肉制品和胃酸条件下亚硝胺合成阻断作用的研究进展

李 玲，夏天兰，徐幸莲,*，周光宏

(1.南京农业大学 教育部肉品加工与质量控制重点实验室，江苏 南京 210095；2.临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276005)

硝酸盐(NaNO3)和亚硝酸盐(NaNO2)广泛存在于环境中，在土壤、水和动植物体内均有分布，同时也是食品中常用的添加剂。硝酸盐在硝酸盐还原菌的作用下可以被还原成亚硝酸盐。亚硝酸盐对人体健康具有危害性，它不仅可以和人体血红蛋白直接结合，导致高铁血红蛋白症，而且还会与胺发生亚硝化反应，生成强致癌物亚硝胺(N-nitrosamine)。因此，如何减少亚硝酸盐及亚硝胺对人类健康的危害，已成为科学界研究的重要课题。

1 亚硝胺的来源及其性质

亚硝胺是一类化学结构和性质极为多样化的化合物，其基本结构为：R1(R2)N—N＝O。主要源于伯、仲、叔胺类和氨基化合物以及其他前体物的化学转化，在水相、食品原料、产品和人体内均可形成。世界各国对肉制品中亚硝胺的含量也进行了限量规定，美国农业部(United States Department of Agriculture，USDA)规定肉制品中总挥发性亚硝胺的含量小于10μg/kg[1]，我国GB 2762—2005《食品污染物限量》标准中规定肉制品中二甲基亚硝胺(NDMA)和二乙基亚硝胺(NDEA)的含量分别不超过35μg/kg和5μg/kg。亚硝胺是具有很强毒性的化学物质，可诱发有机体突变，对肝脏、肾脏、食管和胃等器官都有致癌性[2]。

2 亚硝胺的形成机理

研究发现在食品加工过程中形成的弱酸性环境，使NaNO2和氮氧化物与一些前体物如氨基酸和胺类等反应形成亚硝胺[3]。例如在肉制品加工中，硝酸盐可以被微生物还原为亚硝酸盐，在肉中的微酸性环境条件下，亚硝酸盐被转变为亚硝酸，亚硝酸不稳定分解为N2O3，可作为亚硝化试剂；亚硝胺本身也可以作为亚硝化试剂，和次级胺类物质比如蛋白质、小肽、氨基酸以及生物胺等反应生成另一种亚硝胺。亚硝化反应还受到肉制品加工中其他因素的影响，比如催化剂或抑制剂的存在，不同的加工条件等[4]。

在食物基质中亚硝胺的前体物质如可亚硝化的胺类物质和亚硝化试剂、催化剂和抑制剂都会存在；在体内胃液酸性环境中，亚硝化也会发生，导致内源性亚硝胺的形成。因此，降低亚硝胺的致癌性成为目前食品安全领域研究的热点，在食品加工过程中添加亚硝化反应的抑制剂或者人体直接摄入这些抑制剂是防止亚硝胺致癌的有效途径。流行病学及大量动物实验已经证实，人类食物中的许多天然成分如VC、还原糖、茶多酚和有机硫化物等都能够起到阻断亚硝胺合成或清除亚硝酸盐的作用，从而起到预防癌症发生的效果。

3 影响肉制品中亚硝胺形成的因素

3.1 肉制品原料

肉制品原料会影响亚硝胺形成的水平，如猪肉和牛肉会形成较多的亚硝胺，动物的年龄也会影响亚硝胺的形成，野生动物比规模饲养的动物肉中会形成更多的亚硝胺，这主要是由于食物链累积较高的亚硝酸盐从而形成较高水平的亚硝胺[5-6]。新鲜肉中腐胺、亚精胺和精胺的含量一般各小于2、5mg/kg和20～40mg/kg[7]。肉中还存在易亚硝基化的自由氨基酸，例如脯氨酸、氨基乙酸、丙氨酸和缬氨酸等。肉中存在的腐胺和尸胺等生物胺也会影响亚硝胺的生成，如亚精胺和腐胺可以形成NDMA，尸胺和哌啶能形成亚硝基哌啶(NPIP)，亚精胺和精胺可形成亚硝基吡咯烷(NPYR)[8-9]。Drabik-Markiewicz等[9-10]在蒸煮火腿中添加脯氨酸、羟脯氨酸、吡咯烷，促进了亚硝基吡咯烷的生成，随着加热温度的升高和亚硝酸盐添加量的增加，亚硝胺的生成量显著增加。

