鄢 嫣 焦 葉 曾茂茂 陳 潔 江 艦*

（1 安徽省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 合肥 230031 2 長沙理工大學化學與食品工程學院 長沙 410114 3 江南大學 食品科學與技術國家重點實驗室 江蘇無錫 214122）

雜環(huán)胺（HAAs）是一類具有致癌和致突變性質(zhì)的雜環(huán)芳香烴類化合物，普遍生成于高溫加工肉制品中[1]。2-氨基-1-甲基-6-苯基-咪唑[4，5-b]吡啶（PhIP）是肉制品中最為常見且含量最多的HAAs，高溫長時間加熱肉制品會大量產(chǎn)生PhIP[2]。早期研究發(fā)現(xiàn)，PhIP 能誘導動物機體內(nèi)多器官患癌[3-4]。加工肉制品是我國人民日常飲食中重要的組成部分，人類長期攝入含有PhIP 的食物會極大程度增加其患癌風險[5-6]。深入探索肉制品中PhIP的抑制方法和機制，具有很高的研究價值。

香辛料是肉類加工中常用的調(diào)味品，可賦予肉制品獨特的風味，同時也被證明可顯著影響HAAs 的形成[7-8]，是最具應用價值的一類雜環(huán)胺抑制劑。黑胡椒具有去腥、提味、增香、增鮮、除異味、防腐和抗氧化[9]等作用，在肉制品中使用非常廣泛，如烤肉串、煲湯、熱炒、腌臘醬鹵、香腸火腿、炸雞等。研究發(fā)現(xiàn)，向肉制品中添加胡椒對HAAs 的形成有顯著的抑制作用[10-11]。例如，Oz 等[12]發(fā)現(xiàn)黑胡椒對3 種溫度（175，200 ℃和225 ℃）下油炸高脂肉丸中PhIP 的抑制率可達100%。同時近期研究也發(fā)現(xiàn)，黑胡椒在一定加工條件下對HAAs 形成有促進作用[13]。在不同加工體系下，添加黑胡椒對HAAs 形成的影響有顯著差異。這可能與黑胡椒中具有PhIP 抑制活性的組分在不同加工條件下的性質(zhì)變化有關。據(jù)現(xiàn)有報道，黑胡椒中含有多種活性成分，如生物堿、有機酸、烯帖類、酚類等[14-15]。這些化合物性質(zhì)差異很大，在不同加工條件下，其溶解度、熱敏性等性質(zhì)也有顯著差異。為安全、有效地利用黑胡椒這一天然PhIP 抑制劑，明確黑胡椒對PhIP 抑制活性影響最顯著的組分，顯得尤為重要。

對植物源活性成分的鑒定，傳統(tǒng)方法包括試劑萃取、柱分離、制備液相色譜分離、質(zhì)譜分析及核磁共振鑒定等。然而，采用傳統(tǒng)手段從植物復雜成分中找出一對或多種具有特定活性的組分，往往需要對各組分進行逐一分離。代謝組學是研究生物體在外源或內(nèi)源性刺激下體系小分子變化的一種整體性分析策略[16]。目前，借助代謝組學的研究思路對復雜體系中的關鍵化合物的鑒定已有應用[17-18]。研究人員通常采用各種現(xiàn)代儀器方法，建立目標體系的特征譜后，運用化學計量學方法建立不同條件下的譜效關系，并篩選影響這一關系的關鍵小分子物質(zhì)。本研究以高溫油炸豬肉為PhIP 抑制效果的供試體系，以具有PhIP 抑制活性的香辛料黑胡椒為研究對象，通過構建黑胡椒提取物的HPLC 譜與其PhIP 抑制效果，建立譜效關系，對黑胡椒中抑制PhIP 活性具有顯著影響的組分進行篩選和鑒定。為開發(fā)和合理利用黑胡椒這一PhIP 抑制劑提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生鮮豬肉，合肥市永輝超市四里河店；除去肥肉，絞碎后，備用。黑胡椒，合肥當?shù)夭耸袌觯磺逑?，粉碎，過100 目篩后，備用。

