煎炸油脂質(zhì)變預防及其危害控制研究進展

呂 芳, 林祥娜, 朱靖雯, 楊雨茜, 伊雪兒, 王光強, 艾連中, 夏永軍

上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院上海食品微生物工程技術(shù)研究中心，上海 200093

煎炸是一種傳統(tǒng)的傳質(zhì)和傳熱同時發(fā)生的烹飪方法。由于煎炸過程中油溫較高，植物油本身或與被煎炸的食品之間會發(fā)生水解、氧化、異構(gòu)化、聚合和裂解等化學反應。適度的反應會提升煎炸食品的風味口感，但反復的加熱會增加過氧化物、極性組分等影響身體健康的物質(zhì)產(chǎn)生。故本文將對現(xiàn)有文獻有關(guān)煎炸過程中酸價、過氧化值、羰基價、極性組分等理化指標的變化及其對人體的危害情況進行歸納，分析能有效緩解煎炸油變質(zhì)的方法，提出降低過量攝入煎炸油后對人體產(chǎn)生危害的方法建議。

1 油脂煎炸過程組分間互作

1.1 煎炸過程理化指標變化

1.1.1酸值變化

油脂的酸值是指中和1 g油脂中的游離脂肪酸需要的氫氧化鉀(KOH)毫克數(shù)。酸價的高低反映了油炸過程中油脂所含游離脂肪酸的變化，酸值是判斷油脂的降解程度的可靠指標[1]。國標GB 2716—2018中規(guī)定煎炸過程中的食用植物油的酸值不得超過5。正常油脂經(jīng)高溫處理后，酸價不斷升高，馮國霞等[2]采用連續(xù)煎炸的方式煎炸大豆油40 h，測得油脂酸價隨時間延長不斷升高，由0.07 mg/g上升至0.45 mg/g。劉昭等[3]為了研究食用調(diào)和油在薯條煎炸過程中的品質(zhì)變化，采用連續(xù)煎炸的方式煎炸24 h后發(fā)現(xiàn)幾種食用油的酸值在煎炸過程中都是隨時間延長呈不斷升高的趨勢，其中酸價最高值達到了0.60 mg/g。在高溫煎炸過程中油脂與煎炸材料帶來的水分接觸之后發(fā)生了熱氧化反應，其中反應產(chǎn)物甘油三酯[4]產(chǎn)生的大量游離脂肪酸及其二次產(chǎn)物(羰基化合物)的進一步氧化導致酸值不斷升高。

1.1.2過氧化值變化

油脂的過氧化值是指油脂中氫過氧化物的含量，過氧化值僅適用于評價初級氧化，反映油脂在煎炸過程中的氧化速度。蔣甜燕等[5]將大豆油煎炸36次后得出過氧化值隨著煎炸次數(shù)的增加而減小再增加的趨向，最終測得過氧化值達到了4.11 mmol/kg。劉玉蘭等[6]在分析煎炸米糠油營養(yǎng)要素以及煎炸油條的品質(zhì)時同樣采用連續(xù)煎炸的方式煎炸油條32 h，發(fā)現(xiàn)隨時間的延長，過氧化值呈現(xiàn)一個先升高后下降再提高的趨向。這與之前的研究一致，氫過氧化物是初級氧化產(chǎn)物，很不穩(wěn)定，進一步發(fā)生分解產(chǎn)生的環(huán)氧化物以及一些醛、酮、酸等小分子物質(zhì)是影響油脂品質(zhì)的因素之一[7]。

1.1.3羰基值變化

羰基值反映了油脂酸敗時醛基和與聚合物一起產(chǎn)生的含酮基的脂肪酸或甘油酯的總含量，常用于評價油脂的次級氧化。羰基值受煎炸時間和煎炸溫度的影響，煎炸時間越長，羰基值越高[8]。RAMADAN等[9]研究發(fā)現(xiàn)高溫處理的油脂的游離脂肪酸裂解，分子雙鍵被氧化，產(chǎn)生的羰基化合物的含量不斷升高，導致油脂品質(zhì)降低。羰基值是衡量油脂在煎炸中品質(zhì)變化的重要指標，通過檢測羰基值的變化可以有效監(jiān)控油脂品質(zhì)。

