油炸鸡肉中杂环胺的形成及其与色泽的相关性研究

杨钊宇，刘 伟*，李 耘

1．河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

2．中国农业科学院 农业质量标准与检测技术研究所，北京 100081

通过热加工获得既美味又安全健康的各种食品一直是食品工业的重要目标[1]。油炸鸡肉作为即食食品，因其外皮酥脆、香气浓郁、口感极佳而备受消费者青睐。然而，在高温条件下，鸡肉通过美拉德反应发生的蛋白质变性、氨基酸聚合或热解一直是食品工业所关注的重要问题[2]。因为鸡肉中富含蛋白质、氨基酸、碳水化合物等营养物质，高温油炸过程(160～200 ℃)为食品中风险物质——杂环胺的形成提供了非常便利的条件，继而增加了食品安全风险[3]。美拉德反应不仅影响杂环胺的形成[4]，也可促进食品表面色泽的形成[5]。油炸鸡肉的色泽是表征肉类品质和影响消费者消费偏好的关键参数之一，同时也是肉类新鲜度和熟度的一个重要指标[6-7]。目前，国内外对肉类食品(如鸡肉、牛肉、羊肉、鱼肉)在不同热加工(如油炸、烧烤)过程中杂环胺种类与含量的变化规律进行了较多的研究，同时对不同肉类食品中杂环胺的形成机理也有较详细的研究[8-10]。而在保持热加工赋予肉类食品良好品质(如色泽、质构)的条件下，如何控制杂环胺类有害物质的生成，成了该领域亟待解决的问题。值得注意的是，关于油炸鸡肉中杂环胺的形成与品质(如色泽)的相关性的研究较少。

作者拟通过调控油炸温度与油炸时间，对油炸鸡肉中杂环胺的种类、含量和色泽变化进行分析，得出杂环胺的形成与色泽的相关性，为油炸食品工业以及消费者如何科学调整烹饪方式，最大限度地减少肉制品中杂环胺含量提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

大豆油(一级，浸出)、葵花籽油(一级，压榨)、高油酸葵花籽油(一级，浸出)、花生油(一级，压榨)、菜籽油(三级，压榨)、棕榈油(特级，压榨)均购于郑州当地超市。

1.2 试剂

氨水、乙酸、异丙醇、盐酸、三氯甲烷：分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；甲醇、乙腈：色谱纯，美国生物VBS高纯色谱分析试剂公司；甲酸：色谱纯，天津科密欧化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

ASQ-101 V0恒温电炸锅：广州市艾拓机电制造有限公司；TGL-16 M高速冷冻离心机：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；MTN-2800W氮吹浓缩装置：天津奥特赛恩斯仪器有限公司；固相萃取柱(150 mg/6 mL)：美国Waters公司；LC-20 ADXR高效液相色谱仪：日本Shimadzu公司；SCIEX Triple QuadTM3500三重四极杆质谱仪：美国AB SCIEX公司；CR-400色差仪：Konica Minolta Sensing,Inc。

1.4 方法

1.4.1 鸡肉饼的制作

选取统一规格的鸡胸脯肉若干，用绞肉机绞成肉糜，称取约10 g，分装于3 cm×1 cm(直径×高)的模具内。制作过程中不添加任何调味品及食盐等佐料，以免对试验结果产生影响。

1.4.2 油炸鸡肉饼的制作

选取所需煎炸油置于恒温电炸锅内，待油温升至设定温度并稳定后开始计时，将制备好的鸡肉饼放于锅内油炸。在160 ℃下分别煎炸120、180、240、300、360 s，在180 ℃下分别煎炸60、90、150、180、240 s，200 ℃分别煎炸30、60、90、120、180 s。同时，监测煎炸过程中温度变化，确保各组间温度变化无显著差异。

1.4.3 鸡肉饼的基本组分测定

鸡肉中水分、脂肪、蛋白质、灰分含量分别按照GB/T 5009.3—2016、GB/T 5009.6—2016、GB/T 5009.5—2016和GB/T 5009.4—2016的方法测定。

