液相色谱质谱联用法结合主成分分析考察食品中前体物质对杂环胺生成的影响
陈洁等
摘要：为了考察不同温度条件下前体物质及其含量对杂环胺生成的影响，采用超高效液相色谱串联质谱法定性定量分析了不同温度（200 ℃， 230 ℃和270 ℃）、不同前体物质种类（葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸）以及不同添加量（添加1倍和2倍原料牛肉中的含量）条件下， 烤牛肉饼中的17种极性和非极性杂环胺，采用主成分分析考察了温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响，并筛选出了受到影响的关键杂环胺。结果表明，3种温度条件下杂环胺的生成具有较明显的差异；200 ℃条件下前体物质的种类对杂环胺生成的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下则有较大的影响；对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸，3种温度下添加量对杂环胺的生成均影响较小；而对于苯丙氨酸和色氨酸，200℃条件下添加量对杂环胺生成的影响较小， 230 ℃和270 ℃条件下添加量对杂环胺生成的影响则较大。由主成分分析载荷图筛选出4种杂环胺（Harman、Norharman、MeIQx和PhIP）为温度、前体物质及其添加量影响的关键杂环胺。本方法可用于各种因素对杂环胺生成的影响研究以及相关关键杂环胺的筛选。
关键词：液相色谱质谱联用；主成分分析；加工食品；前体物质；杂环胺
1引言
杂环胺为富含蛋白质的食品在高温加工过程中产生的一类有害物质，具有明显的致癌致突变作用[1]。出于食品安全性的考虑，加工食品中杂环胺的生成机制及影响因素受到了广泛关注[2]。杂环胺由于结构复杂多样，其生成机制亦有较大差异， 如极性杂环胺PhIP由苯丙氨酸与肌酸酐反应生成[3]， 极性杂环胺IQ和IQx被认为是由肌酸酐、糖、游离氨基酸以及一些二肽在加热过程中通过美拉德反应和Strecker降解生成[4]，非极性杂环胺的生成则并不依赖肌酸酐作为前体物质，其生成机制比较普遍的一种假说是自由基反应 [5]。大量研究表明，加工方式[6]、加工时间、温度和前体物质[7]以及加工程度[8]等因素对杂环胺的生成具有较大的影响[8]。
食品是一个非常复杂的分析体系，含有大量杂环胺的前体及其它相关物质，这些物质如何影响杂环胺的生成，它们之间是否会产生相互作用，这些都是阐明杂环胺生成机制而需要解决的重要问题。关于前体物质对杂环胺生成的研究已有文献报道，如有研究表明，糖类物质在苯丙氨酸和肌酸酐生成PhIP的过程中具有一定的作用，如葡萄糖尽管不是生成PhIP的必需前体物质[9]，但对该反应有浓度依赖的促进或抑制作用[10]。当苯丙氨酸与肌酸酐溶于水并在37℃和60℃加热时，四糖（赤藓糖）在PhIP的生成中具有最高的活性，而阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖则不具有活性[11]。然而，系统地考察加工食品中前体物质及其添加量在不同温度条件下对杂环胺生成的影响尚未见报道。杂环胺的定性与定量分析常采用高效液相色谱结合紫外[12]或荧光[13]检测，气相色谱质谱联用[14]或液相色谱质谱联用[15，16]，然而，由于杂环胺的含量通常很低，样品预处理后仍然有较大干扰，紫外检测难以准确定性和定量，而荧光检测则局限于可产生荧光信号的杂环胺，气相色谱质谱联用则由于大部分杂环胺极性较大且难挥发而只适用于部分杂环胺的分析。因此，本研究采用超高效液相色谱串联质谱法分析烤牛肉饼中17种极性和非极性杂环胺，并在此基础上采用主成分分析探讨不同温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响及关键杂环胺，能够为加工食品中杂环胺的生成机制研究提供参考。
2实验部分
2.1仪器与试剂
HP 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；UPLCTQD 超高效液相色谱串联四极杆质谱联用仪（美国Waters公司）；固相萃取装置（美国Supelco公司）；MD2002型氮吹仪（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；YDTD超声清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。
2.2原料牛肉中前体物质的分析
食品中葡萄糖的分析采用文献[17，18]的方法；肌酸的分析采用文献[19]的方法；肌酸酐的分析采用文献[20]的方法；苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸采用高效液相色谱法分析[21]。
2.4液相色谱质谱分析条件
2.5化学计量学分析
采用主成分分析考察温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。本实验中共考察了3个温度， 6种前体物质和2个添加水平，共36个样本，将17种杂环胺的含量作为变量，则本实验中的数据构成36×17阶矩阵。将这个矩阵的中的36个行向量分别按照温度、前体物质种类以及添加量重新排列组合成3个36×17阶矩阵，以考察温度，前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。主成分分析程序采用Matlab 7.0编写，数据分析前进行中心化处理。
3结果与讨论
3.1牛肉中杂环胺及其前体物质的分析
3.2不同温度条件下生成杂环胺的主成分分析
