10第十章食品加工贮藏过程中产生的有毒有害物质的检验

第十章食品加工、贮藏过程中产生的有毒、有害物质的检验第一节N-亚硝基化合物一、概论•N-亚硝基化合物对动物有致癌作用，人们研究的300多种化合物中，有90%以上对所试动物具有致癌性。•N-亚硝基化合物的前体物包括含氮的硝酸盐、亚硝酸盐和胺类。•N-亚硝基化合物按其化学结构分为两大类，即亚硝胺和N-亚硝酰胺。1、N-亚硝胺•是研究最多的N-亚硝基化合物，低分子量的亚硝胺在常温下为黄色液体，高分子量的亚硝胺多为固体。•大多数亚硝胺不溶解于水，仅溶于有机溶剂中。•其在通常情况下，不能够发生自发性水解，需要在机体发生代谢才具有致癌能力。2、N-亚硝酰胺类•这类化合物的化学不稳定，在酸性和碱性条件下能够发生自发性降解，在机体内不需要代谢活化就直接具有遗传毒性和致癌性等特性。二、环境污染与食品污染来源•1、N-亚硝基化合物的前体•包括N-亚硝化剂和可亚硝化的含氮化合物。•N-亚硝化剂包括硝酸盐和亚硝酸盐以及其他含氮化合物，还包括卤素离子或硫氰酸盐产生的复合物；•可亚硝化的含氮化合物主要涉及胺、氨基酸、多肽、脲、脲烷、呱啶、酰胺等。•1.1、硝酸盐和亚硝酸盐的来源•环境中的硝酸盐和亚硝酸盐；•膳食中摄入的硝酸盐和亚硝酸盐；•硝酸盐和亚硝酸盐作为肉类保存剂；•硝酸盐和亚硝酸盐的体内合成。•1.2、前体胺和其他可亚硝化的含氮化合物•人类食物中广泛存在着这类化合物，主要涉及伯胺、仲胺、芳胺、氨基酸、多肽、脲、脲烷、呱啶、酰胺、肼、酰肼、羟胺等，特别是胺和酰胺。•作为天然成分的蛋白质、氨基酸和磷脂，都可以是胺和酰胺的前体物。2、食品中N-亚硝基化合物的形成•2.1、食品中加入硝酸盐和亚硝酸盐•N-亚硝基化合物是很容易通过亚硝酸盐与二级胺或三级胺相互作用形成，特别是在酸性条件下就更加容易形成。•其生成量取决于各种因素，如胺的碱性、反应物的浓度、pH值、温度和有无催化剂及抑制剂等。•2.2、食品干燥–食品在明火中用热空气干燥是N-亚硝基化合物形成的第二个机制。•2.3、食品迁移–食品与食品容器或包装材料的直接接触可以是挥发性亚硝胺进入食品。•2.4、直接添加–某些食品添加剂和农业投入品含有挥发性亚硝胺，当这些材料加入食品时就将亚硝胺带入食品。3、N-亚硝基化合物的内源性形成•由于食品中存在硝酸盐和各种可亚硝基化的胺类，它们常常以相当大的量进入胃中。由于硫氰酸根离子是人体唾液的正常成分，它存在于人体胃内可以明显地加快体内N-亚硝基化合物的形成速度。三、毒理学•3.1、硝酸盐和亚硝酸盐毒性•亚硝酸盐的急性毒性作用包括镇静、平滑肌松弛、血管扩张和血压下降，以及高铁血红蛋白血症。•动物的LD50按体重计一般在100~200mg/kg.•亚硝酸盐是一种允许使用的食品添加剂，只要使用控制在安全范围不会对人体造成危害。•高剂量的亚硝酸盐能够使血色素中二价铁氧化成为三价铁，产生大量高铁血红蛋白从而使其失去携氧和释氧能力，引起全身组织缺氧，产生肠源性青紫症。•人体大约摄入0.3~0.5g亚硝酸盐可引起中毒，3g可致死。•引起亚硝酸盐中毒的主要原因是误食。•3.2、N-亚硝基化合物的毒性•肝脏是首先的靶器官，通常伴有出血性肺水肿。还可以发生骨髓和淋巴组织的损伤。•许多N-亚硝基化合物都有潜在致癌性。•器官特异性是N-亚硝基化合物致癌的重要特征，不同的化合物有不同的器官。四、危险性评价•4.1、硝酸盐和亚硝酸盐•1994年联合国粮农组织和世界卫生组织规定以钠盐计算硝酸盐和亚硝酸盐的每日允许摄入量（ADI值）按体重计分别为5mg/kg和0.2mg/kg。•4.2、我国食品中亚硝酸盐允许限量标准•一般人群亚硝酸盐的膳食每人每日摄入量为3.2mg•4.3、制定食品中允许限量标准•4.4、亚硝酸性应急与致癌性的关系•N-亚硝基化合物能够诱发多种动物的各种器官和组织的肿瘤。•阻断对胺的亚硝化作用，可以减少人体对N-亚硝基化合物的接触。