張晨霞,馬宇翔,趙天培,席 俊,李 潘,郭 慶,史莉莉,汪學(xué)德
(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001)
雜環(huán)胺(heterocyclic aromatic amines,HCAs)是高溫加工蛋白質(zhì)豐富的食品時(shí)形成的一類致癌性、致突變性化合物[1-3],主要存在于油炸燒烤食品。HCAs在代謝過程中環(huán)外氨基經(jīng)酶催化形成N-羥基衍生物,并進(jìn)一步與DNA共價(jià)結(jié)合形成加合物。鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)表明,HCAs有較強(qiáng)的致突變性[4-7]。長(zhǎng)期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,HCAs有致癌性,可以引起嚙齒動(dòng)物體內(nèi)多種器官產(chǎn)生腫瘤,包括肝臟[4,8]、結(jié)腸[9]、乳腺[9,10]、大小腸[11]和胃[12]等。目前為止,分離和鑒定出超過25種HCAs。HCAs可以分為極性和非極性兩類。極性雜環(huán)胺是碳水化合物、氨基酸和肌酸酐(肌酐)在150~250 ℃下形成的氨基喹喔啉類、氨基喹啉類和氨基吡啶類等化合物,而非極性HCAs是氨基酸在250 ℃下高溫分解產(chǎn)生的咔啉類和苯基吡啶類化合物[13,14]。
目前還沒有充足證據(jù)證明HCAs在人體器官中能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞生成,但流行病學(xué)研究表明,高HCAs含量肉制品的食用與不同癌癥之間有直接的相關(guān)性[15,16]。Wolk[17]強(qiáng)調(diào)50 g/d的加工肉制品的攝入可以增加患癌的可能性,患前列腺癌、結(jié)腸癌、乳腺癌和胰腺癌的風(fēng)險(xiǎn)分別增加4%、18%、9%和19%,其與加工肉制品中雜環(huán)胺類物質(zhì)有關(guān)。雖然HCAs還沒有標(biāo)準(zhǔn)限量的規(guī)定,但是國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)HCAs的研究日益增多,主要集中在加工肉制品中HCAs的生成規(guī)律[18]和抑制作用研究[1,19]。
油脂和油炸食品的安全性備受關(guān)注,但目前針對(duì)油脂和油炸食品中HCAs的研究較少[18-23]?,F(xiàn)在國(guó)外對(duì)油脂和油炸食品中極性組分、多環(huán)芳烴和雜環(huán)胺等有害物質(zhì)的重視程度極高,并在HCAs生成的模擬體系中發(fā)現(xiàn)油脂氧化產(chǎn)物可以促進(jìn)HCAs生成[20,24],因此,在油脂及油炸食品中HCAs的研究十分必要。
HCAs是弱堿性化合物,具有低揮發(fā)性、高水溶性,部分HCAs缺乏紫外生色團(tuán)結(jié)構(gòu),還有部分HCAs沒有熒光特性[25],故HCAs的檢測(cè)方法一直是研究的難點(diǎn)。隨著液相色譜-質(zhì)譜法在食品中的應(yīng)用,大多研究者采用該方法對(duì)HCAs進(jìn)行檢測(cè)[26-29]。GB 5009.243-2016標(biāo)準(zhǔn)適用于烤魚、烤肉及其制品中HCAs的檢測(cè),采用氫氧化鈉的甲醇溶液提取,苯乙烯二乙烯基苯共聚物固相萃取柱凈化,其回收率為63.3%~124%,精密度為6.26%~18.2%。但目前還未有油脂和油炸食品中HCAs的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[25]。油炸食品基質(zhì)復(fù)雜,HCAs種類多,含量低[11],關(guān)于油炸食品中HCAs的檢測(cè)方法一直是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前油炸食品中HCAs的檢測(cè)方法較少,油脂中HCAs的檢測(cè)方法還未見報(bào)道。因此,本文通過堿性有機(jī)溶劑萃取,建立了超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜測(cè)定油脂和油炸食品中HCAs含量的方法,為市場(chǎng)上油脂和油炸食品的含量水平檢測(cè)提供方法依托,同時(shí)也為評(píng)價(jià)油脂和油炸食品的安全性提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
