《食品科学》：塔里木大学任晓镤教授等：植物多酚抑制热加工肉制品中杂环胺形成机制研究进展

肉及肉制品是人类获取多种营养素的重要来源， 但肉制品在高温加工过程中形成独特风味及感官品质形成的同时，也会产生一些致癌致畸的有害物质，这些有害物质主要是杂环胺类化合物（HAs），其被认为可能增加人们罹患多种癌症的风险。目前，国内外对于抑制热加工肉制品中HAs形成的主要策略是添加外源抗氧化剂，其中具有良好抗氧化活性 的植物多酚类化合物能够有效抑制加工肉制品中HAs的形成。植物多酚是一类广泛存在于天然植物中的具有多元酚结构的重要次生代谢产物，表现出良好的抗氧化及抗菌等生物活性，具有极高的潜在应用价值。

塔里木大学食品科学与工程学院张世钰，高萌，任晓镤*等系统归纳和总结了国内外学者关于3类常见HAs的形成过程及植物多酚抑制HAs形成的作用机制，以期为有效利用植物多酚控制热加工肉制品中HAs的形成提供理论指导。

1、杂环胺概述

HAs主要产生于富含蛋白质食品的热加工过程中，目前在食品中已发现超过30 种HAs，其结构和分类也均已明确。HAs的产生类型主要取决于温度，因此根据HAs形成的温度差异可以将其分为两大类：热诱导型HAs和热降解型HAs。

HAs具有极强的致突变活性，在已知的HAs化合物中，2-氨基-3-甲基咪唑并[4,5-f]喹啉（IQ）和2-氨基-3,4-二甲基咪唑并[4,5-f]喹啉（MeIQ）在Salmonella/microsomal 活体鉴定实验中所表现出的致突变活性最强，具有极强的诱变作用，是同等浓度黄曲霉毒素B1的100倍以上，是3,4-苯并芘的2000倍以上。

早在1993年，国际癌症研究机构（IARC）将IQ认定为2A级致癌物质，将MeIQ、2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉（MeIQx）、2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶（PhIP）等8 种HAs认定为2B级致癌物；在2004年，美国国家毒理学规划处（NTP）将IQ、MeIQ、MeIQx和PhIP列为潜在的人类致癌物质。动物实验结果也证实，长期饲喂HAs能够诱发大鼠和小鼠的不同器官如肠道和肝脏形成肿瘤。

2、杂环胺的形成机制

在目前已知的HAs中，加工肉制品中最常见的是PhIP、MeIQx、IQ、MeIQ、Harman、Norharman、2-氨基-3,4,8-三甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉（4,8-DiMeIQx）和 2-氨基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚（AαC），而IQ和MeIQ的致突变活性相对最强；PhIP是在热加工肉制品中最常见的HAs，并且PhIP 也是我国居民日均摄入最高的HAs（日均摄入量29.06 ng，占摄入总HAs的58%）；β-咔啉类HAs（Harman和 Norharman）能够在较低温度下产生，其自身在Ames实验中并未直接引发诱变，但却能够明显增强其他HAs的诱变活性，起到协同诱变作用，因此常被称为辅助诱变剂。这3类HAs是高温热加工肉制品中最主要的HAs，HAs形成机制的报道主要围绕这3类HAs开展，综合多位学者研究结果提出了这3种HAs可能的产生途径，具体如图1所示。

IQ和MeIQ的形成机制

由图1A可以看出，生肉中存在的氨基酸和还原糖是IQ和MeIQ形成的重要前体物质，经Strecker降解和/或美拉德反应产生多种中间产物，再与肌酐/肌酸经一系列复杂反应最终形成IQ和MeIQ。在这些反应过程中，美拉德反应起着至关重要的作用，其生成的多种中间产物是这两种HAs形成的基础，不同学者提出了不同的IQ型杂环胺产生的可能途径，其形成涉及多种自由基和活性羰基化合物的参与，但不同学者得出的结论不同。

PhIP的形成机制

PhIP可以由多种氨基酸与肌酐和葡萄糖在模型体系中反应生成，但是目前较为公认的PhIP形成的前体物质是苯丙氨酸和肌酐，葡萄糖的添加对PhIP的产生有一定的影响，但并不是必不可少的前体物质，其对PhIP形成的促进或抑制作用取决于添加浓度。

β-咔啉类HAs的形成机制

β-咔啉类HAs一般是指Harman和Norharman，相比于其他咔啉类HAs，这两种HAs均能够在较低的温度条件下形成。

综上可知，无论是在化学模型体系中，还是在更为 复杂的生肉热加工过程中，上述3类HAs的形成可能是自由基和活性羰基化合物共同参与的一系列复杂化学反应的结果。

3、植物多酚抑制热加工肉制品中杂环胺形成的作用机制

目前关于多酚类化合物对化学模型体系和热加工肉制品中HAs形成的抑制机制研究主要提出两个假说：一是植物多酚类抗氧化剂能够通过清除反应体系中的自由基而起到抑制HAs的形成；二是植物多酚类抗氧化剂能够通过捕获反应体系中的活性羰基化合物，阻断HAs的形成通路，进而抑制其形成。

