露兜树叶提取物（PLE）抑制鸭肉饼中多环芳烃（PAHs）形成的通路与机制研究

《Food Chemistry: X》：Inhibitory pathways and mechanisms of Pandanus amaryllifolius leaf extract on polycyclic aromatic hydrocarbon formation in duck patties

　　

摘要专业翻译 多环芳烃（PAHs）是一类由两个及以上苯环缩合形成的持久性有机污染物。欧洲食品安全局（EFSA）的数据表明，苯并[a]芘（BaP）、苯并[a]蒽（BaA）、苯并[b]荧蒽（BbF）和?（Chr）是食品中检出频率高且毒性强的物质，统称为PAH4，其浓度是评估食品中PAH污染水平的关键指标（Liu et al., 2022）。在各类食品中，肉制品是人类经膳食摄入PAH的主要来源。 中国是全球最大的鸭肉生产国。鸭肉作为优质禽肉产品，具有高蛋白、富含维生素和低热量的特点（Sun et al., 2023）。鸭肉饼等加工制品营养丰富，已成为即食方便食品市场的重要品类。然而，在烹饪过程中，鸭肉饼中的有机组分（如碳水化合物、脂肪和蛋白质）会发生美拉德反应（Maillard反应）和热解反应，促进PAHs等热诱导有害物的形成（Du et al., 2025）。鉴于膳食PAH暴露的健康风险，研究人员探索了多种缓解策略，包括优化烹饪方式、使用天然腌制剂以及精确控制加工温度和时间（Huang et al., 2024；Siddique et al., 2021；Singh et al., 2023）。传统烹饪方式如烟熏、烧烤和油炸涉及高温和局部热解，往往导致肉制品中PAH水平显著升高（Mansour et al., 2025）。相比之下，微波加热作为一种新型热加工技术，通过电磁波与极性分子直接相互作用传递热量，能快速促进肉中水分迁移和蒸发，从而减少由水分携带的PAH前体迁移至表面参与反应的可能性，有效抑制高温烹饪中典型有害物质的形成（Conchione et al., 2025）。据报道，微波处理组鸭肉饼中的蛋白羰基含量和席夫碱（Schiff base）水平显著低于传统炭烤组（Zhao et al., 2026），提示微波加热可通过抑制蛋白质氧化和美拉德反应早期阶段来减少PAH前体的供应。然而，微波加热在肉制品加工中的工业应用仍面临重大挑战：非均匀的微波场容易引起局部过热（Xue et al., 2023），促进肉边缘和富脂区域中高温危害物（如PAHs）前体的剧烈反应，从而削弱其危害减控效果（Mirzazadeh et al., 2021）。这一局限表明，仅靠微波加热不足以实现有效的危害控制。因此，将天然提取物与微波加热工艺相结合十分必要：一方面，天然提取物可通过自由基清除、PAH前体捕获和竞争反应等机制弥补微波加热在局部过热区域危害控制方面的不足（Nowar et al., 2025）；另一方面，天然提取物可与快速微波加热协同作用，提高危害控制效率，为微波加热肉制品的工业化应用提供可行途径。 大量研究表明，天然提取物具有强自由基清除活性，能有效抑制热加工肉制品中PAHs的形成。例如，果醋（Cordeiro et al., 2020）、茶多酚腌料、姜黄提取物（Tian et al., 2023）以及迷迭香和竹叶提取物（Shen et al., 2022）可通过捕获活性氧（ROS）和延缓脂质氧化来降低PAH暴露水平。据报道，葡萄籽提取物中的原花青素B2和异鼠李素通过自由基清除和美拉德反应抑制双重机制显著抑制烤鸡翅中BaP的形成（Zhang et al., 2023）。研究表明，酚类化合物不仅能清除自由基，还能通过与反应性中间体结合来阻断PAH形成途径（Wang et al., 2019）。然而，这些天然抑制剂在实际应用中存在局限性。例如，茶多酚在长时间高温加热下热稳定性差；葡萄籽提取物虽然有效，但其原花青素等活性成分的提取成本通常较高，限制了其工业应用。露兜树（Pandanus amaryllifolius）是露兜树科的一种热带芳香植物，广泛分布于东南亚以及中国海南、广东等地（Peng et al., 2013）。露兜树叶提取物（PLE）富含黄酮类、多酚类、鞣质和生物碱等生物活性成分，具有抗氧化、抗炎和抗疲劳活性。香兰叶可作为食品体系中热稳定的天然抗氧化剂，显著延缓脂质氧化，具有替代合成抗氧化剂的潜力（Nor et al., 2008）。因此，PLE有望成为风味温和、热稳定性良好的新型天然抑制剂。然而，迄今为止，尚无系统研究报道PLE在热加工肉制品中抑制热诱导PAH形成的效果及其潜在机制。因此，阐明PLE在微波加热鸭肉饼中抑制PAHs的机制具有重要的理论和实践意义，可拓展天然植物提取物在高风险热加工食品中的应用。 本研究以微波加热鸭肉饼为模型体系，考察不同PLE浓度对PAH形成的抑制作用及其潜在机制。采用UPLC-MS/MS鉴定PLE的酚类组成并测定其抗氧化能力。随后通过测定关键中间产物，研究PLE对PAH中间体的调控作用；进一步分析PLE对脂质氧化、蛋白质氧化和美拉德反应的影响，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构变化。本研究旨在为天然提取物调控肉制品中高温危害物提供理论依据和新思路。

