王可心，王華麗，單艷琴，許女，李靜*，王浩*

（1.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；2.國家食品安全風險評估中心，北京 100024；3.江蘇興野食品有限公司，江蘇 興化 225700；4.山西農業(yè)大學食品科學與工程學院，山西 晉中 030800）

烘烤是日常生活中常見的豬肉烹飪方式之一，其制作工藝簡單、烹飪時間短并且設備成本低，在家庭和商業(yè)生產(chǎn)中均廣泛使用。豬肉經(jīng)過烘烤后會擁有獨特的色澤和風味，但長時間處于高溫加熱環(huán)境中，肉餅的肌肉組織會發(fā)生一系列的物理化學變化，并且同時生成一類致癌的有機化合物——雜環(huán)胺（hetero－cyclic aromatic amines，HAAs）。目前，已經(jīng)分離和發(fā)現(xiàn)了30多種雜環(huán)胺。因其化學結構不同，雜環(huán)胺可分為兩大類：氨基咪唑氮雜環(huán)芳烴和氨基咔啉[1]。氨基咪唑氮雜環(huán)芳烴由肌酸、葡萄糖和氨基酸的美拉德反應形成，稱為極性雜環(huán)胺。氨基咔啉通常由氨基酸在300℃下熱降解形成，稱為非極性雜環(huán)胺。大量攝入HAAs會增加各類癌癥的患病風險[2]。因此，抑制肉制品加工中HAAs的形成受到了廣泛關注。

目前，香辛料作為天然抗氧化劑添加至烘烤肉制品中是抑制HAAs生成的途徑之一。研究表明，抗氧化劑抑制HAAs的形成，這歸因于它們在反應過程中具有清除自由基的能力。與近年來廣泛研究的合成抗氧化劑相比，富含多酚的香辛料具有較低的毒性[3]。因此，香辛料是替代合成抗氧化劑以控制HAAs產(chǎn)生的理想選擇。Ahn等[4]將松樹皮、迷迭香和葡萄籽提取物加入牛肉中，200℃下烹調20 min，與對照組相比，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）的含量分別降低了77%、75%和69%。Zeng等[5]研究發(fā)現(xiàn)添加0.5%胡椒粉可使肉餅中的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的生成率分別明顯降低82%、61%、28%和79%。

生姜是一種常見的香辛料，其應用范圍廣泛，能夠為加工肉制品增添風味。段斌等[6]發(fā)現(xiàn)濃度為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'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]陽離子自由基的清除率均在80%以上，有良好的抗氧化效果。此外，生姜富含酚類化合物，例如姜酚、姜黃素等[7]。有研究發(fā)現(xiàn)雞用姜酚處理后血液中丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量明顯降低，還原谷胱甘肽/氧化谷胱甘肽值明顯升高，抗氧化能力明顯增強[8]。然而，關于生姜對肉制品加工過程中產(chǎn)生的有害物質HAAs的抑制能力的研究鮮有報道。基于此，本研究探究生姜對烘烤豬肉餅品質和理化性質變化的影響以及對HAAs生成的影響，為烘烤豬肉制品以更健康、更科學的形式生產(chǎn)加工提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬肉、生姜：市售；HAAs標品 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（色譜純）：德國Merck公司；冰乙酸（色譜純）：天津市北方天醫(yī)化學試劑廠；乙酸銨（分析純）：天津市化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

烤箱（TRTF32）：廣東長帝有限公司；液質聯(lián)用儀（AB4500）：美國AB SCIEX公司；固相萃取裝置（DVBPDMS）：美國 SUPELCO 公司；脂肪測定儀（2055）：福斯分析儀器（蘇州）有限公司；質構分析儀（TMSPRO）：美國 FTC 公司；色度儀（CR-400）：日本 Konica Minolta公司；氨基酸分析儀（AAA-DirectTM）：美國Thermo公司；旋渦混合儀（VORTEX-5）：其林貝爾儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

將生姜打碎，分別以0.5%、1.0%、1.5%的濃度均勻攪拌入20 g豬肉餡中，并放入模具中制成大小均一的肉餅，4℃冷藏靜置12 h。每個樣品250℃、每面烘烤10 min。待樣品冷卻，放置-20℃中保存?zhèn)溆谩Ｃ拷M3個平行。