1.4.4 油炸鸡肉饼的色泽测定

采用CR-400色差仪测定油炸鸡肉饼的颜色，在油炸鸡肉饼表面随机选取位置进行3次测量，测得指标亮度(L*)、红绿度(a*)和黄蓝度(b*)。

1.4.5 油炸鸡肉饼中杂环胺的提取与纯化

杂环胺的提取参考文献[11]的方法并稍做修改。将油炸鸡肉饼冷冻干燥后的样品粉碎，准确称取3 g(精确到 0.001 g)于50 mL 离心管中，加入10 μL的 5 mg/L 内标工作液(4,7,8-TriMeIQx)，加入10 mL 含1%(体积分数)乙酸的乙腈溶液，均质1 min，超声20 min。-4 ℃下冷冻离心(10 000 r/min，10 min)。提取2次，收集所有上清液。

参考文献[12]的方法，将固相萃取柱Oasis MCX cartridges(150 mg/6 mL)预先用10 mL甲醇、10 mL 0.1 mol/L盐酸/甲醇(80∶ 20,V/V)混合溶液活化；将上述离心管中的上清液全部转移至MCX柱(150 mg/6 mL)进行富集、净化，提取流出液；然后依次用10 mL水、10 mL甲醇、10 mL甲醇/氨水/水(25∶ 5∶ 75,V/V/V)混合溶液洗涤；最后用10 mL甲醇/氨水(95∶ 5,V/V)混合溶液进行洗脱收集；收集洗脱液后用氮气吹干。加入5%甲酸/乙腈(95∶ 5,V/V)混合溶液定容至10 mL，通过0.45 μm的微孔过滤器过滤，用于LC/MS分析。

1.4.6 杂环胺的LC/MS分析

色谱柱为Agilent ZORBAX Eclipse XDB-C 18 column(3.5 μm, 150 mm×2.1 mm)，柱温为40 ℃。流动相：A为5%甲酸-5 mmol/L甲酸铵水溶液，B为5%甲酸-5 mmol/L甲酸铵甲醇溶液，流速为0.4 mL/min。梯度洗脱程序：0～0.01 min，5%B；0.01～1.00 min，5%B；1.00～1.10 min，5%～60%B；1.10～5.00 min，60%～80%B；5.00～6.00 min，80%～95%B；6.00～8.00 min，95%B；8.00～8.10 min，95%～5%B；8.10～8.20 min，5%B；8.20～10.00 min调整流动相到初始状态。进样体积为5 μL。采用内标法定量，样品结果在以14种杂环胺(分别梯度稀释至0.10、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00、25.00 ng/mL)建立的标准曲线下进行分析。

质谱条件：离子化方式，电喷雾电离正离子模式(ESI+)；毛细管电压，5.5 kV；离子源温度，550 ℃；多反应监测(multi reaction monitoring，MRM)模式。14种杂环胺和内标物定性与定量特征离子及优化的质谱参数如表1所示。

表1 14种杂环胺和内标物定性与定量特征离子及优化的质谱参数

1.5 数据处理与分析

本试验均进行3次重复，数据均以平均值±标准偏差表示；采用SPSS 19软件进行统计分析；Multi Quant软件用于杂环胺数据分析；Origin 2021用于绘制图表和显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 鸡肉基本组分

