CC BY
0
УДК 543:544.3 DOI: 10.21323/2071-2499-2020-4-14-16 Табл. 4. Ил. 1. Библ. 14.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОБРАЗОВАНИЕ КАНЦЕРОГЕНОВ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЯСНОЙ ПРОДУКЦИИ*
Утьянов Д.А., Куликовский А.В., канд. техн. наук, Князева А.С., Вострикова Н.Л., доктор техн. наук ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова
Ключевые слова: гетероциклические ароматические амины, ГАА, мясная продукция, пишевые канцерогены
Реферат
Проведённые исследования позволили установить, что из всех жареных при 230 °С полуфабрикатов из свинины, говядины и мяса кур наибольшее количество гетероциклических ароматических аминов образуется в полуфабрикатах из свинины, наименьшее же в полуфабрикатах из мяса кур - количество в 1,5-2 раза меньше относительно других образцов. Установлена зависимость между количеством гетероциклических ароматических аминов и продолжительностью термической обработки. Увеличение продолжительности термической обработки на 5 мин приводит к увеличению количества гетероциклических ароматических аминов в 1,5 раза. Результаты исследований показали, что с помощью фактора риска «сырьё» управление риском образования гетероциклических ароматических аминов в мясной продукции не будет столь же эффективно, как с помощью фактора риска «продолжительность термической обработки».
FACTORS AFFECTING THE FORMATION OF CARCINOGENS DURING HIGH-TEMPERATURE HEAT TREATMENT OF MEAT PRODUCTS
Utyanov D.A., Kulikovskii A.V., Knyazeva A.S., Vostrikova N.L.
Gorbatov Research Center for Food Systems
Key words: heterocyclic aromatic amines, HAA, meat products, food carcinogens
Summary
The studies showed that in the semi-finished pork, beef and chicken meat fried under the same conditions, the largest number of heterocyclic aromatic amines formed in pork semi-finished products, while the smallest in semi-finished chicken meat — 1.5-2 times less than in other samples. The relationship between the number of heterocyclic aromatic amines and the duration of the heat treatment is established. An increase in the duration of heat treatment by 5 minutes leads to an increase in the number of heterocyclic aromatic amines by 1.5 times. The research results showed that using the raw material factor, managing the risk of the formation of heterocyclic aromatic amines in meat products would not be as effective as using the duration of the heat treatment factor.
Введение
Рядом исследований было доказано, что в процессе термической обработки в мясной продукции образуются новые химические соединения, которые обладают канцерогенными и/или мутагенными свойствами. К таким соединениям относятся гетероциклические ароматические амины (ГАА) - группа соединений, которые образуются в богатой белком пищевой продукции (мясо продуктивных животных, мясо птицы, рыба), в ходе её термической обработки под воздействием высоких температур (преимущественно жарка, жарка на открытом огне, гриль и т. п.). Предположительно эти соединения образуются из креатинина/креатина, углеводов и аминокислот в результате реакции Майяра
[1, 2, 3, 4]. Основываясь на данных ряда исследований, что ГАА являются канцерогенами и обладают мутагенными свойствами [5, 6, 7, 8, 9], необходимость в проведении исследовательских работ по снижению количества образуемых в мясной продукции ГАА очевидна. Но для поиска путей снижения концентраций ГАА в первую очередь необходимо установить факторы, оказывающие наибольшее влияние в процессе образования ГАА в мясной продукции. На основании анализа [10, 11, 12, 13, 14] установлено, что к основным факторам, влияющим на образование ГАА следует отнести вид используемого сырья, температуру термической обработки, продолжительность термической обработки, вид термической обработки (рисунок 1).
Рисунок 1. Причинно-следственная диаграмма факторов, влияющих на образование ГАА
Целью исследований представленной работы было изучение зависимости влияния вида используемого сырья и продолжительности термической обработки на образование ГАА.