5、防止其污染食品的预防措施第二节多环芳烃•多环芳烃（PAH）是煤、石油、煤焦油、烟草和一些有机化合物的热解或不完全燃烧产生的一系列的多环芳烃化合物，其中一些有致癌作用。•PAH多以混合物出现，且其成分含量随其产生的过程等不同而不同。一、物理化学性质和分析方法•1、物理化学性质•室温下，所有PAH均为固体。•其特性是高熔点和高沸点，低蒸气压，水解溶解度低。•PAH易溶于许多溶剂中，具有高亲脂性。•2、分析方法•苯并[α]芘是PAH中最重要的一种致癌物，早期的测定主要限于苯并[α]芘。但苯并[α]芘可用来指示样品中PAH的存在，却不能度量其致癌活性，以苯并[α]芘作为整个PAH的指标是不恰当的。•对食品中PAH的致癌性进行评价，应当对食品中PAH轮廓进行研究。•2.1、提取和分离（包括富集和净化）–（1）提取：皂化法、索氏提取法等–（2）富集、净化：液液分配、吸附柱层析和葡聚糖凝胶柱层析3个步骤。•2.2、定性、定量测定–LC、TLC、GC、HPLC等•2.3、食品样品分析流程二、环境污染来源于环境中的迁移、分布和转化•2.1、环境污染来源•在工业生产和其他人类活动中，由于有机物不完全燃烧，产生大量PAH并排放到环境中。环境中的PAH主要来源于木材、煤和石油的燃烧。森林大火、垃圾焚烧、熏制食品和香烟烟雾也是PAH的重要来源。•因此，一般人群暴露（非职业接触）PAH的可能来源如下：–污染了大气（主要释放源为汽车、工厂和居民用的木材、煤、矿物油）；–污染了室内空气（敞口炉和香烟烟雾）；–使用含PAH的产品；–屋内灰尘；–从污染了的土壤和水经皮肤吸收；–污染了的食品和水。•2.2、环境中的迁移、分布和转化•水和大气，水和沉积物，水和生物体之间分配时PAH的最重要的分布过程。三、食品污染•食品可被空气污染，也可由直接热气干燥会烟熏制造时所污染。•一般只有在较高温度时才能由蛋白质、碳水化合物或脂肪生成可检出量的PAH。•3.1、肉及肉制品•在烤、烧、煎炸过程中所形成的PAH量与其烹调条件有关。•在烹调方法影响的研究中，发现避免火焰与食品直接接触、低温长时间烹调肉及用低脂肉烹调，可减少PAH形成。PAH的最可能来源是熔化的脂肪滴至加热器上，再被裂解。•3.2、鱼及其他海产品•3.3、乳制品（奶酪、黄油、奶油及其制品）•3.4、蔬菜•3.5、水果机糖果点心•3.6、谷物及干食品•3.7、饮料•3.8、动植物油脂四、毒理学•1、代谢•PAH属于脂溶性化合物，可通过肺、胃肠道和皮肤吸收。•人类PAH的主要接触途径包括（1）通过肺部和呼吸道吸入含PAH的气溶胶和微粒；（2）摄入受污染的食物和饮水进入胃肠道；（3）通过皮肤与携带PAH的物质接触。•PAH分布广泛，几乎在所有的脏器、组织中均可发现，但以脂肪组织中最丰富。•PAH能够通过胎盘屏障，在胎儿组织中可以检出。•PAH在体内存在不久，代谢迅速。PAH的代谢主要涉及Ⅰ相代谢酶的氧化代谢，一级代谢产物有环氧化物、酚、二氢二醇等，而二级代谢产物有二醇环氧化物等。•Ⅰ相代谢产物与谷胱甘肽、硫酸盐、葡萄糖醛酸结合形成Ⅱ相代谢产物，而具有更强的水溶性，排出体外。•外源性化学物质大多数经过代谢去毒，但某些PAH经代谢被活化成为能够与DNA结合的活性代谢产物，特别是二醇环氧化物，导致基因突变，诱发肿瘤。•2、毒性•PAH急性毒性为中等或低毒性。•一次大剂量萘可诱导小鼠支气管坏死。•长期毒性大多数为致癌性。五、危险性评估•口服致死量成人为5000~15000mg，儿童为2000mg.•经皮或经口接触的典型影响是溶血性贫血，也可通过胎盘转移影响胎儿。•吸烟室引起肺癌最重要的危险因素，也增加膀胱、口咽、喉和食道肿瘤的发病率。第三节杂环胺•杂环胺是在食品加工、烹调过程中由于蛋白质、氨基酸热解产生的一类化合物。杂环胺的发现与人们对食品中具有致癌、至突变性物质相关。一、化学性质与分析方法•1、食品中杂环胺的种类与理化性质•从化学结构上课分为包括氨基咪唑氮杂环烃（AIA）和氨基咔啉两大类。•AIA又包括喹啉类（IQ）、喹喔类（IQx）和吡啶类。