减少杂环胺降低烹调安全风险之探究

文/郭德华 王敏 丁卓平

在人类的致癌因素中，食物一直被认为是最重要的因素之一。许多科学研究证明，人类日常食用的食物就含有致突变和致癌物质-杂环胺化合物。杂环胺是一类在肉类、家禽、鱼类等蛋白质丰富的食物烹调加工时产生的具有致突变性和致癌性的化合物，最早于上世纪70年代由日本科学家们在烤鱼和烹调肉制品中发现，随后有20多种这类物质在热处理食物中被分离鉴定出来。

依照加热温度不同，杂环胺可分为氨基咔啉类和氨基咪唑氮杂芳烃类两种。前一类是在300℃以上的高温状态下热解形成的，另一类是100℃～225℃普通家庭烹调温度下形成，又称为热诱导突变物质，这类杂环胺被发现具有较强的致突变性，因其在普通家庭烹调条件下形成而倍受关注。

食品中杂环胺的生成量主要取决于加热温度与时间、加工方式与设备以及前体物等。其中又以加热温度与时间为最重要的影响因素，加热温度越高，时间越长，生成的杂环胺则越多。虽然杂环胺在加工食品中的含量只有极微量级，但其作为强致突变物对人类癌症成因有重要的影响，大多数杂环胺已被证明可致实验动物多种器官的癌变（如肝癌、肠癌、胃癌等）。而日常膳食中普遍存在杂环胺，人们每天无法避免地从食物中摄入这类致癌物。因此了解杂环胺的形成机理，如何减少它的产生和摄入，分离和检测食品中的杂环胺，降低或消除杂环胺致癌的潜在威胁是十分必要的。

一、杂环胺的危害

杂环胺进入人体后，一部分经过新陈代谢随尿液排出体外，残留物经一系列生物化学反应后产生致突变和致癌作用。已有试验证明在食品烹调形成的杂环胺不仅可诱导细菌突变，还可诱导哺乳动物细胞的DNA损害。啮齿类动物致癌试验结果表明大部分杂环胺致癌具有多种靶器官，如肝、血管、大肠、小肠、胰腺、乳腺等，其中肝脏为主要靶器官。灵长类动物试验证实它在猴体内可形成DNA加合物，且可诱发猴肝细胞癌。鉴于众多研究结果，国际癌症研究中心（IARC）于l987年根据是否对人具有致癌性将杂环胺归为对人类可疑致癌物或潜在致癌物。

二、影响杂环胺生成的因素分析

不同加工方式和时间下杂环胺的形成图

肉类是人类膳食组成中不可缺少的食物之一，研究表明加工温度和时间是影响食品中杂环胺生成量的重要因素之一。通常加热温度越高，时间越长，生成的杂环胺也越多。一些通过微波、烤箱烘烤、煎、油炸、烧烤这5种加工方式及不同加工程度对鸡肉和鱼肉中杂环胺生成量的影响研究显示（见下图）。从加工方式角度来看，鸡肉在微波、油炸和烧烤的加工方式下杂环胺产生量较多，鲑鱼用微波加工时产生的杂环胺最多，其次为油炸和烧烤，2种肉类均在烤箱烘烤和煎的加工方式下生成的杂环胺最少。从加工时间角度看，鸡肉微波3 min时杂环胺含量为0.25 ng/g，当微波12 min时，鸡肉中杂环胺含量达到8.21 ng/g，两者差别达32倍之多。不同加工方式下随着加工时间的延长，杂环胺生成量均显著增加。一些研究人员将肉丸置于3种不同的温度（175℃、200℃、225℃）下煎炸，结果发现随着温度的上升杂环胺生成量显著增加，175℃时杂环胺总量为1.4 ng/g，225℃时杂环胺总量为37.81 ng/g，在175℃、200℃煎炸的肉丸中均未发现杂环胺，而在225℃煎炸的肉丸中杂环胺含量高达31.80 ng/g，此结果与其它研究人员的结果一致。

三、杂环胺产生和致癌的抑制措施

烹调方式是影响杂环胺产生的最主要因素。油炸和烧烤等直接与明火和油脂接触的高温烹调方式产生的杂环胺含量最多，其次为煎、烘烤等以热辐射和热传导的烹调方式。因此，尽量选择蒸、煮、焖等加热温度在100℃左右的方式加工食物。如采用煎、炸的方式加工食物应控制油温，并减少煎炸的时间，在煎炸的食物外面裹上一层淀粉也能预防杂环胺的形成；烤制食物时尽量采用间接的热辐射和热对流方式如烤箱烘烤加工食物，并包上铝箔，避免使用明火烤制。

日常膳食中普遍存在杂环胺类物质，想要完全除去这类致突变和致癌物是不现实的。一些研究发现通过利用天然的抗致突变、抗癌物来抑制杂环胺的致癌作用，降低其致癌风险是一种重要手段，如研究发现绿茶儿茶素、槲皮素和咖啡酸等8种抗氧化剂添加到烹调制品中，可降低杂环胺的含量；还有一些抗氧化性的香辛料可以有效抑制杂环胺的生成，如黑胡椒放入肉丸中加工；绿茶中的茶多酚、苦瓜汁饮用后也可对其起到抑制。

