彭增起

南京農業大學教授，博士生導師，南京農業大學國家肉品質量安全控制工程技術研究中心、國家肉牛犛牛產業技術體繫崗位科學家，中國畜產品加工研究會肉品加工專業委員會副理事長。

張雅瑋

博士，南京農業大學副教授。

郭秀雲

博士，揚州大學講師。

姚瑤

博士，江西農業大學講師。

第1章食物主要組分在熱加工中的化學變化

第1節氨基酸的熱變化

第二節糖的熱變化

第三節食用油脂的熱變化

第四節肉類加工中常見的美拉德反應

第五節肉制品在熱加工過程中形成的有害物質

第六節肉制品中自由基的形成

參考文獻

第二章肉類腌制過程中有害物質的形成

第1節肉品彩虹色與安全性

第二節多聚磷酸鹽的水解與殘留

第三節肉類腌制過程中有害物質的形成與減控

參考文獻

第三章乳化與常見乳化劑的健康風險

第1節乳化

第二節常見乳化劑的健康風險

第三節蔬菜源乳化劑

參考文獻

第四章肉類油炸過程中有害物質的形成

第1節油炸肉制品中反式脂肪酸的形成

第二節油炸肉制品中雜環胺的形成

第三節肉類油炸期間多環芳烴的形成

參考文獻

第五章肉類燒烤過程中有害物質的形成

第1節燒烤過程中肉品主要成分的變化

第二節肉品燒烤期間雜環胺的形成

第三節肉品燒烤期間多環芳烴的形成

第四節影響燒烤肉品有害物質含量的因素

第五節輔料對肉品中雜環胺和苯並芘含量的影響

參考文獻

第六章肉類煮制過程中有害物質的形成

第1節肉制品煮制過程中主要營養成分含量的變化

第二節肉品煮制期間雜環胺的形成

第三節影響肉制品雜環胺形成的因素

第四節輔料對肉品雜環胺形成的影響

參考文獻

第七章肉類熏制過程中有害物質的形成

第1節肉類熏制產生的多環芳烴和甲醛

第二節煙熏肉制品中多環芳烴和甲醛的控制

參考文獻

第八章肉類貯藏加工過程中膽固醇氧化物的形成

第1節畜產品中的膽固醇氧化物

第二節肉品貯藏加工過程中膽固醇氧化物形成的影響因素

參考文獻

第九章綠色化學與綠色制造

第1節綠色化學

第二節綠色制造

參考文獻

第十章肉制品綠色制造技術

第1節熱力場加熱

第二節熱力場加熱干燥下肉制品色澤與風味控制技術

第三節加工肉制品綠色制造的非油炸技術

第四節肉制品綠色制造的非鹵煮技術

第五節肉制品綠色制造的非燒烤技術

第六節肉制品綠色制造的非煙熏技術

第七節低自由基肉制品加工技術

參考文獻

後記

從人類意識到環境污染的嚴重性到綠色化學概念的提出，並不是一帆風順的，而是經歷了一個漫長而曲折的發展過程。這個過程可分為四個階段，即公眾環保意識覺醒階段、污染的稀釋階段、立法階段和倡導采用綠色化學的途徑徹底解決環境污染問題（綠色化學的誕生）。

第1階段，公眾環保意識覺醒階段（1960—1982年）。第二次世界大戰之後的一些年月裡，人們對化學污染的危害認識尚淺，對化學物品的生產、使用和處理的方法則幾乎無任何立法。直到20世紀50年代末至60年代初，化學污染對人類健康及環境的危害纔逐漸受到關注。例如，1961年，沙利度胺（Thalidomide）能減輕孕婦妊娠反應，但是會導致嬰兒的嚴重畸形，僅在德國就有5000名畸形嬰兒，給歐洲帶來恐慌。此間，世界各地約有1萬名因沙利度胺致畸的嬰兒出生，美國因為對該藥的安全性存在懷疑，沒有進口，避免了一場悲劇。1982年，在美國密蘇裡州聖路易斯市時代海灘鎮的路邊土壤中，發現二噁英（dioxin）污染，含量在30～40mg/kg。美國疾病控制與預防中心（CDC）發現，如長期接觸二噁英含量高於1mg/kg的土壤就會有致癌、致畸的風險。此階段發生的其他環境災害，也都給公眾帶來了恐慌，同時使人們對化學污染的危害有了新的認識。