3.2 肉制品加工工艺

肉制品中亚硝胺的另一个来源是热加工，研究者将培根进行油炸，发现油炸培根的亚硝胺含量明显增加，脂肪中亚硝胺的含量显著高于瘦肉中含量[11-12]。脂肪油炸时可达200℃，有利于亚硝基化反应进行，说明组织成分的不同可影响亚硝胺的生成量。随着油炸温度的升高，NPYR的生成量显著增加；而微波处理产生很少量的亚硝胺[13]。瑞典科学家详细研究了油炸和微波两种加工工艺对培根中挥发性亚硝胺生成的影响，NPYR在油炸的20个样品中都能检测到，而在微波处理的20个样品中只有5个样品检测到；油炸样品中总挥发性亚硝胺含量远远高于微波处理样品[14]。Yurchenko等[4]在对肉类制品采用不同加工方式烹调时发现，新鲜肉中未检测出亚硝胺类，油炸处理含量明显增加，随油炸温度的升高，含量逐渐增加。本实验室研究了烹调处理对中式香肠中亚硝胺含量的影响，与油炸组相比，水煮和微波处理是控制亚硝胺含量的有效方法[15]。

3.3 亚硝酸盐的添加量

食物中N-亚硝胺的产生与添加的亚硝酸盐密切相关。研究表明，随NaNO2添加量的增加，产品中N-亚硝胺的生成量逐渐增加[16]。Tanaka等[17]在研究添加不同量的NaNO2和山梨酸钾对亚硝胺形成的影响时发现，随NaNO2加入量的增加NPYR也会相应的增加。在法兰克福鸡肉香肠中添加不同水平的NaNO2，通过蒸煮或熏烤进行加热，表观亚硝胺水平随着NaNO2含量的增加而升高[18]。Yurchenko等[4]对生羊肉和油炸羊肉进行研究，添加不同含量的NaNO2，亚硝胺含量随NaNO2添加量增加而逐渐增加；其中NPYR增加最多，大约每毫克 NaNO2产生0.16μg NPYR。

3.4 食盐的添加量

氯化钠对亚硝胺的形成有一定的抑制作用，这是因为腌制液中高浓度的钠盐会改变NaNO2与相应亚硝基化前体物反应的离子环境从而影响亚硝胺的形成。以肉制品(以猪肉基质为模型体系)盐腌液来研究各溶解质成分对亚硝胺形成的影响时发现，异抗坏血酸和抗坏血酸能有效降低N-亚硝胺水平，蔗糖和多聚磷酸钠也对N-亚硝胺形成有一定影响，当食盐在腌制液中以高浓度状态存在时与亚硝胺形成量呈现一定相关性。未添加氯化钠的样品中N-亚硝胺含量比加工中添加1.5%氯化钠的样品要高50%[19]。Rywotycki等[16,20]研究也证实，2%的氯化钠对N-亚硝胺的生成有抑制作用。

3.5 维生素类

1972年Mirvis等[21]在《Science》上报道pHl～5的范围内时，抗坏血酸和抗坏血酸盐具有抑制亚硝胺合成的效果。进一步研究认为在酸性的水溶液中，抗坏血酸将亚硝酸还原成NO，减少了亚硝化反应的前体物，自身转变成脱氢抗坏血酸。抗坏血酸钠和异抗坏血酸钠等化合物都能降低亚硝胺的水平[22]。Rywotycki等[20]在肉中添加0.03%抗坏血酸钠，腌制肉中NDMA和NDEA的生成量明显降低。