雜環(huán)胺2-氨基-1-甲基-6 苯基咪唑并[4，5-b]吡啶（PhIP），美國Santa Cruz Biotechnology 公司；內(nèi)標1，3，7-三甲基-1H-嘌呤-2，6-二酮（Caffieine）、標準品：丁子香酚、槲皮素，上海百靈威試劑公司；Oasis MCX 固相萃取用小柱（60 mg，3 mL），美國Waters 公司；乙腈（色譜純），美國Thermo-Fisher Scientific 公 司；乙 酸 銨、鹽 酸（HCl）、甲醇、氨水（25%）均為分析純級，上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Waters Acquity 超高效液相色譜系統(tǒng)（UPLC）、串聯(lián)Waters Acquity 三重四極桿質(zhì)譜檢測器或飛行時間質(zhì)譜檢測器（ESI 源）、配備Waters Acquity UPLC BEH C18柱（50×2.1 mm i.d.，1.7 μm）、Alliance 高效液相色譜系統(tǒng)、串聯(lián)Waters 2487 紫外檢測器、配備Xbridge C18柱（150×2.1 mm i.d.，3.5 μm），美國Waters 公司；Rational AG電子烤箱，德國National 公司；SPE-01 Ⅱ八通道全自動固相萃取儀，加拿大博朗科技有限公司；3K15 冷凍離心機，美國Sigma 公司；T25 高速分散機，德國IKA 公司；純水凈化系統(tǒng)，美國Millipore公司；QGC-12T 氮吹儀，上海泉島公司；PTC 系列超聲波清洗機，湖北鼎泰生化科技設備制造有限公司；EYELA N-1100D-W（WD）旋轉蒸發(fā)儀，日本東京理化器械株式會社；FD-ICE 冷凍干燥劑，北京德天佑科技發(fā)展有限公司；HH-6 高精度數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海邦西儀器科技有限公司；料理機，九陽股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黑胡椒提取物的制備

1）黑胡椒乙醇提取物和水提取物的制備 取粉碎好并過篩的黑胡椒粉末，以料液比1∶20 加入不同體積分數(shù)的乙醇（80%，100%）或超純水后，采用不同提取方式（超聲、水浴）在不同的提取溫度（50，60，70 ℃）下提取一定時間（30，60，90 min），冷卻至室溫后，離心20 min（離心力5 000 g），取上清液濃縮至少量后，凍干，備用。

2）黑胡椒揮發(fā)油的制備 參考文獻[19]制備黑胡椒揮發(fā)油。取粉碎好并過篩的黑胡椒粉末，以料液比1∶10 加入超純水后，浸泡12 h。采用水蒸氣蒸餾5 h 后。冷卻至室溫，凍干，備用。

1.3.2 黑胡椒乙醇提取物HPLC 圖譜的建立 采用高效液相色譜對上述所得的黑胡椒乙醇提取物進行測定。測定條件：色譜柱，Xbridge C18柱（150×2.1 mm i.d.，3.5 μm）；流動相，（A）0.1%甲酸，（B）乙腈；梯度洗脫程序：0.01～10 min，35%～40%B；10～12 min，40%～48%B；12～60 min，48%～84%B；60～62 min，84%～100%B；62～80 min，100%B；流速0.3 mL/min。

1.3.3 添加黑胡椒提取物的焙烤豬肉模擬體系的構建 向上述黑胡椒提取物凍干粉末中加入超純水，制備成提取物溶液或懸濁液，加入40 g 絞碎的豬肉，用料理機充分攪拌均勻，提取物的添加量為1%。用直徑6 cm 的表面皿將肉糜壓制成肉餅后，置于烤箱225 ℃焙烤20 min（每10 min 翻面1次）。冷卻后，將烤肉餅粉碎成粉末，待測。

1.3.4 豬肉體系中PhIP UPLC-MS/MS 測定方法的建立 采用乙腈提取法[20]結合UPLC-MS/MS 對上述烤肉模擬體系中的PhIP 進行測定。具體方法：取4 g 上述烤肉粉末，加入25 mL 乙腈均質(zhì)后超聲提取15 min。冷凍離心（11 363×g，10 min，4℃）后，收集上清液。上述提取步驟重復2 次后，合并上清液，定容至50 mL，進行固相萃?。⊿olid phase extraction，SPE），對雜環(huán)胺進行凈化和富集。

在使用前，先對Oasis MCX 固相萃取小柱進行活化?；罨噭┫群蠓謩e為6 mL 甲醇、6 mL 超純水、3 mL 乙腈活化。用濾紙將上述樣品提取液過濾后，上樣，再先后用6 mL 0.1 mol/L HCl 和6 mL 甲醇淋洗，除去未吸附的極性和非極性雜質(zhì)。最后，采用6 mL 甲醇∶氨水（95∶5，體積比）洗脫吸附在柱上的PhIP。用氮氣在45 ℃下將上述洗脫液吹干后，加入400 μL 甲醇復溶，并采用0.22 μm尼龍針孔濾器過濾。加入內(nèi)標Caffeine 后，進行UPLC-MS/MS 檢測。