Acquity UPLC CLASS超高效液相色譜儀、Xevo TQD三重四極桿質(zhì)譜儀,配電噴霧電離(ESI)源(美國(guó)Waters公司);ME204E電子天平(感量0.1 mg)、XPE26DR電子天平(感量0.01 mg)(瑞士Mettler Toledo公司);Multipette E3x電動(dòng)移液器(德國(guó)Eppendorf公司);FM 200間歇式高剪切均質(zhì)機(jī)(德國(guó)Fluko公司);MTN-2800W氮吹濃縮儀(天津奧特賽恩斯儀器有限公司);Visiprep DL真空固相萃取裝置(美國(guó)Supelco公司);摩爾細(xì)胞型超純水器(電阻18.25 MΩ·cm)(重慶Molecular水處理設(shè)備有限公司)。
HCAs標(biāo)準(zhǔn)品(純度>98%):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(MeIQ)、2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(MeIQx)、2-氨基-3,4,8-三甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(4,8-DiMeIQx)、2-氨基-3,4,7,8-四甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(4,7,8-TriMeIQx)(內(nèi)標(biāo)物)、2-氨基-1-甲基-6-苯基-咪唑并[4,5-b]吡啶(PhIP)、1-甲基-9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(Harman)、9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(Norharman)購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司;乙腈、甲醇、正己烷(色譜純,美國(guó)Sigma公司);甲酸銨(LC-MS級(jí),美國(guó)Thermo Fisher公司);氨水(純度25.0%~28.0%)、濃鹽酸(純度36.0%~38.0%)(天津科密歐試劑有限公司);超純水為實(shí)驗(yàn)室自制。
分別稱取8種HCAs的標(biāo)準(zhǔn)品(精確至0.01 mg),置于10 mL棕色瓶中,用甲醇配制質(zhì)量濃度為100 mg/L的單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,于-40 ℃儲(chǔ)存。根據(jù)檢測(cè)樣品中HCAs的測(cè)定要求,用甲醇分別稀釋成含20 μg/L內(nèi)標(biāo)物4,7,8-TriMeIQx的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作液,其中IQ、MeIQ、MeIQx、4,8-DiMeIQx稀釋梯度為0.25、0.5、1、2、5、10、20 μg/L,PhIP、Harman、Norharman為1、2、5、10、25、50、100 μg/L,于-20 ℃棕色瓶中保存。
內(nèi)標(biāo)工作液:取4,7,8-TriMeIQx單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液,用甲醇配制成500 μg/L的內(nèi)標(biāo)工作液,于-20 ℃棕色瓶中保存。
1.3.1提取
油炸食品:稱取2 g試樣(精確至0.01 g),置于50 mL聚丙烯離心管中,加入80 μL內(nèi)標(biāo)工作液、10 mL含1% (體積分?jǐn)?shù))氨水的乙腈溶液,以10 000 r/min均質(zhì)提取1 min,以3 500 r/min離心5 min,收集上清液于另一個(gè)離心管中,再加入10 mL含1%(體積分?jǐn)?shù))濃氨水的乙腈溶液重復(fù)提取一次,合并兩次上清液,加入10 mL乙腈飽和的正己烷脫脂,取10 mL提取液待凈化。