Объектами исследований служили обжаренные кусковые полуфабрикаты из 3-х видов мяса: свинины (m. Longissimus dorsi), говядины (m. Longissimus dorsi), мяса кур (m. Pectoralis major).
Из каждого вида сырья формировали по 3 партии кусковых полуфабрикатов массой 150 г, толщиной 2,5 см.
Выбрали 3 режима обжарки на гриле при температуре 230°С. Первую партию обжаривали в течение 5 мин с каждой стороны, вторую партию - в течение 7,5 мин с каждой стороны, третью - в течение 10 мин.
Также на концентрацию ГАА был исследован нагар, образующийся при жарке мяса. Для этого на гриле последовательно жарили по 3 образца мяса каждого вида животных в течение 10 мин каждый при температуре 230°С без чистки гриля между жаркой образцов одного вида мясного сырья. После жарки с нагревающей поверхности было собрано по «1,0 г нагара.
Материалы и методы исследований
Для постановки метода определения ГАА в мясной продукции в качестве стандартных образцов использовались: ► стандартный образец 2-амино-3,8-диме-ти л и мидазо[4,5-Г]хи ноксал и н (Me I Qx) производства компании Toronto Research Chemicals (Канада) с содержа* Статья опубликована в рамках выполнения темы НИР № 0585-2019-0007 государственного задания ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН ВСЁ О МЯСЕ № 4 | 2020
нием основного вещества не менее 99,0 %;
► стандартный образец 2-амино-1-ме-тил-6-фенилимидазо[4,5-Ь]пиридин (PhIP) производства компании Chem-Cruz (США) с содержанием основного вещества не менее 95,0 %; Анализ проводили на системе высокоэффективной жидкостной хроматографии Agilent1200 (США) с 3-х квадрупольным масс-спектрометром Agilent 6410B. Для определения ГАА использовали хрома-тографическую колонку C18, 4,6x50 мм, 1,8 мкм (Agilent, США). При подборе условий хроматографической идентификации в качестве реактивов использовали: аце-тонитрил для ВЭЖХ производства Panreac (Франция), муравьиную кислоту Merck (США), де ион изо ванную воду, полученную на системе MilliQDirect 8 (Франция). Параметры воздействия на ионы в режиме MRM и условия градиентного элюиро-вания представлены в таблицах 1 и 2 соответственно.
Подготовка пробы для проведения количественного определения ГАА в образце. Пробу анализируемого продукта массой 3,00±0,01 г помещали в кругло-донную колбу со шлифом вместимостью 250 см3. Добавляли 50 см3 раствора 1 М гидроксида натрия в этаноле. Колбу соединяли с обратным холодильником, помешали в водяную баню и нагревали при температуре 80±2°C в течение 30 мин или до полного растворения образца, периодически перемешивая палочкой из боросиликатного стекла содержимое колбы. После этого содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры. Полученный гидролизат переносили в делительную воронку объёмом не менее 250 см3 и добавляли 50-100 см3 дистиллированной воды для охлаждения. Затем в делительную воронку добавляли 25 см3 диэтилового эфира, давали отстояться 1-5 мин до разделения слоёв. После нижний слой сливали и переливали в другую делительную воронку объёмом не менее 250 см3 для повторной экстракции. К нему добавляли 25 см3 диэтилового эфира и оставляли до разделения слоёв. После чего нижний слой сливали, а к верхнему эфировому слою добавляли эфировый слой, полученный после первой экстракции. Полученный эфир промывали 2-5 раз дистиллированной водой порциями по 25-30 см3 для очищения пробы от щелочи. Затем эфировый слой пропускали через мембранный фильтр с 15-20 г сернокислого натрия для обезвоживания. Полученный эфир выпаривали до сухого остатка при температуре не более 40°С. К сухому остатку приливали 1 см3 ацетонитри-
Таблица 1
Параметры воздействия на ионы в режиме MRM и условия ионизации распылением в электрическом поле (ESI) с регистрацией положительных (+) и отрицательных (-) ионов
Аналит Молекулярный ион, m/z Дочерние ионы, m/z Напряжение фрагментора (Frag), В Энергия диссоциации (CE), В
MelQx 214,6 (+) 199,5 130 30
PhIP 225,6 (+) 210,5 130 30
Условия проведения градиентного элюирования
Таблица 2
Продолжительность Подвижная фаза Скорость потока,
анализа, мин Ацетонитрил, % Вода, % мкл/мин
0 10 90 400
3 40 60 400
4 60 40 400
6 90 10 400
8 90 10 400
8,1 10 90 400
12
10
90
400
ла. Ставили на 5 мин на ультразвуковую баню до полного растворения остатка. Раствор пропускали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм в хро-матографическую виалу вместимостью 2 см3 для ВЭЖХ-МС/МС анализа.
