肉制品中杂环胺形成因素及抑制方法研究进展

章天婵　王路瑶

摘 要：杂环胺（heterocyclic amines，HCA）是含有蛋白质的食品高温加工过程中生成的一种可致癌物质。影响HCA形成的因素很多，主要包括烹饪方法、加工条件（时间、温度）及抗氧化物质的存在等。因此，肉制品加工和贮藏过程中产生的潜在致癌物HCA类物质已经成为研究热点。本文就HCA的定义、危害及促进、抑制HCA形成的因素等进行综述。

关键词：杂环胺;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

中图分类号：TS251.1                                       文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2020）04-0094-06

引文格式：

章天婵， 王路瑶. 肉制品中杂环胺形成因素及抑制方法研究进展[J]. 肉类研究， 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

肉与肉制品中富含人体所需的营养物质，是人体获取蛋白质、必需氨基酸、多不饱和脂肪酸等营养物质的重要来源。富含蛋白质食品（如猪肉和鱼肉）高温加工过程中能够引发肌酸酐、糖、肌酸和游离氨基酸之间的反应，形成一些诱变和致癌化合物，称为杂环胺（heterocyclic amine，HCA）[1-2]。这些化合物有的具有多环芳香族结构，因此也被称为杂环芳香胺（heterocyclic aromatic amines，HAAs）。大量研究表明HCA致癌，高HCA摄入与非酒精性脂肪性肝病[3]、神经元损伤[4]等多种疾病存在关联，且HCA的致突变能力极强，是亚硝酸盐、黄曲霉毒素B1和苯并芘的数十倍甚至数百倍，对人体有极大危害。因此了解HCA的产生以及抑制HCA形成的方式对健康饮食有重要指导意义。

1 HCA的定义

HCA属于多环芳烃类物质，其中温度100～300 ℃形成的HCA称为热型HCA，又称IQ型HCA或氨基咪唑氮杂环芳烃，温度300 ℃以上形成的HCA称为热解型HCA，又称非IQ型HCA或氨基咔啉类HCA。根据化学性质的不同，HCA又可分为极性HCA和非极性HCA。迄今为止，已经从不同食品体系中分离鉴定出超过30 种HCA[5]。部分HCA的结构如表1所示。

2 HCA的危害

HCA具有很强的致癌和致突变作用[6]，并且是引发哮喘和其他呼吸系统疾病的前体物质[7]，其机理可能是在P450细胞色素酶的作用下，HCA发生O-乙酰化和N-氧化，从而与DNA形成新的聚合物[6]。与大多数化学致癌物类似，HCA通过形成聚合物导致癌变，这是化学致癌作用的第1步，可能是HCA暴露的早期致癌作用，然后通过引发控制细胞增殖的基因突变形成肿瘤[8]。流行病学研究表明，食用过熟的食物或烤肉会增加罹患癌症的风险。肉制品加工过程中形成的HCA可導致蛋白质、脂肪和DNA氧化，导致人体内发生氧化应激，进而破坏细胞和生物活性功能，增加人体患病甚至患癌的风险[9]。

2.1 致癌性

HCA的流行病学研究表明，几乎所有HCA都具有致癌性，国际癌症研究中心将致癌物质分为5 类、4 个级别，包括1级（有明确致癌性）、2A级（具有高致癌性）、2B级（具有低致癌性）、3级（尚未分类致癌性）和4级（无致癌性）。根据不同HCA致癌作用的差异，国际癌症研究机构将MeIQ、MeIQx、PhIP、AaC、MeAaC、Trp-P-1和Trp-P-2列为2B类潜在致癌物，把IQ列为2A类可能致癌物[10]。流行病学研究表明，杂环胺与结肠直肠癌、胰腺癌、膀胱癌和肾癌的发生相关;HCA摄入量超过41.4 ng/d将会增加患结肠直肠癌的风险，HCA摄入量达到72.9 ng/d时会增加前列腺癌风险，女性HCA摄入量53.6 ng/d比男性摄入量54.3 ng/d时患结肠直肠癌的风险大[11]。

