胺与杂环化合物(北医大)
肉制品中杂环胺的形成机制及植物提取物对其抑制作用的研究进展
MEAT RESEARCH专题论述CHINA M EAT RESEARCH CENTER肉制品中杂环胺的形成机制及植物提取物对其抑制作用的研究进展阿丽雅，温荣欣，刘馨屿，秦立刚，孔保华，刘 骞，陈 倩*(东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150030)摘 要：肉制品中杂环胺(heterocyclic aromatic amines ，HAAs )主要是由其中的氨基酸、葡萄糖与肌酸(肌酸酐)在高温长时间加工处理下产生的一类多环芳香族化合物，该类物质具有强致癌、致突变作用以及神经、心肌毒性 等。
本文主要介绍H A As 的分类、危害、形成机制及影响因素，并综述植物提取物对肉制品中HAAs 的抑制作用及研究进展，旨在为减控肉制品中的HAAs 提供理论依据。
关键词：肉制品；杂环胺；形成机制；植物提取物；抑制作用Formation Mechanism of Heterocyclic Amines in Meat Products and Inhibition by Plant Extracts: A ReviewA Liya, WEN Rongxin, LIU Xinyu, QIN Ligang, KONG Baohua, LIU Qian, CHEN Qian *(College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)Abstract: Heterocyclic aromatic amines (HAAs) are a series of polycyclic aromatic compounds mainly produced from amino acids, glucose and creatine (creatinine) in meat products during high-temperature processing for a long time. HAAshave strong carcinogenicity, mutagenicity, neurotoxicity, and myocardial toxicity. In this paper, the classification, harms and formation mechanism of HAAs as well as the factors influencing their formation are described, and recent progress inthe inhibition of HAAs in meat products by plant extracts is reviewed, with the aim to provide a theoretical basis for the reduction and regulation of HAAs in meat products.Keywords: meat products; heterocyclic amines; formation mechanism; plant extracts; inhibition effect DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20210309-058中图分类号：TS251.1 文献标志码：A文章编号：1001-8123 (2021) 05-0070-08引文格式：阿丽雅，温荣欣，刘馨屿，等.肉制品中杂环胺的形成机制及植物提取物对其抑制作用的研究进展[J].肉类研究,2021,35(5): 70-77. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20210309-058 . A Liya, WEN Rongxin, LIU Xinyu, et al. Formation mechanism of heterocyclic amines in meat products and inhibition by plant extracts: a review[J]. Meat Research, 2021, 35(5): 70-77. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20210309-058 . 肉和肉制品是人类获取蛋白质、必需氨基酸、多不饱和脂肪酸及维生素等重要营养成分的来源之一，但 经高温长时间加工处理会使肉中的氨基酸、葡萄糖与肌酸(肌酸酐)发生反应，生成一类具有强致癌、致突 变作用的多环芳香族化合物，称为杂环胺(heterocyclicaromatic amines ， HAAs ) ［1］。
有机化学-胺与杂环化合物
第十章：含氮有机化合物
前 言
胺和杂环化合物是两类极其重要的有机含氮化合物：
A：蛋白质的基础物质——氨基酸
B：治疗和控制精神病患者情绪的药物——胺的衍生物
C：储存和传递遗传信息、控制蛋白质合成功能的核酸
D：抗菌消炎的磺胺药物
第十四章：胺和杂环化合物
一、胺的分类和结构
第一节： 胺 类
第一节： 胺 类
四、胺的化学性质
碱性与成盐
B：成 盐：
由于胺具有碱性，不管是否易溶于水，均能定量 地与无机酸反应形成盐。
+ HCI
R — NH3CI
+
R — NH2
：
-
NaOH
R — NH2
：
利用胺的碱性与成盐的性质，可以分离、纯化胺与非碱性化合物的混合物。
NH3
..
H
H
H
112.9°
CH3NH2
..