Результаты исследований
Исследования проводились в 2-х выборках по 3 параллельных измерения в каждой. За окончательный результат принималось среднее арифметическое 3-х параллелей в первой выборке. Критерий Стьюдента 2-х выборок для каждого определяемого аналита в каждом об-
разце не превышал табличное значение при п = 3 и доверительной вероятности р = 0.95, различия между выборками статистически не значимы.
Результаты исследования приведены в таблицах 3 и 4 и на рисунке 1.
Ввиду небольшого количества собранного образца исследования содержания ГАА в нагаре проводились в одной выборке по 2 параллельных измерения для каждого образца. За окончательный результат принималось среднее арифметическое значение 2-х параллельных измерений.
Анализ результатов исследования готовых продуктов не выявил большой
Таблица 3
Содержание ГАА в продуктах из различных видов сырья при разной продолжительности термической обработки
Вид сырья полуфабрикатов Продолжительность обжарки с каждой стороны, мин Количество образовавшихся ГАА в процессе обжарки, нг/г
MelQx PhIP Сумма
Мясо кур 3,84±1,34 18,61 ± 6,51 22,45±7,86
Свинина 5,0 12,02 ± 4,21 35,07±12,27 47,09 ±16,48
Говядина 6,20 ± 2,17 36,36±12,72 42,55±14,89
Мясо кур 5,99 ± 2,10 29,77±10,42 35,76±12,52
Свинина 7,5 18,63± 6,52 55,05±19,27 73,69 ± 25,79
Говядина 9,92±3,47 51,99 ±18,20 61,90 ± 21,67
Мясо кур 9,11 ± 3,19 45,25 ± 15,84 54,36±19,03
Свинина 10,0 29,26±10,24 83,13 ± 29,10 112,39 ± 37,34
Говядина 15,27±5,35 76,94± 26,93 92,21 ± 32,27
Таблица 4
Результаты проведённых исследований о концентрации ГАА образующихся в нагаре
Образец Количество ГАА в нагаре, образовавшемся на нагревательной поверхности в процессе последовательной жарки 3-х образцов мясных полуфабрикатов, нг/г
MelQx PhIP
Нагар, образующийся при жарке 436,63±152,82 3179,95±1112,9
мяса птицы (курица)
Нагар, образующийся при жарке свинины 480,30±168,10 3402,55±1190,89
Нагар, образующийся при жарке говядины 414,80 ± 145,18 3275,35±1146,37
2020 | № 4 ВСЁ О МЯСЕ
разницы в суммарной концентрации ГАА, образующихся при жарке свинины и говядины. Однако было установлено, что в жареном мясе кур сумма ГАА в 1,52 раза меньше, чем в жареной свинине или говядине при одинаковой продолжительности термической обработки. Очевидно, это было связано с особенностями химического состава мяса птицы.
Увеличение продолжительности термообработки на 2,5 мин с каждой стороны приводило к возрастанию содержания ГАА в продукте примерно в 1,5 раза. Кроме того, анализ результатов показал, что в свинине образовывалось как наибольшее количество Ме^х, так и наибольшее суммарное количество ГАА.
