薛桂中，黃現(xiàn)青,2，宋蓮軍,2,*，喬明武,2，趙建生，馬相杰，徐俊濤

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.河南省食品加工與流通安全控制工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；3.河南雙匯投資發(fā)展股份有限公司，河南 漯河 462000）

肉制品作為人類不可缺少的重要能量來源物質(zhì)，在人們飲食結(jié)構(gòu)中占有重要地位。我國(guó)是肉制品生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國(guó)肉類總產(chǎn)量為7 639萬 t，其中高溫肉制品產(chǎn)量高達(dá)4 971萬 t，占肉制品總產(chǎn)量的65.08%。高溫肉制品因具有獨(dú)特的色、香、味、形而聞名于世。我國(guó)高溫肉制品主要有北京烤鴨、新疆烤羊肉串、萬州烤魚、哈爾濱紅腸等；國(guó)外高溫肉制品主要有德國(guó)法蘭克福香腸、土耳其烤肉、阿比讓烤肉等。

高溫肉制品加熱過程中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括脂質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)變性和美拉德反應(yīng)。脂肪的適度氧化有利于高溫肉制品香氣形成；蛋白質(zhì)變性不僅有利于氨基酸的吸收利用，同時(shí)也對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味有較大貢獻(xiàn)；而美拉德反應(yīng)除了能增添高溫肉制品的香味外，還能賦予其誘人的色澤。但是，隨著熟制溫度的升高與加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，熟肉制品表面褐變程度加劇直至變黑，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)人體有害物質(zhì)等，如雜環(huán)胺、多環(huán)芳烴等。其中，雜環(huán)胺由于具有強(qiáng)致畸、致癌性、致突變性，過量攝入后會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重毒害作用。因此，高溫肉制品加工過程中雜環(huán)胺的形成規(guī)律、控制技術(shù)、體內(nèi)代謝等相關(guān)問題越來越受到研究者和消費(fèi)者的關(guān)注與重視。

目前，雜環(huán)胺防控方法主要以熱加工過程中為主，但攝入體內(nèi)后應(yīng)如何調(diào)控的相關(guān)研究較少，所以，本文從熱加工過程中雜環(huán)胺形成機(jī)制、危害、抑制方法以及攝入體內(nèi)后減控雜環(huán)胺在體內(nèi)消化吸收、調(diào)節(jié)雜環(huán)胺在體內(nèi)代謝途徑等研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，旨在尋找抑制雜環(huán)胺有效可行的防控方法和措施。

1 雜環(huán)胺概述

1.1 雜環(huán)胺結(jié)構(gòu)及類別

雜環(huán)胺是肉制品經(jīng)過高溫加熱后，其中的葡萄糖、肌酸、肌酸酐、氨基酸等會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成一類具有致癌性、致突變的芳香族雜環(huán)化合物，其結(jié)構(gòu)至少含有一個(gè)芳香環(huán)和有氮原子組成的有機(jī)分子，因此也被稱為雜環(huán)芳香胺（heterocyclic aromatic amines，HAAs）。根據(jù)加熱溫度和化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，主要分為兩大類及多個(gè)小類，加工溫度為100～300 ℃之間形成的雜環(huán)胺主要為氨基咪唑氮雜芳烴類雜環(huán)胺（amimidazolazine heterocyclic amines，AIAS），也稱為熱型雜環(huán)胺及極性雜環(huán)胺；當(dāng)加工溫度高于300 ℃形成的雜環(huán)胺主要為氨基咔啉類雜環(huán)胺（amino-carbolines，ACS），也稱為熱解型雜環(huán)胺及非極性雜環(huán)胺，其具體分類及化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雜環(huán)胺的分類與化學(xué)結(jié)構(gòu)[3]Fig. 1 Classification and chemical structures of heterocyclic amines[3]

1.2 雜環(huán)胺生物毒性

流行病學(xué)研究表明，大量攝入高溫肉制品會(huì)增加癌癥的風(fēng)險(xiǎn)從而影響人體健康?；趪?guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)根據(jù)大量調(diào)查結(jié)構(gòu)表明，幾乎所有的雜環(huán)胺都有致癌性，按照致癌程度分為5個(gè)級(jí)別，分別為1級(jí)（明確致癌性）、2A級(jí)（較高致癌性）、2B級(jí)（較低致癌性）、3級(jí)（致癌性未分類）和4級(jí)（無致癌性）。根據(jù)不同雜環(huán)胺致癌作用的差異，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)將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-3,4-二甲基-咪唑并[4,5-f]-喹喔啉/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）、2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]-吡啶（2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine，PhIP）、2-氨基-9-吡啶并[2,3-b]吲哚（2-amino-9-pyrido[2,3-b]indole，AαC）、2-氨基-3-甲基-9-吡啶并[2,3-b]吲哚（2-amino-3methyl-9-pyrido[2,3-b]indole，MeAaC）、3-氨基-1,4-二甲基-5-吡啶并[4,3-b]吲哚（3-amino-1,4-dimethyl-5-pyrido[4,3-b]indole，Trp-P-1）和3-氨基-1-甲基-5-吡啶并[4,3-b]吲哚（3-amino-1-dimethyl-5-pyrido[4,3-b]indole，Trp-P-2）列為2B類潛在致癌物，把2-氨基-3-甲基-咪唑并[4,5-f]-喹啉（2-amoin-3-methy benzimidazole and [4,5-f]quinoline，IQ）列為2A類可能致癌物。除此之外，多種癌癥發(fā)生與雜環(huán)胺攝入量也有著密切關(guān)系，當(dāng)雜環(huán)胺總攝入量超過41.4 ng/d時(shí)會(huì)增加直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)，且女性患直腸癌風(fēng)險(xiǎn)要高于男性。目前，我國(guó)以及國(guó)際上暫未制定食品中雜環(huán)胺最大殘留量標(biāo)準(zhǔn)，但鑒于雜環(huán)胺的生物毒性，應(yīng)最大程度上減少或降低其在食品中的生成量。