第二階段，污染的稀釋階段（1982—1990年）。該階段也是初級階段，是指利用稀釋的辦法來解決污染問題。在人類環境保護意識尚且薄弱的時候，通常的處理辦法是將化學污染物直接排放到水、大氣及土壤中。在當時，人們認為隻要將化學品在某些溶劑中降低到一定的濃度就足以減輕其對自然界的危害。在人類對慢性毒性、生物積累等知識還沒有充分認知的情況下，這一做法得到廣泛應用，成為處理有害物質的主要方法，如將垃圾焚燒、水泥和鋼鐵生產等過程產生的二噁英排放到開放的大氣環境中。

第三階段，立法階段（1990—1999年）。該階段人們通過政策法規控制污染。隨著對化學品毒性作用及其對環境影響的進一步了解，加上工業、農業的快速發展，人們認識到僅僅通過稀釋無法從根本上解決日益嚴峻的污染問題。於是，各國開始了環境保護方面的立法，要求對排放的廢氣、廢水、廢渣等進行必要的強制性的處理，規定排放標準和污染物的*大安全濃度，嚴格控制有害物質的排放量。

第四階段， 綠色化學的誕生（1999年—至今）。立法階段的主要缺陷是無法考慮有害污染物之間的疊加影響和相互作用。如在石油產品燃燒、城市廢棄物燃燒、煤炭燃燒、食品工業和餐飲業的油炸和燒烤等過程排放的煙塵中，有許多PM2.5細顆粒物和無法去除的超細顆粒物，以及排放二氧化硫、氮氧化物和甲烷等溫室氣體，這些前體污染物與空氣中其他污染物通過復雜的大氣化學反應，又會形成二次顆粒，使人類再次暴露於有害環境。又如，自工業革命以來，人類排放的溫室氣體及其相互作用導致了溫室效應， 助推了極端氣溫、極端干旱和洪水、沙塵暴、海水溫度升高和海平面上升等氣像災害，有些氣像災害的發生又會進一步加劇溫室效應。基於對這種相互影響和疊加效應的認識，隨著對化學生產與環境、資源的關繫不斷反思和總結，科學家們提出了“綠色化學”的新對策。1991年，美國化學?提出，綠色化學就是在化學物質合成、加工和利用過程中減少對人類和環境產生風險的途徑與方法。隨後，美國科學家Trost（1991）提出了“原子經濟性”，荷蘭有機化學家Sheldon（1992）提出了“E-因子”；這兩個重要的綠色化學基本概念的提出，引起了人們的極大關注。20世紀90年代，美國耶魯大學Anastas提出了綠色化學十二條原則；1999年，世界第1本《綠色化學》雜志的創辦， 標志著綠色化學的誕生。

