加工肉制品中多環(huán)芳烴的研究現(xiàn)狀

劉聰聰，王 沖，葉可萍，李春保，周光宏

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院 肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點實驗室 南京210095）

多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，簡寫PAHs）是有兩個或兩個以上的呈不同構(gòu)型（線狀、角狀或簇狀）的稠苯環(huán)（僅含碳?xì)鋬煞N元素組成）組成的一類大分子芳香族化合物。大多數(shù)多環(huán)芳烴為非極性或弱極性化合物，具有較強的親脂性，又因共軛雙鍵的存在，其對紫外線具有吸收作用[1]。通常研究中根據(jù)PAHs 分子苯環(huán)數(shù)目的多少，將其分為輕質(zhì)多環(huán)芳烴（light PAHs，LPAHs）和重質(zhì)多環(huán)芳烴（heavy PAHs，HPAHs）兩大類。其分子中含有2～4 個苯環(huán)的PAHs 為LPAHs，如萘、菲、芘等；含有大于等于5 個苯環(huán)的PAHs 為HPAHs，如苯并（a）芘、二苯并（a，h）蒽等。PAHs 在環(huán)境中廣泛存在，并且穩(wěn)定性強。人類就暴露在這些化合物中。對于非吸煙者和非職業(yè)性接觸PAHs的人來說，通過飲食接觸PAHs 是暴露的主要途徑。攝入較高的肉及其加工制品的人群比素食主義者和正常飲食者PAHs 的暴露量大。與細(xì)顆粒、氣溶膠或通過飲水的暴露方式相比，該暴露方式具有較小的生物可利用性。

1 多環(huán)芳烴種類及特點

1.1 多環(huán)芳烴種類

除按照PAHs 分子苯環(huán)數(shù)目分為LPAHs 和HPAHs 兩類之外，國際癌癥研究機構(gòu)（International Agency for Research on Cancer，IARC）和美國環(huán)保署（United States Environmental Protection Agency，USEPA）提出優(yōu)先控制16 種PAHs，并通過流行病學(xué)研究將其分為1 類（carcinogenic to humans，對人類致癌），2A 類（probably carcinogenic to humans，很可能對人類致癌），2B 類（possibly carcinogenic to humans，也許對人類致癌），3類（not classifiable as to its carcinogenic to humans，不對人類致癌）等4 組致癌物[2]。其中苯并（a）芘的毒性最強，為1 類致癌物。16 種PAHs 分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)見表1。

1.2 多環(huán)芳烴的特點

1）難降解性，持久性 PAHs 是第1 種公認(rèn)的環(huán)境致癌物，在自然條件下難以降解，且隨著分子質(zhì)量的增加持久性也相應(yīng)增加[3]。難降解性的原因是其分子含有的共軛結(jié)構(gòu)使得整個分子結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。環(huán)境中的PAHs 可以通過揮發(fā)、光氧化、化學(xué)氧化、生物降解和吸附等方法去除，生物降解被認(rèn)為是一種經(jīng)濟、高效的降解方法[3]，是PAHs降解的主要方式。Trzesicka-Mlynarz 等[4]通過分離被PAHs 污染的土壤中的微生物發(fā)現(xiàn)得到的主要菌株均為革蘭氏陰性，且4 種分離菌株混合培養(yǎng)對PAHs 的降解效果更好，而單個分離菌株僅能降解水溶性的PAHs（如芴、菲、熒蒽），對水溶性較低的多環(huán)芳烴（蒽和芘）的去除率較低。其它物理化學(xué)方法也可以降解PAHs。Guieysse 等[5]發(fā)現(xiàn)紫外處理能去除硅油中83%的芘，而對菲沒有降解作用，且在紫外處理過程中分子質(zhì)量較大的PAHs（4 環(huán)和5 環(huán)）優(yōu)先被降解。

表1 優(yōu)先控制的16 種PAHs 分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)Table 1 Molecular structure and physicochemical properties of 16 PAHs priority controlled

