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杂环胺(一)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2018-05-07

20世纪70年代末,人们发现从烤鱼或烤牛肉炭化表层中提取的化合物具有致突变性。而且其致突变活性比苯并[a]芘强烈。随后在鱼和肉制品以及其他含氨基酸和蛋白质的食品中也发现类似的致突变性物质。经20多年的研究证明,这类致突变物质主要是复杂的杂环胺类化合物,例如,咪唑、喹啉、甲基咪唑喹啉等。人和动物主要是通过食品摄入的。因为杂环胺类具有较强的致突变性,而且大多数已被证明可诱发实验动物多种组织肿瘤,所以,它对环境尤其是对食品的污染以及对人类健康的危害,已经备受关注。

一、杂环胺的种类

根据化学结构,杂环胺化合物一般可分为5大类。

(1)吡啶并咪唑或吲哚类:如3-氨基-1,4-二甲基-5H吡啶并[4,3-b]吲哚(Trp-P-1)、3-氨基-1-甲基-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚(Trp-P-2)、2-氨基-6-甲基-二吡啶并[1,2-a:3’-d]咪唑(G1u-p-1)、2-氨基-9H-吡啶并[2,3-6]吲哚(AaC)、2-氨基-3-甲基-9H-吡啶并[2,3-6]吲哚(MeAaC)等。

(2)咪唑并喹啉类:如2-氨基-3-甲基咪唑并[4,5-f]喹啉(IQ)、2-氨基-3,4-二甲基咪唑并[4,5-f]喹啉(MelQ)等。

(3)咪唑并喹喔啉类:如2-氨基-3-甲基咪唑[4,5-f]喹喔啉(IQx)、2-氨基-3,8-二甲基咪唑[4,5-f]喹喔啉(MeIQx)等。

(4)咪唑并吡啶类:如2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶(PhIP)等。

(5)苯并噁嗪类:如2-氨基-3,4-二甲基咪唑[4,5-f]-4H-1,4-苯并噁嗪、2-氨基-3-甲基咪唑[4,5-F]-4H-1,4-苯并嗯嗪等。

二、杂环胺的产生

模拟试验发现,肉类在油煎之前分别添加氨基酸和肌酸,其杂环胺产量均比对照高许多倍,但添加氨基酸者对致突变谱有很大影响,而添加肌酸者与对照没有差别,未影响致突变谱。另外,检测发现许多高蛋白低肌酸食品如动物内脏、牛奶、奶酪和豆制品等产生的杂环胺远低于含有肌肉的食物。食品中杂环胺的形成的主要前体物质是肌肉组织中的氨基酸和肌酸或肌酸酐,其中氨基酸可能是决定性前体物质。

美拉德反应除能产生诱人的焦黄色和独特风味外,还可形成许多杂环化合物。从美拉德反应中得到的混合物,表现为很多不同的化学和生物特性,其中,有促氧化物和抗氧化物、致突变物和致癌物以及抗突变物和抗致癌物。由等物质的量还原性单糖和氨基酸组成的美拉德反应模型所形成的许多产物在Ames检验中呈现致突变性,其中包括由淀粉/甘氨酸、乳糖/酪胺和麦芽糖/氨组成的反应模型。用14C标记的葡萄糖进行的实验证明,葡萄糖的碳原子确实掺入到一些杂环胺分子中。因此,有人认为美拉德反应可能在杂环胺形成过程中起重要作用。

在食品加工过程中,加工方法、加热温度和时间对杂环胺形成影响很大。实验显示,煎、炸、烤产生杂环胺多,而水煮则不产生或产生很少;油煎猪肉时将温度从200℃提高到300℃,致突变性可增加5倍;肉类在200℃油煎时,杂环胺产量在最初5min就已很高,但随着烹调时间延长,肉中杂环胺含量有下降趋势,可能是部分前体物和形成的杂环胺随肉中脂肪和水分迁移到锅底残留物中的缘故。一些烹调食品中杂环胺含量见表9—12。

三、毒性与危害

(一)毒性

杂环胺属于前致突变物(或致癌物)。但是,杂环胺只有被机体吸收,经过一系列代谢活化后,才具有致癌和致突变作用。通过消化道进入机体的杂环胺能很快被吸收,并随血液分布到身体的大部分组织。主要在肝脏代谢。

1、遗传毒性

Ames试验结果显示,杂环胺对鼠伤寒沙门菌DNA CG碱基序列热点的改变具有很高的亲和性。杂环胺对哺乳类细胞也具有显著的遗传毒性,表现为诱发基因突变、染色体畸变、姐妹染色单体交换、DNA链断裂和程序外DNA合成等。动物试验表明,大多数杂环胺可在体外和动物体内与DNA共价结合形成杂环胺一DNA加合物,可见这类化合物是高度潜在的致突变物质。DNA加合物的形成在肝脏中含量最高,其次为肠、肾和肺。

2、致癌性

在大剂量时,杂环胺对动物具有致癌性。大多数杂环胺主要在肝脏中代谢转化,因此它们在肝脏中的含量最高,其致癌的主要靶器官也是肝脏,同时还可诱发其他组织器官的肿瘤。另外,一些其他致癌物、促癌物和细胞增生诱导剂还可能会大大增强杂环胺的致癌性。

评价食品中的杂环胺对人的潜在致癌危险性是一个十分复杂的过程,需要考虑杂环胺的摄入量、侵害部位、生物有效量、量一效关系、个体特征以及其他影响因素。目前关于杂环胺对人体的致癌性研究,还主要是通过动物试验进行推论,缺乏直接资料。

3、心肌毒性

Davis等用胎鼠原代细胞研究了IQ和PhIP的细胞毒性。电镜观察发现,暴露于这两种杂环胺的细胞发生线粒体水肿和变形等。给8只大鼠经口摄入:IQ和PhIP两周后,有7只出现心肌组织灶性坏死、肌原纤维融化以及T小管扩张等病变。Tholrgeirtwn等用猴进行试验后发现,心脏呈局灶性损伤,细胞线粒体水肿和脊的密度消失、肌节排列紊乱等。

(二)对人体健康的危害

根据美国农业部1985年的食品摄人量调查报告,美国人均每天摄入肉、禽和鱼224.5g。肉类在1900C每面煎炸6min后,其中的PhIP和MeIQx含量分别为1.9ng/g和1.3ng/g。以此推算,则每个人每天仅从肉类食品摄入的PhIP和MeIQx的平均量就可达到720ng。如果肉在250℃每面煎炸10min,PhlP和MelQx的含量分别为24ng/g和8ng/g,则每天平均摄入量可达7184ng。

Friesen等用32P标记和气相色谱-质谱方法,检测了24份人的结肠、胰腺和膀胱手术标本中的杂环胺-DNA加合物。发现2份结肠样品中含有PhIP-DNA加合物。致癌物-DNA加合物的形成被普遍认为是癌发生的启动子。研究提示PhIP和其他杂环胺可能与人的结肠癌等有关。

流行病学研究发现,烹调食品与癌症的发生有一定的相关性。Willett等报告指出,经常食用牛肉、猪肉或羊肉的人患结肠癌的危险性高。Steineck等综述了肉类烹调方法与癌症危险性之间的关系,发现经常食用煎炸肉类制品易患结肠癌和直肠癌。

参考资料:环境中有毒有害物质与分析检测


【关键词】杂环胺,二噁英,化学物质污染,国家标准物质网 

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