高温加工肉制品中PhIP的形成与控制

王南

摘 要：2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑[4，5-b]吡啶（PhIP）是肉制品在高温烹调加工过程中产生的含量较高的杂环胺类化合物。本文从PhIP的生物毒性、形成机制出发，探讨不同加工条件对其形成的影响，总结分析该物质的抑制措施，从而为相关研究提供参考。

关键词：杂环胺；PhIP；形成机制；抑制措施

Abstract： PhIP （2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4，5-b]pyridine） is one of the most abundant heterocyclic amines detected in high-temperature cooked meat products. In this paper， the biological toxicity， formation mechanism， generation and control of PhIP are reviewed with the aim of providing a reference for related research.

Key words： heterocyclic amines； PhIP； formation mechanism； control measures

中图分类号：TS251.5 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2014）10-0033-04

杂环胺是一类由蛋白质含量较高的鱼肉、畜禽肉等在高温加工过程中通过美拉德反应与自由基机制产生的低分子有机胺类化合物[1]。按照化学结构的不同，杂环胺可分为氨基咪唑氮杂芳烃（即极性杂环胺）和氨基咔啉（即非极性杂环胺）两类。2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑[4，5-b]吡啶（PhIP）是在300 ℃以下生成的吡啶类极性杂环胺，在烹调肉类中的含量较高，具有一定的毒性、致突变性及致癌性[2-4]。Lin等[5]的研究表明，PhIP可在肝脏内代谢成N-乙酰氧基PhIP与DNA形成加合物，具有遗传毒性；Kukiuchi等[6]发现，PhIP可引起大鼠体内Acp基因的突变；PhIP的摄入在杂环胺类致癌性中起到约一半的作用[7]，国际肿瘤研究机构因此将PhIP定为潜在致癌性物质（2B类）[8]，其化学结构如图1所示。

近年来，关于肉制品中杂环胺类物质总体的形成机制[9-10]、检测方法[11-12]、加工条件影响[13-14]及其抑制措施[15-16]等方面均有相关研究报道。本文针对PhIP，从形成机制及影响因素出发，简要介绍其毒性作用，并着重对其作用机理及抑制措施进行综述，为相关研究提供参考。

1 PhIP的生物毒性

早在20世纪30年代末期，Widmark[17]就已发现从烤马肉中提取出的杂环胺类物质可诱发小鼠乳腺肿瘤。Turteltaub等[18]研究发现PhIP的致突变性是由肝脏内细胞色素氧化酶P45OIAI與1A2进行代谢活化产生。李万青[3]以肿瘤的主要抑制基因pl6作为生物标记，采用显微技术、荧光定量RT-PCR及生化分析等手段，从分子水平探究PhIP与大鼠胃组织的病理学改变关系；结果表明，PhIP可引起大鼠胃组织抗氧化酶活性下降及丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平升高，以及蛋白质羰基（protein carboyl，PCO）含量和DNA与蛋白质交联率（DNA-protein crosslinks coefficient，DPC）增高，同时对大鼠胃组织细胞脂质、蛋白质产生毒性损伤，并且抑制大鼠胃组织pl6基因表达，使pl6基因DNA甲基化，此反应可能抑制了蛋白的表达，致使pl6蛋白失活，继而导致肿瘤细胞的过度增殖，造成大鼠胃组织损伤，进一步引发癌变。此外，大量动物性实验表明，PhIP可致使动物多种器官及组织发生突变及肿瘤。Archer等[19]研究认为PhIP对前列腺癌具有潜在作用；Nakai等[20]发现PhIP可间接促进小鼠肺部癌细胞的增殖与扩散，引发肺部肿瘤产生；Bandaru等[21]的研究也表明PhIP可诱导大鼠基因突变，导致结肠肿瘤；同时，PhIP亦可诱导小鼠鳞状细胞癌ras突变，结肠肿瘤的Apc、Ctnnbl、lacⅠ基因突变，结肠和乳腺肿瘤的微卫星不稳定性及杂合性丢失等[22]。

2 PhIP的形成机制

最初发现的PhIP物质是从煎烤碎牛肉中分离出来的，如今，人们已在牛肉、鱼肉、猪肉、羊肉等原料肉中一一检测出来。而在相同处理及检测条件下，在鸡肉中的含量一般比其他肉多[23]，其原因可能是鸡肉中的氨基酸种类有利于PhIP的产生。