2）環(huán)境中廣泛分布 環(huán)境中PAHs 的來源有兩種：自然因素生成和人類活動排放?；鹕絿姲l(fā)、森林火災(zāi)是自然界存在PAHs 的主要原因，機動車、輪船、飛機等燃燒化石燃料排放廢氣等人類的生產(chǎn)、生活活動極大地增加了環(huán)境中PAHs 的暴露情況。食品中的PAHs 來源于兩方面：環(huán)境中PAHs 的遷移[6]和煙熏、燒烤、煎炸等加工過程中脂肪、蛋白質(zhì)、糖類等成分通過熱裂解生成[7]?？諝庵蠵AHs 以氣、固兩種形式存在，含有2～3 環(huán)的PAHs以氣態(tài)存在，含有5～7 環(huán)的PAHs 大部分以顆粒態(tài)存在，含有4 環(huán)的PAHs 以氣、固兩種形態(tài)平均分布[8]。通過空氣暴露的PAHs 具有更高的生物可利用性，相同暴露情況下引起的毒性更高，急性暴露的情況下會引起呼吸系統(tǒng)應(yīng)激、炎癥，長期暴露容易引起肺癌[9]。PAHs 大多數(shù)分子具有非極性或弱極性，在水相有少量溶解。在比斯開灣和非洲西北海岸空氣中PAHs 質(zhì)量濃度在0.7～1 ng/L（海水），在南大西洋0.06～0.5 ng/L（海水）[10]。

3）“三致”作用 大多數(shù)PAHs 具有“三致”作用，即致畸性、致癌性和致突變性。對于PAHs的“三致”作用結(jié)論大多基于動物實驗。Nesnow 等[11]通過注射PAHs，8 個月后檢測肺腺瘤形成情況，結(jié)果腫瘤隨PAHs 暴露量的增加而加重，并且在多種PAHs 暴露下發(fā)生協(xié)同作用。16 種PAHs 中BaP 的毒性最強，被EPA 定為1 類致癌物。Wang等[12]通過10 d 腹腔注射BaP，發(fā)現(xiàn)BaP 暴露后會誘導(dǎo)肝癌、胃癌和腎臟癌和癌前病變，并且以劑量依賴性方式引發(fā)胃癌，而腹腔注射10 d 后不會引起癌前肺損傷。

4）生物蓄積性 生物蓄積性是有毒、有害物質(zhì)通過食物鏈蓄積于體內(nèi)，并隨食物鏈內(nèi)等級升高，生物體內(nèi)有毒、有害物質(zhì)含量大大升高，使得該種有害物質(zhì)濃度大大高于環(huán)境濃度的現(xiàn)象。PAHs 在環(huán)境中廣泛存在并難以降解，這使得環(huán)境中的PAHs 通過遷移進(jìn)入食物鏈低等級單元體內(nèi)，通過在食物鏈中的遷移被富集放大，對食物頂端的人類造成更大危害。Tao 等[6]研究了天津市兩個PAHs 污染地點的蔬菜污染情況，在蔬菜的根和地上部分均檢測到PAHs，地上部分的PAH16濃度比菜根中的濃度高6.5 倍。此結(jié)果證明葉片吸收是PAHs 從環(huán)境向蔬菜轉(zhuǎn)移的主要途徑。Broman 等[13]研究了塞斯頓藍(lán)貽貝-鴨這條食物鏈中PAH19 的遷移情況，結(jié)果隨著PAHs 在食物鏈中遷移，食物鏈不同等級單元體內(nèi)的組成發(fā)生顯著變化，其在鴨的不同器官中的濃度為膽囊＞脂肪組織≥肝。

2 PAHs 對人類健康的危害及致癌機理

被人體吸收的PAHs 可被肝臟和腎臟代謝，并通過糞便和尿液排出體外。在PAHs 被代謝過程中會轉(zhuǎn)化成各種代謝產(chǎn)物，某些代謝產(chǎn)物與DNA 發(fā)生共價結(jié)合，從而具有致癌作用。