2.2 致突变性

大量研究表明，HCA可以引起DNA改变，如DNA链氢键断裂、位点突变、插入和缺失[12]。HCA的致癌作用是代谢过程中与DNA加合形成聚合物所致[13]。相较于其他已知致癌物，HCA的致突变能力是一般多环芳烃和亚硝酸盐的10～100 倍[14]。

3 中国不同地区HCA年平均暴露量

迄今为止，在加工食品，尤其是肉类和鱼类产品中检测到多种HCA。由于HCA主要在肉类熟制加工过程中生成，因此加工温度、加工时间等条件对其形成有很大影响，不同热处理方式对HCA形成的影响不同，而且在日常生活中，加工条件相比于前体物质来说更容易被改变和控制。一般来说，油炸、烧烤、烤箱烘烤等高温、易失水且直接接触的烹饪方法会导致较高的HCA形成量，同时研究显示，中国传统酱卤制品中HCA含量也很高，主要是由于反复多次卤煮与长时间加热[15]。根据《中国统计年鉴2019》，由中国不同地区居民家庭人均主要食品消费量和肉类HCA平均含量[16]可计算中国不同地区HCA年平均暴露量，以60 kg为人体平均体质量，如表2所示。

4 促进HCA形成的因素

在化学反应中，高温一般能使反应更剧烈，同时随着反应时间的延长，产物会逐渐累积，因此在HCA形成过程中，其种类和含量会随着温度升高、时间延长而不断增加和累积。日常生活中，肉制品的加工方式有很多，煎炸、烧烤、烘烤类加热方法温度较高，而蒸、煮、微波等方法温度相对较低。不同热处理方式对HCA形成的影响不同（表3）。煎炸、烧烤肉类时需要用到不同种类的油，而其中含有不同的脂肪酸，如软脂酸和硬脂酸等，因此采用不同的油加工出来的肉制品HCA含量也不同[10，17]。

4.1 加工时间和加工温度

Dennis等[18]研究发现，HCA的形成量很大程度上取决于肉品的加工时间和加工温度。大部分肉类在高温条件下经过较长时间烹饪会产生更多的HCA。Gibis等[19]

采用不同温度及时间煎炸培根，结果表明，煎炸温度更高、时间更长的培根中含有更多HCA。加工温度对肉品中HCA形成的影响程度远大于加工时间。

Arvidsson等[20]研究表明，温度是HCA生成的关键，在牛肉加热过程中温度升高，HCA形成量急剧增多，之后到达一定温度时，变化趋于稳定。采用不同温度加工羊肉模型体系，对HCA的形成动力学进行研究，结果表明，随着加热温度升高，HCA形成量也增加，二者呈正相关，为准一级反应[21]。因此，肉制品熟制加工过程中要精准掌控加工温度，尽量减少加工时间，才能尽可能减少HCA的生成。

4.2 加热方式

4.2.1 烧烤

烹饪方法（如煎炸、烘烤、烧烤等）与肉类产品中大量HCA的形成密切相关，肉类产品的脂肪酸组成已被证明是影响HCA形成的关键因素之一。烧烤对于HCA的形成和形成量非常重要。Desrois等[22]研究表明，当肉类与明火接触进行熟制后，脂肪会分解，形成HCA，因此烧烤类加热方式产生HCA的主要原因是肉类与热源密切接触。?nal等[23]研究表明，HCA可以在烤制土耳其香肠中形成，并且添加不同类型的脂肪会影响总HCA形成量。Bu?a等[24]研究表明，在180、220 ℃条件下，肉的酸碱度对热处理过程中HCA的形成量影响非常显著，

且随着烧烤温度的升高，肉中HCA含量逐渐增加。?zsara?等[25]研究发现，不同烹饪程度（较生、中等、熟）烤肉串中HCA的多样性和含量随烤熟程度的不同而不同，HCA前体含量随着烤熟程度的增加而逐渐降低，同时肌酸含量下降，而肌酐含量由于转化反应增加。

4.2.2 油炸

脂肪酸和氨基酸组成是HCA形成的主要影响因素，煎炸肉类时需要用到不同种类的油，而其中含有不同的脂肪酸，如软脂酸和硬脂酸等，因此采用不同的油加工出来的肉制品HCA含量也不同。一般来说，脂肪含量越高，HCA生成量越大[26]。Pan Teng等[27]比较采用不同油及不同温度加工的肉松中HCA的差异，结果表明，使用豆油加工的肉松中HCA含量最低。此外，油炸温度对HCA的形成影响较小。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，商业混合油油炸肉丸中最高。