2 高溫肉制品加工過程中雜環(huán)胺形成途徑

2.1 AIAS形成途徑

AIAS形成主要是肉中肌酸在加熱條件下形成肌酸酐，葡萄糖與氨基酸等在100～300 ℃高溫下發(fā)生Strecker降解反應(yīng)后，通過Amadori重排等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)形成吡嗪、吡啶類化合物，再與醛類、肌酸酐等發(fā)生Aldol-反應(yīng)形成氨基咪唑喹啉、喹喔啉、吡啶類雜環(huán)胺等，具體詳細(xì)過程見圖2。由于AIAS（IQ型）形成途徑較多，但最主要的兩種形成途徑為，一是通過自由基途徑形成AIAS。Milic等研究結(jié)果表明，氨基咪唑喹喔啉形成主要分為兩個(gè)階段：1）反應(yīng)初期，葡萄糖隨著溫度的升高降解生成二基化合物，與氨基酸發(fā)生Strecker降解反應(yīng)后形成吡啶、吡嗪類自由基；2）反應(yīng)后期，這些吡啶、吡嗪類自由基通過Amadori重排等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)形成吡嗪、吡啶類化合物再與肌酸酐反應(yīng)形成AIAS。二是通過美拉德途徑形成AIAS。肉成分中含有一些形成雜環(huán)胺的前體物質(zhì)如氨基酸、肌酸等，隨著熱加工溫度的進(jìn)行，葡萄糖降解形成二基化合物后與氨基酸發(fā)生Strecker降解反應(yīng)形成吡嗪類衍生物、吡啶類衍生物，通過進(jìn)一步氧化、脫水等一系列化學(xué)反應(yīng)形成吡嗪、吡啶類化合物，再與醛類、肌酸酐發(fā)生Aldol-反應(yīng)生成氨基咪唑喹啉、喹喔啉、吡啶類極性雜環(huán)胺。

圖2 喹啉類、喹喔啉類、吡啶類雜環(huán)胺的形成途徑Fig. 2 Formation pathways of heterocyclic amines including quinolines,quinoxalines and pyridines

PhIP是高溫肉制品加工中最常見也是生成量最多雜環(huán)胺之一，相對(duì)于其他雜環(huán)胺相關(guān)報(bào)道及研究進(jìn)展，PhIP形成機(jī)理研究也更為深入。Zochling、Cheng和Zamora等研究了PhIP的形成過程，結(jié)果表明，苯丙氨酸和肌酸酐是形成PhIP的重要前體物質(zhì)，苯丙氨酸通過加熱形成苯乙醛（中間產(chǎn)物），苯乙醛與肌酸酐會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)形成醇醛縮合產(chǎn)物，然后通過氧化形成PhIP。也有研究表明，除苯丙氨酸之外，部分氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸、酪氨酸）與肌酸酐在高溫下可以形成PhIP；在美拉德反應(yīng)中葡萄糖起著重要的作用，隨著溫度逐漸提升，葡萄糖降解形成二基化合物，與氨基酸發(fā)生Strecker降解反應(yīng)后再與肌酸酐、醛類化合物發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)最終形成PhIP。