H
CH3
H
N原子采用sp3不等性杂化成键
NH3 结 构
CH3—NH2 结 构
二、胺的命名
（1）烃基较简单，以胺为母体，烃基作为取代基
二乙胺
N，N-二甲基苯胺
对苯二胺
（2）复杂的胺以烃为母体，氨基作为取代基
2，4-二甲基-2-氨基-3-甲氨基戊烷
四、胺的化学性质
碱性与成盐
A：碱 性：
季铵碱 ＞ 脂肪胺 ＞ NH3 ＞ 芳香胺
H
H
N
H
H
：
R — NH2
+ H2O
R — NH3
+
+ OH—
：
p -π共轭体系的形成,使胺基上的N的电子云向苯环离域化,电子云的密度降低，接受H + 的能力下降 .碱性降低。
胺基合成杂环
胺基合成杂环
胺基合成杂环是一种化学合成中用于制备小分子有机化学产物的
烃基合成方法。
它与典型的催化剂结合及芳香族重排反应，在具有明
显的优势的情况下构筑有机分子的复杂结构。
通常，胺基合成涉及使
用有机酰胺这类胺基活性试剂，在活性酰胺和碱性催化剂之间进行有
机反应，从而产生具有特定框架结构的有机分子。
这种技术具有准确
控制结构及合成抗原、抗体、药物及其他可控聚集物的巨大优势。
胺基合成杂环是一种化学方法，它在化学合成中有着重要的地位，并且在有机合成中应用普遍。
典型的胺基合成杂环反应包括三个步骤：活性的胺组分的形式，与催化剂的亲和力相结合，从而能促进胺的反应；芳香族重排反应使反应产物有机分子结构；以及最终的离子识别，将能够实现反应最终产物形成有机分子框架结构。
这种反应很容易奏效，而且产物的结构可以控制得非常明确，这使得胺基合成杂环在有
机化学合成的发展中占据了重要地位。
胺基合成杂环的发展也带来了众多益处，它使得小分子有机化学
产物的制备更为容易。
它还可以用于构筑抗原、抗体、药物及其他可
控聚集物的复杂结构，也可以用于分子中括号型（Mendelsohn-Simmons）等反应。
此外，这种技术还可以用于取代烯烃偶联反应，以
及合成有机衍生物、水溶性有机多电荷体等实际应用中的各种应用领域。
总而言之，胺基合成杂环是一种以胺基活性试剂与催化剂、芳香
族重排反应相结合能够有效产生具有特定框架结构的有机分子的方法。
它在有机合成、抗原、抗体、药物及其他可控聚集物的制备方面具有
重要的工业应用价值。
中国药科大学有机化学—第十四章杂 环 化 合 物ppt课件
无 反 应 发 生 SO3H N Br N
环上有给电子基时反应相对较易进行
K N O H S O 3/ 浓 2 4 H C 3 N C H 3
o 1 1 0 C
N O 2 H C 3 B r N N H 2 N C H 3
B r O A c 2/ H N N H 2
o 2 0 C
(3) 亲核取代反应
苯并吡咯 吲哚 (indole)
六元杂环
γ 4 5 6 N 1 3β 2 α 5 6 O 1 γ 4 3β 2 α
O 5 6 O 1 4 3 2
5 6
4 3 2 O 1 O
吡啶(pyridine)
4 5 6 N 1 3 N2
吡喃(pyran)
4 5 6 N 1 N 3 2
γ-吡喃酮 (γ-pyrone)
O NH
(氮杂环丙烷) (β-丙内酰胺)
(顺丁烯二酸酐)
七元杂环
O
(氧杂 )
N H
(1H-氮杂 )
2 、芳杂环
五元杂环
O
N O
具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环
呋喃 噁唑
S
N S
噻吩 噻唑
N
N H
N N H
吡咯 咪唑
N H N
吡唑
六元杂环
N
吡啶
N
嘧啶
O
吡喃(无芳香性)
苯并杂环
N N
N H
吲哚
N N H
实例:
五元杂环
4 5
O 1
3β 2α
4 5
S 1
3β 2α
4 5 1N H
3β 2α
呋喃(furan)
噻吩(thiophene)
