肉制品中PhIP的形成及抑制機理研究進展

韓文鳳，魏秋紅，李艷秋，邱潑

（1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院鑒湖學(xué)院，浙江紹興312000；2.漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品工程系，河南漯河462000；3.漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院休閑食品加工技術(shù)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南漯河462000）

肉及肉制品中含有優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、必需脂肪酸、維生素、鋅、鐵和硒等多種營養(yǎng)物質(zhì)及牛磺酸、肉堿和肌酸等生物活性物質(zhì)，是日常膳食的重要組成部分[1]。但是肉制品在熱加工過程中會伴隨產(chǎn)生一些健康危害物，雜環(huán)胺（heterocyclic amines，HCA）是熱加工肉制品中由葡萄糖、氨基酸和肌酸酐等反應(yīng)或蛋白質(zhì)熱解形成的，具有致突變性和致癌性風(fēng)險的健康危害物的一種[2]。Hasnol等的研究證實人體攝入含有HCA的熱加工肉制品有使結(jié)腸、胰腺、胃和乳腺等罹患癌癥的風(fēng)險[3-5]。近來還有報道稱HAC的攝入與神經(jīng)元損傷及非酒精性脂肪性肝病等多種疾病也存在相關(guān)性[6-7]。截至目前，已經(jīng)明確結(jié)構(gòu)并準確命名的HCA有30多種，主要包括2個大類：氨基咪唑氮雜芳烴類（amino-imidazo-azaarene，AIA）和氨基咔啉類（amino-carboline，AC）[8-9]。其中AIA被稱為極性或熱誘導(dǎo)型HCA，主要是由肉制品中的糖類和氨基酸等在溫度低于300℃時，經(jīng)過脫水和環(huán)化縮合形成的[10]。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，AIA類HCA又可分為吡啶類、喹啉類和喹喔啉類。AC被稱為非極性或熱降解型HCA，主要是由肉制品中的氨基酸或蛋白質(zhì)在溫度高于300℃時熱解形成的[11]。其中 2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4，5-b]吡啶（2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4，5-b]pyridine，PhIP）是HCA中含量較高的一種，所以經(jīng)常被作為研究HCA的代表物。作為一種潛在的致癌及致突變的化合物，PhIP已被列為能夠合理預(yù)測的人類致癌物。本論文通過闡述PhIP的形成機理和外源性物質(zhì)抑制肉制品中PhIP形成的機理，以期為有效抑制肉制品中PhIP的形成提供理論參考。

1 PhIP的生化特性

PhIP屬于吡啶類HCA，分子式為C13H12N4，相對分子質(zhì)量為224.26，CAS登記號為105650-23-5，其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。PhIP是一種灰白色固體，有一定的極性，折射率1.699，酸度系數(shù)pKa=5.6，閃點237.4℃，密度1.3 g/cm3，在堿性條件下不溶于水。熔點300℃，沸點468.9℃，在通風(fēng)低溫干燥處能穩(wěn)定儲存。

圖1 PhIP的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of PhIP

2 PhIP對人體健康的危害

PhIP是熱加工肉制品中一種含量較高的HCA，被發(fā)現(xiàn)存在于牛排、牛肉、雞肉、培根和肉丸等多種肉制品中。在由于攝入HCA而可能增加的致癌風(fēng)險中，有50%是由PhIP引起的，國際癌癥研究機構(gòu)（International Agency for Research on Cancer，IARC）于 1993 年將PhIP定義為2B級潛在致癌物[12]。2004年美國健康和人類服務(wù)部（Department of Health and Humanity Services，DHHS）將PhIP列為能夠合理預(yù)測的人類致癌物，并將其列入國家毒理學(xué)計劃[13]。李瑞金等在研究PhIP對雄性大鼠心、肝、肺和腎等組織脂質(zhì)過氧化作用的影響時發(fā)現(xiàn)，當組織中PhIP含量較高時會嚴重損壞機體的組織和細胞，進而引起慢性疾病甚至癌癥[14]。Ohgaki等研究發(fā)現(xiàn)，PhIP會增加嚙齒類動物的胃、肝臟、大小腸、結(jié)腸、乳腺與皮膚患癌癥的風(fēng)險[15]。Sinha等研究表明人體罹患癌癥的幾率與攝入PhIP的量呈正相關(guān)[16]。Fuccelli等通過試驗發(fā)現(xiàn)PhIP能損傷外周血單個核細胞DNA[17]。Kakiuchi等研究發(fā)現(xiàn)存在于大鼠Apc基因中的5個位點在PhIP的誘導(dǎo)下會發(fā)生突變[18]。Dashwood等的研究結(jié)果證實PhIP可誘導(dǎo)大鼠結(jié)腸腫瘤Ctnnbl基因發(fā)生突變[19]。Lin等證實PhIP在體內(nèi)會在細胞色素氧化酶（CYP 1A2）的作用下氧化激活生成N-羥基-PhIP，再進一步酯化形成致癌物N-乙酰氧基PhIP，后者會與DNA形成加合物[20]。PhIP與動物體內(nèi)DNA形成加合物，是其致癌和致突變的基礎(chǔ)。