2.2 ACS形成途徑

ACS主要分為4大類：-咔啉類（AαC、MeAαC）、-咔啉類（Trp-P-1、Trp-P-2）、-咔啉類（Glu--1、Glu--2）、-咔啉類（1-甲基-9-吡啶并[3,4-b]吲哚（harmane）和9-吡啶并[3,4-b]吲哚（norharmane）），-咔啉類、-咔啉類、-咔啉類雜環(huán)胺形成溫度通常超過300 ℃，由氨基酸直接熱解產(chǎn)生，因此這類被稱為“熱解型雜環(huán)胺”，又稱非極性雜環(huán)胺。目前，對(duì)于-咔啉類、-咔啉類、-咔啉類雜環(huán)胺形成途徑尚不明確，需要進(jìn)一步研究。而-咔啉類（1-甲基-9-吡啶并[3,4-b]吲哚和9-吡啶并[3,4-b]吲哚）形成途徑較為明確，Quan Wei、Bertrand和薛桂中等進(jìn)行了相關(guān)研究，但大部分非極性雜環(huán)胺整體形成機(jī)制尚不清楚。美拉德反應(yīng)初期，肉中所含有的醛糖與氨基酸在高溫下會(huì)發(fā)生脫水反應(yīng)形成Schiff’s底物（醛糖胺），醛糖胺通過Amadori重排反應(yīng)形成Amadori化合物，當(dāng)pH＞7時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂形成二基化合物，與半胱氨酸發(fā)生脫水、脫二氧化碳等一系列化學(xué)反應(yīng)形成2-巰基乙醛和-氨基羰基化合物，而生成的中間產(chǎn)物與硫化氫反應(yīng)生成乙醛、氨氣等物質(zhì)；反應(yīng)末期，色氨酸主要通過兩種途徑形成Norharmane和Harmane：1）色氨酸在高溫下通過Amadori重排反應(yīng)形成Amadori化合物，再通過Pictet-Spengler環(huán)化反應(yīng)形成四氫-咔啉，最后再通過分子內(nèi)親核取代及氧化反應(yīng)形成-咔啉（Norharmane和Harmane）雜環(huán)胺；2）色氨酸與醛類在高溫下形成中間產(chǎn)物，在環(huán)氧孤對(duì)電子作用下進(jìn)行β消除反應(yīng)，形成共軛氧鎓離子中間體，再通過分子內(nèi)親核取代形成-咔啉，具體過程見圖3。

圖3 Norharmane和Harmane雜環(huán)胺形成途徑Fig. 3 Formation pathways of heterocyclic amines including norharmanes and harmanes

3 高溫肉制品加工過程中雜環(huán)胺防控方法

3.1 合理選擇熱加工方式

人們?cè)谑烊饧庸r(shí)，會(huì)選擇不同熱加工方式如烤制、熏制、炸制等。楊釗宇等的研究結(jié)果表明，炸制溫度為160 ℃時(shí)雞肉餅中測(cè)得總雜環(huán)胺含量為1.19 ng/g，當(dāng)溫度升高為200 ℃時(shí)，總雜環(huán)胺含量上升為7.38 ng/g，增加了5.2 倍，且隨著炸制溫度的升高，雞肉餅中總雜環(huán)胺含量逐漸增加。Bula等研究發(fā)現(xiàn)，烤制溫度為180 ℃烤制豬肉時(shí)測(cè)得總雜環(huán)胺含量為0.4 ng/g，當(dāng)溫度升高為220 ℃時(shí)，總雜環(huán)胺含量上升為1.6 ng/g，增加了3 倍，且隨著烤制溫度的升高，烤肉中總雜環(huán)胺含量逐漸增加。Ozsarac等采用了氣爐和電爐兩種不同方式烤制肉串，結(jié)果表明，電爐烤制肉串時(shí)測(cè)得總雜環(huán)胺含量為1.348 ng/g，當(dāng)選用氣爐烤制時(shí)，總雜環(huán)胺含量升高至2.335 ng/g，增加了近1 倍，氣爐烤制方式下產(chǎn)生的雜環(huán)胺總含量顯著高于電爐烤制方式。Yang Diaodiao等研究熏制方式加工香腸并測(cè)定雜環(huán)胺含量變化，結(jié)果表明，熏制溫度為50 ℃時(shí)總雜環(huán)胺含量為330.31 ng/g，當(dāng)溫度升高為60 ℃時(shí)，測(cè)得總雜環(huán)胺含量為424.96 ng/g，總雜環(huán)胺生成量比原來提高1.5 倍，且隨著熏制溫度的升高，香腸中總雜環(huán)胺含量逐漸增加。由此可知，熱加工方式是影響高溫肉制品中雜環(huán)胺生成的重要因素，當(dāng)選用不同烤制方式加工時(shí)，高溫肉制品中的雜環(huán)胺生成量也有所不同。

綜上，從雜環(huán)胺在熱加工過程中的形成速率及生成量來說，高溫肉制品熱加工方式首先應(yīng)選擇熏制熱加工方式，其次是烤制熱加工方式，最后是炸制熱加工方式，在既保證高溫肉制品良好的色澤與口感等品質(zhì)前提下，又最大程度上降低雜環(huán)胺的生成。

3.2 合理選擇原輔料種類及添加量

3.2.1 合理選擇食用油

Pan Teng等采用3種不同類型的食用油炸制豬肉并測(cè)定總雜環(huán)胺含量，與空白組相比，大豆油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為11.14 ng/g，豬油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為14.12 ng/g，棕櫚油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量14.27 ng/g，與空白組相比，雜環(huán)胺總生成量顯著增加。Ekiz等選用7種不同類型的食用油炸制豬肉丸并測(cè)定總雜環(huán)胺含量，與空白組相比，葵花籽油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為34.91 ng/g，榛子油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為30.43 ng/g，菜籽油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為35.73 ng/g，混合植物油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為43.71 ng/g，玉米油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為39.85 ng/g，橄欖油炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為40.05 ng/g，橄欖油（天然壓榨）炸制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為39.23 ng/g，與空白組相比，總雜環(huán)胺生成量顯著增加。