鸡肉的基本组分见表2。鸡肉中蛋白质含量达到21.78%，是一种良好的高蛋白食品来源。

表2 鸡肉基本组分

2.2 鸡肉饼在不同油脂中加热时杂环胺的含量

由表3可以看出，在180 ℃条件下油炸240 s，油炸鸡肉饼中杂环胺含量变化明显，共检测到DMIP、Harman、Norharman等3种杂环胺。可知，6种植物油对油炸鸡肉饼中杂环胺的形成有明显影响。在一定温度下，植物油可促进食物或化学模型中杂环胺的形成[13-15]。6种植物油对鸡肉饼中杂环胺形成的影响(含量从高到低)为：大豆油>葵花籽油>花生油>菜籽油>棕榈油>高油酸葵花籽油。这可能与植物油中的多酚、维生素E的抗氧化作用以及饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的比例有关[16-17]。同时，吡嗪类和醛类等脂类物质可以提高美拉德反应产物的产率[18]，而且植物油在热氧化过程中也可产生自由基来促进食物中杂环胺的形成[19]。因此，油炸鸡肉饼生产过程中选择合适的油脂对于控制杂环胺形成具有重要意义。大豆油作为大宗油料，年消费量约占我国总食用油消费量的50%[20]，因此，选择大豆油作为煎炸油进行后续研究。

表3 鸡肉饼在不同油脂中180 ℃油炸240 s时杂环胺的含量

2.3 油炸温度对鸡肉饼中杂环胺形成的影响

由图1可知，油炸鸡肉饼中杂环胺总含量随着温度的增加而增加。油炸温度对鸡肉饼中杂环胺总含量的影响(含量从高到低)为：200 ℃>180 ℃>160 ℃；杂环胺总含量的增加速率(含量从高到低)：200 ℃>180 ℃>160 ℃。造成这种现象的原因可能是：氨基酸、蛋白质在高温下发生聚合、热解以及美拉德反应，随着温度的增加，反应程度加快，导致杂环胺的生成速率加快[21-22]。

2.4 油炸时间对鸡肉饼中杂环胺形成的影响

表4—表6为同一温度下，油炸时间对鸡肉饼中杂环胺形成的影响。

由表4—表6可知，随着油炸温度的增加，生成的杂环胺种类也随之增加，说明温度是导致杂环胺种类增加的重要因素之一，选择适当的油炸温度可在一定程度上减少生成的杂环胺种类。同时，在同一温度下，随着油炸时间的延长，杂环胺的含量也随之增加，说明油炸时间的延长也可促进杂环胺的生成，而控制油炸时间可在一定程度上减少杂环胺的生成量。160、180、200 ℃下Harman和Norharman在油炸初期就已形成，这可能与Harman和Norharman可在较低温度下形成有关[23-25]。可见，油炸温度升高与时间的延长可以明显增加杂环胺的含量。由此得出油炸温度与时间可分别影响肉类样品中杂环胺的种类和含量。

表5 180 ℃下油炸时间对鸡肉饼中杂环胺的影响

表6 200 ℃下油炸时间对鸡肉饼中杂环胺的影响

2.5 不同油脂炸制的鸡肉色泽的比较

由图2可知，油炸后的鸡肉饼色泽与油炸前相比有明显变化，说明植物油油炸可促进鸡肉饼色泽的形成。6种植物油油炸的鸡肉饼色泽之间未呈现出明显的差异，色泽指标L*、a*、b*分别维持在65、20、40左右，这说明油脂作为热介质可改变食品的色泽，但在相同的油炸条件下，6种植物油对食品色泽的改变趋于一致，这主要可能是美拉德反应产生的影响大于油脂颜色对鸡肉饼的影响。本试验中，6种植物油对油炸鸡肉饼色泽的影响效果一样。

注：RSO、HOSFO、PNO、SFO、SBO、PO分别表示菜籽油、高油酸葵花籽油、花生油、葵花籽油、大豆油、棕榈油。

2.6 油炸温度与时间对鸡肉色泽的影响

样品表面温度可反映到其色泽动力学中，表面反应速率受表面温度的影响[26]。由图3可知，随着油炸温度的增加，L*的下降速率明显加快，L*随时间延长呈指数递减；而随着油炸温度的增加，a*的上升速率明显加快，a*随时间延长呈指数增加；同样地，随着油炸温度的增加，b*的上升速率也明显加快，b*也随时间延长呈指数增加。色泽变化主要是由于美拉德反应和焦糖化反应引起的[27]。随着油炸温度的升高，同一时间内的含水率降低，进而影响色泽的形成。此外，脂质氧化产物与胺类、氨基酸和蛋白质的反应也可能对这一变化有一定的影响[28]。由以上可知，油炸温度的增加可明显改变鸡肉饼表面颜色，因此，可以通过选择合适的油炸温度来调控食品的颜色，使食品具有良好的色泽。