2.1 PAHs 對人類健康的危害

PAHs 在空氣、水、食物中廣泛存在，易經(jīng)皮膚接觸、呼吸道和消化道進(jìn)入人體，對人類健康造成嚴(yán)重影響。通過流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)長期接觸PAHs可能誘發(fā)皮膚癌、肺癌、肝癌等。Gao 等[14]發(fā)現(xiàn)136位北方男性焦?fàn)t工人的PAHs 暴露量大于對照組，并且體內(nèi)PAHs 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和腫瘤標(biāo)志物協(xié)同增加，說明長時間暴露于PAHs 會引起人體發(fā)生腫瘤、癌癥的風(fēng)險。Boffetta 等[15]通過對嚴(yán)重暴露于PAHs 的不同職業(yè)人員的調(diào)查，指出皮膚高暴露于PAHs 會增加患皮膚癌風(fēng)險，膀胱癌風(fēng)險的增加主要見于煤焦和瀝青生產(chǎn)行業(yè)，職業(yè)暴露于PAHs 也會引起喉部和腎臟的風(fēng)險增加，并且肺可能是PAHs 致癌性的主要靶器官。Chen等[16]研究了緊固件制造廠的吸入和皮膚接觸PAHs的情況，發(fā)現(xiàn)吸入氣相PAHs 暴露水平為8.60×104ng/m3、顆粒相暴露水平為2.30×103ng/m3，全身皮膚暴露水平為5.44×106ng/d，估計的終生皮膚癌風(fēng)險（9.72×10-3）低于肺癌風(fēng)險（1.64×10-2）。通過飲食暴露于PAHs 會增加居民患消化道癌癥的風(fēng)險，如胃癌、結(jié)/直腸癌等[17]。Liao 等[18]檢測了上海女性胃癌患者尿液中的PAHs 代謝物——1-羥基吡喃葡萄糖醛酸苷（1-OHPG），結(jié)果表明1-OHPG濃度的升高與胃癌風(fēng)險相關(guān)。Rashmi 等[19]為食源性BaP 引發(fā)結(jié)/直腸癌提供了證據(jù)。

2.2 PAHs 致癌機理

1）“K 區(qū)理論”、“灣區(qū)理論”和“雙區(qū)理論”“K 區(qū)理論” 是最早針對PAHs 致癌性提出的理論。其支持者認(rèn)為凡是具有致癌性的PAHs 均含有菲環(huán)結(jié)構(gòu)，如苯并（a）芘、苯并（a）蒽、苯并（b）熒蒽等。其顯著特征是類似于菲環(huán)9，10 位的區(qū)域有明顯的雙鍵性，此區(qū)域稱之為“K 區(qū)”，具有較大的電子密度。同時位于蒽環(huán)9，10 位的區(qū)域稱為“L區(qū)”?！癒 區(qū)理論”認(rèn)為PAHs 的K 區(qū)起致癌作用，而L 區(qū)起脫毒作用，即K 區(qū)越活潑、L 區(qū)越不活潑，PAH 的致癌性越強。此理論僅根據(jù)PAHs 的分子結(jié)構(gòu)解釋其致癌性。

1968年Grover 等[20]研究發(fā)現(xiàn)PAHs 只有在生物體內(nèi)經(jīng)肝微粒酶系的代謝作用變成某種具有致癌活性的物質(zhì)后才與DNA 以共價鍵結(jié)合，從而具有致癌性。未經(jīng)代謝活化的PAHs 分子不能與DNA 共價結(jié)合。Jerina 等[21]提出“灣區(qū)理論”，把PAHs 分子結(jié)構(gòu)中的不同位置劃分為 “灣區(qū)”、A區(qū)、B 區(qū)和K 區(qū)，“灣區(qū)”的存在是PAHs 具有致癌性的主要原因。在“B 區(qū)”容易生成環(huán)氧化物，可經(jīng)還原形成具有強親電性的“灣區(qū)碳正離子”，它可與生物大分子DNA 的負(fù)電中心結(jié)合，該過程類似于圖2所示。Loew 等[22]指出通過“灣區(qū)理論”能夠準(zhǔn)確預(yù)測PAHs 的主要代謝物，并且代謝物的致癌潛能與遠(yuǎn)端灣區(qū)初始氧化的反應(yīng)性和代謝物——二醇氧化碳正離子的穩(wěn)定性有關(guān)。

“灣區(qū)理論”雖然合理地解釋了PAHs 在生物體內(nèi)經(jīng)代謝后產(chǎn)生致癌性的機理，但是未給出PAHs 致癌活性的定量判斷。此后，學(xué)者們展開對PAHs 致癌活性定量方程的研究。