油脂:稱取1 g試樣(精確至0.01 g),置于50 mL聚丙烯離心管中,加入80 μL內(nèi)標(biāo)工作液、10 mL含1% (體積分?jǐn)?shù))氨水的乙腈溶液,渦旋混合5 min,超聲10 min,以3 500 r/min離心5 min,收集上清液于另一個(gè)離心管中,再加入10 mL含1%(體積分?jǐn)?shù))氨水的乙腈溶液重復(fù)提取一次,合并兩次上清液,加入10 mL乙腈飽和的正己烷脫脂,取10 mL脫脂后的提取液待凈化。
1.3.2凈化
將10 mL提取液,上樣于預(yù)先用3 mL甲醇、3 mL超純水活化的PCX固相萃取柱,上樣速度為1 mL/min,然后用3 mL 0.1 mol/L鹽酸和3 mL甲醇淋洗,淋洗后抽干1 min,用3 mL甲醇-氨水(95∶5,v/v)洗脫,收集全部洗脫液,于45 ℃氮吹至近干,用500 μL甲醇復(fù)溶,過0.22 μm有機(jī)濾膜,待測(cè)定。
色譜柱:Waters ACQUITY UPLC BEH C18柱(50 mm×2.1 mm,1.7 μm);柱溫:20 ℃;流動(dòng)相:A為10 mmol/L甲酸銨溶液(pH=6.80),B為乙腈;流速:0.3 mL/min。梯度洗脫程序:0~0.2 min,10%B;0.2~1.0 min,10%B~30%B;1.0~3.0 min,30%B~60%B;3.0~3.5 min,60%B~90%B;3.5~5.0 min,90%B。進(jìn)樣體積:1 μL。
離子源:ESI源,正離子模式;離子源溫度:110 ℃;毛細(xì)管電壓:0.5 kV;脫溶劑溫度:650 ℃;脫溶劑氣(N2,純度99.9%)流速:1 000 L/h;錐孔氣(N2,純度99.9%)流速:50 L/h;碰撞氣:氬氣,純度99.9%。采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行檢測(cè),其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。
表1 7種HCAs的質(zhì)譜參數(shù)Table 1 MS parameters of the seven heterocyclic aromatic amines (HCAs)
* Quantitative ion.
首先將質(zhì)量濃度為500 μg/L的雜環(huán)胺化合物標(biāo)準(zhǔn)溶液在正離子模式下進(jìn)行母離子全掃描,然后根據(jù)Masslynx 4.1自動(dòng)調(diào)諧功能進(jìn)行調(diào)諧,在MRM模式下優(yōu)化各種質(zhì)譜參數(shù),得到最佳質(zhì)譜條件,7種HCAs的質(zhì)譜參數(shù)見表1。
流動(dòng)相的選擇顯著影響HCAs在色譜柱上的分離和保留行為。8種HCAs均為弱堿性化合物,其在流動(dòng)相中的解離能力和溶解性隨著流動(dòng)相的變化而變化。有文獻(xiàn)[30,31]報(bào)道,在流動(dòng)相中添加有機(jī)酸鹽,如甲酸銨和乙酸銨等可以提高HCAs的離子化效率,改善峰形,提高靈敏度。本研究考察了在流動(dòng)相中添加甲酸銨對(duì)HCAs分離效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),10 mmol/L甲酸銨溶液能使 7 種HCAs的響應(yīng)值增加,得到的色譜峰峰形較窄,峰對(duì)稱性良好。
有文獻(xiàn)[25]表明,有機(jī)酸,如甲酸、乙酸等的添加可以增加HCAs的離子化效率,同時(shí)影響色譜柱填料與HCAs之間的作用力,使得HCAs的保留時(shí)間縮短。為了進(jìn)一步縮短分析時(shí)間,本實(shí)驗(yàn)考察在流動(dòng)相中添加甲酸對(duì)HCAs分離效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),IQ、MeIQx的色譜峰峰形較寬,色譜峰發(fā)生重疊,其原因可能是甲酸的添加使得色譜柱對(duì)IQ、MeIQx兩種物質(zhì)的保留能力較弱。