论文解读

一、研究背景与意义

多环芳烃（PAHs）是由两个及以上苯环缩合形成的持久性有机污染物，广泛存在于环境中。欧洲食品安全局（EFSA）将苯并[a]芘（BaP）、苯并[a]蒽（BaA）、苯并[b]荧蒽（BbF）和?（Chr）列为食品中检出频率高且毒性强的代表性物质，统称为PAH4，其含量是评估食品PAH污染程度的关键指标。在各类食品中，肉制品是人类膳食PAH暴露的主要来源。中国是全球最大的鸭肉生产国，鸭肉具有高蛋白、富含维生素和低热量的特点，鸭肉饼等加工制品已成为即食方便食品市场的重要品类。然而，在烹饪过程中，鸭肉饼中的碳水化合物、脂肪和蛋白质等有机组分发生美拉德反应和热解反应，促进PAHs等热诱导有害物的形成，对消费者健康构成潜在风险。

针对这一问题，研究人员已探索多种缓解策略，包括优化烹饪方式、使用天然腌制剂以及精确控制加工温度和时间。传统烹饪方式如烟熏、烧烤和油炸涉及高温和局部热解，往往导致肉制品中PAH水平显著升高。相比之下，微波加热作为一种新型热加工技术，通过电磁波与极性分子直接相互作用传递热量，能快速促进肉中水分迁移和蒸发，减少由水分携带的PAH前体迁移至表面参与反应的可能性，从而有效抑制有害物质的形成。已有研究报道，微波处理组鸭肉饼中的蛋白羰基含量和席夫碱水平显著低于传统炭烤组，提示微波加热可通过抑制蛋白质氧化和美拉德反应早期阶段来减少PAH前体的供应。

然而，微波加热在肉制品加工中的工业应用仍面临重大挑战。非均匀的微波场容易引起局部过热，促进肉边缘和富脂区域中PAH前体的剧烈反应，从而削弱其危害减控效果。这一局限表明，仅靠微波加热不足以实现有效的危害控制，需要将天然提取物与微波加热工艺相结合。天然提取物一方面可通过自由基清除、PAH前体捕获和竞争反应等机制弥补微波加热在局部过热区域危害控制方面的不足，另一方面可与快速微波加热协同作用，提高危害控制效率。

已有研究表明，果醋、茶多酚腌料、姜黄提取物、迷迭香和竹叶提取物等天然提取物可通过捕获活性氧（ROS）和延缓脂质氧化来降低PAH暴露水平。葡萄籽提取物中的原花青素B2和异鼠李素通过自由基清除和美拉德反应抑制双重机制显著抑制烤鸡翅中BaP的形成。酚类化合物不仅能清除自由基，还能通过与反应性中间体结合来阻断PAH形成途径。然而，这些天然抑制剂在实际应用中存在局限性：茶多酚在长时间高温加热下热稳定性差；葡萄籽提取物虽然有效，但其原花青素等活性成分的提取成本较高，限制了其工业应用。

露兜树（Pandanus amaryllifolius）是露兜树科的一种热带芳香植物，广泛分布于东南亚以及中国海南、广东等地。露兜树叶提取物（PLE）富含黄酮类、多酚类、鞣质和生物碱等生物活性成分，具有抗氧化、抗炎和抗疲劳活性。香兰叶可作为食品体系中热稳定的天然抗氧化剂，显著延缓脂质氧化，具有替代合成抗氧化剂的潜力，有望成为风味温和、热稳定性良好的新型天然抑制剂。然而，迄今为止尚无系统研究报道PLE在热加工肉制品中抑制热诱导PAH形成的效果及其潜在机制。因此，阐明PLE在微波加热鸭肉饼中抑制PAHs的机制具有重要的理论和实践意义，可拓展天然植物提取物在高风险热加工食品中的应用。