在我國，綠色化學和綠色制造技術研究發展很快。2006年，我國正式成立“中國化學會綠色化學專業委員會”。國內很多高校已將“綠色化學”作為有關專業的課程，加強了綠色化學意識和思想的教育。2009年，我國成立了綠色制造技術創新聯盟。這些舉措對於促進綠色化學和綠色制造技術在我國的發展起到了非常重要的作用。縱覽國內外綠色制造的發展歷程，自20世紀90年代末以來，我國和發達國家先後建立了綠色制造研究機構，研究領域多涉及機械工業、電子工業、制藥工業、紡織工業、染料工業、紙漿和造紙工業、機電產品綠色設計、可回收性綠色設計、清潔生產技術等。世界各國肉制品（processed meat）的傳統加熱方法一般包括油炸、煮制、煙熏、燒烤等。隨著社會和科學技術的進步、公眾健康和安全意識的增強，食品加工過程中的污染排放和食源性致癌致突變物形成的問題日益受到重視。世界癌癥研究基金會的專家早在20世紀90年代就提出，食源性致癌致突物可能會增加罹患癌癥的風險，而且癌癥研究機構一直認為，沒有令人信服的證據支持現有的油炸、煙熏、燒烤等傳統加熱方法能改變這種致癌風險。應該指出的是，食源性致癌致突變物的形成主要決定於肉的加熱方法，為了減少或消除加工對環境和健康帶來的危害，肉制品綠色制造技術研究浪潮正在興起。因此，發展食品綠色制造，實現傳統食品加工業更新換代和消費升級，是現代食品科學技術發展的必然趨勢，是可持續發展的內在要求。綠色制造應具備兩個基本要素，一個是對環境友好，另一個是對人類健康友好，這也是衡量綠色制造的兩個基本點。實質上，食品工業應該為人類提供色香味俱佳、衛生和健康的食品，實現現代工業文明與生態文明、中華飲食文化的內在統一。

特別感謝國家肉牛犛牛產業技術體繫科學家和實驗站給予的大力支持， 感謝靳紅果、闫利萍、汪張貴、李君珂、王蓉蓉、朱易、鮑英傑、任曉璞、錢燁和朱玉霞等在試驗研究和書稿撰寫方面所做的貢獻。

由於時間和水平所限，本書難免在表述上存在不當和錯誤之處，殷切期待專家提出寶貴建議，不勝感謝。

第1章食物主要組分在熱加工中的化學變化

食物組分，特別是畜禽肉類蛋白、魚貝類蛋白、乳蛋白和禽蛋蛋白質, 在加熱過程中（如油炸、燒烤、蒸、煮、煙熏），蛋白質中許多化學基團會與氧氣、食品中的其他基團發生各種各樣的化學反應。這些化學反應的方向和速率受許多因素的影響, 如肉類蛋白質的種類、脂質和糖的種類、加工溫度、pH、水分活度、離子類型與離子強度以及各種自由基。

第1節氨基酸的熱變化

肉類燒烤和油炸溫度通常為200～300℃，有時局部溫度會更高，以致炭化和焦化。在這

樣的溫度下，肉品表層的氨基酸殘基會發生許多化學變化，如氨基酸的高溫分解、氨基酸殘

基的脫氨基作用。脫氨基作用的速率和程度取決於加熱溫度的高低和加熱時間的長短、反應

介質的pH和蛋白質的性質，如蛋白質構像的局部變化和氨基附近多肽鏈的遊動性。在氧和

還原糖存在時，加熱溫度越高，熱敏氨基酸殘基的熱降解速度越快。

一、高溫分解

氨基酸高溫分解機制和分解產物的種類及數量決定於氨基酸的結構、分解溫度和作用時間、中間產物的穩定性和揮發性。小分子質量的高溫分解產物的形成一般要經過脫羧、環化、脫氨等化學過程。

（一）色氨酸的高溫分解

在油炸漢堡包、烤牛肉、牛肉膏香精中，有許多色氨酸的衍生物存在，如氨基咔啉類（amino-carbolines），有些咔啉類混合物具有致突活性。色氨酸對加熱溫度較為敏感（圖1-1）。單獨加熱色氨酸，100℃加熱20min不能形成2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑並[4,5-b]吡啶（PhIP，2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridine，CAS No：105650-23-5）；150℃時，PhIP的形成逐漸增多；在175～200℃時，PhIP的形成急速加劇。