對(duì)于食用油種類來說，在相同的熱加工方式條件下，使用不同種類食用油加工的熟肉制品中雜環(huán)胺總量也大不相同。當(dāng)選用大豆油、豬油及棕櫚油炸肉時(shí)，測(cè)得大豆油油炸組熟肉中總雜環(huán)胺含量為11.14 ng/g，增加了2 倍；豬油油炸組熟肉中總雜環(huán)胺含量為14.12 ng/g，增加了2.75 倍；棕櫚油油炸組熟肉中總雜環(huán)胺含量為14.27 ng/g，增加了近3 倍，且生成雜環(huán)胺含量為棕櫚油＞豬油＞大豆油。此外，選用葵花籽油、榛子油、菜籽油、混合植物油、玉米油、橄欖油、橄欖油（天然壓榨）炸肉丸子，且總雜環(huán)胺生成量為混合植物油＞橄欖油＞玉米油＞橄欖油（天然壓榨）＞菜籽油＞葵花籽油＞榛子油。

3.2.2 適當(dāng)添加糖及金屬陽離子

部分氨基酸（苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）、肌酸、肌酸酐、糖類是形成雜環(huán)胺的重要前體物質(zhì)，它們?cè)诟邷叵聲?huì)發(fā)生Strecker降解和Amadori重排反應(yīng)形成Amadori化合物，再通過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)最終形成雜環(huán)胺。在這些前體物質(zhì)之中，糖類和肌酸酐能夠顯著影響雜環(huán)胺的形成。研究發(fā)現(xiàn)，以原料肉總重量為基礎(chǔ)，糖添加量為9%時(shí)，雜環(huán)胺總含量增加了85%，當(dāng)糖添加量為14%時(shí)，雜環(huán)胺總含量降低了70%，且糖含量超過肌酸酐含量時(shí)，對(duì)雜環(huán)胺的生成起到抑制作用。這是由于在美拉德反應(yīng)中，過量的糖會(huì)優(yōu)先形成5-羥甲基-2-糠醛，通過與肌酸酐反應(yīng)從而抑制雜環(huán)胺的形成；此外，糖的種類不同也會(huì)對(duì)雜環(huán)胺的生成影響也不相同。Hasnol等選用3種添加不同種類的糖腌制雞肉進(jìn)行烤制，并測(cè)定總雜環(huán)胺含量，結(jié)果表明，與空白組相比，蔗糖添加量為95.1%腌制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為125.8 ng/g，蔗糖添加量為92.7%腌制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為102.34 ng/g，添加30.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）葡萄糖與添加34.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）果糖的蜂蜜腌制組測(cè)得總雜環(huán)胺含量為83.53 ng/g，富含葡萄糖與果糖的蜂蜜腌制組抑制雜環(huán)胺效果優(yōu)于蔗糖腌制組。部分氨基酸（苯丙氨酸、色氨酸等）是形成雜環(huán)胺的重要前體物質(zhì)，降低苯丙氨酸、色氨酸的含量也可以起到抑制雜環(huán)胺的形成。同時(shí)，加入金屬陽離子也能夠起到抑制雜環(huán)胺的形成。Yu Di等研究金屬陽離子對(duì)PhIP形成影響，結(jié)果表明，當(dāng)加入80 μmol/L Fe和Fe時(shí)，PhIP抑制率分別為67.78%和94.78%，與空白組相比，抑制率顯著升高。

糖類、部分氨基酸、肌酸、肌酸酐等是形成雜環(huán)胺的重要前體物質(zhì)，添加不同種類和適量的糖以及加入適量濃度的金屬陽離子有效抑制前體物質(zhì)生成，這是因?yàn)楸奖彼峒訜釛l件下形成苯乙醛，肌酸在加熱條件下形成肌酸酐，金屬離子（Fe、Fe）與肌酸酐上的氨基發(fā)生取代反應(yīng)，而過量的糖在加熱條件下則會(huì)優(yōu)先形成5-羥甲基-2-糠醛，二者均能阻斷中間產(chǎn)物與肌酸酐發(fā)生反應(yīng)從而抑制雜環(huán)胺的形成。