4.2.3 烟熏

Yang Diaodiao等[28]研究熏制或烘烤对香肠加工中HCA形成的影响，发现较高的熏制温度会导致香肠中总HCA含量升高（（330.00±8.19）～（422.00±17.50） ng/g）;

相反，较高的烘烤温度会使香肠中总HCA含量降低（（306.00±0.92）～（139.00±9.83） ng/g），表明即使在低温条件下也可以产生HCA。

4.2.4 卤煮

卤煮是中国特有的一种食物煮制方法，通过长时间反复卤煮，得到风味绝佳的“老汤”。煮制时间越长，肉的风味越好，同时汤里的滋味物质和营养物质越多，国内很多老字号品牌都将老汤作为产品的金字招牌。极性HCA一般在100～300 ℃条件下产生[34]，但随着时间的延长，在熟度较高的肉中HCA含量較高[27]。由于肉类中HCA暴露量很高[2，5]，过度食用完全熟制的肉可能会增加结肠癌、乳腺癌和胃癌的患病率。

即使卤煮温度较低，维持在约100 ℃，但由于长时间煮制，老汤中所含的丰富游离氨基酸、核苷酸、有机酸及糖类发生化学反应，产生大量HCA、亚硝酸等对身体有害的物质。并且随着重复卤煮时间与次数的增加，有害物质不断累积[29]。唐春红等[15]研究发现，在卤制白羽鸡腿过程中，与未卤制的卤汤相比，第9次卤制的卤汤中营养物质含量不断上升，HCA含量也由12.29 ng/g上升至28.64 ng/g。在鸭肉制品中同样发现，随着卤汤反复卤煮次数的增多，卤汤和鸭肉的肌酸、游离氨基酸、葡萄糖等HCA前体物含量显著升高，HCA生成量线性上升[30]。在猪肉酱卤过程中，卤煮时间和卤煮次数是影响非极性HCA生成总量的主要因素，卤煮中使用的酱油和料酒促进HCA的生成，且卤煮时间超过2 h后HCA生成量大大增加[31]。

4.3 外源性添加剂

在食品腌制过程中，也会产生很多HCA。由于酱油是HCA前体（如氨基酸和还原糖）的丰富来源，因此用酱油腌制会增加熟食中HCA含量。Shah等[32]对4 种不同类型商业酱油作为腌制成分对烤鸡中HCA形成的影响进行研究，结果表明，游离氨基酸在HCA形成中比还原糖具有更重要的作用，此外，随着腌制时间的延长，烤鸡中HCA含量也大大增加。Nuray等[33]研究发现，烹饪过程导致肉丸水分含量减少以及pH值增加，而在肉丸制备中使用不同类型的洋葱水提物增加了HCA总含量，且随着洋葱水提物添加量增加，HCA总量也增加。

5 抑制HCA形成的因素

抑制HCA产生的基本原理是在生产和加工过程中影响美拉德反应进程，从而影响HCA的产生（表4）。目前，国内外对控制肉制品中HCA形成的研究很多，大致可分为肉制品预处理，包括腌制、微波、添加外源成分及应用新加工技术，而最终的控制效果仍处于实验室探索阶段。在日常生活中，可以通过选择适当的加工方法或添加相应的外源物质（如肉桂、辣椒、花椒等香料）进行腌制或在加工前进行微波预处理减少HCA的产生。

5.1 加工工艺

食品中HCA的抑制与加工技术密切相关，调味料中前体的类型和含量是肉制品中HCA形成的基本条件。通过一定的预处理可以有效改变原料中HCA前体的种类和含量，从而达到控制成品中HCA种类和含量的目的。

在各种烹饪方法中，深油炸和煎炸最易促进HCA的生成。Khan等[35]研究表明，用改进的食谱烹饪可减少诱变形成HCA并促进食源性诱变剂的生成，并且通过减少烹饪过程中各种蔬菜源成分的添加量可以降低HCA摄入量，实现更健康的饮食。微波预处理等前处理方式可明显降低产品中HCA的含量。牛肉饼经微波前处理后，肌酐、葡萄糖、氨基酸含量降低，HCA总含量也降低，这可能是由于经微波处理后肉制品水分含量降低，从而阻止了HCA的小分子前体物质转移至肉制品表面发生反应[36]。

