本研究受国家自然科学基金（31772092）资助。缩节胺（Mepiquat,Mep）也被称作健壮素、助壮素等,是N,N-二甲基哌啶氯化物的商品名称,属于我国常用的季铵化合物类植物生长调节剂。2014年,研究首次指出在烘烤咖啡以及速溶咖啡中检测出大量Mep,其最高含量可达1.4 mg/kg,Mep被认为是在食品热加工过程中由其天然成分形成的过程诱导化合物,而某些食品焙烤过程中产生的Mep已成为影响食品安全的潜在因素,也引发了人们对Mep形成机制的持续关注。本研究拟从模拟体系和食品体系入手,探讨Mep形成的多反应途径,利用模拟反应体系,阐明基于脱羧反应和甲基转移反应等化学反应的动力学和机制,并在以植物性和动物性食品为代表的食品体系中明确Mep形成各反应途径、加工方式及条件对Mep形成的影响,最终从模拟体系和食品体系揭示食品热加工中新污染物Mep形成的多反应途径和机制。该研究结果将为扩充食品安全前沿理论,保障食品安全提供重要的理论和科学基础。本研究的主要结果如下:1.采用HPLC-MS/MS方法建立了不同食品基质中Mep分析方法,并进行了方法学评价。结果表明食品样品中Mep的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.45和1.5μg/kg,样品的回收率在80%-116%范围内。以RSD表示的精密度,日内＜9%,日间＜5%。基质效应（ME）值均小于1%,进一步验证了该方法对Mep检测的有效性。可满足食品中痕量Mep的检测需求。同时选择咖啡、茶叶等市场上的常见热加工食品进行Mep含量调查。研究表明,咖啡中Mep含量相对较高,不同品种咖啡经热处理后,Mep含量有较大差异。云南阿拉比卡咖啡中Mep最高含量为892±49μg/kg,越南罗布斯塔品种中Mep最高含量为1037±5μg/kg。不同茶叶、薯片及燕麦片品种中Mep含量差异较大,薯片中Mep含量最高为9005.6±54.4μg/kg。明确Mep在市售产品中的分布情况,将为制定更科学合理的Mep限量标准提供一定的理论数据,也为后续Mep生成机制及反应途径的研究奠定基础。2.以代表氨基酸和哌啶酸（Pip Ac）为前体物质建立5种模拟体系（丙氨酸（Ala）/Pip Ac、甲硫氨酸（Met）/Pip Ac、缬氨酸（Val）/Pip Ac、亮氨酸（Leu）/Pip Ac和异亮氨酸（Ile）/Pip Ac）,通过油浴加热探究Mep在不同加热条件下的生成规律。结果表明随着温度的升高,Mep含量先升高后降低,具有明显的温度依赖性趋势。在Met/Pip Ac模拟体系中,当在240°C反应30 min时,Mep含量最高,达到1.25%。而在Ala/Pip Ac模拟体系中,Mep生成的最高温度为260°C,其含量为1.24%。同样加热条件下,Ala/Pip Ac和Met/Pip Ac体系比Val/Pip Ac、Leu/Pip Ac和Ile/Pip Ac体系更易生成Mep。同时探讨了Ala/Pip Ac、Met/Pip Ac、Val/Pip Ac、Leu/Pip Ac和Ile/Pip Ac模拟体系随时间变化的反应动力学规律,动力学模型表明Met/Pip Ac模拟体系在260°C时的最高反应速率（k）为10.68(×10-4),Met/Pip Ac体系的Ea值为21.12 k J/mol。与其它氨基酸相比,Met体系更易生成Mep。3.通过HPLC-MS/MS的单离子检测（SIM）模式获得相关化合物（如Mep和反应中间体）的精确质谱图,对Mep形成机制进行了验证。