3.2.3 適當(dāng)添加天然香辛料及抗氧化劑

如上文所述，高溫肉制品加工過程中雜環(huán)胺主要通過通過自由基途徑和美拉德反應(yīng)形成。極性雜環(huán)胺可以通過自由基途徑形成，非極性雜環(huán)胺主要以美拉德反應(yīng)形成。美拉德反應(yīng)初期，苯丙氨酸在加熱條件下形成苯乙醛（中間體產(chǎn)物），會(huì)加速與肌酸酐反應(yīng)生成雜環(huán)胺。因此，清除自由基和中間體產(chǎn)物從而抑制或減少雜環(huán)胺的生成。Sepahpour等烤牛肉時(shí)分別加入姜黃粉、咖喱葉、火炬姜粉和檸檬草并測(cè)定總雜環(huán)胺含量，結(jié)果表明，4種香辛料對(duì)雜環(huán)胺的抑制效果姜黃粉＞檸檬草＞火炬姜粉＞咖喱葉。Zeng Maomao等在制作烤牛肉餡餅時(shí)加入不同添加量的辣椒提取物并測(cè)定總雜環(huán)胺含量，結(jié)果表明，與空白組相比，辣椒提取物添加量為0.5%時(shí)測(cè)得抑制效果為46%，當(dāng)添加量為1.5%時(shí)測(cè)得抑制效果為24%，且雜環(huán)胺的抑制效果隨著辣椒提取物添加量增加而逐漸降低。Chen Shujuan等研究不同添加量甘蔗糖蜜對(duì)PhIP形成影響，結(jié)果表明，與空白組相比，甘蔗糖蜜添加量為0.005%時(shí)測(cè)得抑制率為24.14%，當(dāng)添加量0.08%時(shí)測(cè)得抑制率為59.80%，且隨著甘蔗糖蜜添加量的增加對(duì)雜環(huán)胺的抑制效果逐漸升高。此外，菊花提取物、竹葉提取物、花椒葉提取物等天然抗氧化劑均能有效降低雜環(huán)胺生成量。對(duì)于中間體產(chǎn)物來說，由于雜環(huán)胺形成過程十分復(fù)雜，但它們都會(huì)生成共同的中間產(chǎn)物苯乙醛，黃酮類物質(zhì)、酰胺類物質(zhì)均能夠與苯乙醛反應(yīng)生成加合物，從而抑制或減少雜環(huán)胺的形成。李利潔研究微波烤制牛肉中加入不同濃度槲皮素對(duì)雜環(huán)胺生成量的影響，結(jié)果表明，與空白組相比，槲皮素添加量為0.2 mg/mL時(shí)抑制率為24%，當(dāng)添加量為0.8 mg/mL時(shí)抑制率為80%，隨著槲皮素添加量的增加對(duì)雜環(huán)胺的抑制效果逐漸增強(qiáng)。張夢(mèng)茹在烤牛餅中加入不同添加量的黑胡椒和胡椒堿后并測(cè)定總雜環(huán)胺含量，結(jié)果表明，與空白組相比，黑胡椒添加量為0.5%時(shí)抑制率為42%，當(dāng)添加量為1.5%時(shí)抑制率為25%；而胡椒堿添加量為0.005%時(shí)抑制率為62%，當(dāng)添加量為0.015%時(shí)抑制率為56%，且二者隨著添加量增加對(duì)雜環(huán)胺的抑制效果逐漸降低。

在原料肉腌制過程中加入姜黃、辣椒提取物、甘蔗糖蜜提取物等天然香辛料及提取物均能顯著降低雜環(huán)胺的生成，同時(shí)槲皮素、黑胡椒和胡椒堿等黃酮及酰胺類物質(zhì)也能夠顯著抑制雜環(huán)胺的生成，這是因?yàn)橄阈亮铣煞种泻蟹宇惢衔?，其酚類結(jié)構(gòu)化合物上的羥基具有自由基清除能力，從而起到抗氧化作用；而黃酮類和酰胺類物質(zhì)能夠與中間產(chǎn)物苯乙醛發(fā)生反應(yīng)，生成苯乙醛加合產(chǎn)物，從而抑制雜環(huán)胺的形成。

4 雜環(huán)胺攝入體內(nèi)后代謝調(diào)控方法

雜環(huán)胺通常在高溫肉制品加工過程中形成，具有一定的生物毒性，長(zhǎng)期攝入會(huì)在體內(nèi)蓄積從而對(duì)人體造成健康危害。雖然選取不同的方法抑制雜環(huán)胺的生成，如合理選擇熱加工方式、原輔料種類和添加量、食用油及適當(dāng)添加糖、金屬陽離子、天然香辛料及抗氧化劑等均可有效減少其雜環(huán)胺生成量，但在加工過程仍不可避免雜環(huán)胺的形成，最終會(huì)以產(chǎn)品形式流向市場(chǎng)，供人們消費(fèi)食用。人們長(zhǎng)期過多攝入高溫肉制品時(shí)，成分中的雜環(huán)胺則經(jīng)小腸吸收后經(jīng)血液運(yùn)輸至肝臟、淋巴組織等器官，造成體內(nèi)蓄積從而引起致突變和致癌性。因此，需要研究雜環(huán)胺攝入體內(nèi)的消化過程，并對(duì)代謝途徑加以控制，從而減少雜環(huán)胺在體內(nèi)產(chǎn)生的毒性危害。

