肉制品加工过程中harman和norharman形成机制研究进展

摘 要：1-甲基-9H-吡啶[3，4-b]吲哚（harman）和9H-吡啶[3，4-b]吲哚（norharman）是肉制品加工过程中形成的一类具有潜在毒性的β-咔啉生物碱，主要在高温体系下通过氨基酸裂解形成。本文概述肉制品加工过程中harman和norharman的形成机制，重点阐述加工方式对harman、norharman的作用规律，分析harman、norharman的前体物、生成途径及抑制措施，为肉制品加工工艺的革新和营养健康肉制品的开发提供基础。

关键词：杂环胺；harman；norharman；机制

中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2013）08-0031-04

杂环胺化合物（HAAs）是由碳、氮、氢原子组成的多环芳香族化合物，此类化合物是在高温烹调加工各种蛋白质含量丰富的食品的过程中形成的具有致突变、致癌作用的物质。从化学结构看，杂环胺类化合物可以分为2类：氨基咪唑氮杂芳烃（AIA），即极性杂环胺；氨基咔啉，即非极性杂环胺。Harman和norharman是两种主要的β-咔啉，如图1所示。

A. Harman B. Norharman

图 1 1-甲基-9H-吡啶并[3，4-b]吲哚（A）和9H-吡啶并[3，4-b]吲哚（B）结构图

Fig.1 Chemical structures of harman and norharman

动物实验表明，harman和norharman会与小鼠大脑和肝脏的不同位点结合，从而影响动物的生理行为[1-2]。同时，作为潜在的诱变剂或辅助致突物，harman和norharman会加强其他杂环胺的基因毒性[3-4]。当其与苯胺或O-甲苯胺等非致突变化合物一起作用时，能产生致突活性并形成DNA复合物[5]。另外，harman和norhharman能毒害部分神经、抑制一些关键酶[6-7]。

过去30年来，国外研究人员对杂环胺进行了广泛的研究，包括杂环胺的定性定量分析、影响因素和控制手段、形成机制和抑制机理[8-9]，而我国对这方面的报道至今仍较少。本文将着重介绍肉制品加工过程中辅助致突物harman和norharman的影响因素及其形成过程、抑制措施，从而为公众健康饮食提供科学依据。

1 不同加工方式对harman、norharman的影响

大量研究表明，在烹饪食物过程中，会形成几种具有遗传毒性的物质或辅助致突物，即杂环胺[10-11]。其中，harman和norharman在鱼和熟肉中大量存在[12-13]，并且其含量随着加工温度、时间的改变而改变[14]。Herraiz[15]检测不同程度烹制的肉制品中harman和norharman含量，结果表明生鲜肉中未检测出harman、norharman，而熟肉制品中harman、norharman含量分别为26.4、82.3ng/g。这表明延长加热时间或是深度加工，都会促进harman和norharman的形成，使其含量接近100ng/g。

廖国周[16]比较了不同加工方式对鸭肉中杂环胺含量的影响，通过蒸煮、微波、油炸、烘烤、炭烤的方式分别处理鸭肉，发现微波的加工方式形成的harman和norharman含量最低，分别为0.24、0.32ng/g，炭烤的加工方式形成的harman和norharman最高，分别为7.82、12.64ng/g。这是由于微波是一种温和的加热方式，微波处理使原料中脂肪、水分和HAAs前体物减少。姚瑶等[17]用蒸馏水煮牛肉，结果发现harman和norharman含量仅为0.13、0.2ng/g，而通过沸水浴酱制牛肉45min后，harman和norharman的含量达到14.84、19.45ng/g。Li Sun等[18]对市场上的羊肉串进行检测，发现其中harman和norharman的含量分别为0.40～1.36、0.07～0.50ng/g。

Dong等[19]将碎牛肉饼和鸡胸肉分别在180℃条件下油炸12min，测得碎牛肉中harman和norharman含量分别为1.35、6.06ng/g，鸡胸肉中harman和norharman含量各为4.75、6.90ng/g。Busquets等[20]检测了几种家庭烹饪食物中杂环胺的含量，结果发现油炸牛肉汉堡中harman和norharman含量分别为1.9、0.8ng/g；油炸猪里脊中harman和norharman含量分别为1.4、2.3ng/g；煎羊排中harman和norharman含量分别为7.2、9.1ng/g。

2 harman和norharman前体物的研究

为了更好的研究杂环胺的形成机理，使用模型体系鉴定前体物很有必要。模型体系可以模拟肉的组成，排除杂质干扰，使实验数据更加精确。例如研究油炸的加工条件对杂环胺形成的影响时，诸如热量转移、水分蒸发等因素很难控制，但在模型体系中很容易控制这些因素。

Sugimura等[3]通过在模型体系中同位素追踪，确认色氨酸是harman和norharman的前体物。Skog等[21]也证实色氨酸是β-咔啉形成的一种重要的前体物，其非常容易在普通的烹饪温度下形成。Diem等[22]在含有色氨酸和葡萄糖的干热模型中，发现即使温度低于100℃时，也能形成辅助致突物harman和norharman。但在Borgen等[23]的研究中，未加热的样品中色氨酸的含量与harman或norharman的形成没有相关性。Chen等[24]在密闭体系中将苯丙氨酸、肌酸、葡萄糖在100℃条件下加热120min，形成了一定含量的harman和norharman（表1）。Pais等[13]通过在模型体系中加入丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等氨基酸（不含色氨酸），同时加入肌酸和葡萄糖，在225℃条件下加热30min，发现虽然该模型体系含有苯丙氨酸，但既没有生成harman，也没有生成norharman。Pais认为这是由于作为harman和norharman的前体物的色氨酸没有加入到模型体系中，导致没有形成harman和norharman。

