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Introduction

杂环芳香胺（HAAs）作为一种烹饪诱导污染物，广泛存在于肉制品等食品基质中，具有强致癌性和致突变性。本文主要从HAAs的形成、代谢、生物监测和抑制机制等方面进行综述，并对分离和测定HAAs的不同分析技术进行了汇总和讨论，旨在为探索有效抑制食品加工过程中有害化学物质形成的方法提供有价值的信息，提高消费者和食品加工人员对HAAs的认识。

图1 杂环芳香胺的形成

Results and discussion

HAAs的分类与形成

富含蛋白质烹调食品中致突变物的产生取决于烹饪温度。按照形成过程可分为2类，包括300 °C以上形成的热解氨基咔啉和100~300 °C之间形成的2-氨基咪唑并氮杂芳烃（图1）。事实上，熟食制品中HAAs的形成机制要复杂得多。一般而言，HAAs有两种可能的生成途径：美拉德反应或自由基反应，加热温度是自由基反应发生的关键变量，当温度超过300 °C时，会产生大量的自由基片段并进一步缩合形成杂环化合物。因此，自由基反应可能导致烹调食品中蛋白质、氨基酸热解产物产生。

此外，食品是一个多成分的复杂体系，HAAs的形成可能涉及到许多未知成分之间更复杂的相互作用。PhIP是食品中含量较高的杂环胺，有研究报道了PhIP的生成不需要葡萄糖的参与，进一步说明美拉德反应不是生成HAAs的唯一途径。

HAAs形成反应动力学特性

肉类烹饪过程中产生的HAAs种类及其相应含量取决于加热温度和时间，通过混合肌酸、肌酸酐、游离氨基酸、己糖和小分子肽等肌肉组织中形成HAAs的前体物质来模拟肉制品的外部环境，可以探究HAAs的热力学行为。一项使用真实肉类体系进行的动力学研究表明，加热时间、温度和前体物质是极性和非极性HAAs产生的重要因素，动力学模式遵循一级反应。值得注意的是，当采用不同的模型时，HAAs形成反应动力学行为存在较大差异，而真正的肌肉系统更为复杂，需要考虑热质传递、组织结构的变化以及表面水分的蒸发。在这种情况下，前体物与HAAs形成之间的关系仍需进一步研究。

图2 杂环芳香胺的消化、吸收和代谢循环过程

人体实验研究中HAAs暴露的检测和生物监测

大多数研究以尿液中HAAs的含量作为生物监测的依据，在灵敏度相同时，通过系列固相萃取（SPE）色谱分离，ESI-MS定量分析，检测到4 种HAAs，检测限为1~8 pg/mL，该方法可用于评价各类HAAs的日暴露水平。近年来，随着检测技术的发展，尿液中HAAs的检测水平进一步提高，检测限不断降低。

在尿液中HAAs代谢物的监测中，仅报道了2 种HAAs代谢物：MeIQx和PhIP，它们被认为是分析尿液中原始HAAs的常用标志物。其中N-OHMeIQx是MeIQx在尿液中的重要代谢产物标志物，监测其在尿液中的含量可以间接测定MeIQx代谢能力；5-OH-PhIP作为PhIP-DNA加合物的副产物，是PhIP的最终代谢产物，是尿液中PhIP代谢的生物标志物，对长期暴露于PhIP中的研究具有重要意义。

总之，生物监测HAAs的研究在以尿液作为生物材料的检测方面取得了很大的进展。但目前仍存在生物材料选择单一、尿液中可检测的HAAs种类有限等问题。此外，补充外源物质对HAAs的解毒作用还需进一步研究。尿液中生物标志物的检测对进行短期暴露评估表现出积极的影响，但也应该考虑评估长期暴露于HAAs的摄入量和肿瘤风险。

HAAs的抑制作用及其机制

一些研究发现加热温度越高，加热时间越长，HAAs生成量越多，但湿热条件下加热时间过长时，HAAs含量降低。可见，在不同长时间加热条件下，HAAs的降解也可能伴随其生成。此外，温和的加热方式会产生较少的HAAs，如蒸煮和微波加热，但煎炸产生较多的HAAs。因此，抑制HAAs的形成是基于加热时间、温度和加热方式的差异，在进行肉制品危害控制时需要考虑这些因素。

糖类、氨基酸和肌酸（肌酸酐）是形成HAAs的重要前体物质，糖的含量及类型会影响HAAs的形成；降低原料中游离氨基酸的量可以抑制HAAs的形成；金属阳离子会阻断PhIP形成过程中苯乙醛与肌酐的反应，降低肌酐含量，从而抑制HAAs的形成。因此可通过控制前体物质的种类和含量来降低HAAs含量。