食品致癌物杂环胺的生物标记物的研究进展
食品致癌物杂环胺的生物标记物的研究进展彭利娟【摘要】高温烹调加工肉类食品过程中所产生的杂环胺（HAAs）是一类具有致突变,致癌作用的物质。
相关流行病研究显示,长期摄入高温烹调的、富含HAAs的肉类食物,提升了前列腺癌、乳腺癌、肠癌的患病风险。
但现有研究成果尚不能对HAAs的摄入与相关癌症风险的关系进行有效评估。
寻找长效、稳定的生物标记物并建立高选择性、高灵敏度的检测方法是该项研究的关键所在。
本综述着重讨论了可能应用于分子流行病学研究中HAAs的生物标记物,包括HAAs、HAA的代谢物、DNA加合物和蛋白质加合物。
同时也对用于HAAs生物监控的分析方法进行了讨论。
【期刊名称】《武汉轻工大学学报》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】11页(P1-11)【关键词】杂环胺;致癌物;生物标记物;代谢物;加合物【作者】彭利娟【作者单位】武汉轻工大学食品科学与工程学院,湖北武汉430023【正文语种】中文【中图分类】TS201.2在鱼肉、红肉、禽肉的高温烹饪处理过程中所产生的杂环胺(heterocyclic aromatic amines, HAAs)是一类之于人类及锯齿类动物具有致突变、致癌变作用的多环芳香族化合物。
上世纪七十年代末，科学家Sugimura最先在熟鱼肉中发现了致突变物[1-2]。
而迄今为止已有20余种HAAs在烹制后的肉食里被发现和研究。
这些HAAs分为两大类(见图1)。
第一类HAAs是分子结构中含有N-甲基-2-氨基咪唑基团，包括喹啉类(如：2-氨基-3-甲基咪唑并[4,5-f]喹啉，IQ))，喹喔类(如:2-氨基-3-甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉，IQx))和2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶(PhIP)等，被认为是氨基酸热降解产物吡啶或吡嗪与糖类及肌酸的反应产物，通常是在150―250℃的加工温度下产生[3]；第二类HAAs包括2-氨基-9H-吡啶[2，3-b]吲哚(AαC)和2-氨基3-甲基-9H-吡啶[2，3-b]吲哚(MeAαC)等,一般在250℃以上的高温下生成，是蛋白质中谷氨酸和色氨酸的热分解产物[4]。
胺和杂环化合物(北医大)
+
O CH3
OH
H3C C O CH2 CH2 N CH3 CH3
乙酰胆碱
胆碱酯酶
水解失活
增加神经末梢的乙酰胆碱浓度 引起交感神经、副交感神经广泛而持久的兴奋
新洁尔灭 —溴化二甲基十二烷剂苄胺
CH3 CH2 N C12H25 CH3
+ Br
-
消毒防腐剂
（二）肾上腺素、去肾上腺素
+
KMnO 4/H
COOH COOH
N
N
Na N
+ CH3COOH
N
或 Pt/H2
三、重要的含氮杂环化合物
（一） 嘧啶及其衍生物
N N
嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、 胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含 有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。
（二）酰化反应
NH H
O
O
+
CH3
Cl
CH3
NH
+
HCl
酰化剂 如 (CH3CO)2O或 RCOCl
Байду номын сангаас
叔胺无此反应
（三）与亚硝酸的反应
(1)伯胺 a.脂肪伯胺
R-NH2+ HNO2
强酸
N2+其他产物
可作定量测定 b.芳香伯胺
Ar-NH2 + HNO2 HCl 0-5 C