Yan[23]提出芳香角環(huán)（A 區(qū)）概念，將A 區(qū)看作是擴展灣區(qū)，并提出致癌常數(shù)概念。通過微分子軌道理論（PMO）得到PAHs 致癌活性定量方程R =C[ΔE3deloc/（0.7+0.228nk+0.5na+1.22nl）]，其中，R 為PAHs 致癌活性，C 為致癌常數(shù)，ΔE3deloc為致癌過程中的動因項，nk、na、nl分別為K、A、L 區(qū)數(shù)量，并結(jié)合試驗結(jié)果進(jìn)行驗證。其中92%的多環(huán)芳烴計算結(jié)果與致癌活性實驗一致。Dai[24]提出PAH分子具有致癌性的必要條件是在其分子中存在兩個親電活性區(qū)域，即“雙區(qū)理論”，把PAH 分子分為M 區(qū)、L 區(qū)、K 區(qū)和角環(huán)、次角環(huán)，得到PAHs 致癌活性定量方程lgK = 4.75ΔE1ΔE23-0.0512nΔE2-3（K：結(jié)構(gòu)與致癌性關(guān)系指數(shù)；ΔE1、ΔE2：分別為兩個活性中心相應(yīng)的碳正離子的離域能；n：脫毒區(qū)總數(shù)）。若K＜6，則不致癌；6＜K＜15，微弱致癌；15＜K＜45，致癌；45＜K＜75，顯著致癌；K＞75，強力致癌。用該定量方程對150 個PAHs 的致癌活性進(jìn)行計算，結(jié)合動物實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)結(jié)果符合率達(dá)95%。

2）PAHs 活性代謝產(chǎn)物與DNA 交聯(lián) “雙區(qū)理論”中，Zhou 等[26]提出兩個活性位點之間的距離可作為多環(huán)芳烴化學(xué)致癌性的一個因素。Dai[24]經(jīng)計算得到致癌活性的最佳距離約2.80 A，這也是DNA 雙螺旋的負(fù)中心距離。體內(nèi)多環(huán)芳烴致癌的關(guān)鍵步驟是DNA 互補堿基對之間的鏈間交聯(lián)。根據(jù)這一推論，作者認(rèn)為PAHs 致癌的可能機制應(yīng)該是DNA 雙螺旋之間的互補移碼突變，即多環(huán)芳烴在體內(nèi)經(jīng)細(xì)胞色素P450 酶代謝激活后生成具有兩個活性位點的二氫二醇環(huán)氧化物，該代謝物經(jīng)還原產(chǎn)生穩(wěn)定的“灣區(qū)碳正離子”，其具有很強親電性，可與生物大分子DNA 的負(fù)電中心結(jié)合，從而導(dǎo)致基因復(fù)制時發(fā)生差錯，誘導(dǎo)癌基因突變，并且通過誘導(dǎo)多重突變，可能導(dǎo)致腫瘤。

圖1 PAHs 分子結(jié)構(gòu)的分區(qū)[24]Fig.1 Zoning of PAHs molecular structure[24]

圖2 乙烯（C2H4）分子生成環(huán)氧化合物和碳正離子過程[25]Fig.2 Ethylene（C2H4）molecular formation by epoxides and carbon positive ions[25]

3 肉及其加工制品中PAHs 的暴露情況

3.1 肉及肉制品中PAHs 暴露量占飲食總暴露水平的比例

對于非職業(yè)工人和非吸煙者，70%以上的多環(huán)芳烴接觸源自于飲食，尤其是谷物和肉類，飲食可能導(dǎo)致不同國家普通人群多環(huán)芳烴接觸總量的90%以上[27-28]。在2001年的一項美國總飲食研究中，根據(jù)食物頻率問卷對228 名受試者進(jìn)行調(diào)查，并對200 種食物進(jìn)行苯并[a]芘含量分析，結(jié)果表明飲食途徑苯并[a]芘暴露量的平均貢獻(xiàn)率：最高的是面包和谷類食品，占29%，其次是烤肉（21%）和蔬菜（11%～13%）。歐洲人民飲食途徑苯并[a]芘暴露量中肉及肉制品占15%，占比最高的是谷物及其制品（24%），其次是蔬菜、堅果（18%）[29]。與其它食品中多環(huán)芳烴含量的研究結(jié)果相同，多環(huán)芳烴的主要飲食來源是谷類和蔬菜，而非肉類，除非明火烹制的肉類攝入量很大[30]。在相同質(zhì)量的食物中，經(jīng)燒烤、煙熏、油炸的肉制品中PAHs 的含量顯著高于其它非肉類食品。在肉類食品中，烤焦的牛排中BaP 含量最高，4.86 ng/g。有必要研究肉品加工過程中PAHs 的高生成量。