一般来说，杂环胺是由糖类、肌酐和氨基酸通过复杂的美拉德自由基反应过程生成的。氨基咔啉类可由肌酐、葡萄糖分别与甘氨酸、苏氨酸、丙氨酸在高温下产生[24-25]，与非极性杂环胺的形成有所不同的是，生成PhIP的前体物中苯丙氨酸与肌酐的反应较为重要，此猜想已通过模型体系[26]及干加热13C标记[27]证明得出。而葡萄糖对于PhIP的影响因加热体系的条件而不同，在液体模型下，葡萄糖对PhIP的含量有重大影响，但在干热体系中影响不大。Manabe等[28]发现，加热肌酐、苯内氨酸和乙醛或核酸的混合物可产生PhIP物质。以苯丙氨酸作为前体物的模型中，苯丙氨酸首先通过美拉德反应生成Strecker醛-苯乙醛，醛类再与肌酐通过醇醛缩合反应随后脱水形成缩合物。此外，还有研究证实亮氨酸、异亮氨酸与酪氨酸也是PhIP生成的前体物质[26-29]，廖国周等[9]研究了在相同处理条件下不同前体物浓度对杂环胺形成的影响，结果表明，PhIP的形成量与原料肉中肌酸和葡萄糖的浓度比存在显著相关性，当原料肉中肌酸与葡萄糖的浓度比大约为0.89～9.84之间时，随着还原糖含量的增加，PhIP的形成量随之减少。实验同时证明了前体物浓度及其之间的物质的量比对杂环胺形成的重要性[30]。梅竞博[31]认为，PhIP结构吡啶基团中氮原子主要来源于肌酐的氨基与中间体的含氧基团反应、苯丙氨酸中的氨基和游离氨等。

3 不同加工条件对PhIP形成的影响

肉制品在烹调加工过程中杂环胺的产生量不仅与前体物种类及浓度有相关性，而且还与加工方法、温度、处理时间密不可分。

3.1 加工方法

碳烤、油炸等直接与明火接触的烹调加工方式，可使肉制品表面自由水快速流失且引起褐变反应，有助于杂环胺的生成。郭海涛[14]比较了烘烤、油炸、煎炸和酱卤4 种加工方式对羊肉饼中杂环胺形成的影响，发现PhIP在油炸方式下生成量最高，可达2.6 ng/g以上。而牛排在成熟与过熟时显示，PhIP的含量在烧烤条件下均比锅煎和烘烤多，分别为7.3 ng/g和30.0 ng/g[32]。其他原料肉类也显示出类似的现象，廖国周[1]研究了鸭肉在碳烤、油炸、烘烤、微波、蒸煮和煎烤几种加工方法，发现各种加工方法中煎烤产生的杂环胺最多，而PhIP在煎烤与碳烤中比较容易生成。同样的结果，Sinha等[33]在鸡肉中也有报道，他发现煎烤鸡肉中PhIP含量高达70 ng/g。

3.2 加工温度

肉制品中杂环胺的含量随加工温度升高而显著增加。猪肉饼在140、160、180、200、220 ℃条件下油炸5 min检测杂环胺含量的研究发现[31]，在140～160 ℃之间时，PhIP没有明显的检出，而在180～220 ℃温度范围内，其含量随温度的升高而增加，220 ℃时含量高达236.160 ng/g。Liao Guozhou等[34]在100、125、150 ℃条件下煎炒猪肉，高效液相色谱检测结果表明，当温度为100 ℃时，没有检测到PhIP的存在，而在100～150 ℃之间，PhIP的生成量与温度之间存在明显相关性，即随着温度升高，PhIP的含量增加。与以上结果相同，杨洪生等[35]考察了草鱼鱼糜在140、160、180、200 ℃油炸温度对杂环胺含量的影响，其中PhIP随着加工温度的升高，含量也不断升高。烹调温度不仅对肉类成品中杂环胺类化学物的生成量有影响，还对锅内残留物中的杂环胺含量有影响，郑国庆[36]研究发现，在225 ℃时小牛排成品及其锅内残留量中，PhIP含量均比温度为150 ℃时多10 倍以上。

3.3 加工时间

加工时间对杂环胺形成的影响要小于温度。在相同温度（180 ℃）条件下，将猪肉样品分别油炸0～10 min，当油炸5 min后，杂环胺物质开始显著产生，当油炸10 min时，PhIP生成速率最快，且生成量最大，含量为5 min时10 倍左右[31]。Balogh等[37]也发现，碎牛肉饼中PhIP的含量在每面煎10 min时要比每面煎6 min时多3～6倍。羊肉饼在烘烤、油炸与煎炸时，随着时间的延长，杂环胺的含量不断升高，每种加工方式中PhIP的含量均为最高，当油炸时间为3 min时，PhIP含量可高达32.24 ng/g，远比其他杂环胺含量高几十倍[14]。

4 肉制品中PhIP的抑制措施

中華饮食文化源远流长，肉类烹饪加工与消费方式多种多样，烧烤、油炸等传统的高温加工过程中，肉制品本身容易产生杂环胺类化学物，虽然含量只有ng/g级别，但长期摄入也可能对人体健康产生危害。除采取合理的烹调方式[38]、降低烹调温度、缩短加工时间外，合理添加一些香辛料、抗氧化剂、植物提取物等以抑制杂环胺产生成为近年来的研究热点。

