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Introduction

肉类含有丰富的脂肪、蛋白质等营养物质，在烹调过程中，伴随着肉制品营养消化率的提高，形成了大量的关键风味化合物。然而，肉类产品普遍受到多环芳烃（PAHs）和杂环胺（HAs）的污染，降低了人们的消费意愿，并且在长时间接触这些食源性污染物的情况下，对人类也存在重大的健康风险。多环芳烃通常是通过煎炸、烤、烟熏等过度烹饪形成的，是肉制品中的主要致癌物，其亲脂性的化学性质使其在富含油脂的加工食品中难以去除，与生物细胞膜有良好的结合能力。因此，通过优化焙烤条件来减少肉制品中多环芳烃污染的研究有很多，主要集中在缩短烹饪过程中的密集加热时间，或降低加热温度，使生肉烹饪均匀，达到满意的效果。我们前期研究证明，包装内冷等离子体（ICP）预处理对烤牛排中PAH8（BaA、Ch、BbF、BkF、BaP、DhA、BgP、IP）的形成有抑制作用，且抑制效果与生肉清除DPPH自由基的能力呈正相关。因此，冷等离子体技术有望用于缓解肉制品中多环芳烃的污染，但ICP处理对脂肪酸组成的抑制机制和影响尚不清楚。本研究选取了四种具有代表性的食用油脂，研究了ICP预处理对PAH8抑制作用的影响，阐述了CP对食品样品和标准溶液中多环芳烃的降解作用。通过感官鉴别试验和CP处理后的化合物鉴定，探讨了ICP和烤制对最终样品的感官影响以及CP处理后样品中多环芳烃的降解途径和安全性，为CP加工在肉制品中的应用提供理论基础。

Results and Discussion

CP处理对多环芳烃标准溶液的降解

四个不同浓度的PAHs标准溶液在同一ICP处理条件下降解率总体呈现随溶液浓度递增的趋势，且8种PAH在同一浓度的混合标准溶液中的降解情况有显著差异。从热图的分布情况我们可以发现，整体上BgP、BaP、BaA、Ch、BbF和IP这六种PAH在各浓度梯度下均得到了较好的降解，降解率在7.69%（10 ng/mL BbF）~62.67%（80 ng/mL BaA）的区间内，8种PAH的降解率均随着浓度的递增而呈上升趋势。

不同油脂对烤牛肉饼中PAH8的抑制及降解作用

ICP处理对8种PAH均具有减控作用，但在少数情况下，ICP处理使得几种PAHs的含量较对照组显著升高（P＜0.05）：CPD处理使猪油和菜籽油添加下的烤牛肉饼BaA含量升高，同等条件下CP0处理取得显著抑制效果（P＜0.05）；CP0处理使菜籽油添加下的BkF，牛脂肪（板油）添加组DhA含量升高，同等条件下CPD处理效果更好，BT组的结果表明两种等离子体处理方式均会显著提高IP的含量（P＜0.05）；从PAH8总量上看，除葵花籽油添加组，CPD处理对PAH8的降解作用均优于CP0处理对AH8的抑制作用，但两者之间差异不显著（P＞0.05）

表1 PAH8 在不同食用油添加下的降解与抑制结果

采用主成分分析（PCA）阐述了ICP处理下脂肪酸组成、多环芳烃形成的变化及其相关性

主成分分析结果表明前两个主成分反映了原数据集共68%的数据变化情况，接近常见的主成分截取点即70%。为了达到简化结果的目的，我们选取前两个主成分作为二维坐标系下反映原数据集变化情况的横纵坐标轴。从图中可以看出：1） BkF、BbF和IP这三种PAH与PAH8总量在第一象限内呈正相关关系，这说明了这三种PAH是引起烤牛肉饼污染的主要物质；此外，BF和BT样品组的样本与这三种污染物呈正相关关系，说明在黄油和牛脂肪（板油）添加情况下烤制的牛肉饼样本中主要存在这三种PAH，且BT组样本与这三种PAH在第一象限的相关性更强。2）BaA、BaP、Ch、BgP这四种PAH与SO，CO和PF的样本在第二象限呈正相关关系，说明在这三种食用油脂添加情况下，这四种PAHs生成较多，且在经过ICP处理后，所有食用油脂添加样品的污染状况均得到缓解。3）∑SFA和BkF、BbF、IP及PAH8总量在第一象限上呈正相关关系，说明在不考虑前述其他的PAHs污染路径的情况下，饱和脂肪酸是导致由BkF、BbF、IP主导的PAHs污染的主要前体物质，且饱和脂肪酸是导致烤牛肉饼中PAH8污染的主要物质。4）∑PUFA在第二象限与BaA、BaP、Ch、BgP呈正相关关系，且与BkF、BbF、IP及PAH8总量三种多环芳烃在主成分2上呈正相关关系，这说明在∑PUFA引起的PAHs污染情况下，BaA、BaP、Ch、BgP生成较多，相反，DhA的生成与∑PUFA呈负相关关系。5）∑MUFA和PAH8生成总量及三种主要污染物在主成分1及主成分2上均呈负相关关系，且与8种PAH均不在同一象限内，说明其与PAH8的生成关系较弱。