为了考察在不同烤制温度条件下牛肉饼中前体物质对杂环胺生成的影响，将数据矩阵进行主成分分析后按照牛肉饼的烤制温度将样品分成3组进行分析，图2为样品的主成分分析得分图。由图2可知，3种温度下生成杂环胺的样品点在主成分1的方向上有较明显的分离趋势，200 ℃的样品点分布在最左边，270 ℃的样本点在最右边，而230 ℃的样品点则在中间，表明在3种不同温度下生成的17种杂环胺谱有较明显的差异。另外，由于同一个温度条件下的样本点由不同前体物质和不同添加量的样本组成，而200 ℃的样本点较紧密，230 ℃和270 ℃的样本点较分散，表明200 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响较小，而在230 ℃和270 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响则较大。进一步分析发现，230 ℃和270 ℃分别有两个点远离所属的样品簇，如图2圈中标记，分别为230 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本以及270 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本。结果表明，在230 ℃条件下添加葡萄糖生成的杂环胺谱更接近于200℃杂环胺的生成情况，而在270 ℃条件下添加葡萄糖则更接近于230 ℃的情况。
3.3不同前体物质种类条件下生成杂环胺的主成分分析
将3.2节中主成分分析得分图的样本点按照葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸分成6组进行分析，以考察前体物质种类对杂环胺生成的影响（图3）。为了区别不同温度条件下的样本点，圈中分别标示了两个230 ℃和270 ℃的样本点，而方框中则为200 ℃的样本点，最右边为270 ℃的样本点，而中间未标出的则为230 ℃的样本点。对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸而言，3种温度条件下不同添加量的样本点之间的距离均较小，即对杂环胺生成的影响较小。苯丙氨酸和色氨酸在200 ℃条件下添加量对杂环胺的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下添加不同量前体物质样本点之间的距离较远，表明对杂环胺的生成影响较大。
摘要：为了考察不同温度条件下前体物质及其含量对杂环胺生成的影响，采用超高效液相色谱串联质谱法定性定量分析了不同温度（200 ℃， 230 ℃和270 ℃）、不同前体物质种类（葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸）以及不同添加量（添加1倍和2倍原料牛肉中的含量）条件下， 烤牛肉饼中的17种极性和非极性杂环胺，采用主成分分析考察了温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响，并筛选出了受到影响的关键杂环胺。结果表明，3种温度条件下杂环胺的生成具有较明显的差异；200 ℃条件下前体物质的种类对杂环胺生成的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下则有较大的影响；对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸，3种温度下添加量对杂环胺的生成均影响较小；而对于苯丙氨酸和色氨酸，200℃条件下添加量对杂环胺生成的影响较小， 230 ℃和270 ℃条件下添加量对杂环胺生成的影响则较大。由主成分分析载荷图筛选出4种杂环胺（Harman、Norharman、MeIQx和PhIP）为温度、前体物质及其添加量影响的关键杂环胺。本方法可用于各种因素对杂环胺生成的影响研究以及相关关键杂环胺的筛选。
关键词：液相色谱质谱联用；主成分分析；加工食品；前体物质；杂环胺
1引言
杂环胺为富含蛋白质的食品在高温加工过程中产生的一类有害物质，具有明显的致癌致突变作用[1]。出于食品安全性的考虑，加工食品中杂环胺的生成机制及影响因素受到了广泛关注[2]。杂环胺由于结构复杂多样，其生成机制亦有较大差异， 如极性杂环胺PhIP由苯丙氨酸与肌酸酐反应生成[3]， 极性杂环胺IQ和IQx被认为是由肌酸酐、糖、游离氨基酸以及一些二肽在加热过程中通过美拉德反应和Strecker降解生成[4]，非极性杂环胺的生成则并不依赖肌酸酐作为前体物质，其生成机制比较普遍的一种假说是自由基反应 [5]。大量研究表明，加工方式[6]、加工时间、温度和前体物质[7]以及加工程度[8]等因素对杂环胺的生成具有较大的影响[8]。
食品是一个非常复杂的分析体系，含有大量杂环胺的前体及其它相关物质，这些物质如何影响杂环胺的生成，它们之间是否会产生相互作用，这些都是阐明杂环胺生成机制而需要解决的重要问题。关于前体物质对杂环胺生成的研究已有文献报道，如有研究表明，糖类物质在苯丙氨酸和肌酸酐生成PhIP的过程中具有一定的作用，如葡萄糖尽管不是生成PhIP的必需前体物质[9]，但对该反应有浓度依赖的促进或抑制作用[10]。当苯丙氨酸与肌酸酐溶于水并在37℃和60℃加热时，四糖（赤藓糖）在PhIP的生成中具有最高的活性，而阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖则不具有活性[11]。然而，系统地考察加工食品中前体物质及其添加量在不同温度条件下对杂环胺生成的影响尚未见报道。杂环胺的定性与定量分析常采用高效液相色谱结合紫外[12]或荧光[13]检测，气相色谱质谱联用[14]或液相色谱质谱联用[15，16]，然而，由于杂环胺的含量通常很低，样品预处理后仍然有较大干扰，紫外检测难以准确定性和定量，而荧光检测则局限于可产生荧光信号的杂环胺，气相色谱质谱联用则由于大部分杂环胺极性较大且难挥发而只适用于部分杂环胺的分析。因此，本研究采用超高效液相色谱串联质谱法分析烤牛肉饼中17种极性和非极性杂环胺，并在此基础上采用主成分分析探讨不同温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响及关键杂环胺，能够为加工食品中杂环胺的生成机制研究提供参考。
