生姜对烘烤猪肉饼品质及杂环胺形成的影响

王可心，王华丽，单艳琴，许女，李静*，王浩*

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457；2.国家食品安全风险评估中心，北京 100024；3.江苏兴野食品有限公司，江苏 兴化 225700；4.山西农业大学食品科学与工程学院，山西 晋中 030800）

烘烤是日常生活中常见的猪肉烹饪方式之一，其制作工艺简单、烹饪时间短并且设备成本低，在家庭和商业生产中均广泛使用。猪肉经过烘烤后会拥有独特的色泽和风味，但长时间处于高温加热环境中，肉饼的肌肉组织会发生一系列的物理化学变化，并且同时生成一类致癌的有机化合物——杂环胺（hetero－cyclic aromatic amines，HAAs）。目前，已经分离和发现了30多种杂环胺。因其化学结构不同，杂环胺可分为两大类：氨基咪唑氮杂环芳烃和氨基咔啉[1]。氨基咪唑氮杂环芳烃由肌酸、葡萄糖和氨基酸的美拉德反应形成，称为极性杂环胺。氨基咔啉通常由氨基酸在300℃下热降解形成，称为非极性杂环胺。大量摄入HAAs会增加各类癌症的患病风险[2]。因此，抑制肉制品加工中HAAs的形成受到了广泛关注。

目前，香辛料作为天然抗氧化剂添加至烘烤肉制品中是抑制HAAs生成的途径之一。研究表明，抗氧化剂抑制HAAs的形成，这归因于它们在反应过程中具有清除自由基的能力。与近年来广泛研究的合成抗氧化剂相比，富含多酚的香辛料具有较低的毒性[3]。因此，香辛料是替代合成抗氧化剂以控制HAAs产生的理想选择。Ahn等[4]将松树皮、迷迭香和葡萄籽提取物加入牛肉中，200℃下烹调20 min，与对照组相比，2-氨基-3，8-二甲基咪唑并 [4，5-f]喹喔啉（2-amino-3，8-dimethylimidazo[4，5-f]quinoxaline，MeIQx）的含量分别降低了77%、75%和69%。Zeng等[5]研究发现添加0.5%胡椒粉可使肉饼中的2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑[4，5-f]吡啶（2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4，5-f]pyridine，PhIP）、2-氨基-3，4-二甲基咪唑并[4，5-f]喹啉（2-amino-3-methylimidazo[4，5-f]quinoxaline，IQx）、2-氨基-3，4，8-三甲基咪唑并[4，5-f]喹喔啉（2-amino-3，4，8-trimethylimidazo[4，5-f]quinoxaline，4，8-DiMel-Qx）和MeIQx的生成率分别明显降低82%、61%、28%和79%。

生姜是一种常见的香辛料，其应用范围广泛，能够为加工肉制品增添风味。段斌等[6]发现浓度为0.8 mg/mL的生姜精油，其1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和 2，2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]阳离子自由基的清除率均在80%以上，有良好的抗氧化效果。此外，生姜富含酚类化合物，例如姜酚、姜黄素等[7]。有研究发现鸡用姜酚处理后血液中丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量明显降低，还原谷胱甘肽/氧化谷胱甘肽值明显升高，抗氧化能力明显增强[8]。然而，关于生姜对肉制品加工过程中产生的有害物质HAAs的抑制能力的研究鲜有报道。基于此，本研究探究生姜对烘烤猪肉饼品质和理化性质变化的影响以及对HAAs生成的影响，为烘烤猪肉制品以更健康、更科学的形式生产加工提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜猪肉、生姜：市售；HAAs标品 IQx、MeIQx、4，8-DiMelQx、PhIP、2-氨基-3-甲基咪唑并[4，5-f]喹啉（2-amino-3-methylimidazo[4，5-f]quinoline，IQ）、2-氨基-3，4-二甲基咪唑并[4，5-f]喹啉（2-amino-3，4-dimethylimidazo[4，5-f]quinoline，MeIQ）、2-氨基-3，7，8-三甲基咪唑并[4，5-f]喹喔啉（2-amino-3，7，8-trimethylimidazo[4，5-f]quinoxaline，7，8-DiMelQx）、2-氨基-9H-吡啶并[2，3-b]吲哚（2-amino-9H-pyrido[2，3-b]indole，AαC）、2-氨基-3-甲基-9H-吡啶并[2，3-b]吲哚（2-amino-3-methyl-9H-pyrido[2，3-b]indole，MeAαC）、1-甲基-9H-吡啶并[3，4-b]吲哚（1-methyl-9Hpyrido[3，4-b]indole，Harman）、3-氨基-1-甲基-5H-吡啶并（4，3-b）吲哚（3-amino-1-methyl-5H-pyrido[4，3-b]indole，Trp-P-2）、2-氨基-3，4，7，8-四甲基-3H-咪唑并[4，5-f]喹喔啉（2-amino-3，4，7，8-tetramethylimidazo[4，5-f]qui-noxaline，4，7，8-TriMelQx）：加拿大Toronto Rasearch Chemicals公司；乙腈（色谱纯）：德国Merck公司；冰乙酸（色谱纯）：天津市北方天医化学试剂厂；乙酸铵（分析纯）：天津市化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