綜合考慮,最終選擇10 mmol/L甲酸銨溶液作為流動(dòng)相中的水相,得到的色譜峰峰形尖銳,對(duì)稱性好,在5 min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對(duì)HCAs的快速分離。
油脂和油炸食品成分復(fù)雜,其中HCAs的含量較低,在對(duì)HCAs分析時(shí),通常需對(duì)樣品進(jìn)行萃取、富集和凈化等前處理操作。
固相萃取方法被廣泛應(yīng)用于樣品凈化操作。為了達(dá)到較佳的凈化效果,Gross和Grüter[14]使用丙基磺酸陽(yáng)離子固相萃取柱和C18小柱串聯(lián)對(duì)提取液富集凈化,可以完成對(duì)極性和非極性HCAs的分離,但兩個(gè)固相萃取柱串聯(lián)的凈化操作成本較高,過程繁瑣,且溶液轉(zhuǎn)移時(shí)易造成損失,對(duì)操作要求嚴(yán)格?;旌详?yáng)離子交換小柱,填料為改性的苯乙烯-二乙烯苯共聚物,對(duì)堿性和中性化合物有著很好的選擇性,廣泛應(yīng)用于食品基質(zhì)中目標(biāo)產(chǎn)物的檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)分別考察了PCX (60 mg/3 mL)、MCX (60 mg/3 mL)和Lichrolut EN?(60 mg/3 mL)固相萃取柱對(duì)HCAs回收率的影響。Lichrolut EN?屬于苯乙烯二乙烯基苯共聚物固相萃取柱,對(duì)極性有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附能力,但是對(duì)7種HCAs的回收率較低,可能與所選洗脫溶劑關(guān)。PCX和MCX小柱屬于混合陽(yáng)離子交換柱,吸附目標(biāo)性較強(qiáng),對(duì)7種HCAs的回收率分別為80.40%~99.60%和74.01%~89.36%,相對(duì)來(lái)說,采用PCX小柱時(shí)HCAs的回收率更高。因此,實(shí)驗(yàn)最終確定PCX柱對(duì)樣品溶液進(jìn)行凈化,可以較好去除極性和非極性物質(zhì),達(dá)到凈化要求的同時(shí)可獲得較高的回收率。
HCAs易溶于水和有機(jī)溶劑。常用的提取溶液有NaOH、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷等[32,33]。油脂及油炸食品中脂肪含量較高,提取溶液的選擇極其重要。選擇的提取溶液既要對(duì)HCAs有較高的提取效率,又要在提取過程中易與基質(zhì)分離,有利于后續(xù)固相萃取操作。乙腈被認(rèn)為是一種極性中等偏強(qiáng)的有機(jī)溶劑(極性系數(shù)為5.8),乙腈與甘三酯類物質(zhì)不互溶或者微溶,常用于油脂中有害物質(zhì)的提取,如多環(huán)芳烴和雜環(huán)胺[34,35],同時(shí)具有較低的黏度和密度,更加有利于樣品中固體雜質(zhì)與提取溶液的分層,便于分離操作。Yan等[34]用乙腈提取HCAs時(shí),加標(biāo)回收率僅為42.5%~99.0%,需要進(jìn)行優(yōu)化。雜環(huán)胺為堿性物質(zhì),其回收率取決于提取溶液的pH值。隨著提取溶液pH值的增加,雜環(huán)胺的去離子化程度增大,疏水性加強(qiáng),其在有機(jī)溶劑中的溶解度增大,從而提高雜環(huán)胺的回收率[27]。郭海濤等[27]研究了提取溶液NaOH溶液的濃度變化對(duì)HCAs的影響,發(fā)現(xiàn)隨著NaOH濃度的增加,極性和非極性雜環(huán)胺的回收率呈上升趨勢(shì)。Zhang等[31]表明IQ、MeIQ、MeIQx和4,8-DiMeIQx在提取溶液偏堿性(pH值為7.0~8.5)時(shí)的回收率高。
圖1 提取溶劑對(duì)HCAs回收率的影響(n=3)Fig.1 Effect of extraction solvents on the recoveries of the HCAs (n=3) ACN:acetonitrile;alkalized ACN:ACN containing 1% (v/v)ammonia water;oil:soybean oil;food:fried chicken breast.