3 PhIP的形成機理

Felton等于1986年首次從高溫煎炸的碎牛肉中檢測出了PhIP[21]。Shioya等在二甘醇-水混合液中加入苯丙氨酸、肌酸酐和葡萄糖的混合物并于128.0℃下加熱2.0 h，從反應(yīng)后的產(chǎn)物中檢測得到了PhIP[22]。Skog等指出葡萄糖對PhIP的形成不僅起不了關(guān)鍵促進作用，甚至還會有抑制效果[23]。Skog等發(fā)現(xiàn)在肌酸酐與酪氨酸、異亮氨酸和亮氨酸等氨基酸的模擬反應(yīng)體系中也有PhIP的存在[24]。Zchling等發(fā)現(xiàn)苯丙氨酸、肌酸酐等前體物質(zhì)，苯乙醛、羥醛縮合產(chǎn)物等中間體和PhIP共同存在于模擬體系及烤肉等肉制品中[25]。1999年Felton等通過同位素標記法證實了苯丙氨酸和肌酸酐是形成的PhIP的前體物質(zhì)[26]。Shigeo等也證實當模擬體系中存在肌酸酐的情況下，用苯乙醛代替苯丙氨酸同樣可以誘導(dǎo)PhIP的形成[27]。由此推測，苯乙醛應(yīng)該是PhIP形成過程中的一個重要中間體。Hidalgo等研究發(fā)現(xiàn)油脂氧化能夠促進PhIP中間體苯乙醛形成的苯丙氨酸史崔克（Strecker）降解反應(yīng)，從而對PhIP的形成有間接的促進作用[28-29]。綜上所述，PhIP的形成途徑可以概括為，苯丙氨酸經(jīng)過Strecker降解反應(yīng)產(chǎn)生苯乙醛，苯乙醛與肌酸酐反應(yīng)形成了相應(yīng)的羰基-肌酐加合物，而后發(fā)生羥醛脫水縮合反應(yīng)生成羥醛縮合產(chǎn)物，最后羥醛縮合產(chǎn)物通過席夫堿（Schiff base）反應(yīng)形成PhIP，即醛酮與伯胺反應(yīng)生成含碳氮雙鍵的亞胺。PhIP形成途徑的路線圖如圖2所示。

圖2 PhIP的形成途徑Fig.2 Formation pathways of PhIP

4 外源性物質(zhì)對PhIP的抑制作用

目前食品安全問題已經(jīng)引起多方面的高度關(guān)注，由于PhIP廣泛存在于多種日常膳食的肉制品中，并且對人體的危害較大，由肉制品中PhIP等HCA引發(fā)的健康問題也日益成為人們關(guān)注的焦點。肉制品行業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品，改善產(chǎn)品色香味等感官體驗的同時，要更加注重其安全健康。影響PhIP的因素主要有原料肉的成分、加工器具、加工工藝及外源成分的添加等。肉品制作過程中添加外源成分是抑制PhIP產(chǎn)生的常見辦法。目前多酚類抗氧化劑、香辛料和維生素等是常用的外源性添加劑，尤其是在醬鹵肉制品中添加香辛料不僅能抑制HCA的形成，還能夠起到改善肉制品風(fēng)味的作用。

