肉制品中雜環胺形成因素及抑制方法研究進展

章天嬋　王路瑤

摘 要：雜環胺（heterocyclic amines，HCA）是含有蛋白質的食品高溫加工過程中生成的一種可致癌物質。影響HCA形成的因素很多，主要包括烹飪方法、加工條件（時間、溫度）及抗氧化物質的存在等。因此，肉制品加工和貯藏過程中產生的潛在致癌物HCA類物質已經成為研究熱點。本文就HCA的定義、危害及促進、抑制HCA形成的因素等進行綜述。

關鍵詞：雜環胺;危害;抑制;暴露量;抗氧化

A Review of Factors Affecting Formation of Heterocyclic Amines in Meat Products and Methods Used to Inhibit It

ZHANG Tianchan， WANG Luyao

（College of Food Science and Technology， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China）

Abstract： Heterocyclic amines （HCA） are carcinogenic substances produced during the high-temperature processing of protein-containing foods. There are many factors that have been demonstrated to affect the formation of HCA， mainly including cooking methods， processing conditions （time and temperature） and the presence of antioxidant substances. Therefore， potentially carcinogenic heterocyclic amines generated during the processing and storage of meat products has become a research hotspot. This article reviews the definition and health hazards of HCA， the factors that promote their formation， and the existing methods used to inhibit their formation.

Keywords： heterocyclic amines; harms; inhibition; exposure; antioxidation

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20200220-051

中圖分類號：TS251.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2020）04-0094-06

引文格式：

章天嬋， 王路瑤. 肉制品中雜環胺形成因素及抑制方法研究進展[J]. 肉類研究， 2020， 34（4）： 94-99. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20200220-051. ? ?http：//www.rlyj.net.cn

ZHANG Tianchan， WANG Luyao. A review of factors affecting formation of heterocyclic amines in meat products and methods used to inhibit it[J]. Meat Research， 2020， 34（4）： 94-99. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20200220-051. ? ?http：//www.rlyj.net.cn

肉與肉制品中富含人體所需的營養物質，是人體獲取蛋白質、必需氨基酸、多不飽和脂肪酸等營養物質的重要來源。富含蛋白質食品（如豬肉和魚肉）高溫加工過程中能夠引發肌酸酐、糖、肌酸和游離氨基酸之間的反應，形成一些誘變和致癌化合物，稱為雜環胺（heterocyclic amine，HCA）[1-2]。這些化合物有的具有多環芳香族結構，因此也被稱為雜環芳香胺（heterocyclic aromatic amines，HAAs）。大量研究表明HCA致癌，高HCA攝入與非酒精性脂肪性肝病[3]、神經元損傷[4]等多種疾病存在關聯，且HCA的致突變能力極強，是亞硝酸鹽、黃曲霉毒素B1和苯并芘的數十倍甚至數百倍，對人體有極大危害。因此了解HCA的產生以及抑制HCA形成的方式對健康飲食有重要指導意義。

1 HCA的定義

HCA屬于多環芳烴類物質，其中溫度100～300 ℃形成的HCA稱為熱型HCA，又稱IQ型HCA或氨基咪唑氮雜環芳烴，溫度300 ℃以上形成的HCA稱為熱解型HCA，又稱非IQ型HCA或氨基咔啉類HCA。根據化學性質的不同，HCA又可分為極性HCA和非極性HCA。迄今為止，已經從不同食品體系中分離鑒定出超過30 種HCA[5]。部分HCA的結構如表1所示。

2 HCA的危害

HCA具有很強的致癌和致突變作用[6]，并且是引發哮喘和其他呼吸系統疾病的前體物質[7]，其機理可能是在P450細胞色素酶的作用下，HCA發生O-乙酰化和N-氧化，從而與DNA形成新的聚合物[6]。與大多數化學致癌物類似，HCA通過形成聚合物導致癌變，這是化學致癌作用的第1步，可能是HCA暴露的早期致癌作用，然后通過引發控制細胞增殖的基因突變形成腫瘤[8]。流行病學研究表明，食用過熟的食物或烤肉會增加罹患癌癥的風險。肉制品加工過程中形成的HCA可導致蛋白質、脂肪和DNA氧化，導致人體內發生氧化應激，進而破壞細胞和生物活性功能，增加人體患病甚至患癌的風險[9]。