В курице концентрация ГАА на первом этапе жарки продолжительностью 5 мин составила 47 и 53 % от содержания ГАА в свинине и говядине соответственно. При увеличении продолжительности жарки до 7,5 мин концентрация ГАА в курице возрастала на 59 %, но при этом составляла 51 % от содержания ГАА в свинине и 57% от содержания ГАА в говядине. При увеличении продолжительности термообработки до 10 мин соотношения содержания ГАА в различных видах мяса сохранялись.
Проведённые исследования позволили установить, что вид мясного сырья в меньшей степени влиял на содержание ГАА в готовом продукте, чем увеличение продолжительности термической обработки.
Проведённые исследования нагара показали, что разница между образцами, полученными при жарке различных видов мяса, незначительна. Однако количество ГАА в нагаре практически в 30 раз больше, чем количество ГАА, обнаруженное в образцах, которые подвергали термической обработке при температуре 230°С в течение 20 минут. Это говорит о том, что нагревающую поверхность необходимо чистить, а употребление в пищу нагара недопустимо.
Заключение
Проведённые исследования позволили установить прямопропорциональную зависимость между увеличением продолжительности термической обработки и концентрацией ГАА, образующихся в мясной продукции. Это говорит о том, что чем дольше мясо подвергается высокотемпературной термической обработке, тем больший риск оно представляет здоровью человека.
Определение основных факторов, влияющих на образование ГАА в мясной продукции, позволит наиболее эффективно подобрать и изучить мероприятия по
управлению риском их образования, что в перспективе позволит снизить канцерогенную и мутагенную нагрузку для организма человека и сделать пищевую продукцию более безопасной.
Фактор риска «сырьё» является слабоуправляемым, поскольку наличие в мясном сырье креатина и креатинина обуславливается естественным содержанием и формируется на стадии выращивания животного. В то же время фактор технологии приготовления является довольно значимым, поскольку управление только продолжительностью термообработки позволит снизить количество образующихся в мясной продукции ГАА несколькократно.
Анализ результатов выполненных исследований показал возможность управления образованием количества ГАА при термической обработке мясных полуфабрикатов. В настоящее время остаются открытыми вопросы установления предельно допустимых концентраций, летальных и токсических доз ГАА для человеческого организма, ввиду отсутствия которых невозможно оценить тяжесть последствия потреблени-
5. Дмитриев, М.А. Исследование органических ксенобиотиков и способ снижения их содержания в мясных продуктах: дисс. ... канд. техн. наук: 03.00.16 / Дмитриев Михаил Александрович. - Моск. гос. ун-т технологий и упр. - М., 2007. - 143 с.
ем человеком мяса, содержащего ГАА, и эффективность управляющих мероприятий. Но, основываясь на активном росте количества публикаций, по-свящённых вопросу образования ГАА в мясной продукции, следует ожидать, что в скором времени такие нормы будут установлены. А до тех пор необходимо проведение работ для установления наиболее эффективных способов снижения концентрации ГАА.
Исследования проводили в рамках государственного задания ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН 0585-2019-0007.
© КОНТАКТЫ:
Утьянов Дмитрий Александрович а d.utyanov@fncps.ru Куликовский Андрей Владимирович а a.kulikovskii@fncps.ru Князева Александра Сергеевна а a.knyazeva@fncps.ru Вострикова Наталья Леонидовна а n.vostrikova@fncps.ru
Dmitriyev, M.A. Issledovaniye organicheskikh ksenobiotikov i sposob snizheniya ikh soderzhaniya v myasnykh produk-takh [The study of organic xenobiotics and a way to reduce their content in meat products]: diss. ... kand. tekhn. nauk: 03.00.16 / Dmitriyev Mikhail Aleksandrovich. — Mosk. gos. un-t tekhnologiy i upr. — M., 2007. — 143 p.
6. Josh, K. Heterocyclic aromatic amines / K. John, S. Beedanagari // Encyclopedia of Toxicology (Third Edition). - 2014. -P. 855-863.