4.1 多酚類抗氧化劑

多酚是存在于植物中的多羥基酚類化合物的總稱，屬于可食性植物功能成分，是植株體內(nèi)來源于苯丙氨酸代謝途徑和莽草酸途徑的重要次生代謝物，主要包括酚酸、黃酮醇和黃烷醇及衍生物等。Cheng等報道葡萄籽和蘋果提取物對PhIP具有很好的抑制作用，并且證實了水果提取物中抑制PhIP形成的主要活性成分是綠原酸、根皮苷和原花青素等具有多酚結(jié)構(gòu)的物質(zhì)[30]。Gibis等發(fā)現(xiàn)將0.6 g葡萄籽提取物添加到100.0 g腌制料中對肉制品中PhIP的抑制率可達90%[31]。Sabally等研究發(fā)現(xiàn)，將0.3 g的蘋果皮多酚混合于100.0 g牛肉餅中炸制后對PhIP的抑制率為21.0%，若涂抹在牛肉餅表面炸制后對PhIP的抑制率可達83.0%[32]。秦川的研究結(jié)果表明在烤牛肉中加入柚皮素、山奈酚、槲皮素、根皮苷、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）、染料木素和芹菜苷元等類黃酮物質(zhì)，對烤牛肉中PhIP均有顯著的抑制作用[33]。Weisburger等也發(fā)現(xiàn)染料木素和大豆苷元均可顯著抑制PhIP的形成[34]。Cheng等在研究黃酮類物質(zhì)對PhIP的抑制效果時發(fā)現(xiàn)，根皮苷、柚皮素和槲皮素均能明顯抑制PhIP的形成[35]。Oguri研究14種抗氧化劑對PhIP的抑制效果時發(fā)現(xiàn)，EGCG、木犀草素、槲皮素和咖啡酸等多酚類物質(zhì)均能明顯抑制PhIP的形成，其含量是對照組的3.2%～75.0%[36]。于春娣等發(fā)現(xiàn)肌苷-苯丙氨酸體系中甘薯葉黃酮對PhIP的抑制率最高，依次是槲皮素、甘草素和蘆丁，葛根素的抑制率最低[37]。多酚類抗氧化劑的種類、添加量及肉制品加工方式的不同會對PhIP的抑制效果產(chǎn)生差異。也有研究表明，人工合成的抗氧化劑如丁基羥基茴香醚和二丁基羥基甲苯也可以抑制PhIP的形成[38]，但是這類物質(zhì)進入人體后，對肝臟、肺和脾臟等器官的損傷較大。因此，選用酚酸、黃酮醇和黃烷醇等多酚類天然抗氧化劑來抑制PhIP的形成，是肉制品工業(yè)中降低PhIP含量的研究方向。

4.2 香辛料

香辛料是指一類具有芳香和辛香等特殊香味的天然植物及其制品，添加到肉制品中不僅可以改善風(fēng)味，而且已經(jīng)有大量研究證實在肉制品中加入香辛料可以抑制PhIP的形成。大蒜和洋蔥中含有豐富的大蒜素、二烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚和二丙基二硫醚等含硫化合物，Shin等的研究結(jié)果表明這些化合物對PhIP的抑制率可達85.0%以上[39]。呂美的研究表明，如果在煎牛肉餅中添加3.0%的高良姜，則PhIP可以得到完全抑制[40]。Zeng等發(fā)現(xiàn)在烤牛肉餡餅中添加花椒對PhIP抑制率可達100%，添加0.5%的辣椒和0.005%的辣椒提取物的抑制率分別為82.0%和27.0%[41]。Oz等研究發(fā)現(xiàn)按1.0%的比例在肉丸中加入黑胡椒，于225.0℃下油炸，黑胡椒對PhIP的抑制率也可達到100%[42]。Tsen等按0.1%的比例在牛肉餅中加入迷迭香，檢測結(jié)果表明試驗組中PhIP的含量比空白對照組降低了66.0%[43]。Puangsombat等研究了迷迭香乙醇提取物對烤牛肉餅中PhIP抑制率的影響，結(jié)果表明，其對PhIP的抑制率可達85.3%[44]。目前香辛料被廣泛應(yīng)用于各類肉制品加工中，通過添加香辛料抑制PhIP及HCA的形成在國內(nèi)肉制品行業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景。