2.1 致癌性

HCA的流行病學研究表明，幾乎所有HCA都具有致癌性，國際癌癥研究中心將致癌物質分為5 類、4 個級別，包括1級（有明確致癌性）、2A級（具有高致癌性）、2B級（具有低致癌性）、3級（尚未分類致癌性）和4級（無致癌性）。根據不同HCA致癌作用的差異，國際癌癥研究機構將MeIQ、MeIQx、PhIP、AaC、MeAaC、Trp-P-1和Trp-P-2列為2B類潛在致癌物，把IQ列為2A類可能致癌物[10]。流行病學研究表明，雜環胺與結腸直腸癌、胰腺癌、膀胱癌和腎癌的發生相關;HCA攝入量超過41.4 ng/d將會增加患結腸直腸癌的風險，HCA攝入量達到72.9 ng/d時會增加前列腺癌風險，女性HCA攝入量53.6 ng/d比男性攝入量54.3 ng/d時患結腸直腸癌的風險大[11]。

2.2 致突變性

大量研究表明，HCA可以引起DNA改變，如DNA鏈氫鍵斷裂、位點突變、插入和缺失[12]。HCA的致癌作用是代謝過程中與DNA加合形成聚合物所致[13]。相較于其他已知致癌物，HCA的致突變能力是一般多環芳烴和亞硝酸鹽的10～100 倍[14]。

3 中國不同地區HCA年平均暴露量

迄今為止，在加工食品，尤其是肉類和魚類產品中檢測到多種HCA。由于HCA主要在肉類熟制加工過程中生成，因此加工溫度、加工時間等條件對其形成有很大影響，不同熱處理方式對HCA形成的影響不同，而且在日常生活中，加工條件相比于前體物質來說更容易被改變和控制。一般來說，油炸、燒烤、烤箱烘烤等高溫、易失水且直接接觸的烹飪方法會導致較高的HCA形成量，同時研究顯示，中國傳統醬鹵制品中HCA含量也很高，主要是由于反復多次鹵煮與長時間加熱[15]。根據《中國統計年鑒2019》，由中國不同地區居民家庭人均主要食品消費量和肉類HCA平均含量[16]可計算中國不同地區HCA年平均暴露量，以60 kg為人體平均體質量，如表2所示。

4 促進HCA形成的因素

在化學反應中，高溫一般能使反應更劇烈，同時隨著反應時間的延長，產物會逐漸累積，因此在HCA形成過程中，其種類和含量會隨著溫度升高、時間延長而不斷增加和累積。日常生活中，肉制品的加工方式有很多，煎炸、燒烤、烘烤類加熱方法溫度較高，而蒸、煮、微波等方法溫度相對較低。不同熱處理方式對HCA形成的影響不同（表3）。煎炸、燒烤肉類時需要用到不同種類的油，而其中含有不同的脂肪酸，如軟脂酸和硬脂酸等，因此采用不同的油加工出來的肉制品HCA含量也不同[10，17]。

4.1 加工時間和加工溫度

Dennis等[18]研究發現，HCA的形成量很大程度上取決于肉品的加工時間和加工溫度。大部分肉類在高溫條件下經過較長時間烹飪會產生更多的HCA。Gibis等[19]

采用不同溫度及時間煎炸培根，結果表明，煎炸溫度更高、時間更長的培根中含有更多HCA。加工溫度對肉品中HCA形成的影響程度遠大于加工時間。

Arvidsson等[20]研究表明，溫度是HCA生成的關鍵，在牛肉加熱過程中溫度升高，HCA形成量急劇增多，之后到達一定溫度時，變化趨于穩定。采用不同溫度加工羊肉模型體系，對HCA的形成動力學進行研究，結果表明，隨著加熱溫度升高，HCA形成量也增加，二者呈正相關，為準一級反應[21]。因此，肉制品熟制加工過程中要精準掌控加工溫度，盡量減少加工時間，才能盡可能減少HCA的生成。

4.2 加熱方式

4.2.1 燒烤

烹飪方法（如煎炸、烘烤、燒烤等）與肉類產品中大量HCA的形成密切相關，肉類產品的脂肪酸組成已被證明是影響HCA形成的關鍵因素之一。燒烤對于HCA的形成和形成量非常重要。Desrois等[22]研究表明，當肉類與明火接觸進行熟制后，脂肪會分解，形成HCA，因此燒烤類加熱方式產生HCA的主要原因是肉類與熱源密切接觸。?nal等[23]研究表明，HCA可以在烤制土耳其香腸中形成，并且添加不同類型的脂肪會影響總HCA形成量。Bu?a等[24]研究表明，在180、220 ℃條件下，肉的酸堿度對熱處理過程中HCA的形成量影響非常顯著，

且隨著燒烤溫度的升高，肉中HCA含量逐漸增加。?zsara?等[25]研究發現，不同烹飪程度（較生、中等、熟）烤肉串中HCA的多樣性和含量隨烤熟程度的不同而不同，HCA前體含量隨著烤熟程度的增加而逐漸降低，同時肌酸含量下降，而肌酐含量由于轉化反應增加。