结果表明Ala/Pip Ac、Met/Pip Ac、Val/Pip Ac、Leu/Pip Ac和Ile/Pip Ac（260°C处理30 min）的模拟体系中均可以生成哌啶和N-甲基哌啶两个重要的中间产物,其中Met/Pip Ac模拟体系中的中间产物哌啶和N-甲基哌啶的响应高于其它几种模拟体系。同时应用同位素示踪技术进一步证实了氨基酸的甲基供体在Mep形成中的具体作用,当Pip Ac与13C-Met进行共热处理时,在m/z 116.12处观察到具有精确质量数的Mep信号,说明两个12C原子被两个13C原子所取代。结果表明,Met提供了N-甲基哌啶和Mep的甲基供体。其他同位素标记的氨基酸(13C-Ala、13C-Val、13C-Ile和~2H-Leu)/Pip Ac体系中得到了类似的实验结果,进一步说明了氨基酸可以作为Mep生成重要的前体物质提供甲基基团。此外利用DSC热分析技术研究了氨基酸/Pip Ac模拟体系的热特性曲线,在氨基酸/Pip Ac体系中,反应温度240.15-255.25°C之间仅存在一个宽吸热峰,这符合Mep的变性温度。Pip Ac影响了氨基酸的变性过程,Pip Ac在氨基酸的存在下可以通过脱羧形成Mep,Met/Pip Ac模拟体系检测出更大的峰面积,并具有更高的焓值（ΔH=94.03 J/g）以完成变性,Met/Pip Ac体系的热稳定性较低,完成反应所需能量更少,反应更容易发生。4.以植物性和动物性食品为典型食品体系,选择煎、炸、烤、微波等常见食品加工方式,研究加工方法、加工时间及加工温度对不同食品体系中Mep形成的影响。研究结果表明不同烹饪方法会影响食品基质中Mep的形成。与平底锅煎制处理相比,油炸需要更多的油。油被吸收到食物的内部,这有助于食物成分以更快的速度进行反应,从而产生更高的Mep含量。微波处理时物质传热不明显,形成了较低水平的Mep。在高温下由于食物表面的快速、直接热传递,烤箱烘烤检测到最高含量的Mep,特别是马铃薯样品经过240°C热处理20 min后样品中Mep含量达到了1064±40μg/kg。在260°C处理20 min后,西兰花中Mep的最高含量为293±1μg/kg;而动物性食品体系中几种热处理条件下Mep含量显著低于蔬菜加工后Mep的含量。5.在上述蔬菜体系中,马铃薯加工后含有高含量的Mep,与其丰富的前体物质含量有显著关系,而不同马铃薯品种由于其前体物质的差异,显著影响终产品中Mep含量。Mep含量随着温度、时间的增加呈现先升高后降低的趋势,不同马铃薯品种经过不同加工处理后的Mep含量波动较明显。其中春薯5号经烤箱焙烤220°C处理30 min时样品中Mep含量最高达到800±1μg/kg。春薯5号、V7和黄金薯几个品种经油炸后的Mep最高含量高于煎制处理的样品但低于烤箱处理后的马铃薯样品。春薯3号、荷兰7号和尤金样品油炸处理后Mep含量低于煎制和焙烤处理的Mep含量。同时选择Mep含量最高的春薯5号品种进行热处理后前体物质含量分析,结果发现不同前体物质共同作用促进热加工过程中Mep的形成,Pip Ac在甲基试剂（主要包括甜菜碱、胆碱、葫芦巴碱和Met）存在下,通过脱羧作用形成Mep。春薯5号品种中所含前体物质在热处理过程中显著促进Mep的生成。进一步验证了春薯5号所形成的高Mep含量是因其含有丰富的Mep形成前体物质。综上所述,氨基酸作为新发现的前体物质,可利用脱羧反应和甲基转移反应促进热加工食品中Mep的形成,食品体系中Mep形成前体物及不同加工方式均会对Mep的形成产生影响。研究热加工食品污染物Mep的形成规律将为最终揭示Mep形成的多反应途径及机制提供了一定的理论依据和应用基础。