2实验部分
2.1仪器与试剂
HP 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；UPLCTQD 超高效液相色谱串联四极杆质谱联用仪（美国Waters公司）；固相萃取装置（美国Supelco公司）；MD2002型氮吹仪（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；YDTD超声清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。
2.2原料牛肉中前体物质的分析
食品中葡萄糖的分析采用文献[17，18]的方法；肌酸的分析采用文献[19]的方法；肌酸酐的分析采用文献[20]的方法；苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸采用高效液相色谱法分析[21]。
2.4液相色谱质谱分析条件
2.5化学计量学分析
采用主成分分析考察温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。本实验中共考察了3个温度， 6种前体物质和2个添加水平，共36个样本，将17种杂环胺的含量作为变量，则本实验中的数据构成36×17阶矩阵。将这个矩阵的中的36个行向量分别按照温度、前体物质种类以及添加量重新排列组合成3个36×17阶矩阵，以考察温度，前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。主成分分析程序采用Matlab 7.0编写，数据分析前进行中心化处理。
3结果与讨论
3.1牛肉中杂环胺及其前体物质的分析
3.2不同温度条件下生成杂环胺的主成分分析
为了考察在不同烤制温度条件下牛肉饼中前体物质对杂环胺生成的影响，将数据矩阵进行主成分分析后按照牛肉饼的烤制温度将样品分成3组进行分析，图2为样品的主成分分析得分图。由图2可知，3种温度下生成杂环胺的样品点在主成分1的方向上有较明显的分离趋势，200 ℃的样品点分布在最左边，270 ℃的样本点在最右边，而230 ℃的样品点则在中间，表明在3种不同温度下生成的17种杂环胺谱有较明显的差异。另外，由于同一个温度条件下的样本点由不同前体物质和不同添加量的样本组成，而200 ℃的样本点较紧密，230 ℃和270 ℃的样本点较分散，表明200 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响较小，而在230 ℃和270 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响则较大。进一步分析发现，230 ℃和270 ℃分别有两个点远离所属的样品簇，如图2圈中标记，分别为230 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本以及270 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本。结果表明，在230 ℃条件下添加葡萄糖生成的杂环胺谱更接近于200℃杂环胺的生成情况，而在270 ℃条件下添加葡萄糖则更接近于230 ℃的情况。
3.3不同前体物质种类条件下生成杂环胺的主成分分析
将3.2节中主成分分析得分图的样本点按照葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸分成6组进行分析，以考察前体物质种类对杂环胺生成的影响（图3）。为了区别不同温度条件下的样本点，圈中分别标示了两个230 ℃和270 ℃的样本点，而方框中则为200 ℃的样本点，最右边为270 ℃的样本点，而中间未标出的则为230 ℃的样本点。对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸而言，3种温度条件下不同添加量的样本点之间的距离均较小，即对杂环胺生成的影响较小。苯丙氨酸和色氨酸在200 ℃条件下添加量对杂环胺的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下添加不同量前体物质样本点之间的距离较远，表明对杂环胺的生成影响较大。
摘要：为了考察不同温度条件下前体物质及其含量对杂环胺生成的影响，采用超高效液相色谱串联质谱法定性定量分析了不同温度（200 ℃， 230 ℃和270 ℃）、不同前体物质种类（葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸）以及不同添加量（添加1倍和2倍原料牛肉中的含量）条件下， 烤牛肉饼中的17种极性和非极性杂环胺，采用主成分分析考察了温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响，并筛选出了受到影响的关键杂环胺。结果表明，3种温度条件下杂环胺的生成具有较明显的差异；200 ℃条件下前体物质的种类对杂环胺生成的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下则有较大的影响；对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸，3种温度下添加量对杂环胺的生成均影响较小；而对于苯丙氨酸和色氨酸，200℃条件下添加量对杂环胺生成的影响较小， 230 ℃和270 ℃条件下添加量对杂环胺生成的影响则较大。由主成分分析载荷图筛选出4种杂环胺（Harman、Norharman、MeIQx和PhIP）为温度、前体物质及其添加量影响的关键杂环胺。本方法可用于各种因素对杂环胺生成的影响研究以及相关关键杂环胺的筛选。
关键词：液相色谱质谱联用；主成分分析；加工食品；前体物质；杂环胺
1引言