VE又名α-生育酚，它能够将亚硝酸还原成NO，从而有效地抑制油脂及乳制品的亚硝化反应。Mergens等[23]在研究油炸培根时发现，VE有抑制亚硝胺生成的作用，VE与VC结合使用的效果要强于VC单独使用。Pourazrang等[24]对腌肉制品的研究也得到了类似的结论。Theiler等[25]研究认为，碳水化合物(葡萄糖、核糖、乳糖和麦芽糖)以及烟熏液都使油炸制品中NPYR的生成量减少60%；糖类、烟熏液和VE结合使用可使NPYR的生成量减少80%。

3.6 植物多酚类

黄酮类和酚类化合物广泛存在于植物中，含有数量不等的酚羟基，具有较高的抗氧化活性，它们可与亚硝化反应的前体物质——亚硝酸盐发生氧化还原反应，由此达到阻断亚硝胺合成的目的。关于植物多酚对肉制品中亚硝胺的形成研究报道较少。国内2006年王永辉[26]、杨华[27]等相继发表了不同的植物浸提液对阻断西式火腿中亚硝胺合成的研究报道，2011年尹立辉等[28]研究了香辛料精油对中式香肠中亚硝胺形成的阻断作用，结果表明八角和丁香精油的作用效果强于VC和VE。但是用植物的叶子、果实、根部以及整体的浸提液对体外模拟胃液中亚硝胺生成阻断实验的研究报道却很多[29-31]，因此进行了详细的总结。这些研究多以植物粗浸提液为材料，在模拟胃液体系中通过紫外光解法间接测定亚硝胺的含量，结果表明植物粗提物都有阻断亚硝胺生成的作用。因此关于多酚类对肉制品中亚硝胺的形成有待于继续深入研究探讨。

4 植物多酚对胃酸体系中亚硝胺形成的影响

目前研究认为多种天然或合成的食品中的组分对亚硝胺的形成有重要的影响。VC是最有效的阻断者，其次是异抗坏血酸、咖啡酸和天然的多酚类化合物。天然植物提取物富含VC、酚酸和多酚类等还原性物质，因此成为近年来的研究热点。

4.1 植物多酚提取物

大量研究发现，在模拟胃液条件下植物多酚提取物具有清除亚硝酸盐、抑制亚硝胺生成的能力，如绿茶、葡萄籽、红薯叶、苹果多酚等[29-32]。Choi等[33]研究草莓、大蒜汁、甘蓝在模拟胃液条件下对NDMA的阻断作用，其中大蒜汁对NDMA的最大抑制率为50.5%，对亚硝酸盐的最大清除率为72.3%；当大蒜汁添加量低时，还具有促进NDMA生成的作用。Ramchandani等[34]在模拟体系中研究了葡萄多酚类粗提物的抗氧化能力，其抑制亚硝化反应的能力与总酚含量密切相关。日本学者Sawamura等[35]在模拟胃酸条件下研究柑橘精油和纯精油对NDMA生成的影响，柑橘精油对NDMA抑制率达20%～80%，其中月桂烯、松油烯和异松油烯的抑制率均在80%以上。Tsai[36]、Huang[37]等研究了绿茶、红薯叶提取物都具有清除亚硝酸盐的作用。韩国学者对志愿者人群的实验研究表明，食物在人体胃液中可形成了一定量的NDMA，植物多酚(乌梅子、绿茶、草莓、葡萄、大蒜或甘蓝)抑制了NDMA的形成[38-39]。Vermeer等[40]也认为人体适量摄入绿茶和VC，能减少NDMA的形成。日本科学家Masdua等[41]考察绿茶对亚硝基吗啉生成的影响时报道，在模拟人体胃液条件下(pH3.0、37℃)，5g绿茶第1和第2次冲泡的冲泡液都有抑制N-亚硝基吗啉(NMOR)生成的作用。而第3次冲泡所得的冲泡液对NMOR的生成有促进作用，而且第4和第5次所得的冲泡液促进效果比第3次还明显。因为多次冲泡后，冲泡液中儿茶素含量过低，而低浓度的儿茶素对亚硝胺的生成具有促进作用，从而使NMOR的生成量增加。这些研究多以植物粗提取物为材料，在模拟胃液体系中研究阻断亚硝胺的作用，近年来关于植物粗提物的有效成分酚酸类和黄酮类物质的研究越来越多，并引起广泛的科学关注。