AIA类均含有咪唑环。•氨基咔啉包括α-咔啉、γ-咔啉和δ-咔啉。•2、杂环胺的分离鉴定•由于样品中的杂环胺的浓度很低，常采用以下步骤使其得到富积、浓缩以便纯化：（1）加大烹调肉用量（10~100kg）；（2）增高烹调温度（高于实际烹调温度，但不至于使食品变糊。如300℃左右）；（3）肉中加肌酐（解决杂环胺合成中的限速前体物）。•杂环胺的提取方法：碱化后用有机溶剂（甲醇或丙酮）提取或酸化后用水提取。•分离常采用高效液相色谱法（HPLC）柱进行纯化，通过改变流动相或固定相得几次纯化可以增加杂环胺分离的选择性。•3、杂环胺的定量分析•所有的杂环胺都有特征性紫外吸收并且具有高消光系数，可以建立HPLC紫外检测方法。•电化学和荧光检测器在杂环胺的分析中也得到应用。二、食品中杂环胺的污染•1、烹调食品中杂环胺的污染水平•早期的检测发现，几乎所有经过高温烹调的肉类均具有致突变性，而不含蛋白质氨基酸的食品致突变性很低。•通过化学检测，发现烹调的鱼和肉类食品时膳食杂环胺的主要来源。•杂环胺的污染水平受到食品烹调方法、烹调温度和烹调时间的影响较大。一般随着温度和时间的增加而增加。而长时间高温烧烤最容易产生杂环胺。•用间接的热对流加热食物的烤、烘等烹调方式，可使富含蛋白质的食物生成一定的致突变物，而热辐射和热传导煎、烤的烹调方式可增加致突变物的生成量。•同时食物组分也会对其产生影响。一般来说，蛋白质含量高的食物比碳水化合物含量高的食物产生的杂环胺要多。而富含蛋白质食物的种类不同，产生的致突变性也存在差别。一旦食物中水分丧失，易产生大量的杂环胺。•2、食物中杂环胺的形成机制与影响因素•在以肌酸（或其环化物肌酐）与氨基酸和糖组成的模拟系统中显示，肌酸或肌酐是杂环胺的限速前体物，肌酐是杂环胺中造成致突变性所必需的基团α-氨基-3-甲基咪唑基的来源。•而根据Millard反应，糖可能起早催化作用。•肉中的水分是杂环胺的抑制因素，糖类则取决于其原子是否能被结合进杂环胺中。•除了前体物及影响其利用率的因素外，反应温度和时间是杂环胺形成的最关键因素。三、代谢•所有的杂环胺都是前致突变物，必须经过代谢活化才能产生致癌、致突变性。•经口给予杂环胺很快经胃肠道吸收，并通过血液分布于身体的大部分组织。肝脏是杂环胺的重要代谢器官，而一些肝外组织（如肠、肺和肾等）也有一定的代谢能力。•杂环胺的代谢活化涉及两个过程：环外氨基的氧化及进一步酯化。四、毒性•1、致突变性•杂环胺可在体外和动物体内与DNA形成加合物，这是致癌、致突变性的基础。•形成DNA加合物的后果之一就是基因突变。•间接致突变物：N-羟基化合物•2、致癌性•杂环胺致癌的靶器官主要是肝脏，但大多数杂环胺还可以诱发其他多种部位的肿瘤；尿中杂环胺及其代谢物的排出量可作为直接暴露标志物。•3、心肌毒性•可导致心肌发生灶性细胞坏死伴慢性炎症，间质纤维化等。五、危险性评估•因为动物实验中所用的剂量较人类膳食中实际摄入量高得多，目前尚难以从动物致癌实验直接评价杂环胺对人类致癌的危险性。六、减少暴露与危险性的措施•尽量避免杂环胺的摄入是减少其危害的最可靠方法。•由于前体物肌酸、肌酐、糖和氨基酸普遍存在于鸡、肉、鱼等食品中，而且仅仅简单的加热就可以形成杂环胺，人类难以完全避免对其膳食暴露。•尽管如此，仍然可以采取一些措施来减少其膳食暴露，如不要使用过高温度烹调禽、畜肉和鱼等食品，特别是防止烧焦，尽量少用油炸和明火烧烤方式；对于烧焦的食品，尽量去除烧焦的部分；微波炉产生的杂环胺较其他方法制备的食品杂环胺含量低，可以多使用。第四节油脂氧化及有害加热产物一、油脂氧化及有害加热产物•油脂在空气中氧气的作用下首先产生氢过氧化物，根据油脂氧化过程中氢过氧化物产生的途径可分为：自动氧化、光氧化和酶促氧化。•1、自动氧化•是一种自由基链式反应。•2、光氧化•是不饱和脂肪酸与单线态氧直接发生氧化反应。•单线态氧具有极强的亲电性，能以极快的速度与脂类分子中具有高电子密度的部位（双键）结合，从而引发常规的自由基链式反应