杂环胺为富含蛋白质的食品在高温加工过程中产生的一类有害物质，具有明显的致癌致突变作用[1]。出于食品安全性的考虑，加工食品中杂环胺的生成机制及影响因素受到了广泛关注[2]。杂环胺由于结构复杂多样，其生成机制亦有较大差异， 如极性杂环胺PhIP由苯丙氨酸与肌酸酐反应生成[3]， 极性杂环胺IQ和IQx被认为是由肌酸酐、糖、游离氨基酸以及一些二肽在加热过程中通过美拉德反应和Strecker降解生成[4]，非极性杂环胺的生成则并不依赖肌酸酐作为前体物质，其生成机制比较普遍的一种假说是自由基反应 [5]。大量研究表明，加工方式[6]、加工时间、温度和前体物质[7]以及加工程度[8]等因素对杂环胺的生成具有较大的影响[8]。
食品是一个非常复杂的分析体系，含有大量杂环胺的前体及其它相关物质，这些物质如何影响杂环胺的生成，它们之间是否会产生相互作用，这些都是阐明杂环胺生成机制而需要解决的重要问题。关于前体物质对杂环胺生成的研究已有文献报道，如有研究表明，糖类物质在苯丙氨酸和肌酸酐生成PhIP的过程中具有一定的作用，如葡萄糖尽管不是生成PhIP的必需前体物质[9]，但对该反应有浓度依赖的促进或抑制作用[10]。当苯丙氨酸与肌酸酐溶于水并在37℃和60℃加热时，四糖（赤藓糖）在PhIP的生成中具有最高的活性，而阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖则不具有活性[11]。然而，系统地考察加工食品中前体物质及其添加量在不同温度条件下对杂环胺生成的影响尚未见报道。杂环胺的定性与定量分析常采用高效液相色谱结合紫外[12]或荧光[13]检测，气相色谱质谱联用[14]或液相色谱质谱联用[15，16]，然而，由于杂环胺的含量通常很低，样品预处理后仍然有较大干扰，紫外检测难以准确定性和定量，而荧光检测则局限于可产生荧光信号的杂环胺，气相色谱质谱联用则由于大部分杂环胺极性较大且难挥发而只适用于部分杂环胺的分析。因此，本研究采用超高效液相色谱串联质谱法分析烤牛肉饼中17种极性和非极性杂环胺，并在此基础上采用主成分分析探讨不同温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响及关键杂环胺，能够为加工食品中杂环胺的生成机制研究提供参考。
2实验部分
2.1仪器与试剂
HP 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；UPLCTQD 超高效液相色谱串联四极杆质谱联用仪（美国Waters公司）；固相萃取装置（美国Supelco公司）；MD2002型氮吹仪（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；YDTD超声清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。
2.2原料牛肉中前体物质的分析
食品中葡萄糖的分析采用文献[17，18]的方法；肌酸的分析采用文献[19]的方法；肌酸酐的分析采用文献[20]的方法；苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸采用高效液相色谱法分析[21]。
2.4液相色谱质谱分析条件
2.5化学计量学分析
采用主成分分析考察温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。本实验中共考察了3个温度， 6种前体物质和2个添加水平，共36个样本，将17种杂环胺的含量作为变量，则本实验中的数据构成36×17阶矩阵。将这个矩阵的中的36个行向量分别按照温度、前体物质种类以及添加量重新排列组合成3个36×17阶矩阵，以考察温度，前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。主成分分析程序采用Matlab 7.0编写，数据分析前进行中心化处理。
3结果与讨论
3.1牛肉中杂环胺及其前体物质的分析
3.2不同温度条件下生成杂环胺的主成分分析
为了考察在不同烤制温度条件下牛肉饼中前体物质对杂环胺生成的影响，将数据矩阵进行主成分分析后按照牛肉饼的烤制温度将样品分成3组进行分析，图2为样品的主成分分析得分图。由图2可知，3种温度下生成杂环胺的样品点在主成分1的方向上有较明显的分离趋势，200 ℃的样品点分布在最左边，270 ℃的样本点在最右边，而230 ℃的样品点则在中间，表明在3种不同温度下生成的17种杂环胺谱有较明显的差异。另外，由于同一个温度条件下的样本点由不同前体物质和不同添加量的样本组成，而200 ℃的样本点较紧密，230 ℃和270 ℃的样本点较分散，表明200 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响较小，而在230 ℃和270 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响则较大。进一步分析发现，230 ℃和270 ℃分别有两个点远离所属的样品簇，如图2圈中标记，分别为230 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本以及270 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本。结果表明，在230 ℃条件下添加葡萄糖生成的杂环胺谱更接近于200℃杂环胺的生成情况，而在270 ℃条件下添加葡萄糖则更接近于230 ℃的情况。
3.3不同前体物质种类条件下生成杂环胺的主成分分析
将3.2节中主成分分析得分图的样本点按照葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸分成6组进行分析，以考察前体物质种类对杂环胺生成的影响（图3）。为了区别不同温度条件下的样本点，圈中分别标示了两个230 ℃和270 ℃的样本点，而方框中则为200 ℃的样本点，最右边为270 ℃的样本点，而中间未标出的则为230 ℃的样本点。对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸而言，3种温度条件下不同添加量的样本点之间的距离均较小，即对杂环胺生成的影响较小。苯丙氨酸和色氨酸在200 ℃条件下添加量对杂环胺的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下添加不同量前体物质样本点之间的距离较远，表明对杂环胺的生成影响较大。