烤箱（TRTF32）：广东长帝有限公司；液质联用仪（AB4500）：美国AB SCIEX公司；固相萃取装置（DVBPDMS）：美国 SUPELCO 公司；脂肪测定仪（2055）：福斯分析仪器（苏州）有限公司；质构分析仪（TMSPRO）：美国 FTC 公司；色度仪（CR-400）：日本 Konica Minolta公司；氨基酸分析仪（AAA-DirectTM）：美国Thermo公司；旋涡混合仪（VORTEX-5）：其林贝尔仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

将生姜打碎，分别以0.5%、1.0%、1.5%的浓度均匀搅拌入20 g猪肉馅中，并放入模具中制成大小均一的肉饼，4℃冷藏静置12 h。每个样品250℃、每面烘烤10 min。待样品冷却，放置-20℃中保存备用。每组3个平行。

对照组：不添加生姜。其他条件与试验组相同。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 质量损失率测定

称量猪肉饼烘烤前后的质量，质量损失率公式如下。

式中：M1为肉饼烹制前的质量，g；M2为肉饼烹制冷却后的质量，g。

1.3.2.2 色差值测定

每组烘烤猪肉饼的亮度值（L*值）、红度值（a*值）和黄度值（b*值）在烤制并冷却后使用色度仪测量。每个肉饼测量3个位点。

1.3.2.3 质构测定

将各组样品切成大小均一的正方体（1 cm×1 cm×1 cm），并采用物性测试仪对其进行质构分析，选取硬度、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼性5个指标评价。参照李明杨等[9]的方法进行质构分析，分析条件：探头P/50、测试前速率3.0 mm/s、测试速率2.0 mm/s、测试后速率3.0 mm/s、压缩比为50%，2次压缩时间间隔为5.0 s、触发类型为自动、触发力1.0 g。

1.4 氨基酸检测

精确称量样品0.2 g，溶解于15 mL 6 mol/L HCl，抽真空，110℃反应22 h，然后冷却至25℃，过滤，定容至50 mL容量瓶中，吸取1 mL溶液移入新试管中，氮吹，用0.02 mol/L HCl复溶，振荡涡旋，待检测使用。

1.5 杂环胺提取及检测

根据邓鹏等[10]的研究，使用Waters C18柱进行固相萃取制备杂环胺样品。将2 g肉饼样品溶解在7 mL乙腈、2.8 mL水和 200 μL内标溶液中，24℃下均质1 min。将混合液以10 000 r/min离心10 min，收集上清液。然后加入5 mL乙腈并将混合液萃取2次。将萃取剂装入含有3 mL甲醇和3 mL水的预处理Waters C18柱中。收集流出液并用氮气干燥。在液相色谱-质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）分析前，将提取物溶解在1 mL、30 mol/L乙酸铵缓冲液-乙腈（pH3.5）中，并用0.22 μm过滤膜过滤。

使用30 mmol/L乙酸铵（A）和乙腈（B）的二元流动相实现梯度洗脱。洗脱程序为0～0.5 min，90%A；0.5 min～5.0 min，90%～40%A；5.0 min～6.0 min，40%～5%A；6.0 min～8.0 min，5%A；8.0 min～8.1 min，5%～90%A；8.1 min～9.0 min，90%A；流速 0.3 mL/min，进样量 2 μL。LC-MS使用Shimadzu Nexera HPLC系统与QTRAP 4500三重四极杆线性离子阱质量分析仪以正离子模式进行。质谱操作条件为毛细管电压3.0 kV、离子源温度120℃。

1.6 数据处理与分析

所有试验均重复3次，试验结果用平均值±标准差表示。数据分析采用SPSS 19.0进行，采用Origin 2021软件作图。

2 结果与分析

2.1 生姜对烘烤猪肉理化指标的影响

生姜对烘烤猪肉饼的质量损失率和色泽的影响如图1所示。

图1 不同生姜浓度对猪肉饼质量损失率和L*、a*、b*值的变化Fig.1 Changes in weight loss，and L*，a*，and b*-values of pork patties affected by ginger at different concentrations