UPLC-MS/MS 測定方法：采用Waters Acquity UPLC BEH C18柱（100×2.1mm i.d.，1.7 μm）進行分離，流動相為（A）10 mmol/L 乙酸銨水溶液（pH 6.8），（B）乙腈，梯度洗脫程序：0～0.1 min，10%B；0.1～18 min，10%～30% B；18～20 min，30%～100%B；20～20.1 min，回到初始濃度；流速設定為0.3 mL/min。三重四極桿質(zhì)譜條件為：質(zhì)譜電離源，電噴霧電離源（ESI 源），ESI+，多反應監(jiān)測模式（MRM模式）；源溫：120 ℃；毛細管電壓：3.5 V；脫溶劑溫度：350 ℃；脫溶劑氣（純度99.0%氮氣）流速：650 L/h；碰撞氣（純度99.9%氬氣）流速：0.13 mL/min；錐孔氣（純度99.0%氮氣）流速：60 L/h。PhIP 的MRM 模式下的參數(shù)（母離子、定性離子、定量離子、錐孔電壓、碰撞能量）由儀器自帶的Intellstart功能自動優(yōu)化得到，優(yōu)化結果見表1。

1.3.5 方法學考察 分別從線性范圍、最低檢測限（LODs）、最低定量限（LOQs）、方法回收率、精密度等方面對PhIP 的測定方法進行了考察。具體方法如下：

1）線性范圍 向豬肉空白樣品中加入9 種個濃度梯度的PhIP 標準品，并加以測定。分別以加入標準品的濃度為橫坐標，以HAAs 與內(nèi)標的峰面積比值為縱坐標，繪制線性曲線，并進行線性回歸分析。

2）LODs 和LOQs 稀釋PhIP 標準品分別記錄當HAAs 信噪比達到3 和10 時的質(zhì)量濃度，即為各目標物的LODs 和LOQs，單位為μg/L。

3）回收率 向豬肉樣品中加入一定量的PhIP 標準品后，采用1.3.4 節(jié)所述預處理方法提取和凈化后，測定PhIP 含量。以如下公式計算回收率：

[（加標樣品中目標物含量-空白不加標樣品中目標物含量）/加入標準品量]×100%。

4）精密度 在測定加標回收率時，在同一天內(nèi)測定向空白豬肉加入低濃度標品后的加標回收率數(shù)據(jù)，計算所得的RSD 值，即為日內(nèi)精密度。根據(jù)連續(xù)3 d 測定所得的高濃度加標回收率數(shù)據(jù)，計算RSD 值，即為日間精密度。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理 采用Masslynx 4.1 SCN 805 軟件對UHPLC-MS/MS 所得的數(shù)據(jù)進行采集和積分。采用Statistics 9.0 軟件程序中的一般線性模型對數(shù)據(jù)進行方差分析和顯著性分析（P＜0.05）。采用SIMCA 13 軟件對黑胡椒提取物HPLC 各峰面積及提取物的PhIP 抑制率進行主成分分析（PCA），用以明確黑胡椒乙醇提取物中對其PhIP抑制效果有顯著影響的化合物。

2 結果與分析

2.1 焙烤豬肉體系中PhIP 的測定結果

采用乙腈提取法結合UPLC-MS/MS 對各焙烤豬肉模擬體系中PhIP 含量進行測定，并對測定的方法學參數(shù)進行考察。采用該PhIP 測定方法，所得的烤肉樣品中PhIP 的MRM 譜圖，如圖1 所示，方法學數(shù)據(jù)如表1 所示。結果表明，本研究所采用的測定方法使得PhIP 在一個相對寬的范圍（2.30～147.50 ng/mL）內(nèi)具有良好的線性，相關系數(shù)為0.9965。樣品加標后測得方法的LODs 和LOQs 分別為0.104，0.311 ng/g，滿足對于痕量PhIP 檢測要求。方法回收率達76.4%以上，相較于現(xiàn)行傳統(tǒng)方法所得測定結果準確、可靠[21-22]。方法日間精密度達9.36%以下，說明該方法結果穩(wěn)定，重現(xiàn)性良好。

圖1 烤肉樣品中PhIP 的MRM 譜圖Fig.1 MRM chromatograms of PhIP in roasted pork samples

表1 PhIP 三重四極桿質(zhì)譜MRM 及測定方法學參數(shù)Table 1 MRM parameters of triple quadruple detector and the methodological parameters