自由基清除机制

自由基是加工食品中普遍存在的一些中间产物，主要是通过美拉德反应产生。美拉德反应产生自由基主要有两种不同的途径：一种是通过“生物分子环的形成”生成乙醇醛烷基胺的烯醇形式，然后氧化形成自由基中间产物；第二种途径是乙二醛单烷基亚胺形成N,N1-二烷基吡嗪鎓离子，然后还原生成自由基中间产物；这些反应产生的中间产物——乙醇醛烷基亚胺和乙二醛单烷基亚胺分别是由乙醇醛或乙二醛（GO）与氨基化合物反应形成的。吡啶自由基、吡嗪自由基和碳中心自由基的结构如图2所示，在模型体系中不同加热时间以及添加不同捕获剂的自由基ESR谱如图3所示。

活性羰基化合物捕获机制

美拉德反应、脂质和糖类物质的氧化降解均是活性羰基化合物的主要来源，尤其是美拉德反应。较低浓度的活性羰基化合物与食品特征性风味的形成关系极为密切；但高浓度的活性羰基化合物易引起羰基应激反应，导致一些疾病的产生，对机体形成负面影响。

作为活性羰基化合物的一种，苯乙醛在PhIP的形成过程中发挥着关键的作用，是PhIP形成过程中的重要中间产物（图1B），它是由苯丙氨酸经过热降解或Strecker降解产生，随后与肌酐在亲核状态下发生醛醇缩合反应并经一系列复杂的脱水及异构重排反应后最终形成PhIP。

课题组前期研究发现，红柳提取物富含多酚类化合物，其中异鼠李素和高车前素是含量最高的两种，其能够通过与苯乙醛发生反应形成相应的加合物而将其捕获清除，进而抑制烤羊肉中PhIP的形成，共分离鉴定出3种加合物，分别是8-C-(E-苯乙烯基)异鼠李素、 6-C-(E-苯乙烯基)异鼠李素及8-C-(E-苯乙烯基)高车前素（图4、表1），证实红柳多酚能够通过捕获苯乙醛形成加合物的机制抑制PhIP的形成。多位学者对其他一些常见的多酚类化合物对加热过程中PhIP形成的抑制机制进行了探索，所形成多酚-苯乙醛加合物的种类和结构如表1所示。这表明除清除自由基机制以外，多酚类化合物通过清除反应过程中的活性羰基化合物（苯乙醛）进而达到抑制HAs的形成，尤其是PhIP的形成机制逐渐被接受和认可。

4、植物多酚化学结构与其抑制杂环胺形成的构效关系分析

多酚类化合物对杂环胺形成的抑制活性与其化学结构中的多个活性官能团密切相关，其中存在着密切的构效关系。研究人员对25种多酚类化合物在化学模型体系中抑制PhIP形成的活性与其结构特性之间的构效关系进行了深入研究，得出以下结论：1）多酚化合物A环的间位二羟基是其发挥PhIP抑制作用的关键结构，而A环上烷基或羧基的存在会减弱其抑制效果，减弱程度取决于取代基团的位置和数量；2）B环C4’位置的羟基 能够在一定程度上增强多酚化合物对PhIP的抑制活性；3）多酚化合物C环上C4的共轭羰基结构能够显著增强 化合物抑制PhIP产生的能力。多酚类化合物A环间位的5,7-二羟基结构、B环的4’-羟基结构、B环和C环的取代位置等对HAs的抑制作用至关重要，而C环3-羟基和3-O-葡萄糖苷的引入会降低对HAs的抑制作用。对于不同种类的HAs，多酚类化合物化学基团的类型和位置在影响HAs的形成中发挥着不同的作用，其对HAs形成的抑制活性可能是不同官能团共同作用的结果。

多酚化合物对活性羰基化合物的捕获能力和对自由基的清除活性也与其化学结构存在构效关系。例如有研究人员总结分析指出，当多酚化合物的化学结构中存在邻苯二酚或邻三羟基结构时表现出良好的自由基清除活性，而对活性羰基化合物具备捕获能力则需多酚化合物中存在高电子密度的酚碳原子。也有研究通过ESR和定量构效关系研究了10种多酚类化合物对肌酐苯丙氨酸模型体系中PhIP生成的抑制作用，发现多酚化合物清除烷氧基自由基的能力与其抑制PhIP形成的能力成正比，并且多酚化合物结构中羟基的位置和数量在对PhIP的抑制作用中起关键作用。

结 论

热加工肉制品中关于HAs的相关研究一直是国内外学者的研究热点，但由于不同国家和地区肉制品的烹饪加工方式不同，所使用的香辛料及添加的植物多酚提取物种类也有较大差异，导致肉制品中HAs的生成量也不同，并且不同植物多酚相互之间还存在一定的拮抗或协同作用从而影响HAs的形成，因此亟需对此开展调查研究，明确各地区HAs的摄入量，建立相应的数据库以评估肉制品的食用与人体健康之间的关系。与此同时，多酚可能分别通过两种途径抑制HAs形成后新增产物的毒理学特性也需要关注，有学者指出一些多酚与活性羰基化合物形成的加合物具有一定的类似多酚的化学及毒理学特性，但多酚化合物清除自由基后可能形成的多酚自由基后续反应尚不明确；并且多种HAs的形成与美拉德反应密切相关，而美拉德反应又是肉制品独特风味形成的重要途径，如何在尽量不影响肉制品特色风味形成的前提下定向控制美拉德反应以减少HAs等有害物质的产生是未来的研究热点之一。

本文《植物多酚抑制热加工肉制品中杂环胺形成机制研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷第9期211-220页，作者：张世钰 ，高萌 ，王未，任晓镤，许倩 ，彭增起。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220414-165.。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑；北京林业大学生物科学与技术学院栾文莉；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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