4.1 減控雜環(huán)胺在體內(nèi)的消化吸收

人體攝入食物后，各種成分在消化道以后會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜物理、化學(xué)及微生物消化作用被分解成小分子物質(zhì)，然后通過消化道黏膜（主要部位為小腸）進(jìn)入血液或淋巴液被機(jī)體細(xì)胞所吸收利用，只有被吸收利用的物質(zhì)才能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有利或有害作用。Raman等選用馬鈴薯、麥麩、燕麥3種不同膳食纖維研究其對(duì)雜環(huán)胺生成量的影響，結(jié)果表明，與空白組相比，3種膳食纖維對(duì)雜環(huán)胺的抑制效果依次為馬鈴薯纖維＞麥麩＞燕麥纖維。Persson等研究不同膳食纖維對(duì)總雜環(huán)胺生成量的影響，結(jié)果表明，與空白組相比，馬鈴薯纖維添加組抑制率為83%，麥麩添加組抑制率為78%，二者均有效降低了雜環(huán)胺的含量。Funk等在模擬小腸的條件下，運(yùn)用改性后木質(zhì)纖維玉米細(xì)胞壁吸附雜環(huán)胺，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)木質(zhì)纖維玉米細(xì)胞壁吸附的雜環(huán)胺不會(huì)被小腸所吸收，且隨木質(zhì)纖維排出體外，因此可以運(yùn)用木質(zhì)纖維吸收大量疏水性的雜環(huán)胺，如PhIP、MeAαC從而降低雜環(huán)胺在人體消化吸收率。Willenberg等在Caco-2細(xì)胞腸道模型中研究可溶性白藜蘆醇纖維對(duì)雜環(huán)胺吸附影響，結(jié)果表明，白藜蘆醇纖維可以吸附水溶性雜環(huán)胺（PhIP）并隨之排出體外，從而降低雜環(huán)胺的吸收率。

圖4 極性雜環(huán)胺體內(nèi)代謝途徑Fig. 4 Metabolic pathways of polar heterocyclic amines in the body

人體攝入食物后，食物在消化道會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜物理、化學(xué)及微生物消化作用從而被分解成小分子物質(zhì)，通過消化道黏膜進(jìn)入血液或淋巴液被機(jī)體細(xì)胞所吸收利用。因此，當(dāng)攝入一定高溫肉制品后，可以攝取富含纖維類粗糧（如燕麥、馬鈴薯、麥麩等）以及富含白藜蘆醇的食物（如葡萄、桑葚、花生等）。富含纖維類粗糧可以有效降低雜環(huán)胺在體內(nèi)的吸收率；而可溶性白藜蘆醇纖維對(duì)水溶性雜環(huán)胺（PhIP）吸收率較高且會(huì)與之結(jié)合并排出體外，從而有效降低雜環(huán)胺消化吸收率。另外，盡管目前胃腸道動(dòng)態(tài)模型的建立已經(jīng)趨于成熟，但由于不能模擬在人體胃腸道消化吸收過程中的其他干預(yù)條件，如微生物菌群、免疫系統(tǒng)以及激素的釋放，仍需要進(jìn)一步進(jìn)行體內(nèi)代謝及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證。

4.2 調(diào)節(jié)雜環(huán)胺在體內(nèi)代謝途徑

圖5 非極性雜環(huán)胺體內(nèi)代謝途徑Fig. 5 Metabolic pathways of nonpolar heterocyclic amines in the body

4.2.1 降低雜環(huán)胺活性

雜環(huán)胺具有一定的生物活性，當(dāng)人體攝入并經(jīng)小腸吸收后通過血液運(yùn)輸至肝臟，在體內(nèi)長(zhǎng)期蓄積會(huì)對(duì)人體造成危害。因此，可以采用天然的活性物質(zhì)如益生菌、葉綠素、硫代葡萄糖苷等與雜環(huán)胺結(jié)合，從而降低雜環(huán)胺生物活性。Narushima等研究接入保加利亞乳桿菌subsp（bulgaricus 2038）和嗜熱鏈球菌subsp（thermophilus strain 1131）的酸奶對(duì)雜環(huán)胺致癌性的影響，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與空白組相比，治療兩周之后益生菌添加組的小白鼠結(jié)腸中的HAAs數(shù)量降低了52.8%，從而有效地抑制結(jié)腸癌的發(fā)生。十字花科植物甘藍(lán)能夠產(chǎn)生一種具有生物活性的化學(xué)物質(zhì)硫代葡萄糖苷，它可以在內(nèi)源性黑芥子酶和修飾蛋白作用下降解形成具有抗癌活性的異硫氰酸酯，異硫氰酸與雜環(huán)胺的氨基結(jié)合形成硫脲，抑制雜環(huán)胺形成具有基因毒性的雜環(huán)胺-氮-羥基（HAAs-N-OH）衍生物，從而減少癌癥的發(fā)生。除此之外，Sugiyama等研究葉綠素與殼聚糖對(duì)Trp-p-2雜環(huán)胺-DNA加合產(chǎn)物的影響，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與空白組相比，葉綠素和殼聚糖添加量為1%時(shí)形成的Trp-p-2-DNA加合物生成量為2.50，降低了66.21%；葉綠素和殼聚糖添加量為2%時(shí)形成的Trp-p-2-DNA加合物生成量為0.50，降低了93.24%；葉綠素和殼聚糖添加量為3%時(shí)形成的Trp-p-2-DNA加合物生成量為0.16，降低了97.84%，且隨著添加量的增加對(duì)Trp-p-2-DNA加合物抑制率逐漸升高。