本文考察了乙腈和含1%(體積分?jǐn)?shù))氨水的乙腈溶液作為提取溶液時(shí)油脂和油炸食品中HCAs的提取效率(見圖1)。結(jié)果顯示,采用乙腈溶劑提取時(shí)HCAs的回收率為51.57%~94.42%;采用含1%(體積分?jǐn)?shù))氨水的乙腈溶液為提取溶液時(shí),IQ、4,8-DiMeIQx、PhIP、Harman、Norharman的回收率的均在70%以上,而MeIQ和MeIQx的回收率有所降低,但均大于68%。氨水可以改變乙腈的pH值,使HCAs更容易溶解于有機(jī)溶劑中,從而使得回收率提高。因此,本研究采用含1% (體積分?jǐn)?shù))氨水的乙腈溶液作為提取溶液。需要注意的是,乙腈和氨水均有刺鼻氣味,因此前處理操作最好在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。
圖2 (a)甲醇、(b)大豆油提取液、(c)油炸雞胸肉提取液和(d)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(20 μg/L)中7種HCAs的MRM色譜圖Fig.2 MRM chromatograms of the seven HCAs in (a)methanol,(b)soybean oil extracted solution,(c)fried chicken breast extracted solution and (d)mixed standard solution (20 μg/L)1.IQ;2.MeIQ;3.MeIQx;4.4,8-DiMeIQx;5.4,7,8-TriMeIQx (IS);6.PhIP;7.Harman;8.Norharman.
ESI源在質(zhì)譜分析過程中容易受到樣品基質(zhì)的影響,樣品基質(zhì)對(duì)離子化有非常強(qiáng)的抑制或促進(jìn)作用,直接影響分析結(jié)果。液相色譜-質(zhì)譜法開發(fā)和確證過程中需要對(duì)基質(zhì)效應(yīng)做出評(píng)價(jià)[36]。一般認(rèn)為,基質(zhì)匹配校正曲線斜率與標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值在0.85~1.15之間不存在基質(zhì)效應(yīng)[37]。為了評(píng)估基質(zhì)效應(yīng)對(duì)定量結(jié)果的影響,以甲醇、大豆油提取液和油炸雞胸肉提取液為對(duì)象,比較了純?nèi)軇?、油脂基質(zhì)和油炸食品基質(zhì)對(duì)HCAs測(cè)定的影響(見圖2)。在油脂基質(zhì)中,MeIQ、MeIQx、4,8-DiMeIQx、Harman和Norharman的斜率比值為0.72~0.97,IQ和PhIP的斜率比值為1.01~1.06。在油炸食品基質(zhì)中,IQ、MeIQ、Harman和Norharman的斜率比值為0.84~0.95,MeIQx、4,8-DiMeIQx、PhIP的斜率比值為1.02~1.16。因此,本文用相對(duì)應(yīng)的基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線定量。從而確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
在最優(yōu)的分析條件下,以甲醇、大豆油提取液和油炸雞胸肉提取液稀釋標(biāo)準(zhǔn)混合工作液,按照1.2節(jié)描述配制7種HCAs系列混合基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液(含內(nèi)標(biāo)20 μg/L),所得結(jié)果經(jīng)過SPSS 21軟件處理,以標(biāo)準(zhǔn)溶液中目標(biāo)組分的峰面積對(duì)內(nèi)標(biāo)物的峰面積之比為縱坐標(biāo)(y),相應(yīng)的質(zhì)量濃度之比為橫坐標(biāo)(x),建立基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)曲線。以3倍和10倍信噪比(S/N)確定方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。不同基質(zhì)下,7種HCAs的線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)(R2)、檢出限和定量限的結(jié)果見表2。結(jié)果表明,在不同的基質(zhì)下,7種HCAs均有較好的線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)均大于0.999。7種HCAs的LOD和LOQ分別為0.01~0.14 ng/g和0.09~0.38 ng/g。
表2 不同基質(zhì)下7種HCAs的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限Table 2 Linear ranges,linear equations,correlation coefficients (R2),limits of detection (LODs)and limits of quantification (LOQs)of the seven HCAs in different matrices
y:the ratio of the peak area of the target component to the peak area of the internal standard;x:the ratio of the mass concentration of the target component to the mass concentration of the internal standard.