4.2.2 油炸

脂肪酸和氨基酸組成是HCA形成的主要影響因素，煎炸肉類時需要用到不同種類的油，而其中含有不同的脂肪酸，如軟脂酸和硬脂酸等，因此采用不同的油加工出來的肉制品HCA含量也不同。一般來說，脂肪含量越高，HCA生成量越大[26]。Pan Teng等[27]比較采用不同油及不同溫度加工的肉松中HCA的差異，結果表明，使用豆油加工的肉松中HCA含量最低。此外，油炸溫度對HCA的形成影響較小。Ekiz等[17]研究表明，采用不同煎炸油炸制的肉丸中均可以形成MeIQx，其中榛子油油炸肉丸中MeIQx含量最低，商業混合油油炸肉丸中最高。

4.2.3 煙熏

Yang Diaodiao等[28]研究熏制或烘烤對香腸加工中HCA形成的影響，發現較高的熏制溫度會導致香腸中總HCA含量升高（（330.00±8.19）～（422.00±17.50） ng/g）;

相反，較高的烘烤溫度會使香腸中總HCA含量降低（（306.00±0.92）～（139.00±9.83） ng/g），表明即使在低溫條件下也可以產生HCA。

4.2.4 鹵煮

鹵煮是中國特有的一種食物煮制方法，通過長時間反復鹵煮，得到風味絕佳的“老湯”。煮制時間越長，肉的風味越好，同時湯里的滋味物質和營養物質越多，國內很多老字號品牌都將老湯作為產品的金字招牌。極性HCA一般在100～300 ℃條件下產生[34]，但隨著時間的延長，在熟度較高的肉中HCA含量較高[27]。由于肉類中HCA暴露量很高[2，5]，過度食用完全熟制的肉可能會增加結腸癌、乳腺癌和胃癌的患病率。

即使鹵煮溫度較低，維持在約100 ℃，但由于長時間煮制，老湯中所含的豐富游離氨基酸、核苷酸、有機酸及糖類發生化學反應，產生大量HCA、亞硝酸等對身體有害的物質。并且隨著重復鹵煮時間與次數的增加，有害物質不斷累積[29]。唐春紅等[15]研究發現，在鹵制白羽雞腿過程中，與未鹵制的鹵湯相比，第9次鹵制的鹵湯中營養物質含量不斷上升，HCA含量也由12.29 ng/g上升至28.64 ng/g。在鴨肉制品中同樣發現，隨著鹵湯反復鹵煮次數的增多，鹵湯和鴨肉的肌酸、游離氨基酸、葡萄糖等HCA前體物含量顯著升高，HCA生成量線性上升[30]。在豬肉醬鹵過程中，鹵煮時間和鹵煮次數是影響非極性HCA生成總量的主要因素，鹵煮中使用的醬油和料酒促進HCA的生成，且鹵煮時間超過2 h后HCA生成量大大增加[31]。

4.3 外源性添加劑

在食品腌制過程中，也會產生很多HCA。由于醬油是HCA前體（如氨基酸和還原糖）的豐富來源，因此用醬油腌制會增加熟食中HCA含量。Shah等[32]對4 種不同類型商業醬油作為腌制成分對烤雞中HCA形成的影響進行研究，結果表明，游離氨基酸在HCA形成中比還原糖具有更重要的作用，此外，隨著腌制時間的延長，烤雞中HCA含量也大大增加。Nuray等[33]研究發現，烹飪過程導致肉丸水分含量減少以及pH值增加，而在肉丸制備中使用不同類型的洋蔥水提物增加了HCA總含量，且隨著洋蔥水提物添加量增加，HCA總量也增加。

5 抑制HCA形成的因素

抑制HCA產生的基本原理是在生產和加工過程中影響美拉德反應進程，從而影響HCA的產生（表4）。目前，國內外對控制肉制品中HCA形成的研究很多，大致可分為肉制品預處理，包括腌制、微波、添加外源成分及應用新加工技術，而最終的控制效果仍處于實驗室探索階段。在日常生活中，可以通過選擇適當的加工方法或添加相應的外源物質（如肉桂、辣椒、花椒等香料）進行腌制或在加工前進行微波預處理減少HCA的產生。

5.1 加工工藝

食品中HCA的抑制與加工技術密切相關，調味料中前體的類型和含量是肉制品中HCA形成的基本條件。通過一定的預處理可以有效改變原料中HCA前體的種類和含量，從而達到控制成品中HCA種類和含量的目的。