對照組：不添加生姜。其他條件與試驗組相同。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 質量損失率測定

稱量豬肉餅烘烤前后的質量，質量損失率公式如下。

式中：M1為肉餅烹制前的質量，g；M2為肉餅烹制冷卻后的質量，g。

1.3.2.2 色差值測定

每組烘烤豬肉餅的亮度值（L*值）、紅度值（a*值）和黃度值（b*值）在烤制并冷卻后使用色度儀測量。每個肉餅測量3個位點。

1.3.2.3 質構測定

將各組樣品切成大小均一的正方體（1 cm×1 cm×1 cm），并采用物性測試儀對其進行質構分析，選取硬度、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性5個指標評價。參照李明楊等[9]的方法進行質構分析，分析條件：探頭P/50、測試前速率3.0 mm/s、測試速率2.0 mm/s、測試后速率3.0 mm/s、壓縮比為50%，2次壓縮時間間隔為5.0 s、觸發(fā)類型為自動、觸發(fā)力1.0 g。

1.4 氨基酸檢測

精確稱量樣品0.2 g，溶解于15 mL 6 mol/L HCl，抽真空，110℃反應22 h，然后冷卻至25℃，過濾，定容至50 mL容量瓶中，吸取1 mL溶液移入新試管中，氮吹，用0.02 mol/L HCl復溶，振蕩渦旋，待檢測使用。

1.5 雜環(huán)胺提取及檢測

根據(jù)鄧鵬等[10]的研究，使用Waters C18柱進行固相萃取制備雜環(huán)胺樣品。將2 g肉餅樣品溶解在7 mL乙腈、2.8 mL水和 200 μL內標溶液中，24℃下均質1 min。將混合液以10 000 r/min離心10 min，收集上清液。然后加入5 mL乙腈并將混合液萃取2次。將萃取劑裝入含有3 mL甲醇和3 mL水的預處理Waters C18柱中。收集流出液并用氮氣干燥。在液相色譜-質譜（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）分析前，將提取物溶解在1 mL、30 mol/L乙酸銨緩沖液-乙腈（pH3.5）中，并用0.22 μm過濾膜過濾。

使用30 mmol/L乙酸銨（A）和乙腈（B）的二元流動相實現(xiàn)梯度洗脫。洗脫程序為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，進樣量 2 μL。LC-MS使用Shimadzu Nexera HPLC系統(tǒng)與QTRAP 4500三重四極桿線性離子阱質量分析儀以正離子模式進行。質譜操作條件為毛細管電壓3.0 kV、離子源溫度120℃。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗均重復3次，試驗結果用平均值±標準差表示。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0進行，采用Origin 2021軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 生姜對烘烤豬肉理化指標的影響

生姜對烘烤豬肉餅的質量損失率和色澤的影響如圖1所示。

圖1 不同生姜濃度對豬肉餅質量損失率和L*、a*、b*值的變化Fig.1 Changes in weight loss，and L*，a*，and b*-values of pork patties affected by ginger at different concentrations

質量損失率是評價肉制品的重要標準之一。由圖1可知，經(jīng)過烘烤的肉餅質量損失率均在50%以上，然而添加生姜的肉餅質量損失率隨著生姜濃度的增加而顯著降低（P＜0.05）。肉餅在烹飪過程中的質量損失主要是由于水分的損失。肉制品中導致HAAs形成的前體包括水溶性肌苷酸、游離氨基酸和糖。在烹飪過程中，肉餅表面的前體含量可能會隨著水從肉餅內部向表面運輸而升高，這對HAAs的形成至關重要[11]。王未等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，不同濃度的花椒葉提取物可以明顯減少烘烤牛肉餅的質量損失。此外，有研究證明，生姜具有良好的抗氧化性，能夠抑制烘烤過程中蛋白質和脂質氧化程度，進而減少質量損失[13]。