7. Dashwood, R.H. Modulation of heterocyclic amine-induced mutagenicity and carcinogenicity: an 'A-Z' guide to chemo-preventive agents, promoters, and transgenic models / R.H. Dashwood // Rev. Mutat. Res. - 2002. - V. 511. - № 2. -P. 89-112.
8. Turesky, R.J. Heterocyclic aromatic amines: potential human carcinogens / R.J. Turesky // In: Trevor, T.M. (Ed.), Chemical Carcinogenesis. Humana Press, New York, NY. - 2011. - P. 95-112.
9. Nagao, M. Genetic changes induced by heterocyclic amines / M. Nagao et al. // Mutation Research. - 1997. - V. 376. -P. 161-167.
10. Gibis, M. Occurrence of carcinogenic heterocyclic aromatic amines in fried patties of different animal species / M. Gibis // Proceedings of the 53th International Congress of Meat Science and Technology. - 2007. - Р. 13.
11. Соляков, А.А. Влияние тепловой кулинарной обра- Solyakov, A.A. Vliyaniye teplovoy kulinarnoy obrabotki ботки и способов подготовки полуфабрикатов на со- i sposobov podgotovki polufabrikatov na soderzhaniye get-держание гетероциклических ароматических ами- erotsiklicheskikh aromaticheskikh aminov v zharenykh my-нов в жареных мясных кулинарных изделиях: дисс. asnykh kulinarnykh izdeliyakh [The effect of heat cooking ... канд. техн. наук: 05.18.16 / Соляков Алексей Алек- and methods of preparing semi-finished products on the сандрович. - Рос. экон. академия им. Г.В. Плехано- content of heterocyclic aromatic amines in fried meat culi-ва. - М., 1998. - 145 c. nary products]: diss. ... kand. tekhn. nauk: 05.18.16 / Solyakov Aleksey Aleksandrovich. - Ros. ekon. akademiya im. G.V. Plekhanova. - M., 1998. - 145 p.
12. Kulikovskii, A.V. Methodology of the Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Foods / A.V. Kulikovskii, N.L. Vostrikova, I.M. Chernukha, S.A. Savtchuk // Journal of Analytical Chemistry. - 2014. - V. 69 (2). - Р. 205-209.
13. Alaejos, M.S. Factors that affect the content of heterocyclic aromatic amines in foods / M.S. Alaejos, A.M. Afonso // Comprehensive reviews in food science and food safety. - 2011. - V. 10 (2). - P. 52-108.
14. Utyanov, D.A. Products of chemical reactions that occur during high-temperature heat treatment of the meat products / D.A. Utyanov, A.V. Kulikovskii, N.L. Vostrikova, O.A. Kuznetsova // Theory and Practice of Meat Processing. — 2019. — V. 4. — № 4. — P. 17-22. DOI: 10.21323/2414-438X-2019-4-4-17-22.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: REFERENCES:
1. Sugimura, T. Heterocyclic amines: Mutagens/carcinogens produced during cooking of meat and fish / T. Sugimura, K. Wakabayashi, H. Nakagama, M. Nagao // Cancer Science. - 2004. - № 95 (4). - P. 290-299.
2. Jagerstad, M. Formation of heterocyclic amines using model systems / M. Jagerstad, K. Skog, S. Grivas, K. Olsson // Mutation Research. - 1991. - V. 259. - № 3-4. - Р. 219-233.
3. Nagao, M. A new approach to risk estimation of food-borne carcinogens - heterocyclic amines-based on molecular information / M. Nagao // Mutat Res. - 1999. - № 431 (1). - Р. 3-12.
4. Jagerstad, M. Creatine and Mailard reaction products as precursors on mutagenic compounds: effect of various amino acids / M. Jagerstad et al. // Food Chemistry. - 1983. - V. 12 - № 2. - Р. 255-264.
ВСЁ О МЯСЕ № 4 | 2020