0
重氮盐
Ar-N2Cl + H2O
O CH3 N O N N CH3 N CH3 CH 3 N O N CH3 N O NH N HN N O N CH3 N O N CH3
杂环胺类化合物
啉(4,8-DiMeIQx)两种杂环胺类化合物。香辛料提取物对烧鸡中杂环胺类化合物 形成的影响通过测定香辛料提取物中的多酚含量以及抗氧化活性,从 12 种常用香 辛料中筛选出抗氧化能力较强的 5 种香辛料,考察它们对烧鸡中杂环胺形成的影 响。并对丁香中多酚的提取工艺进行优化,进一步探讨丁香提取物对烧鸡中杂环 胺形成的影响。结果表明,12 种常规香辛料水提取液中,丁香提取液抗氧化活性最 强,优化后丁香中多酚的提取工艺为：提取温度 70℃；提取时间 40min；料液比 1： 20；丁香提取液对烧鸡中 2-氨基-1-甲基-6-苯基-咪唑并[4,5-b]吡啶(PhIP)的形成 有一定抑制作用,而对 Norharman 和 Harman 抑制效果不明显(p>0.05)；丁香提取 液浸渍时间对烧鸡鸡肉中 PhIP 的形成有一定影响,浸渍时间为 5h 和 6h 的鸡肉中 PhIP 的抑制率分别为 44.4%和 38.9%,当浸渍时间低于 5h 时,丁香提取液对鸡肉中 PhIP 的抑制效果不显著。浸渍时间对鸡皮中 PhIP 的形成影响不显著(p>0.05)； 浸渍液中多酚浓度对烧鸡鸡肉和鸡皮中 PhIP 的形成无显著影响(p>0.05),但是对 鸡皮中 Harman 的形成有一定影响,随着浸渍液中多酚含量的增加,鸡皮中 Harman 含量呈现一定的上升趋势(p<0.05)。
食品加工过程中产生的杂环胺类化合物及其预防
2. 杂环胺的形成
食物蛋白质或某些氨基酸成分在高温下，合成HCAs，是 膳食中产生的HCAs的主要来源。 烹调时间和温度是杂环胺形成的关键因素。 PhIP在烹调的肉类食品中普遍存在，含量最高。
不同温度、时间对油炸牛排中PhIp、MelQx含量的影响
杂环胺的生成
• （1）前体物 ： 肌肉组织中肌酸 肌酸酐
增加蔬菜水果的摄入量； 尽量少采用烧、烤、煎、炸等烹调方式； 制定食品中HCAs的限量标准。
谢谢观看
温度>200 ℃；
3. 杂环胺的致癌性及其作用机制 杂环胺（Heterocyclic Amines，HCAs）是在食品加工、烹调过程中由于蛋白质、氨基酸热解产生的一类小分子有机化合物。
IQ和MeIQx对细菌的致突变性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ强，PhIP 对哺乳动物细胞具有较强的致突变性。
迄今为止，已发现的HCAs有20多种，其中对动物致癌的有10种。
食品加工过程中产生的杂环胺类化合物 及其预防
1. 杂环胺概况
杂环胺（Heterocyclic Amines，HCAs）是在食品加 工、烹调过程中由于蛋白质、氨基酸热解产生的一类 小分子有机化合物。
具有强烈的致突变作用，在多种动物的不同组织或器 官可以诱发肿瘤。
迄今为止，已发现的HCAs有20多种，其中对动物致 癌的有10种。
杂环胺种类
2大类： 氨基咪唑氮杂芳烃（amino-imidazoazaarenes, AIAs)
： 喹啉类（IQ)、喹喔啉类（IQX)、吡啶类（PhIP); 氨基咔啉 (amino-carbolines)： α-咔啉（AαC）；δ-咔啉；γ-咔啉；
杂环胺种类
5小组： 吡啶并咪唑或吲哚类:如:Trp-P-1 咪唑并喹啉 咪唑并喹啉类 咪唑并喹喔啉类 咪唑吡啶类 苯并恶嗪类
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O
O
O
C3H N
NC3HC3HN
NH HNN NC3H