4.2 酚酸类

1975年Nature报道[42]没食子酸具有抑制和促进NDEA生成的双重功效，这主要由没食子酸的浓度和pH值决定，丹宁酸也有类似的效果。随后又陆续发现山梨酸[17]、绿原酸[43]、咖啡酸[44-45]也具有抑制亚硝化反应的能力。由于没食子酸和绿原酸都具有酚羟基结构，这种结构使它们能够和亚硝化试剂反应形成醌类衍生物，同时亚硝酸被还原成一氧化氮，阻断了亚硝化试剂的产生，进而抑制亚硝胺的生成。Tanaka等[17]报道了在酸性条件下，山梨酸能抑制亚硝酸盐与二甲胺生成NDMA，这是因为山梨酸4、5位碳链上的双键和N2O3反应产生亚硝基肟衍生物。Cotelle等[45]研究了咖啡酸和亚硝酸反应的产物，发现咖啡酸是通过其苯环上的侧链和亚硝化试剂反应，形成氧化呋喃及苯并恶嗪衍生物，从而抑制亚硝胺的生成。

4.3 多酚类

酚类化合物具有抑制亚硝胺生成的作用，按照结构的不同，可分为结构简单的苯酚类化合物及结构复杂的多酚类化合物。对于结构复杂的酚类抑制剂，研究较多的是茶多酚，主要是表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素没食子酸醋(EGCG)。在pH3.0条件下，这4种化合物对亚硝胺的抑制率大小依次是：EGCG＞EGC＞ECG＞EC[46]。而Pignatelli等[43]研究儿茶素等对亚硝化反应的影响时发现，儿茶素具有抑制亚硝基脯氨酸生成的作用；但当NaNO2与儿茶素的物质的量比大于l时，儿茶素却促进亚硝基脯氨酸的生成。Masuda等[41]也发现，当儿茶素与NaNO2的物质的量比小于0.1时， EC和EGCG都具有促进亚硝吗啉生成的效果。Masuda等[41]同时研究了苯酚类化合物对亚硝胺生成的作用，间苯二酚和间苯三酚都具有抑制和促进NMOR生成的双重功效，而邻苯二酚、对苯二酚和邻苯三酚都只有抑制NMOR生成的作用。多酚类化合物的这种双重作用可能和多酚的浓度以及结构中游离酚羟基的数量和位置有关。黄酮类化合物具有多个苯环和酚羟基结构，A环多为间苯三酚型结构，B环常含有邻位酚羟基结构，酚羟基是活泼的H供体。C环为吡喃环，黄酮及黄酮醇类C4位上有一个羰基，羰基可强烈地减少A环的亲核性质。Masuda等[41]认为黄酮类物质A环可以与亚硝酸反应形成一种亚硝化中间产物，这种中间产物能促进亚硝化试剂(N2O3)与胺类物质反应形成亚硝胺，因此黄酮类会促进亚硝胺的形成。但当黄酮类物质与亚硝酸达到合适的比例时，体系中没有多余的亚硝化试剂，因此亚硝胺的形成量会急剧减少，最后完全抑制亚硝胺的产生。因此科学的解释黄酮类化合物的作用机制以及构效关系仍是今后研究的难点。

5 结 语

降低亚硝胺的含量已经成为目前食品安全领域研究的热点，在食品加工过程中添加亚硝化反应的抑制剂或者人体直接摄入这些抑制剂是防止亚硝胺致癌的有效途径。大量研究表明植物多酚粗提物具有清除亚硝酸盐、抑制亚硝胺生成的效果，但这些研究多在植物多酚粗提物的水平，并且对肉制品中亚硝胺形成的抑制作用研究较少，对人体内亚硝胺的形成与抑制研究较少。因此系统研究以植物类黄酮为代表的多酚类化合物对肉制品以及人体内亚硝胺形成的抑制作用，科学地解释其抑制途径和作用机理，分析黄酮结构与功能之间的关系具有十分重要的理论意义和实践价值。

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