益生菌細(xì)胞壁中的肽聚糖可以與雜環(huán)胺之間進(jìn)行陽離子交換，使其結(jié)合在細(xì)胞壁上，降低雜環(huán)胺的生物活性，最終通過糞便形式排出體外；雜環(huán)胺的毒性是由于與DNA反應(yīng)生成雜環(huán)胺-DNA（HAAs-DNA）加合物，而葉綠素可以抑制加合物的形成；甘藍(lán)中的異硫氰酸酯可以與雜環(huán)胺的氨基結(jié)合形成硫脲，從而抑制HAAs-N-羥基衍生物的形成。因此，可以采用益生菌、葉綠素、硫代葡萄糖苷等天然的活性物質(zhì)直接與雜環(huán)胺結(jié)合使其失去活性，從而達(dá)到減少癌癥的發(fā)生。

4.2.2 抑制雜環(huán)胺活化過程

雜環(huán)胺的生物毒性取決于在體內(nèi)的代謝活化過程，而細(xì)胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）酶在其中起著重要作用，因此抑制雜環(huán)胺活化過程主要是對(duì)其負(fù)責(zé)代謝活化的CYP酶進(jìn)行作用從而控制其在體內(nèi)代謝反應(yīng)。Chevereau等研究人工合成的磺酸轉(zhuǎn)移酶1A1和-乙酰轉(zhuǎn)移酶2在雜環(huán)胺代謝活化過程以及運(yùn)用重組V79細(xì)胞對(duì)基因毒性的影響，結(jié)果表明，運(yùn)用V79-hCYP1A2重組細(xì)胞可以抑制AαC、2-氨基-6-甲基二吡啶并[1,2-a:3’,2’-d]咪唑（Glu-P-1）、MeAαC、2-氨基二吡啶并[1,2-a:3’,2’-d]咪唑（Glu-P-2）、Trp-P-2雜環(huán)胺在體內(nèi)代謝活化產(chǎn)生影響，從而抑制基因毒性產(chǎn)生。Sekimoto等研究在人體HepG2細(xì)胞中運(yùn)用芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）和CYP1A酶對(duì)雜環(huán)胺誘導(dǎo)能力的影響，結(jié)果表明，CYP1A酶可以對(duì)MeAαC、2-氨基-3-甲基-咪唑并[4,5-f]-喹啉（IQ）、MeIQx的活化過程產(chǎn)生影響，從而抑制基因毒性的產(chǎn)生。Viegas等研究黃腐酚在人肝癌細(xì)胞中對(duì)HAAs MeIQx和PhIP基因毒性作用的影響，結(jié)果表明，黃腐酚隨著添加量的增加會(huì)使葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（UDP-glucuronosyltransferases，UGT）含量增多，從而降低雜環(huán)胺代謝及抑制基因毒性的產(chǎn)生。

CYP450酶在整個(gè)代謝活化過程中也起著重要的作用。在CYP450酶催化作用下，雜環(huán)胺環(huán)外氨基的N發(fā)生氧化反應(yīng)形成氮-羥基-雜環(huán)胺（N-OH-HAAs）衍生物，之后會(huì)通過乙?；磻?yīng)和磺化反應(yīng)形成-乙?；s環(huán)胺衍生物和-磺酸基雜環(huán)胺衍生物進(jìn)一步與DNA結(jié)合形成DNA-雜環(huán)胺（DNA-HAAs）加合物，最終的加合物會(huì)產(chǎn)生基因毒性。因此，可以采用重組V79細(xì)胞、CYP1A酶、黃腐酚等物質(zhì)來抑制CYP450酶活性，從而降低雜環(huán)胺體內(nèi)代謝活化及抑制基因毒性的產(chǎn)生。

4.2.3 酶降低雜環(huán)胺遺傳毒性

圖6 酶在人體代謝中對(duì)雜環(huán)胺解毒機(jī)制Fig. 6 Mechanism of enzymatic detoxification of heterocyclic amines in the body

雜環(huán)胺具有一定的遺傳毒性，在體內(nèi)長(zhǎng)期蓄積會(huì)對(duì)人體造成致癌及致突變性。因此，可以采用UGT和GST抑制雜環(huán)胺衍生物的生成，從而有效降低其遺傳毒性，具體過程見圖6。Cai Tingting等研究UGT對(duì)雜環(huán)胺遺傳毒性的影響，結(jié)果表明，UGT對(duì)極性和非極性雜環(huán)胺如AαC、PhIP等均起到解毒作用，從而有效降低雜環(huán)胺的遺傳毒性。Tang Yijin等研究UGT對(duì)AαC非極性雜環(huán)胺遺傳毒性的影響，結(jié)果表明，UGT對(duì)非極性雜環(huán)胺AαC起到解毒作用，從而能有效降低在人體中的遺傳毒性。Huber等在大鼠器官中加入咖啡研究其對(duì)UGT和GST及雜環(huán)胺遺傳毒性的影響，結(jié)果表明，咖啡中的咖啡因能提高UGT和GST的解毒活性，有效降低DNA-雜環(huán)胺（DNAHAAs）加合物形成，減少其遺傳毒性。