食品加工前的腌制处理不仅能改善食品风味，还对HCA含量具有影响。Shah等[32]研究不同酱料、腌制时间对烤鸡中HCA总含量的影响，发现除了用生抽腌制6 h和12 h的样品外，用酱料处理的烤鸡中PhIP含量均较对照组显著降低（P<0.05）。在烧烤中对原材料进行腌制显著减少了极性和非极性HCA的形成[37]。Ali等[2]研究发现，菊花提取物降低煮熟山羊肉馅饼中HCA含量的效果随烹饪方法和烹饪温度的不同而变化，在225 ℃时，总HCA减少量最多。

5.2 外源成分

相较于各种前处理方法，外源物质的添加大多是基于HCA生成的自由基理论，通过清除自由基、影响中间产物形成来阻断HCA形成和降低HCA生成量，进而控制HCA的生成。目前，添加抗氧化剂被公认为是抑制HCA生成的最有效手段之一，添加抗氧化剂可以清除HCA形成过程中的自由基，破坏反应的进行[46]。

5.2.1 食品配料

在肉制品工业中，配料的添加有時会对HCA的形成起到一定抑制作用。面包屑、荞麦粉、苜蓿粉、蜂蜜等可以通过隔热作用显著抑制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，在工业上通常添加淀粉和膳食纤维等多糖类化合物，起到提高肉制品持水性的功效，也能明显抑制HCA的形成，肉制品工业中添加淀粉、盐、大豆蛋白等具有持水作用的化合物对HCA的形成有抑制作用[38]，主要基于这些化合物对HCA前体化合物的移动和暴露限制[39-40]。

5.2.2 天然抗氧化物

香辛料和草药中的天然抗氧化剂可防止肉类热加工过程中形成HCA，因而作为潜在的天然抑制剂引起了极大关注。香辛料中含有丰富的抗氧化剂，可以有效清除吡嗪、吡啶自由基，并在肉类加工过程中抑制HCA的产生，这在不同研究中均得到证实。辣椒、花椒和黑胡椒对烤牛肉饼的总HCA形成均有抑制作用，起主要作用的成分分别为辣椒素、花椒麻素和胡椒碱，抑制率超过70%[41]。添加丁香和肉桂能降低皮下脂肪组Sucuk（传统土耳其肉制品，以牛肉为原料，经过干燥、腌制、发酵或半发酵制成的香肠）中HCA总含量[23]。Jinap等[42]研究腌制液中4 种不同类型有机酸对烤鸡肉（沙爹）中HCA形成的影响时发现，使用罗望子、柠檬、酸橙和卡拉马斯等有机酸成分降低腌料的pH值可以显著降低烤鸡肉中HCA的形成量。Ali等[2]研究发现，菊花提取物可以显著降低平底锅油炸、深油炸和烤熟山羊肉馅饼中HCA的含量。Zeng Maomao等[1]研究表明，在富含蛋白质食物的热加工过程中，花椒和山梨酰胺提取物可以抑制HCA的形成。

酚类化合物的存在可以降低腌制烤牛肉中HCA总含量[43]。茶叶中的茶多酚是较为常见的天然抗氧化剂，抗氧化作用较好。Rounds等[44]发现，牛肉馅饼经绿茶提取物腌制后，PhIP和MeIQ含量分别下降86.0%和31.3%。水果和蔬菜中同样富含天然抗氧化物质，如酚类、维生素、原花青素等，因此它们在食品加工过程中对HCA的形成同样有一定抑制作用。富含多酚的苹果皮提取物可抑制HCA的形成，Sabally等[45]将0.3%苹果皮多酚提取物以2 种形式（表面涂抹、内部混合）添加到牛肉饼中再进行油炸，结果表明，采用表面涂抹方式，MeIQx、PhIP和4，8-DiMeIQx含量分别降低68%、83%和56%，采用内部混合方式，3 种HCA含量分别降低41%、21%和60%。

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