质量损失率是评价肉制品的重要标准之一。由图1可知，经过烘烤的肉饼质量损失率均在50%以上，然而添加生姜的肉饼质量损失率随着生姜浓度的增加而显著降低（P＜0.05）。肉饼在烹饪过程中的质量损失主要是由于水分的损失。肉制品中导致HAAs形成的前体包括水溶性肌苷酸、游离氨基酸和糖。在烹饪过程中，肉饼表面的前体含量可能会随着水从肉饼内部向表面运输而升高，这对HAAs的形成至关重要[11]。王未等[12]的研究发现，与对照组相比，不同浓度的花椒叶提取物可以明显减少烘烤牛肉饼的质量损失。此外，有研究证明，生姜具有良好的抗氧化性，能够抑制烘烤过程中蛋白质和脂质氧化程度，进而减少质量损失[13]。

无论是家庭饮食，还是商业生产，色泽是对肉制品最直观的评价方式。L*值代表亮度，a*值代表红绿轴上的颜色饱和度，b*值代表黄蓝轴上的颜色饱和度。0.5%的生姜浓度对猪肉饼的色泽没有显著影响（P＞0.05）。1.0%和1.5%的生姜浓度使烘烤猪肉饼的L*、a*和b*值小范围下降。随着生姜浓度的增加，生姜对烘烤猪肉饼的色泽有一定影响。a*值下降的可能原因是，在烘烤过程中高铁肌红蛋白的氧化对肉的a*值有不利的影响，而生姜的抗氧化作用，抑制了烘烤肉饼中亚铁血红素的降解和高铁肌红蛋白的生成，进而对色泽产生影响[14]。Jia等[15]也发现具有高效抗氧化活性的黑加仑提取物能够降低烹饪对肉饼色泽的不良影响。

2.2 生姜对烘烤猪肉的质构影响

加工肉制品的质构特性是其品质的重要因素以及感官评价的重要依据[16]。烘烤猪肉饼的质构特性分析见表1。

表1 不同浓度生姜对烘烤猪肉饼质构的影响Table 1 Effect of ginger at different concentrations on the texture of roasted pork patties

Yildiz等[17]的研究表明外部加工会对肉的质构产生明显影响。由表1可知，与对照组相比，生姜对猪肉饼的弹性和黏聚性并没有显著影响（P＞0.05）。然而，生姜的加入使猪肉饼的硬度、胶着度、咀嚼度下降。这可能是由于加入生姜后肉饼中的水分含量增加，对一些物理特性产生影响，导致硬度、胶着度、咀嚼度下降。Zeng等[18]的研究发现花椒和山椒酰胺对烘烤牛肉的黏聚性、咀嚼性、弹性方面没有明显影响，且对硬度的增加并不明显。不同的试验结果可能与所选择的HAAs抑制剂的成分差异以及肉的种类等有关。

2.3 生姜对烘烤猪肉的杂环胺含量影响

本研究使用LC-MS分析了生姜对烘烤猪肉饼中HAAs的抑制作用。不同浓度生姜对烘烤猪肉饼中杂环胺含量的影响见表2。

表2 不同浓度生姜对烘烤猪肉饼中杂环胺含量的影响Table 2 Effect of ginger at different concentrations on the content of HAAs in roast pork patties

由表2可知，在烘烤猪肉饼中检测了10种HAAs的生成量。在本研究中，随着生姜浓度的增加，Harman含量明显升高。Harman属于β-咔啉类HAAs，形成过程复杂，其重要形成前体为葡萄糖和色氨酸[19]。在肉类加工过程中，香辛料中广泛存在的一些酚酸已被证明会增加Harman含量[20]。因此，用香辛料处理肉饼中的Harman含量增多可能归因于前体含量较高或者所用香辛料中存在的其他成分。Zeng等[21]研究发现花椒增加了牛肉饼中Harman的水平，这与本研究结论相同。除Harman外，生姜对其它HAAs均有抑制效果。PhIP的含量在对照组中最高，它是日常烹饪中最常见的杂环胺[22]。生姜对PhIP的抑制效果最明显，其随着添加浓度的提升，抑制率分别为74.42%、76.92%和86.40%。Suleman等[23]研究发现，在450℃～500℃碳烤羊肉10 min的条件下，常见的香辛料（生姜、黑胡椒、红辣椒、花椒、茴香和桂皮）均对PhIP的抑制率达到90%。