摘要：为了考察不同温度条件下前体物质及其含量对杂环胺生成的影响，采用超高效液相色谱串联质谱法定性定量分析了不同温度（200 ℃， 230 ℃和270 ℃）、不同前体物质种类（葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸）以及不同添加量（添加1倍和2倍原料牛肉中的含量）条件下， 烤牛肉饼中的17种极性和非极性杂环胺，采用主成分分析考察了温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响，并筛选出了受到影响的关键杂环胺。结果表明，3种温度条件下杂环胺的生成具有较明显的差异；200 ℃条件下前体物质的种类对杂环胺生成的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下则有较大的影响；对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸，3种温度下添加量对杂环胺的生成均影响较小；而对于苯丙氨酸和色氨酸，200℃条件下添加量对杂环胺生成的影响较小， 230 ℃和270 ℃条件下添加量对杂环胺生成的影响则较大。由主成分分析载荷图筛选出4种杂环胺（Harman、Norharman、MeIQx和PhIP）为温度、前体物质及其添加量影响的关键杂环胺。本方法可用于各种因素对杂环胺生成的影响研究以及相关关键杂环胺的筛选。
关键词：液相色谱质谱联用；主成分分析；加工食品；前体物质；杂环胺
1引言
杂环胺为富含蛋白质的食品在高温加工过程中产生的一类有害物质，具有明显的致癌致突变作用[1]。出于食品安全性的考虑，加工食品中杂环胺的生成机制及影响因素受到了广泛关注[2]。杂环胺由于结构复杂多样，其生成机制亦有较大差异， 如极性杂环胺PhIP由苯丙氨酸与肌酸酐反应生成[3]， 极性杂环胺IQ和IQx被认为是由肌酸酐、糖、游离氨基酸以及一些二肽在加热过程中通过美拉德反应和Strecker降解生成[4]，非极性杂环胺的生成则并不依赖肌酸酐作为前体物质，其生成机制比较普遍的一种假说是自由基反应 [5]。大量研究表明，加工方式[6]、加工时间、温度和前体物质[7]以及加工程度[8]等因素对杂环胺的生成具有较大的影响[8]。
食品是一个非常复杂的分析体系，含有大量杂环胺的前体及其它相关物质，这些物质如何影响杂环胺的生成，它们之间是否会产生相互作用，这些都是阐明杂环胺生成机制而需要解决的重要问题。关于前体物质对杂环胺生成的研究已有文献报道，如有研究表明，糖类物质在苯丙氨酸和肌酸酐生成PhIP的过程中具有一定的作用，如葡萄糖尽管不是生成PhIP的必需前体物质[9]，但对该反应有浓度依赖的促进或抑制作用[10]。当苯丙氨酸与肌酸酐溶于水并在37℃和60℃加热时，四糖（赤藓糖）在PhIP的生成中具有最高的活性，而阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖则不具有活性[11]。然而，系统地考察加工食品中前体物质及其添加量在不同温度条件下对杂环胺生成的影响尚未见报道。杂环胺的定性与定量分析常采用高效液相色谱结合紫外[12]或荧光[13]检测，气相色谱质谱联用[14]或液相色谱质谱联用[15，16]，然而，由于杂环胺的含量通常很低，样品预处理后仍然有较大干扰，紫外检测难以准确定性和定量，而荧光检测则局限于可产生荧光信号的杂环胺，气相色谱质谱联用则由于大部分杂环胺极性较大且难挥发而只适用于部分杂环胺的分析。因此，本研究采用超高效液相色谱串联质谱法分析烤牛肉饼中17种极性和非极性杂环胺，并在此基础上采用主成分分析探讨不同温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响及关键杂环胺，能够为加工食品中杂环胺的生成机制研究提供参考。
2实验部分
2.1仪器与试剂
HP 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；UPLCTQD 超高效液相色谱串联四极杆质谱联用仪（美国Waters公司）；固相萃取装置（美国Supelco公司）；MD2002型氮吹仪（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；YDTD超声清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。
2.2原料牛肉中前体物质的分析
食品中葡萄糖的分析采用文献[17，18]的方法；肌酸的分析采用文献[19]的方法；肌酸酐的分析采用文献[20]的方法；苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸采用高效液相色谱法分析[21]。
2.4液相色谱质谱分析条件
2.5化学计量学分析
采用主成分分析考察温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。本实验中共考察了3个温度， 6种前体物质和2个添加水平，共36个样本，将17种杂环胺的含量作为变量，则本实验中的数据构成36×17阶矩阵。将这个矩阵的中的36个行向量分别按照温度、前体物质种类以及添加量重新排列组合成3个36×17阶矩阵，以考察温度，前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。主成分分析程序采用Matlab 7.0编写，数据分析前进行中心化处理。
3结果与讨论
3.1牛肉中杂环胺及其前体物质的分析
3.2不同温度条件下生成杂环胺的主成分分析
