亲水胶体对肉制品中有害杂环胺类化合物形成的抑制作用及机制

Food hydrocolloids are widely used in processed meat products. However little is known whether they can effectively inhibit the formation of mutagenic and carcinogenic heterocyclic amines (HAs), not to mention their inhibitory action mechanism. HAs actually are the byproducts of complex food chemical reactions during food thermal processing. The control of these reactions, particularly, the Maillard reaction will effectively inhibit their formation. Taking the structural diversity of food hydrocolloids in consideration, we can see they contain many functional groups such as amino and carboxylic group which can interact with the Maillard reaction process to affect the formation of HAs. In this study, we are proposing to apply Maillard chemical model system and food model system to evaluate the inhibitory effect and mechanism of popular food hydrocolloids with the aid of modern chromatographic and spectroscopic methods. In addition, we will also study the potential synergistic effect of different food hydrocolloids, and the synergistic effect of hydrocolloids with selected polyphenolic compounds. With the success of this project, we will make some contribution to the field of food safety and human health, and lay out a solid foundation for the development of food hydrocolloids as functional food ingredients.

亲水胶体在肉制品中有广泛应用，然而其抑制杂环胺生成的作用/机制鲜有报道。热加工过程中产生的致癌杂环胺其实是复杂的食品化学反应的副产物，合理地调控相关食品化学反应就可以有效地降低它们的生成。亲水胶体由于其结构多样性（富含不同的官能团如胺基及羧基），在加热过程中会影响到不同阶段的美拉德反应，例如活泼羰基化合物的生成及脱羧过程；进而有效地降低杂环胺的质/量。本研究将结合美拉德化学模拟体系及食品体系研究常见亲水胶体及其结构参数对杂环胺生成的抑制作用，并借助色谱和波谱学手段对其抑制机理进行详细研究；同时研究不同类型亲水胶体复配情况下对杂环胺形成的影响；基于特定亲水胶体对杂环胺抑制机理不同及亲水胶体可能提高多酚与食品的兼容性，也研究特定亲水胶体（如海藻酸）与代表性多酚对杂环胺的协同抑制作用。项目的成功实施不仅可以显著降低杂环胺对食品安全及人体健康的影响；亦可为开发新型的功能性食品配料提供理论支撑。

杂环胺是在高温加热高蛋白类食物时形成的一种致癌/致突变类物质，至今已有超过25 种的杂环胺类物质被分离鉴定出来，其中 2-氨基- 1-甲基-6 苯基咪唑并[4，5-b]吡啶（PhIP）是含量最丰富的。亲水胶体在肉制品中有广泛应用，可以改善肉制品的物理性质、增加肉制品的持水性、赋予肉制品良好品质，然而其抑制杂环胺生成的作用/机制鲜有报道。本研究结合了美拉德化学模拟体系及食品体系研究常见亲水胶体及其结构参数对杂环胺生成的抑制作用，并借助色谱手段对其抑制机理进行详细研究。结果表明化学模拟体系中9种胶体（瓜尔胶、CMC-Na、κ-卡拉胶、海藻酸、黄原胶、魔芋胶、凝胶多糖、果胶、壳聚糖）均能显著抑制PhIP和MeIQx的生成，其中κ-卡拉胶对PhIP的抑制效果最佳，抑制率可达54%，壳聚糖对MeIQx的抑制效果最佳，抑制率可达36%。胶体改性（硫酸化、羧甲基化、乙酰化及磷酸化）可显著提高κ-卡拉胶对杂环胺的抑制活性。在烤牛肉饼体系中9种胶体均显著抑制杂环胺生成，但抑制效率与化学模拟体系中不同，其中κ-卡拉胶对PhIP和MeIQx的抑制率可达90 %，CMC-Na对PhIP和MeIQx的抑制率可达90%和80%。磷酸化κ-卡拉胶对总杂环胺抑制效率最高，与κ-卡拉胶相比提高了34.30%。选取对PhIP抑制效果最佳的κ-卡拉胶在化学模拟体系中解析其对PhIP生成的抑制机制，发现κ-卡拉胶可通过同时捕获肌酸酐和苯乙醛来抑制PhIP的生成，且优先捕获肌酸酐。此外，在化学模型及食品体系中探究了亲水胶体与多酚复配对杂环胺生成的抑制作用，发现壳聚糖与根皮苷、芦丁和橙皮苷有协同抑制作用，可显著抑制杂环胺尤其是PhIP的生成。磷酸化κ-卡拉胶与柚皮素复配亦可提高其对各种杂环胺的抑制作用。研究结果为利用亲水胶体降低杂环胺对食品安全及人体健康的影响以及为开发新型的功能性食品配料提供理论支撑。