300℃時，色氨酸已有大約60%被炭化，能形成含氮雜環化合物，也能形成含氮多環芳香混合物，如1-甲基-9H-吡啶並[3,4-b]吲哚（Harman）和9H-吡啶並[3,4-b]吲哚（Norharman）及其衍生物。色氨酸的炭化物更易於含氮多環芳香混合物的形成。在625℃條件下色氨酸高溫分解形成的含氮多環芳香化合物的產率比在300℃的產率高。色氨酸750℃以上發生焦化，其高溫分解過程中易於形成與吲哚環有關的含氮多環芳香化合物（N-PACs），但沒有發現多環芳烴（PAHs）。

【後記】

百餘年來，世界發生了前所未有的變化。工業化水平空前提高所造成的全球性環境污染、生態危機和健康危機，促使人類寄希望於綠色發展，以滿足人們對優美生態環境和美好生活的迫切需要。食品在傳統加熱過程中產生多環芳烴、反式脂肪酸、雜環胺、丙烯酰胺、甲醛等有害物質已經成為全球食品界*大的問題之一。加熱方法不當損害了食物及其制品的營養品質，產生了有害物質，降低了市場價值。人們越來越認識到，傳統燒烤、油炸、煙熏和老鹵煮制等傳統加熱方法導致食物（特別是富含蛋白質的食物）中有害物質的形成,同時也直接或間接地向環境排放了大量的細顆粒物和溫室氣體。多年來，心血管病、癌癥等慢性病的發病率依然處於高位，引起醫學界、食品科學界的高度關注。

病從口入。致癌致突致畸有害物質的長期攝入，無疑增加了罹患乳腺癌、食管癌、胃癌、肺癌、結直腸癌等各種癌癥的風險。人體在新陳代謝過程中形成的自由基一旦造成機體氧化狀態失衡、免疫力下降，則又使得有害物質趁虛而入。

關於雜環胺類化合物，特別是氨基咔琳類的形成，西方研究一般認為，如2B類的AαC，是蛋白質或谷氨酸和色氨酸在高溫下（250～300℃）熱解後直接產生的致突劑。而在我們的研究中，鴨肉在100℃條件下煮制1h就有AαC被檢出；豬肘在98～100℃煮制2. 5h也有AαC被檢出。而在老鹵煮制的醬牛肉中，也有2B類的MeIQ、Trp-P-2、Trp-P-1被檢出。老鹵煮制，是中華大地古老的、普遍的加熱方法，需揚棄傳承，與時俱進。看來，關於α-咔啉類、γ-咔啉類甚至喹啉類，吾輩尚需探究此類雜環胺的形成及其抑制機制。關於雜環胺測定方法標準的制定（行業標準），我國也已領先西方。有理由相信，可能致癌的雜環胺、甲醛、PAH4、反式脂肪酸和TBARS殘留限量標準的制定，我國也一定會走在世界的前列。

關於非油炸、非燒烤、非煙熏和非鹵煮加熱，除了熱力場加熱技術外，還有中紅外輻射加熱與過熱蒸汽加熱技術等，均能有效減少產品中有害物質的形成。有理由相信，隨著綠色工廠認證、綠色制造產品標準實施以及綠色消費等綠色體繫平臺的建立、綠色低碳技術的突破與日臻完善、傳統加工技術綠色轉型升級等綠色化水平的提高，食物加熱過程中有害物質的形成一定會得到有效抑制，甚至被阻斷。

在本書第十章引出了食品自由基化學的概念，意在拋磚引玉。與人體內自由基形成相似，食品中自由基不僅關乎人體健康，而且與食品諸屬性緊密相關。對食品自由基化學的深刻理解，有助於研究食品各主要組分的自由基形成、自由基性質，探索自由基與自由基、自由基與底物之間的化學反應、自由基鏈反應產物以及決定這些反應的食品營養屬性、感官屬性和健康屬性的變化，為人類開發更健康的食品。

更有理由相信，革命性、過程創新性技術的湧現和綜合應用，能夠使一些食品加工和食品制造領域的二氧化碳排放減少四分之一至三分之二，食品業等相關領域的全面綠色轉型必將為可持續發展做出積極貢獻，為人類命運共同體建設貢獻中國智慧。