为了考察在不同烤制温度条件下牛肉饼中前体物质对杂环胺生成的影响，将数据矩阵进行主成分分析后按照牛肉饼的烤制温度将样品分成3组进行分析，图2为样品的主成分分析得分图。由图2可知，3种温度下生成杂环胺的样品点在主成分1的方向上有较明显的分离趋势，200 ℃的样品点分布在最左边，270 ℃的样本点在最右边，而230 ℃的样品点则在中间，表明在3种不同温度下生成的17种杂环胺谱有较明显的差异。另外，由于同一个温度条件下的样本点由不同前体物质和不同添加量的样本组成，而200 ℃的样本点较紧密，230 ℃和270 ℃的样本点较分散，表明200 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响较小，而在230 ℃和270 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响则较大。进一步分析发现，230 ℃和270 ℃分别有两个点远离所属的样品簇，如图2圈中标记，分别为230 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本以及270 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本。结果表明，在230 ℃条件下添加葡萄糖生成的杂环胺谱更接近于200℃杂环胺的生成情况，而在270 ℃条件下添加葡萄糖则更接近于230 ℃的情况。
3.3不同前体物质种类条件下生成杂环胺的主成分分析
将3.2节中主成分分析得分图的样本点按照葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸分成6组进行分析，以考察前体物质种类对杂环胺生成的影响（图3）。为了区别不同温度条件下的样本点，圈中分别标示了两个230 ℃和270 ℃的样本点，而方框中则为200 ℃的样本点，最右边为270 ℃的样本点，而中间未标出的则为230 ℃的样本点。对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸而言，3种温度条件下不同添加量的样本点之间的距离均较小，即对杂环胺生成的影响较小。苯丙氨酸和色氨酸在200 ℃条件下添加量对杂环胺的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下添加不同量前体物质样本点之间的距离较远，表明对杂环胺的生成影响较大。
摘要：为了考察不同温度条件下前体物质及其含量对杂环胺生成的影响，采用超高效液相色谱串联质谱法定性定量分析了不同温度（200 ℃， 230 ℃和270 ℃）、不同前体物质种类（葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸）以及不同添加量（添加1倍和2倍原料牛肉中的含量）条件下， 烤牛肉饼中的17种极性和非极性杂环胺，采用主成分分析考察了温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响，并筛选出了受到影响的关键杂环胺。结果表明，3种温度条件下杂环胺的生成具有较明显的差异；200 ℃条件下前体物质的种类对杂环胺生成的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下则有较大的影响；对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸，3种温度下添加量对杂环胺的生成均影响较小；而对于苯丙氨酸和色氨酸，200℃条件下添加量对杂环胺生成的影响较小， 230 ℃和270 ℃条件下添加量对杂环胺生成的影响则较大。由主成分分析载荷图筛选出4种杂环胺（Harman、Norharman、MeIQx和PhIP）为温度、前体物质及其添加量影响的关键杂环胺。本方法可用于各种因素对杂环胺生成的影响研究以及相关关键杂环胺的筛选。
关键词：液相色谱质谱联用；主成分分析；加工食品；前体物质；杂环胺
1引言
杂环胺为富含蛋白质的食品在高温加工过程中产生的一类有害物质，具有明显的致癌致突变作用[1]。出于食品安全性的考虑，加工食品中杂环胺的生成机制及影响因素受到了广泛关注[2]。杂环胺由于结构复杂多样，其生成机制亦有较大差异， 如极性杂环胺PhIP由苯丙氨酸与肌酸酐反应生成[3]， 极性杂环胺IQ和IQx被认为是由肌酸酐、糖、游离氨基酸以及一些二肽在加热过程中通过美拉德反应和Strecker降解生成[4]，非极性杂环胺的生成则并不依赖肌酸酐作为前体物质，其生成机制比较普遍的一种假说是自由基反应 [5]。大量研究表明，加工方式[6]、加工时间、温度和前体物质[7]以及加工程度[8]等因素对杂环胺的生成具有较大的影响[8]。
食品是一个非常复杂的分析体系，含有大量杂环胺的前体及其它相关物质，这些物质如何影响杂环胺的生成，它们之间是否会产生相互作用，这些都是阐明杂环胺生成机制而需要解决的重要问题。关于前体物质对杂环胺生成的研究已有文献报道，如有研究表明，糖类物质在苯丙氨酸和肌酸酐生成PhIP的过程中具有一定的作用，如葡萄糖尽管不是生成PhIP的必需前体物质[9]，但对该反应有浓度依赖的促进或抑制作用[10]。当苯丙氨酸与肌酸酐溶于水并在37℃和60℃加热时，四糖（赤藓糖）在PhIP的生成中具有最高的活性，而阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖则不具有活性[11]。然而，系统地考察加工食品中前体物质及其添加量在不同温度条件下对杂环胺生成的影响尚未见报道。杂环胺的定性与定量分析常采用高效液相色谱结合紫外[12]或荧光[13]检测，气相色谱质谱联用[14]或液相色谱质谱联用[15，16]，然而，由于杂环胺的含量通常很低，样品预处理后仍然有较大干扰，紫外检测难以准确定性和定量，而荧光检测则局限于可产生荧光信号的杂环胺，气相色谱质谱联用则由于大部分杂环胺极性较大且难挥发而只适用于部分杂环胺的分析。因此，本研究采用超高效液相色谱串联质谱法分析烤牛肉饼中17种极性和非极性杂环胺，并在此基础上采用主成分分析探讨不同温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响及关键杂环胺，能够为加工食品中杂环胺的生成机制研究提供参考。
