duì)鴨肉中雜環(huán)胺含量的影響，通過(guò)蒸煮、微波、油炸、烘烤、炭烤的方式分別處理鴨肉，發(fā)現(xiàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)harman和norharman含量?jī)H為0.13、0.2ng/g，而通過(guò)沸水浴醬制牛肉45min后，harman和norharman的含量達(dá)到14.84、19.45ng/g。Li Sun等[18]對(duì)市場(chǎng)上的羊肉串進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)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(cè)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(cè)了幾種家庭烹飪食物中雜環(huán)胺的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(huán)胺的形成機(jī)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(zhì)干擾，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精確。例如研究油炸的加工條件對(duì)雜環(huán)胺形成的影響時(shí)，諸如熱量轉(zhuǎn)移、水分蒸發(fā)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(guò)在模型體系中同位素追蹤，確認(rèn)色氨酸是harman和norharman的前體物。Skog等[21]也證實(shí)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(fā)現(xiàn)即使溫度低于100℃時(shí)，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(méi)有相關(guān)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(guò)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(shí)加入肌酸和葡萄糖，在225℃條件下加熱30min，發(fā)現(xiàn)雖然該模型體系含有苯丙氨酸，但既沒(méi)有生成harman，也沒(méi)有生成norharman。Pais認(rèn)為這是由于作為harman和norharman的前體物的色氨酸沒(méi)有加入到模型體系中，導(dǎo)致沒(méi)有形成harman和norharman。

3 harman和norharman的形成途徑

對(duì)于非極性雜環(huán)胺Norharman的形成，Yaylayan等[25]已提出一個(gè)明確的機(jī)制。根據(jù)圖2顯示的機(jī)制，色氨酸的Amadori重排產(chǎn)物（ARP）（圖2a）以呋喃形式經(jīng)過(guò)脫水反應(yīng)，隨后在環(huán)氧孤對(duì)電子的輔助下進(jìn)行β-消去反應(yīng)形成共軛的氧鎓離子（圖2b）。這個(gè)反應(yīng)的中間體可以通過(guò)脫水作用和形成一個(gè)拓展的共軛體系來(lái)穩(wěn)定自己，或者是經(jīng)過(guò)C—C鍵分裂來(lái)產(chǎn)生一個(gè)中性的呋喃衍生物（圖2c）和一個(gè)亞胺鎓陽(yáng)離子。最后，中間物經(jīng)過(guò)分子間取代反應(yīng)來(lái)形成β-咔啉。

圖 2 Norharman的形成過(guò)程

Fig.2 Reactions for norharman formation

關(guān)于harman和norharman的形成機(jī)理，Herraiz[26]認(rèn)為四氫化-β-咔啉THCA和MTCA是加工過(guò)程中輔助致突物harman和norharman形成的前體物。魚(yú)和肉烹飪時(shí)間越長(zhǎng)，THCA、MTCA和β-咔啉（harman、norharman）含量均升高[14]，而β-咔啉可以通過(guò)四氫化-β-咔啉（THβC）氧化反應(yīng)產(chǎn)生。研究者已經(jīng)證明，吲哚乙胺和乙醛或者α-酮酸通過(guò)皮克泰-斯賓格勒反應(yīng)形成THβC是最有效的形成THβC的途徑。該反應(yīng)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(guò)吲哚胺形成的薛夫堿在酸性介質(zhì)中環(huán)化從而形成THβC。THβC通過(guò)進(jìn)一步氧化或脫羧或其他加工過(guò)程中的反應(yīng)，最后形成harman和norharman，見(jiàn)圖3。

圖 3 皮克泰-斯賓格勒反應(yīng)

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(guò)程中產(chǎn)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(wèn)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(chǎn)生。

Tai等[28]在加工魚(yú)松中添加VC和二丁基羥基甲苯（BHT），結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(duì)harman、norharman的抑制作用與其濃度緊密相關(guān)。

雖然人工合成抗氧化劑對(duì)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(guò)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(qiáng)的香辛料對(duì)醬牛肉中雜環(huán)胺含量的影響，結(jié)果表明丁香、桂皮、良姜、紅花椒、香葉對(duì)harman和norharman均有抑制作用，其中香葉對(duì)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(jié)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(fā)現(xiàn)松樹(shù)皮提取物和草本植物對(duì)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(jié)果發(fā)現(xiàn)harman的含量有所降低，如表2所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)是肉制品加工最為悠久、肉制品類(lèi)型最多的國(guó)家，然而近年來(lái)我國(guó)結(jié)直腸癌的死亡率呈上升趨勢(shì)。陳坤[34]研究表明，常進(jìn)食煎炸烘烤肉制品與結(jié)直腸癌的發(fā)病率存在相關(guān)性。隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全意識(shí)的增強(qiáng)，有必要對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)肉制品加工過(guò)程中形成的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行研究。而我國(guó)傳統(tǒng)肉制品的加工方法與國(guó)外存在較大差異，雜環(huán)胺形成的種類(lèi)和數(shù)量也有差異。國(guó)外的烹調(diào)方式中，較常用的是將肉品用平底鍋進(jìn)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(gè)接觸面，因此產(chǎn)生較多的IQ型雜環(huán)胺[35]，而我國(guó)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(chǎn)生非極性雜環(huán)胺[16]。

由于缺乏環(huán)外氨基，β-咔啉harman和norharman在Ames/Salmonella實(shí)驗(yàn)中并不顯示致突變性，與極性雜環(huán)胺相比，非極性雜環(huán)胺一直沒(méi)有受到重視，其被認(rèn)為只有在極端的加工條件下才形成，正常的烹調(diào)條件下一般不會(huì)產(chǎn)生[36]。我國(guó)對(duì)雜環(huán)胺的研究起步較晚，對(duì)harman和norharman的分析也較少，對(duì)其形成機(jī)理缺乏研究。因此，很有必要研究我國(guó)傳統(tǒng)肉制品中含量最多的雜環(huán)胺——harman和norharman的形成機(jī)理，進(jìn)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(tǒng)肉制品的品質(zhì)，從而減少肉類(lèi)消費(fèi)對(duì)健康的危害。

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