《Foods》：Polymerization-Dependent Thermal Stability of Chinese Quince Proanthocyanidins and Their Inhibition of Heterocyclic Amines in a Simulated Frying System
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杂环胺（heterocyclic amines, HCAs）是一类在富含蛋白质食品高温加工过程中产生的强致突变性和致癌性化合物，对人类健康构成显著风险。原花青素（proanthocyanidins, PAs）因其低毒性和强抑制活性而被用于抑制HCAs。然而，P
杂环胺（heterocyclic amines, HCAs）是一类在富含蛋白质食品高温加工过程中产生的强致突变性和致癌性化合物，对人类健康构成显著风险。原花青素（proanthocyanidins, PAs）因其低毒性和强抑制活性而被用于抑制HCAs。然而，PA活性在不同温度下可能发生变化。本研究将不同聚合度的PAs在180 °C下加热，以评估其热稳定性及对HCAs的抑制作用。随着温度升高，高度聚合原花青素（highly polymerized PAs, PPA）和低聚原花青素（oligomeric PAs, OPA）的抗氧化活性均下降。与PPA相比，OPA表现出更高的残留率和抗氧化活性。模拟油炸后，OPA和PPA的热稳定性下降，而总低聚PA含量增加。OPA对HCAs的抑制作用强于PPA，而PPA-180（180 °C加热后的PPA）和OPA-180（180 °C加热后的OPA）分别比PPA和OPA具有更强的抑制效果。在HCA模型体系中，OPA-180表现出最高的抑制率。该研究为PAs抑制HCAs提供了理论基础。
一、研究背景与意义
高温油炸是肉类食品加工中常见的烹饪方式，但长时间油炸会导致食品品质劣变并产生杂环胺（heterocyclic amines, HCAs）。HCAs是在高温处理高蛋白食品过程中普遍生成的一类化合物，其生成途径因食品类型而异：在富含植物蛋白的食品中，色氨酸与葡萄糖经热加工产生两类非极性HCAs；在富含动物蛋白的食品中，色氨酸、葡萄糖和肌酸经热加工产生非极性HCAs（Norharman和Harman），而苯丙氨酸、葡萄糖和肌酸则产生极性HCA（PhIP）。流行病学证据表明，HCAs与前列腺癌、乳腺癌和结肠癌的发生相关。因此，调控油炸食品中HCAs含量对保障消费者健康具有重要意义。
原花青素（proanthocyanidins, PAs）是从植物中提取的多酚类化合物，因其低毒性和强抗氧化能力而被视为抑制HCAs生成的理想天然物质。中国木瓜（Chaenomeles sinensis）属蔷薇科植物，广泛栽培于中国、韩国和日本，其果实富含多酚类生物活性成分，其中PAs占多酚总量的99.5%。然而，中国木瓜果实中的PAs以高度聚合形式为主，仅有少量低聚体和单体。在油炸高温条件下，PAs因热不稳定性易发生降解和结构变化，不同聚合度的PAs表现出不同的热稳定性，进而影响其对HCAs的抑制能力。因此，系统研究不同聚合度PAs在高温油炸条件下的热稳定性及其对HCAs的抑制效果，对于减少油炸食品中HCAs生成、促进中国木瓜果实的高值化利用具有重要的科学意义和应用价值。
二、研究内容概述
研究人员以产自中国郑州的新鲜中国木瓜果实为原料，制备了高度聚合原花青素（highly polymerized PAs, PPA）和低聚原花青素（oligomeric PAs, OPA），在模拟油炸条件下（120–200 °C）对两种PAs进行热处理，系统分析了热处理前后PAs的总原花青素含量（total PA content, TPAC）、总酚含量（total phenol content, TPC）、结构变化、抗氧化活性及热稳定性，并考察了不同聚合度PAs对Norharman、Harman和PhIP三种常见HCAs的抑制效果。该研究揭示了不同聚合度PAs在油炸高温下的热降解规律及其对HCA抑制活性的影响机制。
三、主要技术方法
研究人员以中国郑州产新鲜中国木瓜果实为原料，冻干粉碎脱脂后经溶剂提取、AB-8大孔树脂和Sephadex LH-20柱层析纯化获得PPA（纯度80.86%），再经超声辅助酸催化/儿茶素亲核解聚制备OPA（纯度44.44%）。将PA水溶液（0.5 mg/mL）封装于耐压反应瓶中，在120–200 °C油浴中加热10 min模拟油炸条件。采用DMAC比色法测定TPAC，Folin–Ciocalteu法测定TPC，DPPH和ABTS法评价抗氧化活性；运用硫解-HPLC法测定平均聚合度（mean degree of polymerization, mDP），FT-IR、GPC、LC-MS/MS和TGA进行结构表征与热稳定性分析。通过构建动物蛋白（含肌酸）和植物蛋白（不含肌酸）两种HCA模型油炸体系，经PCX固相萃取柱纯化后用UPLC-MS/MS定量分析HCAs含量。所有实验均设三次重复，采用SPSS 25.0进行单因素方差分析和Duncan多重比较检验。