4.1 香辛料

香辛料中含有大量的抗氧化物质，如酚类化合物具有清除自由基、淬灭单线态氧和螯合金属离子的能力，与肉制品在加工过程中杂环胺形成具有一定的相关性[39]。大蒜中含硫化合物及大蒜素对杂环胺的抑制具有明显效果，据报道，100 g牛肉饼中加入15 g大蒜，PhIP抑制率即可达到60%以上[40]。吕美[41]研究表明，3%高良姜对煎烤牛肉饼中的PhIP抑制率可达100%，使用50%陈皮也可达到同样效果。而桂皮却可诱发其中PhIP含量的增加。而对于烧鸡鸡肉及鸡皮，良姜却有促进PhIP生成的作用[42]。与此类似，Dama?ius等[43]也发现，5%罗勒和牛至可导致牛肉中PhIP的含量增加。由40 mg/mL陈皮提取液处理过的牛肉干中检测到PhIP含量与对照组有显著差异

（P<0.05），其含量由对照组中（8.08±0.35）ng/g下降到（1.66±0.45）ng/g，抑制率达到79.5%[44]。郭海涛等[12]经过比较生姜、大蒜、洋葱和柠檬4 种物质对羊肉饼中杂环胺含量的影响后，得出这4种物质分别可抑制35.9%、49.7%、52.7%和55.7% PhIP。

4.2 抗氧化剂

维生素及黄酮类化合物等天然抗氧化剂均已被证实在烹饪过程中对杂环胺的产生具有抑制作用。Cheng等[45]分别考察了12 种酚类对牛肉中杂环胺含量的抑制作用，结果显示，黄酮类化合物如槲皮素、柚皮苷、表儿茶素、茶黄素等均可抑制PhIP的产生，而酚酸类化合物如鼠尾草酸的存在却增加其含量。Haskaraca等[15]研究表明，绿茶浸泡后的炸鸡翅与炸鸡腿肉中PhIP含量均有明显的降低。Quelhas等[46]也在绿茶浸泡过后的牛肉中得出同样结果，且进一步研究发现，随着浸泡时间的延长，其含量也有明显变化。追究其原因，发现绿茶中含有的没食子儿茶素没食子酸酯是通过淬灭活性羰基来抑制PhIP的形成，从而阻断了苯乙醛与肌苷酸进一步反应形成PhIP[45]。梅竞博[31]研究了0.100 g/kg的竹叶抗氧化物溶液对猪肉中PhIP的含量影响，发现在0.100 g/kg竹叶抗氧化物溶液添加量条件下，竹叶抗氧化剂对PhIP的产生有明显的抑制作用，但随着油炸时间的增加，抑制作用减弱。VE对肉制品中杂环胺的产生也有一定的抑制作用。Faulkner[47]在煎烤碎牛肉饼中添加相当于脂肪含量的1%的VE，发现可抑制80% PhIP的形成，同时还可减少70%的致突变性。除维生素外，迷迭香油树脂也已被证明可抑制44%的PhIP的生成[48]。

4.3 植物提取物

多年来，诸多学者对各种植物中的抗氧化物质进行提取并应用于杂环胺控制中，取得良好的效果。Lee等[49]用特级初榨橄榄油预先与牛肉搅拌，用平底锅将牛排在200 ℃条件下煎制10 min，高效液相色谱结果显示，牛排烹调前加入2～6 g橄榄油，PhIP含量由96.62 ng/g降到35.31 ng/g，而高于6 g时，含量降低不明显，甚至有增加的趋势，原因可能是过量的油脂会增加美拉德反应中吡嗪和醛的增加。廖国周[1]对比了不同浓度的VE、葡萄籽提取物及槲皮素对煎烤羊肉中杂环胺含量的抑制作用，与对照组相比，0.5%的葡萄籽提取物对PhIP的抑制作用明显，形成量减少了30%，而0.1%的葡萄籽提取物及0.05%的VE与对照组的差异性不明显。此外，一些学者还对苹果、菠萝等水果提取物的抑制作用进行了研究，结果也表现出差异性不等的抑制作用[50]。

5 结 语

随着当今社会对饮食健康的重视，人们对烹调肉类中杂环胺的研究也逐渐增多。不仅在检测方法上，已寻找出更加准确、方便、先进的分析技术，随着更加深入的研究，杂环胺的形成机制、影响因素也逐渐清晰，所以发掘出更多的抑制措施或控制技术也显得尤为重要。本文从高温加工肉制品中PhIP的生物毒性及形成机制出发，总结探讨了不同加工条件对其形成及含量的影响，并且对近年来的抑制措施进行分析归纳，为降低杂环胺含量、提高肉制品的安全性提供依据，对以后建立出一个适用于PhIP及其他类杂环胺控制与分析标准具有一定的现实意义。

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