3.2 肉及肉制品中PAHs 的暴露量

肉制品中PAHs 暴露量與產(chǎn)品加工方式有關(guān)，目前對煙熏、燒烤、淺煎等加工生產(chǎn)的肉制品的研究較多。

1）煙熏肉制品 Chen 等[31]研究了蒸、烘烤、煙熏、炭烤、液熏調(diào)味等加工方法對鴨肉PAHs 含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煙熏鴨肉中PAHs 含量最高，其次是炭烤和烘烤產(chǎn)品，煙熏3 h 后鴨胸肉中PAHs 含量達(dá)526.8 μg/kg。Wretling 等[32]檢測了瑞典市場上9 種熏肉的苯并（a）芘含量，在6.6～36.9 μg/g 之間，超過歐盟委員會（EC）規(guī)定的最大含量5.0 μg/g。另外，Chen 等[33]研究發(fā)現(xiàn)用木料熏肉的脂肪中PAH15 含量為5.2 μg/g，瘦肉中PAH15 含量為4.9 μg/g，無顯著性差異。熏肉表層多環(huán)芳烴濃度最高，且隨肉的內(nèi)部深度呈指數(shù)遞減。相較其它加工肉制品，煙熏肉制品中多環(huán)芳烴含量較高，普遍認(rèn)為煙熏肉制品中PAHs 來源是木材不充分燃燒產(chǎn)生的PAHs 附著在肉表面，以及PAHs 在肉基質(zhì)和脂肪組織中的滲透。

2）炭烤肉制品 炭火燒烤一直是研究人員的關(guān)注點，因為在加工過程中除了木材燃燒不充分產(chǎn)生PAHs 外，脂肪在熱加工過程中的熱裂解反應(yīng)被認(rèn)為是產(chǎn)品中PAHs 生成的主要原因。Chen 等[31]檢測發(fā)現(xiàn)鴨胸肉經(jīng)炭烤1.5 h，PAHs 含量達(dá)319 μg/kg。Onyango 等[34]檢測了牛肉和羊肉經(jīng)炭烤前、后PAHs 的含量，生肉中平均PAHs 含量為1.474 μg/kg，炭烤后牛肉中平均PAHs 含量為10.046 μg/kg，羊肉中平均含量為4.774 μg/kg。研究發(fā)現(xiàn)，炭烤肉制品中PAHs 主要來源于加工過程中油滴接觸炭火后生成的油煙在肉表面附著，當(dāng)去除炭烤過程中滴落的油滴后可減少產(chǎn)品中48%～89%的PAH4 產(chǎn)生[35]。

3）煎炸肉制品 研究發(fā)現(xiàn)，較長時間煎炸或煎炸用油多次使用會增加煎炸肉制品中PAHs 的生成量。Onyango 等[34]檢測了淺煎豬肉中PAHs 的含量達(dá)3.465 μg/kg，該加工方式與煙熏和炭烤相比生成的PAHs 相對較少。Sinha 等[36]檢測到低溫和高溫淺煎過程中產(chǎn)生的PAHs 分別為10.7 μg/kg 和10.1 μg/kg，生成量沒有差異。受試者在食用高溫淺煎肉后，其中72%的受試者CYP1A2 活性增加，即激活了細(xì)胞色素酶活性，增加了患癌癥的風(fēng)險。