由图3可知，在同一温度下，油炸时间对鸡肉饼的色泽有明显影响。当鸡肉饼在油炸过程中受热时，其成分会发生物理、化学和结构上的变化，长时间高温会导致鸡肉饼中蛋白质的变性。一方面，油炸肉丸色泽动力学表明，随着时间的推移，亮度的降低是美拉德褐变的结果[29]，美拉德反应在表面颜色形成过程中占主导地位；而褐色是肉汁表面蒸发的水溶性物质脱水和高温褐变反应共同作用的结果[30]；油炸结皮过程中水分含量的降低和结皮层温度的升高加速了美拉德反应[31]，高温和低湿度的结合，引发褐变反应(美拉德反应和焦糖化反应)，肉中存在的葡萄糖、醛、酮和大量的游离氨基酸可以通过美拉德反应相互作用，产生深色色素。另一方面，黄度降低是由于加热导致的肉色素变性；肉的红色是由肌肉色素肌红蛋白的化学状态决定的，在油炸过程中，颜色由红色变为黄色或棕色，这是由于形成了氧化色素和氧化血红素；45～67 ℃下无色蛋白(肌浆蛋白和肌纤维蛋白)发生变性产生不透明的沉淀，掩盖了肌红蛋白和血红蛋白，而在更高的温度(67～79 ℃)下变性的肌红蛋白和血红蛋白产生棕色沉淀[32]。

2.7 油炸鸡肉饼杂环胺、色泽相关性分析

油炸鸡肉饼杂环胺、色泽之间的相关性见图4。从图4可以看出，DMIP与Norharman、a*、b*显著正相关(P<0.01)，其相关系数分别为0.76、0.70、0.72；DMIP与Harman、Total HAAs显著正相关(P<0.001)，其相关系数分别为0.77、0.77；DMIP与L*显著负相关(P<0.05)，其相关系数为-0.63。MeIQx与PhIP显著正相关(P<0.001)，其相关系数为1.00。Harman与b*显著正相关0.54(P<0.05)；Harman与Norharman、Total HAAs显著正相关(P<0.001)，其相关系数分别为0.94、0.96。Norharman与b*显著正相关0.52(P<0.05)；Norharman与Total HAAs显著正相关(P<0.001)，其相关系数为0.99。

注：*表示显著相关(P<0.05)； **表示极显著相关(P<0.01)； ***表示极显著相关(P<0.001)。

由以上分析可知，油炸鸡肉中DMIP、MeIQx、PhIP、Harman以及Norharman的形成离不开美拉德反应，油炸温度的增加和时间的延长对美拉德反应有促进作用，这在一定程度上促进了氨基酸参与到美拉德反应中，也参与到形成杂环胺的反应中[33]，由此出现油炸鸡肉色泽的变化以及杂环胺种类与含量的增加。

3 结论

本研究主要分析了6种植物油对鸡肉中杂环胺形成的影响，并对色泽进行对比分析。以大豆油为煎炸油分析了油炸温度与时间对鸡肉中杂环胺形成的影响，以及杂环胺与色泽的相关性。结果表明，在200 ℃条件下，大豆油油炸鸡肉中共检测出DMIP、MeIQx、PhIP、Harman、Norharman等5种杂环胺，其中Harman与Norharman含量较高，分别为1.51 ng/g、4.48 ng/g。油炸温度与时间可分别影响肉类样品中杂环胺的种类和含量。色泽(L*、a*、b*)在油炸过程中随温度、时间变化明显，其中杂环胺与L*显著负相关、与a*、b*显著正相关。