雜環(huán)胺是通過細(xì)胞色素P450在單加氧酶的催化反應(yīng)下，使得外環(huán)氨基上的N發(fā)生氧化反應(yīng)生成氮-羥基-雜環(huán)胺（N-OH-HAAs）衍生物，再進(jìn)一步發(fā)生乙酰和磺化反應(yīng)生成-乙酰基/-磺酸基衍生物，最后與DNA分子結(jié)合形成DNA-雜環(huán)胺（DNA-HAAs）加合物表現(xiàn)出一定的基因毒性。而UGT和GST的加入可以降解雜環(huán)胺代謝產(chǎn)物，具有解毒作用，從而降低雜環(huán)胺的遺傳毒性。

4.2.4 運(yùn)用NER

雜環(huán)胺的遺傳毒性機(jī)理主要通過其氧化生成氮-羥基-雜環(huán)胺（N-OH-HAAs）衍生物，最后與DNA分子結(jié)合形成DNA-雜環(huán)胺（DNA-HAAs），加合物從而表達(dá)出一定的基因毒性。因此，可以采用NER對(duì)表達(dá)基因進(jìn)行修復(fù)，切除表達(dá)基因中形成DNA-HAAs加合物部分，從而有效控制雜環(huán)胺的遺傳毒性。Mu Hong等采用NER處理DNA加合物，結(jié)果表明，利用NER可以有效切除DNA加合物部分，從而抑制DNA加合物的遺傳毒性。Fahrer等研究采用NER對(duì)DNA-PhIP加合物的影響，結(jié)果表明，利用NER可以從表達(dá)基因中有效切具有高度致癌DNA-PhIP加合部分，從而抑制DNA-PhIP加合物的遺傳毒性。

DNA-雜環(huán)胺（DNA-HAAs）加合物遺傳毒性最有效調(diào)控方法是采用NER。主要步驟：1）識(shí)別DNA-HAAs加合物所在位置；2）通過DNA解旋酶使DNA-HAAs加合物解旋變成單鏈DNA，之后切割具有遺傳毒性DNA-HAAs加合物的基因片段；3）DNA聚合酶會(huì)填充切割部位，重新形成無基因毒性的DNA雙螺旋分子，從而有效抑制DNA-HAAs加合物的遺傳毒性。

5 結(jié) 語

本文綜述了高溫肉制品在熱加工過程中雜環(huán)胺的形成途徑、體內(nèi)代謝途徑以及防控方法，并對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)（圖7）。肉制品熱加工過程中形成雜環(huán)胺的途徑主要有兩條，一是通過自由基途徑和美拉德反應(yīng)形成AIAS；另一途徑是通過美拉德反應(yīng)形成ACS。而雜環(huán)胺進(jìn)入機(jī)體后毒性效應(yīng)途徑主要為在單加氧酶的作用下生成氮-羥基-雜環(huán)胺（N-OH-HAAs）衍生物，之后與DNA分子結(jié)合形成DNA-雜環(huán)胺（DNA-HAAs）加合物，從而產(chǎn)生“三致”毒性?；诖耍岢鋈庵破芳庸?yīng)合理選擇加熱方式，合理選擇用油，適當(dāng)添加糖、金屬陽離子、天然香辛料、抗氧化劑等，從而盡量降低雜環(huán)胺的產(chǎn)生。雜環(huán)胺被攝入后應(yīng)通過降低活性、抑制活化過程、酶解解毒、NER等方法減少其在體內(nèi)消化吸收，調(diào)節(jié)其體內(nèi)代謝過程，從而降低其毒性效應(yīng)。

圖7 加工過程及體內(nèi)代謝雜環(huán)胺防控方法Fig. 7 Processing and prevention methods of heterocyclic amines in body metabolic

近年來，蒸汽輔助焙烤、過熱蒸汽烤制等新型烤制技術(shù)正逐漸應(yīng)用在高溫肉制品的熱加工中，熱加工方式的創(chuàng)新，獲得了更加安全的產(chǎn)品品質(zhì)，但這些新型烤制技術(shù)對(duì)于雜環(huán)胺的減控機(jī)制有待進(jìn)一步明確，效果有待進(jìn)一步提高。DNA-雜環(huán)胺加合反應(yīng)與生物活性及解毒作用有著密切關(guān)系，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué)、人體生物監(jiān)測(cè)技術(shù)等快速發(fā)展，從雜環(huán)胺與DNA等加合反應(yīng)方面進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，必將為雜環(huán)胺的有效控制提出更多的技術(shù)與辦法。