4 PAHs 生成機制研究

4.1 PAHs 生成機制

1）苯并（a）芘合成機理 Badger 等[37]認(rèn)為有機質(zhì)（蛋白質(zhì)、脂肪、多糖等）在高溫、缺氧的條件下發(fā)生裂解反應(yīng)生成碳?xì)渥杂苫?，這些碳?xì)渥杂苫磻?yīng)生成乙炔，乙炔分子經(jīng)聚合反應(yīng)合成乙烯基乙炔或1，3-丁二烯，乙烯基乙炔或1，3-丁二烯再經(jīng)環(huán)化作用生成乙基苯，乙基苯進(jìn)一步反應(yīng)生成丁基苯和四氫化萘，丁基苯和四氫化萘結(jié)合反應(yīng)生成中間體，最后由中間體合成苯并芘，具體過程如圖3所示。

圖3 苯并芘可能生成機制[37]Fig.3 Possible synthesis mechanism of Benzo[a]pyrene[37]

圖4 萘生成機制（1）[38]Fig.4 Possible synthesis mechanism of Naphthalene（1）[38]

2）萘合成機理 Cole 等[38]提出多環(huán)芳烴形成的可能途徑為苯環(huán)先脫氫生成苯基，甲醛通過羥醛縮合等一系列反應(yīng)生成乙烯，然后乙烯與苯基發(fā)生取代反應(yīng)生成2-苯基乙烯基，苯乙烯基與甲醛反應(yīng)生成苯丁烯基，最后通過環(huán)化生成萘。與Wang 等[39]提出的萘合成機理相比，此途徑在溫度較低的情況下更容易發(fā)生。

Wang 等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在溫度較高時由Bitter-Howard 機理產(chǎn)生的PAHs 含量較少，他們提出生成PAHs 的第2 個環(huán)的另一途徑：首先苯環(huán)脫氫形成苯基，苯基與1-丁烯-3-炔反應(yīng)生成1-苯基-1，3-丁二烯基，接著進(jìn)行一系列反應(yīng)，最后經(jīng)環(huán)化作用生成萘。具體過程如圖5所示。

3）提氫乙炔加成（Hydrogen Abstraction -Acetylene Addition，縮寫為HACA）機理 在現(xiàn)有多環(huán)芳烴形成機制中，HACA 機制為大多數(shù)學(xué)者所接受。HACA 機理是：苯環(huán)形成后脫氫形成苯基，苯基和乙炔進(jìn)行HACA 反應(yīng)生成苯乙烯，苯乙烯加氫再脫氫氣形成2-乙炔基-1-苯基自由基，2-乙炔基-1-苯基自由基與乙炔發(fā)生HACA 反應(yīng)生成2-萘基，2-萘基和乙炔發(fā)生取代脫氫生成2-乙炔基萘，2-乙炔基萘進(jìn)一步加氫脫氫氣生成2-乙炔基-3-萘基，2-乙炔基-3-萘基重復(fù)與乙炔發(fā)生HACA反應(yīng)，逐步實現(xiàn)芳香烴分子的生長和PAHs 的環(huán)化，最終生成芘，具體反應(yīng)過程如圖6所示。通過HACA 反應(yīng)，小分子多環(huán)芳烴不斷與乙炔分子加成形成更大的多環(huán)芳烴[40]。

4）提氫乙烯加成（Hydrogen Abstraction -Vinyl radical Addition，縮寫為HAVA）機理 人們普遍認(rèn)為，吸氫-乙炔加成（HACA）機制加速了萘經(jīng)菲形成類似于芘的苯系多環(huán)芳烴，并阻止類似亞萘基/吡喃環(huán)烯的環(huán)戊烷熔融產(chǎn)物的形成。而Shukla等[41]的研究中發(fā)現(xiàn)通過添加任何C2Hx小分子可以引起多環(huán)芳烴的生長，相對于形成苯并多環(huán)芳烴（如芘），HACA 途徑更優(yōu)地形成類似熒蒽的環(huán)戊基稠合多環(huán)芳烴，而苯經(jīng)HACA 形成萘的可能性也較小。實驗證明在脂肪族烴裂解過程中，氫的提取和乙烯基自由基加成（HAVA）途徑似乎更有可能產(chǎn)生多環(huán)芳烴。

圖5 萘的生成機制（2）[39]Fig.5 Possible synthesis mechanism of naphthalene（2）[39]

圖6 苯環(huán)通過提氫乙炔加成（HACA）反應(yīng)生成PAHs 的過程[40]Fig.6 Generation of PAHs by HACA reaction from benzene ring[40]