四、杂环胺的提取和检测方法综述

1.杂环胺的提取净化

杂环胺在食品中的含量极低，只有每克中含有纳克级水平，基于样品种类繁多基质复杂，需在对杂环胺分析之前进行提取、净化和浓缩等步骤。食品中杂环胺的预处理首先是溶解均质化样品以沉淀蛋白质、去除脂肪，进一步的分离净化可采用液液萃取、超临界流体萃取、固相萃取、固相微萃取以及在线串联液液萃取和固相萃取等。目前，广泛采用萃取食品中杂环胺的方法是由Gross等提出的，由硅藻土作吸附剂的液液萃取串联PRS柱和C18柱的方法。以1 mol/L的NaOH均质化样品，匀浆物与硅藻土混合装载在一根Extrelut-20柱子中，用含5%C7H8的CH2Cl2将分析物从硅藻土柱转移到PRS柱上，PRS柱预先用含5%甲苯的CH2Cl2活化，然后用CH3OH-H2O或HCl淋洗柱以激活离子交换过程。然后小柱用CH3OH-0.1 mol/L HCl，0.6:0.4溶液和0.5 mol/L乙酸铵CH3COONH4（pH 8.0）溶液分别洗脱非极性和极性杂环胺，分析物最终保留在一个串联的C18柱上，吸附的杂环胺最终用CH3OH-NH3·H2O 0.9:0.1从C18柱上洗脱下来，浓缩后待检。

由于液液萃取串联硅藻土柱、硅胶柱、C18柱和离子交换柱等使用，分析费时，需要消耗大量试剂，已有研究报道使用快速固相萃取法测定食品中杂环胺。Vollenbroker等人以NaOH-CH3OH溶液萃取样品，离心，取上清液过LiChrolutN固相萃取柱进行富集净化，极性杂环胺的回收率能达到62%～95%。张峰等人利用硅藻土柱串联MCX固相萃取小柱提取肉制品中杂环胺，回收率多在79%～117%之间。液液萃取串联快速固相萃取法减少了提取步骤，缩短了分析时间，减少了有机试剂的使用，使得分析食品中杂环胺更加快捷、有效。

2.杂环胺的检测方法

精确分析食品中的杂环胺是一件非常繁杂的工作，鉴于样品的成分复杂及卤代乙酸杂环胺的痕量水平，通过色谱技术进行分析成为了较好的研究手段。对杂环胺定性和定量的方法主要有气相色谱-质谱法、高效液相色谱法和液相色谱-质谱法。气相色谱-质谱法被认为是分析杂环胺最灵敏的技术，但多数杂环胺属极性、难挥发的物质，需要衍生为低极性化合物才利于分析，而目前提出的酰基化、硅烷化等衍生化技术大多处于发展阶段，限制了该方法的推广。高效液相色谱法不但可以成功地分离高极性、非挥发性和热不稳定性的化合物，并且不需要衍生化程序。另外，分析杂环胺可供选择的检测器也较多，如紫外可见光谱仪、荧光检测器、电子俘获检测器等。随着串联质谱技术的迅速发展，液相色谱-质谱法很好地结合了色谱的高分离能力和质谱的高灵敏度和高选择性，并可通过高效液相色谱串联二级质谱达到更佳的分析能力，已成功应用于食品中杂环胺的检测，具有其他方法不可比拟的优势，成为分析杂环胺较为理想的检测手段。

在高效液相色谱-电喷雾串联质谱法中对6种不同的微孔反相色谱柱进行了比较，结果发现了目前最佳的分离效果和较低检测限的色谱柱，且精密度较好；另一些研究利用液相色谱-大气压化学离子源-离子陷阱-质谱联用仪同时分析肉制品中15种杂环胺，质谱的使用大大提高了方法的灵敏度和选择性。Bianchi等利用液相色谱质谱联用仪对比了甲酸-甲酸铵缓冲体系和乙酸-乙酸铵缓冲液对杂环胺分析的影响，结果证实在甲酸-甲酸铵缓冲体系下杂环胺分离效果更好，且检测限较低。Philippe等应用液相色谱/离子阱质谱联用对杂环胺进行定性定量分析，分析时间短，灵敏度高，且可通过二级质谱和碎片离子精确定性杂环胺，判断同分异构体杂环胺。

近年来，超高效液相色谱迅速发展，超高效液相色谱串联质谱技术也被应用于杂环胺的检测。超高效液相色谱在传统高效液相色谱基础上，运用小于2 μm的小颗粒填料和细内径色谱柱大幅增加了色谱柱的效能，同时还可大大缩短分析时间，节约分析试剂。如应用超高效液相色谱分析肉丸中的杂环胺，仅5 min便成功分离分析10多种杂环胺，检测限达0.019 ng/g～0.096 ng/g。

五、结语

2010年认监委下达了起草“进出口食品及食品添加剂中多种杂环胺的测定”出入境检验检疫行业标准的计划，2011年食品安全国家标准制(修)订项目计划中卫生部将“高温烹调食品中杂环胺类物质的测定”也纳入立项范围，食品及食品添加剂中多种杂环胺的检测方法标准化在不远的将来将成为现实，这将有利于调查杂环胺在膳食消费上的暴露量，为风险评估和制定食品中杂环胺最大残留限量提供技术支撑，最终为降低人们烹调风险提供帮助，为人们品质健康生活提供科学指导。