ON N C3H
ON N C3H
ON N C3H
4．腺嘌呤和鸟嘌呤 它是核蛋白中的两种重要碱基。
NH2
N
N
NN H
腺嘌呤（A）
OH
N
N
H2N
NN H
鸟嘌呤（G）
H3C N N NH2
S N+
CH3
OH Cl-
Vitamin B1
1．尿酸 存在于鸟类及爬虫类的排泄物中，含量很多，人尿中也含少量。
O
OH
HN
NH
N
N
ON NO HH
HON
N H
OH
2．黄嘌呤
存在于茶叶及动植物组织和人尿中。
O
HN
N
ON N HH
OH
N
N
HO N N H
3．咖啡碱、茶碱和可可碱 三者都是黄嘌呤的甲基衍生物，存在于茶叶、咖啡和可可中，
它们有兴奋中枢作用，其中以咖啡碱的作用最强。
NH2
O
O
N
HN
HN
CH3
ON H
ON H
ON H
胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） 胸腺嘧啶（T）
（二） 嘌呤衍生物
N
N
NN H
(Ⅰ) 9H 嘌呤
N
NH
NN (Ⅱ) 7H 嘌呤
嘌呤为无色晶体，m.p216~217℃，易溶于水，其水溶液呈中性， 但能与酸或碱成盐。 纯嘌呤环在自然界不存在，嘌呤的衍生物广泛存在于动植物体内。
R NH2 脂肪胺
N H 2 芳香胺
（2） NH3中被取代H的数目 伯胺 仲胺 叔胺
R NH2
R NH R
R NR R
季胺盐
4R
NH4+X-
[R4N]+X-
季胺碱 （R可以不同，X 为酸根）
4R NH4+OH-
[R4N]+OH-
2.命名 （1）伯胺： （以胺为母体，烃基为取代基）
例
H5C2 NH2
NH H +
O
Cl
CH3
O
NH
CH3
+ HCl
酰化剂 如 (CH3CO)2O或 RCOCl
叔胺无此反应
（三）与亚硝酸的反应
(1)伯胺
a.脂肪伯胺
R-NH2+ HNO2
强酸
N2+其他产物
可作定量测定 b.芳香伯胺
Ar-NH2 + HNO2
重氮盐
HCl 0-50C Ar-N2Cl +H2O
(2)仲胺 a.脂肪仲胺
乙胺
H2N CH3
甲胺
（2）仲、叔胺： a.烃基相同
例
H3CNHCH3
二甲胺
H3C N CH3 CH3
三甲胺
b.烃基不相同（先简单后复杂）
例
H3CNHC2H5
甲乙胺
H3C NCH2 C2H5 H5C2
甲乙丙胺
c.有脂肪胺和芳香胺 （以芳香胺为母体）
例
H3C
NH2
对-甲基苯胺
CH3 N
C2H5
N-甲基-N-乙基苯胺
2. 编号规则 a.以杂原子为起点，编号为1; b.如有不止一个杂原子，编号尽可能小; c.如有不同杂原子，O>S>NH>N; d.个别另定
例
3 N2 1
吡啶
N
N
1
N
OH H 5 C 6 S
1
H3C
N-甲基-2-巯基咪唑 5-苯基噻唑
二.吡咯、吡啶的化学性质
1.酸碱性:
+ KOH N
H
N + H2O
NO
桔黄色
H3C CH3 N
N OH
翠绿色
脂肪胺
伯 放出定量的N2 胺
芳香胺
在低温下（0-5℃） 生成重氮盐
仲 生成黄色油壮物或固体 先生成N-亚硝基物，
胺 的N-亚硝基胺
立即重排对亚硝基物
叔 生成亚硝酸盐，强碱作 生成C-亚硝基物 胺 用后重新变为胺
三. 重要的胺及其衍生物
（一）乙酰胆碱
O
CH3
第十三章 胺和杂环化合物
【教学目的】 1. 掌握胺的结构及化学性质 2. 熟悉胺的命名和物理性质 3. 了解胺的重要衍生物
【教学重点】 胺的化学性质
【教学难点】 胺的化学性质
【教学方法】 讲解，练习
第一节 胺
胺类是指氨分子中的氢原子被烃基取代而生成的化合物。
一.分类和命名
1.分类
（1）N所连烃基的种类
p-∏共轭
.. H
N H
（二）水解反应
产物
氨或胺和羧酸盐 铵盐和羧酸
巴比妥 苄青霉素