四、研究结果
3.1 平均聚合度分析
硫解-HPLC分析表明，PPA、PPA-180（180 °C加热后的PPA）、OPA和OPA-180（180 °C加热后的OPA）的聚合度分别为41.86、27.45、4.03和1.88。经180 °C模拟油炸后，PAs的mDP显著下降，其中PPA的降幅更为明显。这一结果表明，高温条件下PAs分子间的C-C键断裂，发生解聚反应，生成新的低聚PAs。
3.2 TPAC、TPC和残留率分析
不同温度热处理后，OPA和PPA的TPAC和TPC均较未加热对照显著降低，表明PAs在热加工过程中发生降解。当油炸温度低于140 °C时，PPA的残留率高于OPA；而当温度超过140 °C时，OPA的残留率显著高于PPA，两者在140–160 °C区间下降最为明显。值得注意的是，OPA在180 °C油炸温度下仍能保持70%以上的残留率，表明低聚PAs在高温条件下具有更好的热稳定性，更适合作为实际油炸体系中的天然抗氧化剂。
3.3 抗氧化活性分析
DPPH和ABTS自由基清除实验结果均显示，OPA和PPA的自由基清除率随处理温度升高而下降，且OPA的抗氧化能力在各温度下均显著优于PPA。在180 °C（常见油炸温度）条件下，OPA的DPPH和ABTS清除率分别为50.40%和26.30%，明显高于PPA的29.68%和9.10%，且两者均显著高于阳性对照维生素C。该结果与TPAC和TPC的下降趋势一致，证实热处理会降低PAs的抗氧化活性，但低聚PAs在高温下仍保持较强的自由基清除能力。
3.4 结构表征
FT-IR光谱分析显示，PPA和OPA在模拟油炸前后的特征吸收峰（如3385 cm?1处羟基伸缩振动峰、1430–1620 cm?1处芳环骨架振动峰、1060–1280 cm?1处C-O-C伸缩振动峰等）基本保持一致，表明高温处理未改变PAs的基本核心结构。GPC分析显示，分子量（Mw和Mn）及多分散系数（PDI）按PPA > PPA-180 > OPA > OPA-180顺序递减，表明热解聚是主要反应途径。LC-MS/MS分析发现，180 °C处理后PPA和OPA的低聚体含量均显著增加，PPA从1519.56 μg/g升至3061.02 μg/g，OPA从8579.86 μg/g升至16783.16 μg/g。TGA分析表明，未加热样品的50%失重分解温度（PPA为547.06 °C，OPA为539.46 °C）高于加热样品（PPA-180为541.93 °C，OPA-180为492.48 °C），证实未经过模拟油炸的PAs具有更高的热稳定性。
3.5 HCA含量分析
在动物蛋白HCA模型体系中，PPA、OPA、PPA-180和OPA-180对Norharman的抑制作用最为显著；在植物蛋白模型体系中，对各PA对Harman的抑制效果最佳。OPA对各类HCAs的抑制作用均强于PPA，这与OPA具有更高的TPAC、TPC和自由基清除能力有关。经180 °C热处理后，PPA-180和OPA-180对HCAs的抑制效果分别强于未加热的PPA和OPA。其中，OPA-180表现最优，在动物蛋白模型中对Norharman、Harman和PhIP的抑制率分别达到85.99%、80.05%和82.58%，在植物蛋白模型中对Norharman和Harman的抑制率分别达到74.66%和79.70%。该结果与OPA-180具有最低的mDP密切相关。
3.6 相关性分析
相关性分析结果表明，TPAC、TPC和低聚PA含量与抗氧化能力呈正相关；mDP、Mw及热稳定性（残余重量）与HCA抑制率呈负相关，而低聚PA含量与HCA抑制率呈正相关。该关联性源于高温条件下PAs热降解产生更多低聚PAs，降低了mDP和Mw，而低聚PAs在相同质量下含有更多活性位点，能够更有效地清除美拉德反应中间体自由基或与HCA前体形成加合物，从而增强对HCAs的抑制能力。
五、讨论与结论
本研究系统揭示了聚合度对中国木瓜原花青素热稳定性和HCA抑制活性的影响规律。热诱导解聚是PAs在高温油炸条件下结构变化的主要途径，该过程增加了低聚PA含量并降低了mDP，且未破坏PA核心骨架结构。低聚PAs因具有更高的残留率、抗氧化活性和更多的活性位点，表现出优于高聚合PAs的HCA抑制能力。热处理的OPA-180因mDP最低而具有最强的HCA抑制活性。综合而言，聚合度和热处理共同调控中国木瓜PAs的理论性质及HCA抑制效果，OPA特别是经热处理后的OPA，作为减少热加工富蛋白食品中HCAs形成的天然功能成分具有良好应用潜力。未来需在实际食品体系中进一步验证其抑制效果，并评估感官品质、安全性及适宜添加量。