圖7 提氫乙烯加成（HAVA）生成PAHs 的過程[41]Fig.7 Generation of PAHs by HAVA mechanism[41]

4.2 肉制品中PAHs 生成機制

肉制品中多環(huán)芳烴的形成是一個十分復(fù)雜的過程，可能與蛋白質(zhì)、脂肪和多糖等有機大分子物質(zhì)在熱加工過程中的化學(xué)變化有關(guān)，其中脂肪含量的多少對肉制品中多環(huán)芳烴的生成量影響顯著。

Babaoglu 等[42]通過添加3 種脂肪（羔羊脂、羊皮下脂肪和羊尾脂肪）加工的土耳其烤羊/牛腸中，添加羔羊脂的烤羊腸中的PAH8 生成量均顯著高于添加其它脂肪的產(chǎn)品，而烤牛腸中添加羊尾脂肪的PAH8 生成量均顯著高于其它兩組。這說明在肉制品加工過程中脂肪的種類對產(chǎn)品中多環(huán)芳烴的生成量有顯著影響。與Babaoglu 等[42]的結(jié)果相似，Lu 等[43]用植物油（葵花籽油、橄欖油和葡萄籽油）以40%的比例替代動物脂肪，經(jīng)220℃加工，葵花籽油和葡萄籽油對產(chǎn)品中多環(huán)芳烴生成的抑制作用分別達(dá)51.52%和17.38%；橄欖油經(jīng)180℃加工，對多環(huán)芳烴的抑制作用達(dá)21.71%，而經(jīng)220℃加工其抑制作用為-17.07%。由此看來，單純的用不飽和程度高的植物油替代動物脂肪，不一定起到抑制多環(huán)芳烴形成的作用，反而有極大一部分可能增加肉制品中多環(huán)芳烴的暴露量。鑒于此，應(yīng)對脂肪對多環(huán)芳烴生成的影響進(jìn)行深入研究，而不只限于肉制品加工過程。Min 等[44]通過在肉中添加0.5 g 脂質(zhì)前體物（脂肪酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯）發(fā)現(xiàn)，相對于對照組中PAH8 含量（22.98 μg/kg），添加4 種脂質(zhì)前體物，使加工肉制品中PAH8 的含量顯著增到29.64，30.18，32.46 和34.30 μg/kg。同時，核磁結(jié)果反映在添加脂質(zhì)前體物后加工肉制品中自由基的信號有所增強。此結(jié)果表明單純的脂肪酸物質(zhì)對多環(huán)芳烴生成的影響。然而，食品研究領(lǐng)域，對于脂肪對多環(huán)芳烴生成的影響尚未具體到小分子，如烯烴等方面的研究。

Chen 等[45]對3 種植物油（豆油、葵花籽油、油菜籽油）和4 種模式脂肪（硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯）加熱后檢測生成油煙中的多環(huán)芳烴含量，并在油煙中檢測到苯類化合物，結(jié)果說明苯類化合物質(zhì)可能是多環(huán)芳烴形成的前體物質(zhì)。Llamas 等[46]結(jié)合文獻(xiàn)分析了脂肪酸在熱加工過程中經(jīng)歷的分子變化及其生成大分子多環(huán)芳烴的可能途徑，提出由小分子多環(huán)芳烴生成大分子多環(huán)芳烴的途徑可能是基于Diels-Alder 反應(yīng)的丁二烯分子的加成過程。

5 肉制品加工過程中控制PAHs 的措施

5.1 添加天然抗氧化劑

通過在原料中添加天然抗氧化劑抑制肉制品熱加工過程中PAHs 生成，是降低肉制品中PAHs暴露的主要方法。大量學(xué)者對不同添加劑，如茶葉、啤酒、洋蔥等添加物抑制PAHs 生成作用進(jìn)行了研究。

