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杂环胺(Heterocyclic amines,HAs)是在高温处理富含蛋白的原料过程中,由氨基酸和肌酸酐等反应,产生的一类具有致癌、致突变作用的多环芳香族化合物。氨基酸相对常用的人工和天然抗氧化剂以及天然提取物等杂环胺抑制剂,具有安全、廉价和标准化程度高等优点。氨基酸的氨基和羧基分别具有与杂环胺的醛类中间体和杂环胺环外游离氨基结合的能力,且氨基酸的美拉德反应产物(MRP)被证实具有自由基清除能力,这些特点使氨基酸成为杂环胺的潜在抑制和消除剂。因此,本文以烤牛肉饼和化学模拟体系为研究对象,采用超高效液相色谱串联三重四极杆质谱技术(UPLC-MS/MS),考察了不同水平的组氨酸、亮氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸等四种非前体氨基酸对体系中杂环胺的减控效果,并尝试从前体竞争性抑制、清除自由基、阻断中间体和消除终产物角度探究氨基酸对杂环胺的减控机理。最后尝试组合抑制能力较强的氨基酸为复合抑制剂,探究复合抑制剂对自制西式香肠中游离态和结合态杂环胺的抑制能力。研究了不同添加水平(0.1%,0.5%和1.0%,w/w)组氨酸、亮氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸对烤牛肉饼和葡萄糖/肌酸(酐)/苯丙氨酸+色氨酸+苏氨酸模拟体系中杂环胺的抑制效果。结果表明,对照组烤牛肉饼和模拟体系中分别检测出8和5种杂环胺,总量(游离态+结合态)分别为620.54 ng/g和1197.90 ng/mL。烤牛肉饼中1-甲基-9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(harman)含量最高,为384.34 ng/g,其次是9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(norharman)(223.72 ng/g),2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(MeIQx)(6.06 ng/g),2-氨基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚(AαC)(2.82 ng/g)和2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶(PhIP)(1.95 ng/g)。模拟体系中norharman含量最高,为933.11 ng/mL,其次是harman(259.62ng/mL),PhIP(2.75 ng/mL)和MeIQx(2.01 ng/mL)。四种氨基酸对烤牛肉饼和模拟体系中的杂环胺均存在抑制效果。1.0%组氨酸对牛肉饼中游离态和结合态杂环胺与模拟体系杂环胺存在最强抑制能力,抑制率分别达43.84%,49.76%和66.99%,且均具有浓度依赖关系。0.5%和1.0%亮氨酸分别对牛肉饼中游离态和模拟体系杂环胺存在最强抑制能力,抑制率分别达43.10%和27.52%,且在模拟体系具有浓度依赖关系。0.1%和1.0%脯氨酸分别对牛肉饼与模拟体系杂环胺存在最强抑制能力,抑制率分别达21.06%(游离态),10.36%(结合态)和22.26%(模拟体系),且在模拟体系具有浓度依赖关系。0.1%、1.0%甲硫氨酸分别对牛肉饼中游离态和结合态杂环胺存在最强抑制能力,抑制率分别达12.81%和32.30%。甲硫氨酸对模拟体系中杂环胺的抑制具有浓度依赖关系,1.0%甲硫氨酸存在最强抑制能力,抑制率达34.04%。针对β-咔啉类杂环胺,氨基酸可通过清除自由基抑制β-咔啉,其中1.0%组氨酸的自由基清除力最强(82.59%),其次为1.0%甲硫氨酸(61.66%),1.0%亮氨酸(43.93%)和0.1%脯氨酸(33.23%),且除脯氨酸外的其他三种氨基酸均具有浓度依赖关系。氨基酸可同时通过与β-咔啉前体色氨酸竞争参与反应,达到抑制β-咔啉产生的目的,其中1.0%组氨酸的竞争性抑制力最强,抑制率达65.60%,其次为1.0%脯氨酸(62.60%),0.1%亮氨酸(57.72%)和0.1%甲硫氨酸(39.39%),且组氨酸和脯氨酸具有浓度依赖关系。针对吡啶类杂环胺,氨基酸可通过清除自由基,进而抑制活性羰基产生,减弱苯丙氨酸向苯乙醛转化,达到抑制PhIP的目的。其中1.0%亮氨酸自由基清除力最强(71.00%);氨基酸还可能通过直接与苯乙醛缩合形成加合物,抑制PhIP产生,其中1.0%亮氨酸的苯乙醛清除力最强(76.60%);同时氨基酸也可能以结合PhIP形成加合物的方式消除已产生的PhIP,其中脯氨酸的PhIP清除能力最强(22.64%)。针对喹(喔)啉类杂环胺,氨基酸同样可通过清除自由基和终产物加合两种途径抑制喹(喔)啉产生。其中1.0%脯氨酸的自由基清除能力最强(41.48%),甲硫氨酸的MeIQx加合能力最强(44.20%),亮氨酸的MeIQ加合能力最强(16.34%)。西式香肠实验结果显示,针对游离态杂环胺,1.0%组氨酸+1.0%亮氨酸+1.0%脯氨酸组合的抑制能力最强,抑制率达45.53%,其次为1.0%组氨酸+1.0%脯氨酸组合(32.52%),和1.0%亮氨酸+1.0%脯氨酸组合(31.77%)。针对结合态杂环胺,1.0%组氨酸+1.0%亮氨酸+1.0%脯氨酸组合的抑制能力最强,抑制率达33.88%,其次为1.0%亮氨酸+1.0%脯氨酸(19.57%)。因此,在西式香肠加工过程中可通过添加1.0%组氨酸+1.0%亮氨酸+1.0%脯氨酸抑制杂环胺的生成。