在各種烹飪方法中，深油炸和煎炸最易促進HCA的生成。Khan等[35]研究表明，用改進的食譜烹飪可減少誘變形成HCA并促進食源性誘變劑的生成，并且通過減少烹飪過程中各種蔬菜源成分的添加量可以降低HCA攝入量，實現更健康的飲食。微波預處理等前處理方式可明顯降低產品中HCA的含量。牛肉餅經微波前處理后，肌酐、葡萄糖、氨基酸含量降低，HCA總含量也降低，這可能是由于經微波處理后肉制品水分含量降低，從而阻止了HCA的小分子前體物質轉移至肉制品表面發生反應[36]。

食品加工前的腌制處理不僅能改善食品風味，還對HCA含量具有影響。Shah等[32]研究不同醬料、腌制時間對烤雞中HCA總含量的影響，發現除了用生抽腌制6 h和12 h的樣品外，用醬料處理的烤雞中PhIP含量均較對照組顯著降低（P<0.05）。在燒烤中對原材料進行腌制顯著減少了極性和非極性HCA的形成[37]。Ali等[2]研究發現，菊花提取物降低煮熟山羊肉餡餅中HCA含量的效果隨烹飪方法和烹飪溫度的不同而變化，在225 ℃時，總HCA減少量最多。

5.2 外源成分

相較于各種前處理方法，外源物質的添加大多是基于HCA生成的自由基理論，通過清除自由基、影響中間產物形成來阻斷HCA形成和降低HCA生成量，進而控制HCA的生成。目前，添加抗氧化劑被公認為是抑制HCA生成的最有效手段之一，添加抗氧化劑可以清除HCA形成過程中的自由基，破壞反應的進行[46]。

5.2.1 食品配料

在肉制品工業中，配料的添加有時會對HCA的形成起到一定抑制作用。面包屑、蕎麥粉、苜蓿粉、蜂蜜等可以通過隔熱作用顯著抑制HCA的形成，蜂蜜中富含的碳水化合物是抑制HCA形成的主要因素，在工業上通常添加淀粉和膳食纖維等多糖類化合物，起到提高肉制品持水性的功效，也能明顯抑制HCA的形成，肉制品工業中添加淀粉、鹽、大豆蛋白等具有持水作用的化合物對HCA的形成有抑制作用[38]，主要基于這些化合物對HCA前體化合物的移動和暴露限制[39-40]。

5.2.2 天然抗氧化物

香辛料和草藥中的天然抗氧化劑可防止肉類熱加工過程中形成HCA，因而作為潛在的天然抑制劑引起了極大關注。香辛料中含有豐富的抗氧化劑，可以有效清除吡嗪、吡啶自由基，并在肉類加工過程中抑制HCA的產生，這在不同研究中均得到證實。辣椒、花椒和黑胡椒對烤牛肉餅的總HCA形成均有抑制作用，起主要作用的成分分別為辣椒素、花椒麻素和胡椒堿，抑制率超過70%[41]。添加丁香和肉桂能降低皮下脂肪組Sucuk（傳統土耳其肉制品，以牛肉為原料，經過干燥、腌制、發酵或半發酵制成的香腸）中HCA總含量[23]。Jinap等[42]研究腌制液中4 種不同類型有機酸對烤雞肉（沙爹）中HCA形成的影響時發現，使用羅望子、檸檬、酸橙和卡拉馬斯等有機酸成分降低腌料的pH值可以顯著降低烤雞肉中HCA的形成量。Ali等[2]研究發現，菊花提取物可以顯著降低平底鍋油炸、深油炸和烤熟山羊肉餡餅中HCA的含量。Zeng Maomao等[1]研究表明，在富含蛋白質食物的熱加工過程中，花椒和山梨酰胺提取物可以抑制HCA的形成。

酚類化合物的存在可以降低腌制烤牛肉中HCA總含量[43]。茶葉中的茶多酚是較為常見的天然抗氧化劑，抗氧化作用較好。Rounds等[44]發現，牛肉餡餅經綠茶提取物腌制后，PhIP和MeIQ含量分別下降86.0%和31.3%。水果和蔬菜中同樣富含天然抗氧化物質，如酚類、維生素、原花青素等，因此它們在食品加工過程中對HCA的形成同樣有一定抑制作用。富含多酚的蘋果皮提取物可抑制HCA的形成，Sabally等[45]將0.3%蘋果皮多酚提取物以2 種形式（表面涂抹、內部混合）添加到牛肉餅中再進行油炸，結果表明，采用表面涂抹方式，MeIQx、PhIP和4，8-DiMeIQx含量分別降低68%、83%和56%，采用內部混合方式，3 種HCA含量分別降低41%、21%和60%。

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