添加抗氧化劑的方式有兩種：一種是將含有天然抗氧化劑的材料，如洋蔥、蒜、香料等與肉餡混合加工成產(chǎn)品。Janoszka 等[47]分別以添加量30 g/100 g 肉和15 g/100 g 肉將絞碎的洋蔥和大蒜加入肉中，原料被過度加熱后檢測添加洋蔥、大蒜分別抑制肉中60%和54% PAH6 的生成。另一種是將大塊肉在含有天然抗氧化劑的腌制液（如茶葉、啤酒等）中腌制，如Viegas 等[48]比較皮爾森啤酒、無酒精型皮爾森啤酒、黑啤酒后腌制對炭烤豬肉中PAH8 生成的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑啤酒可抑制53%PAH8 的生成，非酒精型皮爾森啤酒和皮爾森啤酒分別抑制25%和13%的PAH8 生成。Farhadian 等[49]發(fā)現(xiàn)在腌制劑中添加1.2%的檸檬汁，可顯著降低加工時PAHs 的生成量。Min 等[44]檢測了肉中添加BHT、BHA、維生素E（生育酚）、芝麻酚等抗氧化劑對抑制肉品加工過程中PAHs的作用，結(jié)果顯示200 μg/kg 的4 種抗氧化劑分別將產(chǎn)品中14.37 μg/kg PAH8 生成量降到13.37，13.69，14.05 和11.62 μg/kg。試驗結(jié)果顯示水分和抗氧化劑的存在可顯著抑制加工過程中PAHs 的產(chǎn)生。

現(xiàn)有文獻(xiàn)對天然抗氧化劑抑制PAHs 生成的作用解釋為：天然抗氧化劑通過充當(dāng)Diels-Alder反應(yīng)過程中的自由基清除劑、單線態(tài)氧猝滅劑，從而抑制小分子之間的加成反應(yīng)，抑制PAHs 的生成。Lu 等[50]研究發(fā)現(xiàn)香料對雜環(huán)胺（HCA）和多環(huán)芳烴的形成都有抑制作用，香料對雜環(huán)胺的抑制作用與電子轉(zhuǎn)移和氫轉(zhuǎn)移有關(guān)，而對多環(huán)芳烴的抑制只與電子轉(zhuǎn)移有關(guān)。另外，香料的抗氧化能力決定了其對多環(huán)芳烴生成的抑制作用。Min 等[44]通過核磁檢測添加抗氧化劑后肉制品中的自由基信號，結(jié)果發(fā)現(xiàn)信號的強弱與樣品中多環(huán)芳烴的含量一致。

5.2 控制肉制品加工方式

肉制品加工過程中PAHs 的生成量與其加工方式有很大關(guān)系。通過改變加工中容易產(chǎn)生和接觸PAHs 的處理方式，從而減少PAHs 的暴露量。

大量研究發(fā)現(xiàn)，肉制品加工過程中PAHs 的生成量與加工溫度、加工時間及肉中脂肪含量顯著相關(guān)[51]，因此在肉制品加工中可通過降低溫度，縮短加工時間和減少脂肪含量，尋找替代脂肪（植物油等）等方式減少PAHs 生成。此外，F(xiàn)arhadian等[52]發(fā)現(xiàn)通過蒸汽、微波對肉進(jìn)行預(yù)加熱后再炭烤的產(chǎn)品中未檢測到致癌PAHs，這表明預(yù)加熱對PAHs 的生成有顯著抑制作用。

6 結(jié)語

PAHs 在空氣、水、食物中廣泛存在，對生物體具有致癌、致畸、致突變性等嚴(yán)重危害。對于人類而言，長時間暴露于PAHs 會導(dǎo)致皮膚癌、肺癌、肝癌等的發(fā)生。因此，基于化學(xué)基礎(chǔ)的PAHs 致癌機理的研究，可以幫助人類深刻認(rèn)識PAHs 致癌路徑并降低PAHs 引起的癌癥、腫瘤等的發(fā)生幾率。對于非職業(yè)性接觸PAHs 和經(jīng)常吸煙的人來說，通過飲食接觸到PAHs 占總暴露量的70%，谷類食物和肉是主要飲食暴露方式。尤其是加工肉制品，比如燒烤、煙熏、油炸等方式均可以導(dǎo)致肉制品中PAHs 含量的增加。因此，致力于研究PAHs 在肉及肉制品中的生成機制并尋找控制PAHs 生成的加工方式，以達(dá)到降低肉及肉制品中PAHs 的生成至關(guān)重要。綜上所述，對PAHs 生成機制、致癌機理及生成控制方面還需深入研究。