H 5C 2 H 5C 2
OH N O NH
O
O H2C C NH
S N
CH3 CH3
COONa
（三）与亚硝酸的反应
O
O
+ + + R C N H 2 HN 2 O R C COO N 2HH 2 O
三. 尿素
二. 胺的化学性质
（一）碱性与成盐反应
N原子的杂化状态：sp3不等性杂化（棱锥形）
.. N
H3C
CH3 CH3
pKb下降，碱性提高
H3CNHCH3 H2N CH3
H3C N CH3 CH3
pKb 二甲胺3.22
甲胺3.37
三甲胺.4.2
NH3
NH2
pKb
氨 4.76
苯胺9.40
碱性强弱顺序： 脂肪胺 > 氨 > 芳香胺
H O
CH C2 HN H 2 O H
O H
O H
主要作用是：加强心肌收缩，增加心输出量，收缩血管 ，升高血压，消除支气管平滑肌痉挛
用于治疗心源性、过敏性等休克的纠正、 支气管哮喘急性发作等症
第十三章 含氮有机化合物（二）
【教学目的】 1．掌握酰胺和吡咯、吡啶的化学性质 2．熟悉酰胺、杂环化合物的命名，尿素的性质 3．了解重要的含氮杂环化合物
H3C C O CH2 CH2 N CH3
CH3
+
OH
乙酰胆碱
胆碱酯酶
水解失活
增加神经末梢的乙酰胆碱浓度
引起交感神经、副交感神经广泛而持久的兴奋
新洁尔灭 —溴化二甲基十二烷剂苄胺
CH3 CH2 N C12H25
CH3
+Br
消毒防腐剂
（二）肾上腺素、去肾上腺素
H O
CH C2 HNH3CH
O H
常见杂原子是O、N、S等。
可分为两大类：无芳香性的如环醚、内酯、内酰胺等； 有芳香性的（称为芳杂环）
环醚、内酯、内酐和内酰胺不属于 杂环化合物。
一 . 分类和命名
（一）分类
1.单杂环(五元杂环、六元杂环) 如：呋喃、吡咯、吡啶
2.稠杂环(苯稠杂环、其它稠杂环) 如：吲哚、嘌呤、喹啉
（二） 命名
1. 命名方法 (1) 译音法 (2) 系统命名法
【教学重点】 酰胺的性质
【教学难点】 杂环化合物的命名和性质
【教学方法】 讲解，练习
第二节 酰胺
一.命名
-C O -N H -
某酰胺：
O C NH2
O
N-取代酰胺： H3C C NH
O
酰亚胺：
NH O
官能 团
苯甲酰胺
N-苯基乙酰胺
邻苯二甲酰亚胺
二. 酰胺的化学性质
（一）酸碱性
O
近于中性
RC
酰亚胺类则呈酸性
K
+ HCl
N
+
N HCl
（二）亲电取代反应
+ 乙醚 Br2
N
0oC
H
Br
Br
N H
Br
+ HBr
Br
+ HNO3
H2SO4
N
NO2 N
（三）氧化还原反应
KMnO4/H+
N
+ Na CH3COOH
或 Pt/H2
N
COOH COOH
N
N
三、重要的含氮杂环化合物
（一） 嘧啶及其衍生物
N
N
嘧啶本身不存在于自然界，其衍生物在自然界分布很广，脲嘧啶、 胞嘧啶、胸腺嘧啶是遗传物质核酸的重要组成部分，微生素B1也含 有嘧啶环。合成药物的磺胺嘧啶也含这种结构。
（ 1 ）结构:
O
H2N C NH2
（ 2 ）化学反应
a.弱碱性
b.水解反应
c.与亚硝酸反应
d.缩二பைடு நூலகம்反应
缩二脲的生成：
O
+ H2N C NH H
H
O NH C NH2
O
O
H2N C NH C NH2
第三节 含氮杂环化合物
杂环化合物是由碳原子和至少一个其它原子构成 环状骨架结构的一类有机化合物。
碱性强弱的影响因素: (1)诱导效应
e
H
R
N
N
e
Ar
N
斥电子
标准
吸电子
(2)空间效应 脂肪胺 : 仲胺 > 伯胺 > 叔胺
仲胺
R NH
R
R NH2
H+
伯胺
H+
叔胺
H+ R RN R
芳香胺与脂肪胺谁的碱性弱
N原子的未共用电子与苯环的键形成p-π共轭体系 所以芳香胺碱性最弱
pKb
.. H