4.3 維生素

維生素可以通過與形成PhIP的關(guān)鍵中間體苯乙醛結(jié)合而抑制PhIP形成。研究發(fā)現(xiàn)將0.1%的VE作為添加劑可使豬肉中的PhIP含量降低約78.0%，同時其抑制率會因VE的純度和來源而相差懸殊。Balogh等研究發(fā)現(xiàn)把VE以1.0%和10.0%兩種濃度添加到牛肉餅中，經(jīng)煎炸后PhIP的濃度分別降低了69.0%和72.0%[45]。Wong等研究了11種水溶性維生素在模擬體系中對PhIP 的抑制作用效果，發(fā)現(xiàn) VB6、VB7、VPP、VH、VB1、VC對PhIP的抑制率均可達40.0%以上[46]。

5 外源性物質(zhì)抑制PhIP形成的作用機理

PhIP的前體物質(zhì)苯丙氨酸經(jīng)Strecker降解反應(yīng)產(chǎn)生苯乙醛，苯乙醛與肌酸酐發(fā)生的脫水縮合等一系列反應(yīng)是形成PhIP的主要途徑。由于苯乙醛是PhIP形成的關(guān)鍵中間體，外源性物質(zhì)主要是通過與苯乙醛反應(yīng)形成加合物而阻斷PhIP的形成。綠茶中的EGCG可通過清除PhIP形成的關(guān)鍵中間體苯乙醛，阻斷苯乙醛與肌酸酐反應(yīng)來抑制PhIP的形成。Cheng等的研究表明EGCG對模擬反應(yīng)體系中苯乙醛的抑制率可達90.0%，同時通過液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）檢測到了EGCG與苯乙醛反應(yīng)形成的加合物[35]。Cheng等通過液相色譜-質(zhì)譜法（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）分析發(fā)現(xiàn)柚皮素會以形成加合物的形式捕獲苯乙醛，并通過核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）光譜表征分析出柚皮素的兩個活性位點，提出了苯乙醛被捕獲是柚皮素抑制PhIP形成的關(guān)鍵機制[47]。秦川將黃酮類物質(zhì)和苯乙醛混合反應(yīng)后經(jīng)LC-MS/MS和NMR鑒定到苯乙醛-柚皮素和苯乙醛-槲皮素的加合物，然后在烤牛肉中檢測出5種苯乙醛-黃酮加合物的分子[33]。Wong等研究發(fā)現(xiàn)水溶性維生素VB6可以抑制PhIP的形成，并通過液相色譜-電噴霧正離子串聯(lián)質(zhì)譜法（liquid chromatography-electro spray positive ion tandem mass spectrometry，LC-ESIMS/MS）和NMR波譜分析證實，VB6是通過捕獲苯乙醛，形成了苯乙醛-VB6加合物而使PhIP含量顯著降低的[46]。另外迷迭香提取物等香辛料對PhIP的抑制作用可能與其含有的酰胺類化合物有關(guān)，如鼠尾草酚，鼠尾草酸和迷迭香酚，其結(jié)構(gòu)中具有鄰二酚基團，可作為陽離子自由基的清除劑[48]。

6 結(jié)語

PhIP是HCA的代表性物質(zhì)，其存在于以熱加工肉制品為代表的食品中，PhIP通過肉制食品等攝入人體后能引起慢性疾病甚至癌癥。隨著人們對食品安全的日益重視，降低肉制品PhIP的含量，提高其食用安全性，成為目前肉制品行業(yè)亟待解決的問題。研究發(fā)現(xiàn)多酚類抗氧化劑、香辛料和維生素等外源性物質(zhì)均可以抑制PhIP的形成。在實際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)其抑制機理制定高效可行的方案，以期把肉制品PhIP的含量降至最低。