2.2 不同試劑提取的黑胡椒提取物對PhIP 形成的影響

采用超純水在不同提取溫度（50，60，70 ℃）和提取時間（30，60，90 min）下對黑胡椒進行提取，結果發(fā)現(xiàn)，添加所得的黑胡椒水提物對PhIP 的形成均無抑制作用，其中70 ℃下提取90 min 的水提物對PhIP 的促進率最低。

同時，比較了70 ℃下提取90 min 的水提物與相同條件下的乙醇提取物以及揮發(fā)油的添加對焙烤豬肉體系中PhIP 形成的影響。結果發(fā)現(xiàn)（圖2），添加水提物對PhIP 有一定的促進作用。反之，黑胡椒的乙醇提取物以及揮發(fā)油對PhIP 有較為顯著的抑制作用，抑制率分別為51.5%和74.6%。由此可見，3 種提取物中，乙醇提取物的抑制效果最好。

根據(jù)上述結果可知，黑胡椒中具有PhIP 抑制活性的是一種或多種可溶解于乙醇的化合物。而黑胡椒中的親水類化合物不具備抑制活性，甚至對PhIP 的形成有一定的促進作用。因此，黑胡椒更適合應用在含油的加工體系（如油炸肉制品）中。早期研究表明，含油加工體系中PhIP 的形成量會大大增加[23-24]，因此，黑胡椒在這一體系中的應用就顯得尤為必要。同時，明確黑胡椒乙醇提取物中對PhIP 有顯著抑制作用的成分，可為其在加工過程中的合理應用提供理論支持。

2.3 不同條件下提取的黑胡椒乙醇提取物對PhIP 形成的影響

圖2 添加黑胡椒提取物后烤肉中PhIP 含量的比較Fig.2 Comparison of the PhIP levels in roasted pork added with black pepper extracts

采用不同提取方式（超聲、水?。?，不同乙醇體積分數(shù)（80%和100%），不同提取溫度（50，60，70℃）以及不同提取時間（30，60，90 min）對黑胡椒進行提取，制備24 個黑胡椒乙醇提取物，并比較了上述乙醇提取物的PhIP 抑制率。結果可見，采用不同提取參數(shù)所得的提取物對烤肉餅體系中PhIP的抑制率差異較大（表3）。采用100%乙醇，超聲提取60 min 后，所得的乙醇提取物對PhIP 的抑制效果最好，抑制率可達99.4%。

對上述24 個黑胡椒乙醇提取分別進行HPLC分析，所得HPLC 圖譜如圖3 所示。通過比對24個提取物的HPLC 圖譜，共找出17 個共有峰。將共有峰進行積分處理，所得的峰面積數(shù)據(jù)用于后續(xù)PCA 建模分析。

2.4 黑胡椒乙醇提取物中對PhIP 的形成有顯著影響的關鍵化合物

為明確黑胡椒乙醇提取物中影響其抑制PhIP形成活性的化合物，采用主成分分析法對上述乙醇提取物的共有峰面積和PhIP 抑制率進行分析。將上述所得的24 個黑胡椒提取物的PhIP 抑制率分為3 組，分別為a 組＜50%，b 組50%～80%和c組＞80%。采用主成分分析法，對黑胡椒提取物HPLC 譜圖中17 個共有峰的峰面積進行降維，建立提取物PhIP 抑制率及其組分之間的關系，所得主成分散點圖，如圖4 所示。分析結果可見，主成分分析建模結果能良好的代表數(shù)據(jù)組真實性（累計R2X＞0.737，數(shù)據(jù)交互系數(shù)＞0.451）。24 個樣本在PCA 圖譜中分散分布，且來自于不同樣本組的樣本在PC1 方向上明顯分離?？梢娋哂胁煌琍hIP 抑制率的提取物中的共有峰的峰面積存在顯著差異。

表3 不同提取條件所得黑胡椒乙醇提取物PhIP 抑制率的比較Table 3 PhIP inhibitory efficiency comparison of the black pepper ethanol extracts obtained under different extracting conditions

圖3 黑胡椒乙醇提取物HPLC 圖譜Fig.3 HPLC chromatogram of black pepper ethanol extracts

通過分析PCA 樣本載荷圖（圖5）可以看出，各共有峰對主成分的貢獻度差異很大，其中峰5、峰10（圖5 中紅色圓圈圈內(nèi)樣本點）對樣本的分離有最為突出的貢獻。其所代表的化合物含量對黑胡椒提取物的PhIP 抑制活性影響最顯著。峰5、峰10 是決定黑胡椒提取物PhIP 抑制活性的關鍵峰。