表1 不同外源食品基质的抑制剂、作用机理以及HAAs消减量

HAAs的天然抑制剂

酚类物质

酚类物质对HAAs的抑制作用表现在：一是酚类物质与自由基反应形成相对稳定的半醌自由基，阻断链式反应；二是酚类物质通过与抗氧化物结合金属离子抑制自由基的产生；三是酚类物质通过自身供氢氧化来清除自由基。植物组织和果实中含有多种酚类化合物可以抑制HAAs，但是它们对不同的HAAs没有表现出单一的抑制作用。此外，抗坏血酸可以清除吡嗪自由基阳离子，从而抑制HAAs的产生。

中间产物

黄酮类化合物可与PhIP形成过程中产生的重要中间产物苯乙醛形成加合物，从而抑制PhIP的形成，有实验证明黄酮类化合物对HAAs的抑制能力与其对烤肉中苯乙醛的抑制能力呈正相关。

图3 黄酮类化合物抑制PhIP生成的假设途径

美拉德反应抑制剂

许多研究表明，HAAs是通过复杂的美拉德反应形成的。含硫化合物可以抑制美拉德反应，从而减少HAAs的生成量。含硫氨基酸被报道能有效抑制非酶褐变反应，是抑制HAAs形成的有效抑制剂。

通过控制食品中的其他成分也可以有效减少熟肉制品中HAAs的形成，例如含水物质的存在以及向熟肉制品中添加氯化钠和三聚磷酸盐，均可显著降低PhIP的含量。具有一定抗氧化能力的多不饱和脂肪酸，可以抵抗自由基氧化，减少HAAs的形成。

黄酮类化合物等抗氧化剂可以清除自由基，减少HAAs的形成。芳香环间位具有2 个羟基的黄酮类化合物是最有效的抑制剂，而芳香环上烷基或羧酸基团的存在会略微降低抑制作用。

黄酮类化合物

黄酮类化合物是天然的抗氧化剂，根据结构可分为黄酮醇、异黄酮、黄烷醇和二氢黄酮。黄酮类化合物可与苯乙醛结合形成特异性化合物，从而淬灭活性羰基，阻断苯乙醛与肌酐的进一步反应，最终抑制PhIP的形成。如图4展示了15 种黄酮类化合物对HAAs的抑制作用。

图4 黄酮类化合物化学结构对HAAs的抑制作用

Conclusion

目前，黄酮类成分对HAAs形成的影响的研究主要基于模拟体系，在真实体系中是否适用还有待验证，对黄酮类成分的选择也缺乏系统性，黄酮类化合物的活性位点和官能团在抑制HAAs形成中的作用还有待进一步研究。因此，系统地选择不同类型的黄酮类化合物，探究其在实际食物体系中对HAAs形成的影响，可为有效控制HAAs的形成，保证食品安全及人类健康提供理论参考。

The role of flavonoids in mitigating food originated heterocyclic aromatic amines that concerns human wellness

Hui Tenga, Hongting Denga, Chang Zhanga, Hui Caoa,b,*, Qun Huangc,*, Lei Chena,*

a College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety, Guangdong Province Engineering Laboratory for Marine Biological Products, Guangdong Provincial Engineering Technology Research Center of Seafood, Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Product of Guangdong Higher Education Institution, Zhanjiang 524088, China

b Faculty of Food Science and Technology, University of Vigo, Vigo 36310, Spain

c Meat Processing Key Laboratory of Sichuan Province, School of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China

*Corresponding authors.

Abstract

Meat products are an important part in our daily diet, providing valuable nutrients for the human body. However, heating processes cause the meat to become more appetizing with changes in texture, appearance, flavor, and chemical properties by the altering of protein structure and other ingredients. As one kind of cooking-induced contaminants, heterocyclic aromatic amines (HAAs) are widely present in protein aceous food products with strong carcinogenic and mutagenic properties. In order to promote the safety of traditional meat products, this review focused on the formation, metabolism, biological monitoring and inhibitory mechanism of HAA. An overview of the formation pathways, hazards, and control methods of HAAs during food processing in recent years was studied, aiming to provide some valuable information for exploring effective methods to inhibit the production of associated hazards during food processing. Systematic selection of different types of flavonoids to explore their effects on the formation of HAAs in an actual barbecue system can provide theoretical reference for effectively controlling the formation of HAAs and reducing their harm to human health.

Reference:

TENG H, DENG H T, ZHANG C, et al. The role of flavonoids in mitigating food originated heterocyclic aromatic amines that concerns human wellness[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(4): 975-985. DOI:10.1016/j.fshw.2022.10.019.

翻译：王止箭（实习）

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

为进一步深入研究食品产业科技创新基础理论，保障食品质量与安全，研发具有营养和保健功能的食品，推动食品科学研究的进步，带动食品产业的技术创新，更好地保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志在成功召开前十届“食品科学国际年会”和四届“食品科学与人类健康国际研讨会”及二十余次食品专题研讨会的基础上，将与国际谷物科技协会（ICC）、南京农业大学、南京财经大学、江苏省农业科学院、徐州工程学院、东南大学营养与食品卫生系于 2023年8月5-6日在中国江苏南京 共同举办“第十一届食品科学国际年会”。

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