無論是家庭飲食，還是商業(yè)生產(chǎn)，色澤是對肉制品最直觀的評價方式。L*值代表亮度，a*值代表紅綠軸上的顏色飽和度，b*值代表黃藍軸上的顏色飽和度。0.5%的生姜濃度對豬肉餅的色澤沒有顯著影響（P＞0.05）。1.0%和1.5%的生姜濃度使烘烤豬肉餅的L*、a*和b*值小范圍下降。隨著生姜濃度的增加，生姜對烘烤豬肉餅的色澤有一定影響。a*值下降的可能原因是，在烘烤過程中高鐵肌紅蛋白的氧化對肉的a*值有不利的影響，而生姜的抗氧化作用，抑制了烘烤肉餅中亞鐵血紅素的降解和高鐵肌紅蛋白的生成，進而對色澤產(chǎn)生影響[14]。Jia等[15]也發(fā)現(xiàn)具有高效抗氧化活性的黑加侖提取物能夠降低烹飪對肉餅色澤的不良影響。

2.2 生姜對烘烤豬肉的質構影響

加工肉制品的質構特性是其品質的重要因素以及感官評價的重要依據(jù)[16]。烘烤豬肉餅的質構特性分析見表1。

表1 不同濃度生姜對烘烤豬肉餅質構的影響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會對肉的質構產(chǎn)生明顯影響。由表1可知，與對照組相比，生姜對豬肉餅的彈性和黏聚性并沒有顯著影響（P＞0.05）。然而，生姜的加入使豬肉餅的硬度、膠著度、咀嚼度下降。這可能是由于加入生姜后肉餅中的水分含量增加，對一些物理特性產(chǎn)生影響，導致硬度、膠著度、咀嚼度下降。Zeng等[18]的研究發(fā)現(xiàn)花椒和山椒酰胺對烘烤牛肉的黏聚性、咀嚼性、彈性方面沒有明顯影響，且對硬度的增加并不明顯。不同的試驗結果可能與所選擇的HAAs抑制劑的成分差異以及肉的種類等有關。

2.3 生姜對烘烤豬肉的雜環(huán)胺含量影響

本研究使用LC-MS分析了生姜對烘烤豬肉餅中HAAs的抑制作用。不同濃度生姜對烘烤豬肉餅中雜環(huán)胺含量的影響見表2。

表2 不同濃度生姜對烘烤豬肉餅中雜環(huán)胺含量的影響Table 2 Effect of ginger at different concentrations on the content of HAAs in roast pork patties

由表2可知，在烘烤豬肉餅中檢測了10種HAAs的生成量。在本研究中，隨著生姜濃度的增加，Harman含量明顯升高。Harman屬于β-咔啉類HAAs，形成過程復雜，其重要形成前體為葡萄糖和色氨酸[19]。在肉類加工過程中，香辛料中廣泛存在的一些酚酸已被證明會增加Harman含量[20]。因此，用香辛料處理肉餅中的Harman含量增多可能歸因于前體含量較高或者所用香辛料中存在的其他成分。Zeng等[21]研究發(fā)現(xiàn)花椒增加了牛肉餅中Harman的水平，這與本研究結論相同。除Harman外，生姜對其它HAAs均有抑制效果。PhIP的含量在對照組中最高，它是日常烹飪中最常見的雜環(huán)胺[22]。生姜對PhIP的抑制效果最明顯，其隨著添加濃度的提升，抑制率分別為74.42%、76.92%和86.40%。Suleman等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在450℃～500℃碳烤羊肉10 min的條件下，常見的香辛料（生姜、黑胡椒、紅辣椒、花椒、茴香和桂皮）均對PhIP的抑制率達到90%。

MeIQ、MeIQx、4，8-DiMeIQx、IQx 和 IQ 均屬于 IQ型HAAs，生姜對其的抑制效果呈濃度依賴性。在生姜濃度為 1.5%的樣品中，MeIQ、MeIQx、4，8-DiMeIQx、IQx和IQ的抑制率分別為52.46%、70.26%、75.45%、29.58%和37.35%。Tengilimoglu-Metin等[24]的研究表明，在250℃的條件下，山楂提取物可以降低烘烤雞肉中MeIQ、MeIQx、IQx和IQ的含量。與本文中的其他HAAs相比，MeAαC、AαC 和 Trp-P-2的含量相對較少。MeAαC在所有樣品中均未檢出，這與Szterk等[25]的研究結果相似，在250℃的高溫下MeAαC很難被檢出。在對照組中，AαC的含量在所有HAAs中最少。不同濃度生姜（0.5%、1.0%和1.5%）對AαC的抑制率分別為40.0%、53.33%和70.0%。生姜對Trp-P-2也有很好的抑制作用。Jamali等[26]的研究表明薔薇茶提取物能夠將牛肉餅中Trp-P-2的含量從1.09 ng/g降低到0.27 ng/g。