2.5 關鍵化合物的鑒定

采用HPLC-TOF-MS 法對峰5 和峰10 進行質(zhì)譜分析。結果發(fā)現(xiàn)，黑胡椒乙醇提取物中峰5 和峰10 的質(zhì)譜圖譜與丁子香酚和槲皮素的標準品質(zhì)譜圖基本一致，且分子離子峰、碎片離子峰的組成和比例也大致相同，其化合物分子結構式和黑胡椒提取物中質(zhì)譜譜圖見圖6。同時，將黑胡椒提取物的HPLC 圖譜與丁子香酚和槲皮素標準品的HPLC 圖譜進行比對，發(fā)現(xiàn)提取物中峰5、峰10 的保留時間分別為24.308，28.430 min，與標準品譜圖（圖7）一致，可進一步鑒定出關鍵峰：峰5 為丁子香酚，峰10 為槲皮素。

圖4 黑胡椒乙醇提取物共有峰面積-抑制率主成分分析散點分布圖Fig.4 PCA score scatter plot of common peak areas in black pepper ethanol extracts with different PhIP inhibitory efficiencies

圖5 主成分分析載荷圖Fig.5 PCA Loading plot of the common peak

圖6 黑胡椒提取物中峰5（a）和峰10（b）的質(zhì)譜譜圖Fig.6 MS spectras of peak 5（a）and peak 10（b）in black pepper ethanol extracts

圖7 關鍵峰丁子香酚（a）和槲皮素（b）標準品HPLC 譜圖Fig.7 Key peak HPLC chromatrograms of eugenol（a）and quercetin（b）standards

本研究在建立一系列黑胡椒乙醇提取物HPLC 譜圖的基礎上，通過建立譜峰面積和提取物PhIP 抑制率的主成分分析模型，篩選并鑒定出提取物中對PhIP 抑制率影響最為顯著的關鍵物質(zhì)為槲皮素和丁子香酚。其中，槲皮素對于雜環(huán)胺的抑制作用早有報道，研究認為槲皮素可通過與PhIP 形成中間體加合產(chǎn)生新化合物，從而抑制PhIP 的形成[25]。黑胡椒中存在一定量的槲皮素[26]，而本研究的結果表明，槲皮素具有抑制PhIP 活性的作用，并且可進一步說明黑胡椒中的槲皮素含量對抑制PhIP 活性有顯著影響。丁子香酚作為黑胡椒中重要的香氣成分[27]是黑胡椒中多酚類化合物的一種。前期研究表明，多種植物中的多酚類化合物均對雜環(huán)胺有一定的抑制作用[28-29]，而丁子香酚對雜環(huán)胺的抑制作用，直至目前尚未明確。因此，本研究認為黑胡椒中丁子香酚是影響其抑制PhIP 活性的關鍵化合物，此結論可為進一步研究黑胡椒中丁子香酚對PhIP 的抑制途徑和規(guī)律提供理論依據(jù)。

3 結論

本研究在準確測定烤肉中PhIP 含量的基礎上，分別比較了黑胡椒水提物、乙醇提取物和揮發(fā)油對PhIP 抑制率的影響，結果發(fā)現(xiàn)3 種提取物中，乙醇提取物的抑制效果最好，抑制率可達74.6%。由此可推測，黑胡椒中具有PhIP 抑制活性的是一種或多種可溶于乙醇的化合物。

改變提取方式、乙醇體積分數(shù)、提取溫度和提取時間，分別制備了24 種黑胡椒乙醇提取物，通過測定其PhIP 抑制率，結果發(fā)現(xiàn)體積分數(shù)100%的乙醇超聲萃取60 min 所得的提取物抑制率最高。采用主成分分析法對上述24 個黑胡椒乙醇提取物HPLC 譜峰面積及其PhIP 抑制率進行分析，結果發(fā)現(xiàn)24 個樣本中來自不同抑制率組的樣本在PCA 圖譜PC1 方向上明顯分離，其中峰5、峰10 樣本對分離貢獻最大，是決定黑胡椒提取物PhIP 抑制活性的關鍵峰。經(jīng)UPLC-TOF-MS 分析結合標準品對比、鑒定出2 個關鍵峰分別為丁子香酚和槲皮素，說明這兩種物質(zhì)是黑胡椒乙醇提取物中影響其抑制PhIP 活性的關鍵化合物。