MeIQ、MeIQx、4，8-DiMeIQx、IQx 和 IQ 均属于 IQ型HAAs，生姜对其的抑制效果呈浓度依赖性。在生姜浓度为 1.5%的样品中，MeIQ、MeIQx、4，8-DiMeIQx、IQx和IQ的抑制率分别为52.46%、70.26%、75.45%、29.58%和37.35%。Tengilimoglu-Metin等[24]的研究表明，在250℃的条件下，山楂提取物可以降低烘烤鸡肉中MeIQ、MeIQx、IQx和IQ的含量。与本文中的其他HAAs相比，MeAαC、AαC 和 Trp-P-2的含量相对较少。MeAαC在所有样品中均未检出，这与Szterk等[25]的研究结果相似，在250℃的高温下MeAαC很难被检出。在对照组中，AαC的含量在所有HAAs中最少。不同浓度生姜（0.5%、1.0%和1.5%）对AαC的抑制率分别为40.0%、53.33%和70.0%。生姜对Trp-P-2也有很好的抑制作用。Jamali等[26]的研究表明蔷薇茶提取物能够将牛肉饼中Trp-P-2的含量从1.09 ng/g降低到0.27 ng/g。

香辛料对HAAs的形成有很大的抑制作用。对照组中HAAs的总量为21.91ng/g。不同生姜浓度对HAAs总量的抑制率分别为51.57%、53.08%和55.45%。此结果表明，生姜对于烘烤猪肉饼中的杂环胺有很好抑制效果，随着生姜浓度的增加，对杂环胺的抑制率也逐渐增加，呈浓度依赖性抑制。Tengili-moglu-Metin等[24]的研究发现，在250℃高温的条件下，不同浓度的山楂提取物（0.5%和1.0%）对烘烤鸡胸肉中杂环胺总量的抑制率分别为12.78%和19.09%，对烘烤牛肉中杂环胺总量的抑制率分别为42.53%和35.57%。

自由基在HAAs的形成中起重要作用，香辛料中的天然抗氧化活性成分，尤其是酚类化合物，可以通过电子转移和氢原子转移来中和自由基[27]。Shan等[28]发现来自12个植物科的26种常见香辛料提取物的总等效抗氧化能力和总酚含量之间存在高度正线性关系（R2=0.95），表明香辛料中的酚类化合物对其抗氧化能力有较大贡献。生姜中的主要活性成分包括姜酚和姜烯酚，有研究证明生姜中的酚类物质具有很好的抗氧化活性，对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基的清除能力随着浓度的增加逐渐提高[29]。Sabally等[30]研究发现0.3%添加量的富含多酚的苹果皮提取物在牛肉饼煎炸过程中对MeIQx的抑制率为68%，对4，8-DiMeIQx的抑制率为56%，对PhIP的抑制率为60%。Weisburger等[31]发现使用含有0.5%～7.0%茶多酚的溶液处理牛肉饼15 min可以明显降低其致突变性，抑制效果随着茶多酚浓度的增加而增加。此外，除了多酚类抗氧化剂，色素、蛋白质、糖类和维生素等其他化合物也可能影响杂环胺的形成。

2.4 生姜对烘烤猪肉的游离氨基酸影响

氨基酸是杂环胺形成的关键前体，生姜对烘烤猪肉饼中的游离氨基酸影响见表3。

表3 不同浓度生姜对烘烤猪肉饼中的氨基酸含量影响Table 3 Effect of ginger at different concentrations on amino acid content of roasted pork patties

如表3所示，与生猪肉饼相比，经过烘烤后的猪肉饼中，所有的氨基酸含量均明显下降。薛超轶等[32]的研究表明添加氨基酸可以降低烘烤牛肉饼中总HAAs的含量。并且在某些情况下，氨基酸是形成杂环胺的氮源和碳源[33]。与对照组相比，生姜可以提高游离氨基酸的含量，但对Asp、Glu和Leu的增加并不明显。此外，研究证实，酚类可以与不同的氨基酸发生化学反应[34]。综上所述，推测生姜与氨基酸的竞争性化学反应会阻止它们参与杂环胺的形成过程，从而产生明显的抑制作用。

3 结论

生姜的添加对烘烤猪肉饼中MeIQ、MeIQx、4，8-DiMeIQx、PhIP、IQx、IQ、AαC 和 Trp-P-2 的生成有明显的抑制效果，并且，随着生姜浓度的升高，这些杂环胺的含量呈浓度依赖性降低。当生姜浓度为1.5%时，生姜对总杂环胺的抑制率高达55.45%。游离氨基酸是杂环胺形成的重要前体，生姜可以有效减少游离氨基酸的消耗，从而达到抑制杂环胺生成的效果。综上所述，生姜作为一种常见的天然香辛料可以抑制烤猪肉饼中杂环胺的形成，为肉制品的安全加工提供新思路。