2实验部分
2.1仪器与试剂
HP 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；UPLCTQD 超高效液相色谱串联四极杆质谱联用仪（美国Waters公司）；固相萃取装置（美国Supelco公司）；MD2002型氮吹仪（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；YDTD超声清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。
2.2原料牛肉中前体物质的分析
食品中葡萄糖的分析采用文献[17，18]的方法；肌酸的分析采用文献[19]的方法；肌酸酐的分析采用文献[20]的方法；苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸采用高效液相色谱法分析[21]。
2.4液相色谱质谱分析条件
2.5化学计量学分析
采用主成分分析考察温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。本实验中共考察了3个温度， 6种前体物质和2个添加水平，共36个样本，将17种杂环胺的含量作为变量，则本实验中的数据构成36×17阶矩阵。将这个矩阵的中的36个行向量分别按照温度、前体物质种类以及添加量重新排列组合成3个36×17阶矩阵，以考察温度，前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。主成分分析程序采用Matlab 7.0编写，数据分析前进行中心化处理。
3结果与讨论
3.1牛肉中杂环胺及其前体物质的分析
3.2不同温度条件下生成杂环胺的主成分分析
为了考察在不同烤制温度条件下牛肉饼中前体物质对杂环胺生成的影响，将数据矩阵进行主成分分析后按照牛肉饼的烤制温度将样品分成3组进行分析，图2为样品的主成分分析得分图。由图2可知，3种温度下生成杂环胺的样品点在主成分1的方向上有较明显的分离趋势，200 ℃的样品点分布在最左边，270 ℃的样本点在最右边，而230 ℃的样品点则在中间，表明在3种不同温度下生成的17种杂环胺谱有较明显的差异。另外，由于同一个温度条件下的样本点由不同前体物质和不同添加量的样本组成，而200 ℃的样本点较紧密，230 ℃和270 ℃的样本点较分散，表明200 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响较小，而在230 ℃和270 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响则较大。进一步分析发现，230 ℃和270 ℃分别有两个点远离所属的样品簇，如图2圈中标记，分别为230 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本以及270 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本。结果表明，在230 ℃条件下添加葡萄糖生成的杂环胺谱更接近于200℃杂环胺的生成情况，而在270 ℃条件下添加葡萄糖则更接近于230 ℃的情况。
3.3不同前体物质种类条件下生成杂环胺的主成分分析
将3.2节中主成分分析得分图的样本点按照葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸分成6组进行分析，以考察前体物质种类对杂环胺生成的影响（图3）。为了区别不同温度条件下的样本点，圈中分别标示了两个230 ℃和270 ℃的样本点，而方框中则为200 ℃的样本点，最右边为270 ℃的样本点，而中间未标出的则为230 ℃的样本点。对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸而言，3种温度条件下不同添加量的样本点之间的距离均较小，即对杂环胺生成的影响较小。苯丙氨酸和色氨酸在200 ℃条件下添加量对杂环胺的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下添加不同量前体物质样本点之间的距离较远，表明对杂环胺的生成影响较大。
摘要：为了考察不同温度条件下前体物质及其含量对杂环胺生成的影响，采用超高效液相色谱串联质谱法定性定量分析了不同温度（200 ℃， 230 ℃和270 ℃）、不同前体物质种类（葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸）以及不同添加量（添加1倍和2倍原料牛肉中的含量）条件下， 烤牛肉饼中的17种极性和非极性杂环胺，采用主成分分析考察了温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响，并筛选出了受到影响的关键杂环胺。结果表明，3种温度条件下杂环胺的生成具有较明显的差异；200 ℃条件下前体物质的种类对杂环胺生成的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下则有较大的影响；对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸，3种温度下添加量对杂环胺的生成均影响较小；而对于苯丙氨酸和色氨酸，200℃条件下添加量对杂环胺生成的影响较小， 230 ℃和270 ℃条件下添加量对杂环胺生成的影响则较大。由主成分分析载荷图筛选出4种杂环胺（Harman、Norharman、MeIQx和PhIP）为温度、前体物质及其添加量影响的关键杂环胺。本方法可用于各种因素对杂环胺生成的影响研究以及相关关键杂环胺的筛选。
