多元醇替代蔗糖对熏鸡中多环芳烃（PAHs）、5-羟甲基糠醛（HMF）、活性羰基化合物（RCS）及致突变性的影响

《Food Control》：Effects of sucrose-to-polyol substitution on polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), 5-hydroxymethylfurfural (HMF), reactive carbonyl species (RCS), and mutagenicity in smoked chicken

　　

• 多元醇链长（C4-C12）影响PAH?、HMF和RCS的生成减少程度。
• 与蔗糖相比，赤藓糖醇/木糖醇将PAH?和RCS降低了约60-75%。
• 糖醇将HMF降至无法检出水平（LOQ），并降低了脂质氧化水平。
• 在Ames MPF试验中，糖醇产生的TA98反应微弱或无反应。
• 糖醇替代方案为烟熏肉的安全性提供了一种切实可行的策略。

引言

多环芳烃（PAHs）、5-羟甲基糠醛（HMF）以及活性羰基化合物（RCS）（如甲醛、乙醛、丙醛、乙二醛（GO）、甲基乙二醛（MGO））是高温烹饪和烟熏过程中形成的代表性热降解产物。由于这些化合物具有致癌性、致突变性和细胞毒性作用，并且有引起DNA损伤的潜在风险，因此是食品安全的关注重点（Liu等，2020；Lu、Zhang、Zhou、Cai和Xu，2024；Martins、Alcantara、Silva、Melchert和Rocha，2022；Awulu，2023；Vijayraghavan和Saini，2023）。

在PAHs中，苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[a]蒽和苯并[ghi]芘这四种化合物被统称为PAH?。国际癌症研究机构（IARC）将苯并[a]芘列为人类致癌物（1类），其余三种PAH?化合物则被列可能对人体致癌（2B类）（Cancer，2012）。因此，欧盟（欧盟委员会法规[EU]第835/2011号）以及韩国等多国已对食品中的PAHs设定了限量标准。在食品中，PAHs主要通过不完全燃烧和热碳化过程形成，涉及脂质来源自由基与通过美拉德反应以及不饱和脂肪酸氧化环化生成的芳香族前体的反应（Du等，2025；Ledesma、Rendueles和Díaz，2016；Sampaio等，2021）。近期的检出研究进一步表明，PAHs水平随食品基质和加工条件而变化，包括生土豆制品与热加工土豆制品之间的差异，以及在商业婴儿食品中检出PAHs（Moazzen等，2022；Shariatifar等，2024）。

与主要与燃烧相关途径有关的PAHs不同，HMF是一种呋喃类化合物，在热加工过程中通过糖降解和美拉德反应形成（Choudhary等，2021；Martins、Alcantara、Silva、Melchert和Rocha，2022）。特别是，HMF可通过葡萄糖和果糖在加热过程中的脱水反应形成，尤其在酸性条件下（Yang、Zhang、Li、Huang和Miao，2019）。据报道，HMF具有致突变和致癌潜力，特别是在转化为5-磺酸基羟甲基糠醛（5-SMF）之后（Capuano和Fogliano，2011）。

活性羰基化合物（RCS）是在高温食品加工（包括烟熏和烧烤）过程中产生的具有毒理学相关性的低分子量羰基化合物（El-Maghrabey等，2021）。在食品中，RCS主要通过脂质氧化和不饱和脂肪酸降解、碳水化合物热降解以及美拉德型反应形成（Scianò等，2025）。甲醛可在碳水化合物热降解过程中形成，而乙醛和丙醛则可能来源于脂肪酸降解和氧化（Baker、Coburn和Liu，2006；Moumtaz等，2019；Seitz和Stickel，2007）。

热降解产物的形成受加工条件强烈影响，烟熏过程尤其值得关注，因为多种反应途径同时进行。在烟熏过程中，来自木质纤维素材料的燃烧衍生物沉积在食品表面（Hitzel、P?hlmann、Schw?gele、Speer和Jira，2013），同时美拉德反应、焦糖化和脂质氧化也在并发进行（Ledesma等，2016）。燃烧沉积物与热致反应的共存使烟熏成为一个可同时评估PAH?、HMF和RCS的相关加工体系。

PAHs、HMF和RCS的形成不仅取决于热加工条件，还取决于食品组成。特别是，还原糖促进美拉德反应和焦糖化，而不饱和脂质则发生氧化和热降解，产生参与污染物形成的前体物质（Inbaraj、Lai和Chen，2024）。因此，越来越多的关注集中在肉腌料中使用的甜味剂对高温烹饪过程中热降解产物形成的影响上（?elik、Alag?z、?en Arslan和Sar??oban，2025；H.-Y. Kim等，2015；Mirza Alizadeh、Mohammadi、Hashempour-baltork、Hosseini和Shahidi，2025）。蔗糖常被用作肉腌料中的甜味剂，有助于风味和色泽的形成。在高温条件下，蔗糖可水解为葡萄糖和果糖，后者随后参与热降解产物形成的相关反应（Capuano和Fogliano，2011；Rutkowska、Baranowski、Antoniewska-Krzeska和Kostyra，2023）。