二、主要技术方法

研究人员以微波加热鸭肉饼为模型体系，系统考察了不同浓度PLE（0、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%和0.50%）对PAH形成的抑制作用及其机制。研究采用UPLC-MS/MS（超高效液相色谱-串联质谱）鉴定PLE的酚类组成，采用Folin-Ciocalteu比色法和三氯化铝法分别测定总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC），采用试剂盒法测定DPPH、ABTS和羟基自由基清除率，采用高效液相色谱（HPLC）结合固相萃取（SPE）技术提取、纯化和定量分析鸭肉饼中PAH4含量，并采用扫描电子显微镜（SEM）观察样品微观结构变化。鸭胸肉购自河南华英食品有限公司，PLE（纯度>99%）购自陕西汉素源生物科技有限公司。

三、研究结果

3.1 PLE的酚类组成与抗氧化能力

研究人员通过UPLC-MS/MS分析鉴定了PLE的酚类化合物组成，并测定了其总酚含量和总黄酮含量。结果表明PLE富含多种酚类化合物，具有优异的自由基清除能力，其DPPH、ABTS和羟基自由基清除率均表现良好，证实PLE中的酚类化合物具备出色的抗氧化活性，这是其抑制PAH形成的重要化学基础。

3.2 PLE对PAH形成的抑制作用

研究人员通过HPLC定量分析了不同PLE浓度处理组鸭肉饼中PAH4（BaA、BaP、BbF和Chr）的含量变化。结果表明，随着PLE浓度的增加，鸭肉饼中PAH4含量呈显著下降趋势。与对照组相比，PLE处理使PAH含量降低了27.90%–66.13%，且抑制效果呈浓度依赖性。这一结果证实PLE是有效的天然添加剂，可通过抗氧化作用减轻PAHs的形成。

3.3 PLE对PAH中间体的调控作用

研究人员通过测定关键中间产物，研究了PLE对PAH形成通路的调控作用。结果表明PLE能够有效捕获和清除PAH形成过程中的活性中间体，阻断PAH的合成途径，从而从源头上减少PAHs的生成。

3.4 PLE对脂质氧化、蛋白质氧化和美拉德反应的影响

研究人员分析了PLE对脂质氧化、蛋白质氧化和美拉德反应的影响。结果表明，PLE对脂质氧化和蛋白质氧化具有积极作用，能够延缓氧化进程，减少PAH前体的供应。同时，PLE对美拉德反应也产生了调控作用，抑制了美拉德反应早期阶段的进行，从而减少了PAH形成所需的反应底物。

3.5 微观结构观察

研究人员利用扫描电子显微镜（SEM）观察了不同处理组鸭肉饼的微观结构变化。SEM图像显示，PLE处理组的鸭肉饼微观结构发生了明显变化，表明PLE的添加影响了肉品基质中各组分的分布和相互作用，这可能与PLE对PAH前体迁移和反应的物理屏障效应有关。

四、讨论与结论

研究讨论部分指出，PLE抑制PAH形成的机制是多方面的：首先，PLE中丰富的酚类化合物通过自由基清除作用，有效降低了体系中活性氧（ROS）水平，切断了脂质氧化和蛋白质氧化驱动的PAH形成途径；其次，PLE通过调控美拉德反应的早期阶段，减少了PAH前体的生成；此外，PLE还可能通过与反应性中间体结合来阻断PAH的合成通路。这些机制协同作用，使得PLE在微波加热鸭肉饼中表现出显著的PAH抑制效果。

研究结论部分指出，PLE中的酚类化合物具有优异的自由基清除能力，PLE对脂质氧化、蛋白质氧化和美拉德反应均产生了积极影响，是一种有效的天然添加剂，可通过抗氧化作用减轻PAHs的形成。PLE处理使PAH含量降低了27.90%–66.13%，证实了PLE作为热稳定天然抗氧化剂在热加工肉制品中控制高温危害物的应用潜力。本研究为天然植物提取物在肉制品热加工中调控PAH形成提供了理论依据和新思路，也为微波加热肉制品的工业化安全应用提供了可行路径。