選用不含7種待測(cè)組分的大豆油和油炸雞胸肉為空白樣品,進(jìn)行低、中、高3個(gè)水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)水平重復(fù)5次。按最優(yōu)條件分析測(cè)定加標(biāo)回收率和RSD值(見表3)。結(jié)果顯示,油脂體系中,7種HCAs的平均加標(biāo)回收率為69.30%~108.4%,RSD為0.97%~9.26%;油炸食品體系中,7種不同HCAs的回收率為64.31%~113.8%,RSD為0.18%~7.89%。Yan等[34]采用乙腈溶液對(duì)肉制品中17種HCAs進(jìn)行測(cè)定,其加標(biāo)回收率為42.5%~99.0%。本研究中7種HCAs的加標(biāo)回收率均高于64%,其精密度滿足油脂和油炸食品中HCAs的含量檢測(cè)要求。
表3 大豆油和油炸雞胸肉樣品中7種HCAs的加標(biāo)回收率和精密度(n=5)Table 3 Spiked recoveries and precisions of the seven HCAs in soybean oil and fried chicken breast samples (n=5)
應(yīng)用所建立的超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法對(duì)油脂和油炸食品樣品中HCAs含量進(jìn)行測(cè)定(見圖3),用基質(zhì)匹配校正曲線進(jìn)行定量,其具體含量見表4。
圖3 油脂和油炸食品樣品中7種HCAs的色譜圖Fig.3 Chromatograms of the seven HCAs in oil and fried food samplesPeaks 1-8 were the same as that in Fig.2.
測(cè)定的油脂樣品包括大豆油、花生油、芝麻油、亞麻籽油和葵花籽油。結(jié)果顯示,油脂樣品中均能檢出HCAs,主要為Harman和Norharman。由表4可知,HCAs污染水平順序?yàn)橹ヂ橛?亞麻籽油>葵花籽油>花生油>大豆油。究其原因,可能是濃香油脂生產(chǎn)過程中,油籽高溫焙炒,焙炒過程中發(fā)生美拉德反應(yīng),使得油脂中HCAs的含量增加。同時(shí),由于不同油料的油脂生產(chǎn)工藝不同,油脂中HCAs分布情況不同。
檢測(cè)的油炸食品包括油炸雞肉丸、豆腐、油條和土豆。在油炸雞肉丸中檢出MeIQ、MeIQx、4,8-DiMeIQx、PhIP、Harman和Norharman等6種雜環(huán)胺類物質(zhì),其含量順序?yàn)镻hIP>MeIQx>Norharman>Harman>4,8-DiMeIQx>MeIQ。此外,油炸豆腐、油炸油條和油炸土豆中檢出PhIP、Harman和Norharman 3種雜環(huán)胺類物質(zhì),其中以Norharman含量最高,這可能與油炸食品的種類和加工條件等有關(guān)。
表4 油脂和油炸食品樣品中7種HCAs的含量Table 4 Contents of the seven HCAs in oil samples and fried food samples ng/g
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本文建立了一種堿性有機(jī)溶劑萃取,PCX固相萃取柱凈化,超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜測(cè)定油脂和油炸食品中7種HCAs的檢測(cè)方法。該方法采用一步式溶劑萃取,操作簡(jiǎn)便,分析速度快,能夠滿足HCAs的檢測(cè)要求,適用于油脂和油炸食品中HCAs的檢測(cè),為油脂和油炸食品中HCAs的生成與抑制分析提供了分析手段。