关键词：液相色谱质谱联用；主成分分析；加工食品；前体物质；杂环胺
1引言
杂环胺为富含蛋白质的食品在高温加工过程中产生的一类有害物质，具有明显的致癌致突变作用[1]。出于食品安全性的考虑，加工食品中杂环胺的生成机制及影响因素受到了广泛关注[2]。杂环胺由于结构复杂多样，其生成机制亦有较大差异， 如极性杂环胺PhIP由苯丙氨酸与肌酸酐反应生成[3]， 极性杂环胺IQ和IQx被认为是由肌酸酐、糖、游离氨基酸以及一些二肽在加热过程中通过美拉德反应和Strecker降解生成[4]，非极性杂环胺的生成则并不依赖肌酸酐作为前体物质，其生成机制比较普遍的一种假说是自由基反应 [5]。大量研究表明，加工方式[6]、加工时间、温度和前体物质[7]以及加工程度[8]等因素对杂环胺的生成具有较大的影响[8]。
食品是一个非常复杂的分析体系，含有大量杂环胺的前体及其它相关物质，这些物质如何影响杂环胺的生成，它们之间是否会产生相互作用，这些都是阐明杂环胺生成机制而需要解决的重要问题。关于前体物质对杂环胺生成的研究已有文献报道，如有研究表明，糖类物质在苯丙氨酸和肌酸酐生成PhIP的过程中具有一定的作用，如葡萄糖尽管不是生成PhIP的必需前体物质[9]，但对该反应有浓度依赖的促进或抑制作用[10]。当苯丙氨酸与肌酸酐溶于水并在37℃和60℃加热时，四糖（赤藓糖）在PhIP的生成中具有最高的活性，而阿拉伯糖、核糖、葡萄糖和半乳糖则不具有活性[11]。然而，系统地考察加工食品中前体物质及其添加量在不同温度条件下对杂环胺生成的影响尚未见报道。杂环胺的定性与定量分析常采用高效液相色谱结合紫外[12]或荧光[13]检测，气相色谱质谱联用[14]或液相色谱质谱联用[15，16]，然而，由于杂环胺的含量通常很低，样品预处理后仍然有较大干扰，紫外检测难以准确定性和定量，而荧光检测则局限于可产生荧光信号的杂环胺，气相色谱质谱联用则由于大部分杂环胺极性较大且难挥发而只适用于部分杂环胺的分析。因此，本研究采用超高效液相色谱串联质谱法分析烤牛肉饼中17种极性和非极性杂环胺，并在此基础上采用主成分分析探讨不同温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响及关键杂环胺，能够为加工食品中杂环胺的生成机制研究提供参考。
2实验部分
2.1仪器与试剂
HP 1100高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；UPLCTQD 超高效液相色谱串联四极杆质谱联用仪（美国Waters公司）；固相萃取装置（美国Supelco公司）；MD2002型氮吹仪（金坛市盛蓝仪器制造有限公司）；YDTD超声清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。
2.2原料牛肉中前体物质的分析
食品中葡萄糖的分析采用文献[17，18]的方法；肌酸的分析采用文献[19]的方法；肌酸酐的分析采用文献[20]的方法；苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸采用高效液相色谱法分析[21]。
2.4液相色谱质谱分析条件
2.5化学计量学分析
采用主成分分析考察温度、前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。本实验中共考察了3个温度， 6种前体物质和2个添加水平，共36个样本，将17种杂环胺的含量作为变量，则本实验中的数据构成36×17阶矩阵。将这个矩阵的中的36个行向量分别按照温度、前体物质种类以及添加量重新排列组合成3个36×17阶矩阵，以考察温度，前体物质种类及其添加量对杂环胺生成的影响。主成分分析程序采用Matlab 7.0编写，数据分析前进行中心化处理。
3结果与讨论
3.1牛肉中杂环胺及其前体物质的分析
3.2不同温度条件下生成杂环胺的主成分分析
为了考察在不同烤制温度条件下牛肉饼中前体物质对杂环胺生成的影响，将数据矩阵进行主成分分析后按照牛肉饼的烤制温度将样品分成3组进行分析，图2为样品的主成分分析得分图。由图2可知，3种温度下生成杂环胺的样品点在主成分1的方向上有较明显的分离趋势，200 ℃的样品点分布在最左边，270 ℃的样本点在最右边，而230 ℃的样品点则在中间，表明在3种不同温度下生成的17种杂环胺谱有较明显的差异。另外，由于同一个温度条件下的样本点由不同前体物质和不同添加量的样本组成，而200 ℃的样本点较紧密，230 ℃和270 ℃的样本点较分散，表明200 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响较小，而在230 ℃和270 ℃条件下前体物质的种类及添加量的差异对杂环胺生成的影响则较大。进一步分析发现，230 ℃和270 ℃分别有两个点远离所属的样品簇，如图2圈中标记，分别为230 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本以及270 ℃条件下添加1倍量和2倍量葡萄糖的样本。结果表明，在230 ℃条件下添加葡萄糖生成的杂环胺谱更接近于200℃杂环胺的生成情况，而在270 ℃条件下添加葡萄糖则更接近于230 ℃的情况。
3.3不同前体物质种类条件下生成杂环胺的主成分分析
将3.2节中主成分分析得分图的样本点按照葡萄糖、肌酸、肌酸酐、苯丙氨酸、色氨酸和苏氨酸分成6组进行分析，以考察前体物质种类对杂环胺生成的影响（图3）。为了区别不同温度条件下的样本点，圈中分别标示了两个230 ℃和270 ℃的样本点，而方框中则为200 ℃的样本点，最右边为270 ℃的样本点，而中间未标出的则为230 ℃的样本点。对于葡萄糖、肌酸、肌酸酐和苏氨酸而言，3种温度条件下不同添加量的样本点之间的距离均较小，即对杂环胺生成的影响较小。苯丙氨酸和色氨酸在200 ℃条件下添加量对杂环胺的影响较小，而230 ℃和270 ℃条件下添加不同量前体物质样本点之间的距离较远，表明对杂环胺的生成影响较大。