3 harman和norharman的形成途径

对于非极性杂环胺Norharman的形成，Yaylayan等[25]已提出一个明确的机制。根据图2显示的机制，色氨酸的Amadori重排产物（ARP）（图2a）以呋喃形式经过脱水反应，随后在环氧孤对电子的辅助下进行β-消去反应形成共轭的氧离子（图2b）。这个反应的中间体可以通过脱水作用和形成一个拓展的共轭体系来稳定自己，或者是经过C―C键分裂来产生一个中性的呋喃衍生物（图2c）和一个亚胺阳离子。最后，中间物经过分子间取代反应来形成β-咔啉。

图 2 Norharman的形成过程

Fig.2 Reactions for norharman formation

关于harman和norharman的形成机理，Herraiz[26]认为四氢化-β-咔啉THCA和MTCA是加工过程中辅助致突物harman和norharman形成的前体物。鱼和肉烹饪时间越长，THCA、MTCA和β-咔啉（harman、norharman）含量均升高[14]，而β-咔啉可以通过四氢化-β-咔啉（THβC）氧化反应产生。研究者已经证明，吲哚乙胺和乙醛或者α-酮酸通过皮克泰-斯宾格勒反应形成THβC是最有效的形成THβC的途径。该反应受烹饪条件、水分含量、温度和pH值的影响，并且包含色氨酸、甲醛和乙醛[27]。通过吲哚胺形成的薛夫碱在酸性介质中环化从而形成THβC。THβC通过进一步氧化或脱羧或其他加工过程中的反应，最后形成harman和norharman，见图3。

图 3 皮克泰-斯宾格勒反应

Fig.3 Pictet-Spengler reaction

4 肉制品中harman和norharman形成的抑制措施

由于肉制品加工过程中产生较高含量的辅助致突物harman和norharman，如何控制肉制品中的harman和norharman是研究人员迫切需要解决的问题。合理添加一些合成的或天然抗氧化剂可以有效地抑制harman和norharman的产生。

Tai等[28]在加工鱼松中添加VC和二丁基羟基甲苯（BHT），结果发现0.1%的VC能抑制harman、norharman的形成，0.15、0.75g的BHT显著增加harman、norharman的含量，但1.5g的BHT可以降低harman、norharman的含量。Liao Guozhou等[29]研究发现，0.01%、0.05%、0.1%的VE能降低肉松中norharman的含量，但只有0.1%的VE能降低harman的含量。这也表明，抗氧化剂对harman、norharman的抑制作用与其浓度紧密相关。

虽然人工合成抗氧化剂对harman、norharman有一定的抑制作用，但有些抗氧化剂如二丁基羟基甲苯（BHT）等具有一定的潜在毒性，因此天然抗氧化剂是抑制肉制品加工过程形成harman和norharman的理想选择。姚瑶等[17]研究5种抗氧化能力较强的香辛料对酱牛肉中杂环胺含量的影响，结果表明丁香、桂皮、良姜、红花椒、香叶对harman和norharman均有抑制作用，其中香叶对norharman抑制效果最好。Lee等[30]向烤牛排中加入不同含量的原生橄榄油，结果表明添加2～10g的橄榄油都可以抑制norharman的形成，添加2g的橄榄油可以抑制harman的形成，而添加更多的橄榄油却使牛排中harman含量升高。Ahn等[31]发现松树皮提取物和草本植物对harman和norharman都有抑制作用。Dong等[32]向鸡胸肉中加入2%的含有荷叶的腌制液，能使norharman含量降低17%。Smith等[33]向烤牛排中加入含有香辛料和草本植物的腌制液，结果发现harman的含量有所降低，如表2所示。

5 结 语

我国是肉制品加工最为悠久、肉制品类型最多的国家，然而近年来我国结直肠癌的死亡率呈上升趋势。陈坤[34]研究表明，常进食煎炸烘烤肉制品与结直肠癌的发病率存在相关性。随着消费者对食品安全意识的增强，有必要对我国传统肉制品加工过程中形成的有毒有害物质进行研究。而我国传统肉制品的加工方法与国外存在较大差异，杂环胺形成的种类和数量也有差异。国外的烹调方式中，较常用的是将肉品用平底锅进行油煎，在这种加工方式中，肉品直接与热源接触而形成一个接触面，因此产生较多的IQ型杂环胺[35]，而我国常用卤煮、烘烤等加工方式，温度较低且不直接与热源接触，因此主要产生非极性杂环胺[16]。

由于缺乏环外氨基，β-咔啉harman和norharman在Ames/Salmonella实验中并不显示致突变性，与极性杂环胺相比，非极性杂环胺一直没有受到重视，其被认为只有在极端的加工条件下才形成，正常的烹调条件下一般不会产生[36]。我国对杂环胺的研究起步较晚，对harman和norharman的分析也较少，对其形成机理缺乏研究。因此，很有必要研究我国传统肉制品中含量最多的杂环胺――harman和norharman的形成机理，进一步提出抑制其形成的措施，降低其在肉品中的含量，提高传统肉制品的品质，从而减少肉类消费对健康的危害。

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