糖醇越来越多地被用作低卡路里和无糖食品中蔗糖的替代品，因为它们通常比蔗糖提供的热量少（BeMiller，2018；den Hartog等，2010；Ding和Yang，2021）。由于糖醇缺乏游离羰基，它们在美拉德型反应的初始阶段通常表现出比还原糖更低的反应活性（Grembecka，2015；Sadowska-Rociek、Cie?lik和Sieja，2017）。这些化学性质表明，将其用于肉腌料中可能减少热降解产物的形成（Guo等，2019）。

先前的研究主要调查了简化模型系统中传统糖的过程诱导污染物的形成，限制了其研究结果在复杂肉基质中的适用性（Santagapita等，2018；Woo等，2015；Wu等，2012）。对糖醇的研究主要集中在其物理化学和功能特性、抗氧化活性或模型系统中的热诱导反应上（Grembecka，2015；Huang等，2024）。虽然据报道用糖醇替代蔗糖可减少加工肉制品中的脂质氧化（Jang等，2015；Kang等，2007），但它们在烟熏肉中对多类过程诱导污染物的影响仍然知之甚少。因此，本研究旨在确定糖醇的类型和浓度如何影响在相同烟熏条件下PAH?、HMF、挥发性醛类和α-二羰基化合物的同时形成。同时评估这些污染物以及褐变、脂质氧化和致突变性的指标，可能为判断糖醇替代是否为提高烟熏肉产品化学安全性的可行配方策略提供更全面的依据。

本研究调查了蔗糖和四种糖醇（木糖醇、赤藓糖醇、山梨糖醇和麦芽糖醇）以不同浓度施加对烟熏鸡肉模型中过程诱导污染物形成的影响。将绞碎鸡肉饼以选定浓度添加蔗糖或糖醇配制，在4°C下腌制4小时，然后在200°C下烟熏60分钟进行化学和致突变性分析。PAH?和α-二羰基化合物乙二醛和甲基乙二醛通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）测定，而HMF和三种挥发性醛类（甲醛、乙醛和丙醛）通过高效液相色谱紫外检测器（HPLC-UV）定量分析。褐变指数（BI）、希夫试剂反应性醛类吸光值和硫代巴比妥酸反应性物质（TBARS）分别作为非酶促褐变、羰基相关反应和脂质氧化的指标进行测定。还测定了DNS反应性化合物、水分含量和水活度，以有助于解释烟熏过程中处理依赖性变化。致突变活性使用Ames微板波动（MPF）试验进行评估。本研究旨在确定用糖醇替代蔗糖能否同时减少PAH?、HMF和活性羰基化合物的形成，从而为改善烟熏肉产品的化学安全性提供切实可行的策略。

部分片段

试剂

所有试剂均为HPLC级。水取自Milli-Q水纯化系统（Billerica，MA，美国）。氢氧化钾（KOH；95%，CAS号1310-58-3）、乙醇（CAS号64-17-5）、水（CAS号7732-18-5）、N,N-二甲基甲酰胺（CAS号68-12-2）、0.1N KOH乙醇溶液和0.1N硫代硫酸钠溶液购自Samchun Chemicals（韩国首尔）。二氯甲烷（DCM；CAS号75-09-2）、正己烷（CAS号110-54-3）、乙腈（CAS号75-05-8）、

基于ΣPAH?形成优化烟熏时间

PAH?是烟熏肉和肉制品的关键监管指标；欧盟已设定BaP最高限量为2 μg/kg，ΣPAH?最高限量为12 μg/kg（欧盟委员会法规[EU] 2023/915）。因此，评估PAH?形成随烟熏时间变化的情况是必要的，以便选择后续实验的烟熏时长。为此，对照样品分别烟熏15、30、45、60和75分钟（表1）。PAH?水平随烟熏

结论 结论修改完毕请勿更改

本研究结果表明，用糖醇替代蔗糖通常可减少对烟熏鸡肉中PAH?、HMF、挥发性醛类和α-二羰基化合物的形成。在所测试的多元醇中，赤藓糖醇和木糖醇表现出最大的整体缓解效果。这些减少伴随着非酶促褐变、希夫试剂反应性化合物、脂质氧化和致突变反应的较低水平，而蔗糖则促进过程诱导污染物的形成。

CRediT作者贡献声明

Hanseung Shin：撰写——审阅与编辑，监督。Kyung-Jik Lim：撰写——初稿，方法学，数据管理，概念化。Ga-Yeong Lim：撰写——初稿，验证，方法学，形式分析，概念化。

未引用参考文献

EFSA Panel on Food Contact Materials, E., Flavourings, & Aids, P., 2010; European Commission, 2011; Rose et al., 2015.

利益冲突声明

作者声明，本研究的开展不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系。

伦理批准

不适用——本研究不涉及人类受试者或活体动物。

数据可用性声明

支持本文结论的原始数据将由通讯作者在合理请求下提供。

数据可用性声明

支持本文结论的原始数据可由通讯作者在合理请求下提供。

资金来源

本研究受韩国国家研究基金会（NRF，编号RS-2024-00334077）资助。

利益冲突声明

? 作者声明，不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢各自所属机构提供的支持。H. S. Shin感谢韩国东国大学提供的支持。本研究受韩国国家研究基金会（NRF，编号RS-2024-00334077）资助。

Ga-Yeong Lim|Kyung-Jik Lim|Han-Seung Shin