香辛料對HAAs的形成有很大的抑制作用。對照組中HAAs的總量為21.91ng/g。不同生姜濃度對HAAs總量的抑制率分別為51.57%、53.08%和55.45%。此結果表明，生姜對于烘烤豬肉餅中的雜環(huán)胺有很好抑制效果，隨著生姜濃度的增加，對雜環(huán)胺的抑制率也逐漸增加，呈濃度依賴性抑制。Tengili-moglu-Metin等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，在250℃高溫的條件下，不同濃度的山楂提取物（0.5%和1.0%）對烘烤雞胸肉中雜環(huán)胺總量的抑制率分別為12.78%和19.09%，對烘烤牛肉中雜環(huán)胺總量的抑制率分別為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，尤其是酚類化合物，可以通過電子轉移和氫原子轉移來中和自由基[27]。Shan等[28]發(fā)現(xiàn)來自12個植物科的26種常見香辛料提取物的總等效抗氧化能力和總酚含量之間存在高度正線性關系（R2=0.95），表明香辛料中的酚類化合物對其抗氧化能力有較大貢獻。生姜中的主要活性成分包括姜酚和姜烯酚，有研究證明生姜中的酚類物質具有很好的抗氧化活性，對DPPH自由基和ABTS陽離子自由基的清除能力隨著濃度的增加逐漸提高[29]。Sabally等[30]研究發(fā)現(xiàn)0.3%添加量的富含多酚的蘋果皮提取物在牛肉餅煎炸過程中對MeIQx的抑制率為68%，對4，8-DiMeIQx的抑制率為56%，對PhIP的抑制率為60%。Weisburger等[31]發(fā)現(xiàn)使用含有0.5%～7.0%茶多酚的溶液處理牛肉餅15 min可以明顯降低其致突變性，抑制效果隨著茶多酚濃度的增加而增加。此外，除了多酚類抗氧化劑，色素、蛋白質、糖類和維生素等其他化合物也可能影響雜環(huán)胺的形成。

2.4 生姜對烘烤豬肉的游離氨基酸影響

氨基酸是雜環(huán)胺形成的關鍵前體，生姜對烘烤豬肉餅中的游離氨基酸影響見表3。

表3 不同濃度生姜對烘烤豬肉餅中的氨基酸含量影響Table 3 Effect of ginger at different concentrations on amino acid content of roasted pork patties

如表3所示，與生豬肉餅相比，經(jīng)過烘烤后的豬肉餅中，所有的氨基酸含量均明顯下降。薛超軼等[32]的研究表明添加氨基酸可以降低烘烤牛肉餅中總HAAs的含量。并且在某些情況下，氨基酸是形成雜環(huán)胺的氮源和碳源[33]。與對照組相比，生姜可以提高游離氨基酸的含量，但對Asp、Glu和Leu的增加并不明顯。此外，研究證實，酚類可以與不同的氨基酸發(fā)生化學反應[34]。綜上所述，推測生姜與氨基酸的競爭性化學反應會阻止它們參與雜環(huán)胺的形成過程，從而產(chǎn)生明顯的抑制作用。

3 結論

生姜的添加對烘烤豬肉餅中MeIQ、MeIQx、4，8-DiMeIQx、PhIP、IQx、IQ、AαC 和 Trp-P-2 的生成有明顯的抑制效果，并且，隨著生姜濃度的升高，這些雜環(huán)胺的含量呈濃度依賴性降低。當生姜濃度為1.5%時，生姜對總雜環(huán)胺的抑制率高達55.45%。游離氨基酸是雜環(huán)胺形成的重要前體，生姜可以有效減少游離氨基酸的消耗，從而達到抑制雜環(huán)胺生成的效果。綜上所述，生姜作為一種常見的天然香辛料可以抑制烤豬肉餅中雜環(huán)胺的形成，為肉制品的安全加工提供新思路。