两种CP处理的感觉辨别试验

CP降解处理和ICP预处理后烤制的烤牛排样本均较对照组产生了明显的感官差异，三点检验的结果为不相似。其中，CPD组样本较对照组收到了较多的负面评价，CP0组样本较对照组收到了较多的正面评价，两种CP处理方法制作的烤牛排样本之间不相似，且CP0组样本收到了更多的正面评价。结果表明CP处理应用于肉制品深加工流程中的顺序会影响最终产品的感官评价，本研究结果推荐采用ICP预处理后熟制的方法以获得更好的评价。

表2 在三角试验方法下的判别试验结果

CP处理的副产品和与PAH降解有关的化合物的识别

两种CP处理方式对PAHs减控作用的产物分析结果表明，CP处理通过逐步的开环氧化反应使得PAHs得到降解。CPD组样本较CP0组样本会产生较多的含1～2个苯环的芳香族氧化产物，说明CP降解处理后PAHs的污染毒性有所降低；且两种CP处理产物中均观察到环氧化物的产生，这使得CP处理方法的安全性需要进一步研究评估。

图3 m/z 50～450离子峰扫描范围内鉴定得到的样本中物质（重要的）分布热图

Conclusion

主成分分析结果显示，原始数据中前两个主成分占总变异量的80%以上，说明饱和脂肪酸含量与PAHs的形成呈显著正相关。ICP预处理通过改变脂肪酸组成抑制多环芳烃的形成，表现为多不饱和脂肪酸总量减少，单不饱和脂肪酸总量增加。感官辨别试验表明，两种CP处理样品与对照之间存在明显差异，利用ICP预处理肉制品加工有望获得令人满意的食用质量。综上所述，CP处理通过两种途径逐步开环氧化降解多环芳烃，CP处理后多环芳烃污染产物的毒性得到缓解。

第一作者

侯钰柯，女，南昌大学食品学院2022级博士研究生，研究方向为食用菌多糖结构解析及高产多糖制备。硕士毕业于南京农业大学食品科技学院，硕士阶段以第一作者发表中文核心论文4篇。

胡洋健，男，硕士研究生学历，现任职于马鞍山市食品药品安全检查中心，从事食品安全监管及专业技术工作。硕士期间以第一作者发表科技论文两篇，其中SCI收录一篇，授权国家发明专利一项；参加工作以来主持申报市级食品安全地方标准一项，参与承担安徽省市场监督管理局科技计划项目一项。

通信作者

韩敏义，博士，副研究员，南京农业大学食品科技学院，硕士研究生导师。主要研究工作：畜禽屠宰加工副产物综合利用、肌肉蛋白质功能特性及改善、熏炸烤肉制品中危害物消减与控制等。2016年3月至2017年3月在丹麦奥胡斯大学食品系访学。近年来，主持国家自然基金面上项目2项，“十三五”国家重点研发计划子课题1项，河北省自然基金面上项目1项，兵团重点领域科技攻关项目子课题1项，南京农业大学中央高校基本业务费项目1项，参与国家级及省级项目多项。发表论文80余篇，其中第一及通信作者论文38篇，授权专利9项，软件著作权1项。

Mitigation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in roasted beef patties by cold plasma treatment and products quality evaluation

Yuke Houa,1, Yangjian Hub,1, Min Lic, Jiahui Nongd, Fengyuan Xiea, Yuhan Fana, Jianhao Zhanga, Xianming Zenga, Minyi Hana,c,*, Xinglian Xua, Xia Wanga

a Key Laboratory of Animal Products Processing, Ministry of Agriculture, Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education, Jiangsu Synergetic Innovation Center of Meat Production and Processing, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 2100095, China

b Center for Food and Drug Safety Inspection of Maanshan, Maanshan Administration for Market Regulation, Maanshan 243000, China

c Henan Key Laboratory of Cold Chain Food Quality and Safety Control, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China

d Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210023, China

1 Both authors contributed equally.

*Corresponding author.

Abstract

The cold plasma (CP) technique was applied to alleviate the contamination of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) in this investigation. Two different CP treatments methods were implemented in the production of beef patties, to investigate their inhibition and degradation capacity on PAHs. With 5 different cooking oils and fats addition, the inhibition mechanism of in-package cold plasma (ICP) pretreatment was explored from the aspect of raw patties fatty acids composition variation. The results of principal component analysis showed that the first two principal components accounted for more than 80% of the total variation in the original data, indicating that the content of saturated fatty acids was significantly positively correlated with the formation of PAHs. ICP pretreatment inhibited the formation of PAHs by changing the composition of fatty acids, which showed that the total amount of polyunsaturated fatty acids decreased and the total amount of monounsaturated fatty acids increased. Sensory discrimination tests demonstrated there were discernable differences between 2 CP treated samples and the controls, utilization of the ICP pretreatment in meat products processing was expected to achieve satisfying eating quality. In conclusion, CP treatment degraded PAHs through stepwise ring-opening oxidation in 2 reported pathways, the toxicity of PAHs contaminated products was alleviated after CP treatment.

Reference:

HOU Y K, HU Y J, LI M, et al. Mitigation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in roasted beef patties by cold plasma treatment and products quality evaluation[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(5): 2993-3005. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250242.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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