1.1.4極性組分變化

極性組分是在油炸過程中，油脂與食物水分和氧氣在高溫條件下相互作用，產(chǎn)生的極性大于三酰甘油的的成分，是甘油三酸酯的熱氧化和熱聚合產(chǎn)物，包括甘油三酯聚合物、氧化三酰甘油、二酰甘油、氧化甘油三酯單體和游離脂肪酸等[10]。油炸過程中，高溫條件下發(fā)生水解、氧化聚合等反應，導致油脂極性化合物polar compounds(PC)的含量不斷增加。大多數(shù)國家依據(jù)極性組分含量，評估煎炸油品質(zhì)，比利時、法國、匈牙利、意大利和西班牙的極性組分的最高限額為 25%，澳大利亞和德國的極性組分的限額在 20% 到27% 之間[11]。極性組分含量是判定油脂劣化的標志之一。萬重等[12]研究發(fā)現(xiàn)，隨著煎炸時間的推移，煎炸油的極性組分不斷提高，其中游離脂肪酸、單和二酰甘油以及甘油三酯等有害物質(zhì)的含量在煎炸過程中呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。油炸產(chǎn)生大量極性組分，反復煎炸導致極性組分積累[13]，食品品質(zhì)降低。

食用油種類繁多，不同地區(qū)居民的生活習慣有所差異，因此不同地區(qū)使用的油脂也有所不同。大豆油、玉米油、菜籽油是常用的植物油。表1列舉了不同煎炸條件下幾種常用食用油理化指標的變化。油脂的理化指標是評價油脂質(zhì)量安全的常用方法。大豆油價格實惠且來源廣泛，但劣變速度相比其他兩種油更快一些，因此貨架期短，難以長時間保存。菜籽油在食用油中占較大份額，穩(wěn)定性好，但芥酸含量高不易消化[14]。玉米油在煎炸過程中穩(wěn)定性好，而且具有獨特風味，深受大眾喜愛。

1.2 煎炸油與煎炸材料互作

煎炸材料和煎炸油在高溫處理過程中相互影響，共同促進復雜反應的發(fā)生，造成營養(yǎng)物質(zhì)的損失和其他嚴重后果[27]。在此過程中多種物理變化和化學變化參與其中，食物表面脫水、脂肪吸收、風味化合物的形成、表面顏色改變等[28]，其中主要包括油脂吸收與脂質(zhì)交換，食物水分的持續(xù)蒸發(fā)導致的表面脫水，油脂在兩個方向上的交換，即利用油炸食品吸收油脂，將油脂運移到油炸食品中，這些變化是改變油炸食品的質(zhì)地和氣味的主要因素[29]，SANTOS等[30]采用190 ℃煎炸條件處理食用油，油脂的黏度隨油炸時間延長而升高，引起不良反應。油的黏度增加，有助于增加食物表面的油量，另一方面，食物和油之間的界面張力會降低，從而促進油的吸收[31]。煎炸過程中高溫下煎炸油和煎炸材料之間的化學反應不應被忽略，因為它們對其他典型的油炸食品的感官特性(氣味、顏色和味道)起著重要的作用?；瘜W反應發(fā)生在深度脂肪化過程當中，主要涉及水解、氧化和異構(gòu)化，致使游離脂肪酸、小分子醇、醛、酸和碳氫化合物[32]的生成。隨著煎炸時間的延長，聚合物的含量升高[33]，包括單聚體、二聚體和多聚體，其中二聚體的毒性作用最大，有致癌性，煎炸過程中這些聚合物吸附在食品上，導致動物肝功能異常[34]。油與食物表面的相互作用是復雜的，熱量通過對流從油炸介質(zhì)轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品表面，并通過傳導從表面轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，另一方面，水分通過擴散從固體內(nèi)部蒸發(fā)并轉(zhuǎn)移到表面，然后從外表面通過煎炸介質(zhì)實現(xiàn)遷移[35]。

2 煎炸油脂的危害

2.1 對肝臟的損傷

隨著生活水平的提高以及飲食的改善，逐漸認識到油炸食品對健康的有害影響，氧化油脂可以通過抑制生長速度和減弱與體內(nèi)脂質(zhì)過氧化防御機制相關(guān)的解毒酶來干擾肝臟功能[36]。油脂經(jīng)過高溫煎炸產(chǎn)生的甘油三酯損害脂質(zhì)成分和細胞功能，從而干擾脂質(zhì)代謝，長期食用煎炸油導致動物組織中脂質(zhì)過氧化作用和氧化應激的增加以及維生素E水平的降低，煎炸過程中油脂發(fā)生熱氧化，不斷產(chǎn)生大量有毒的聚合物，影響脂肪、葡萄糖代謝和肝功能[37]。陳雅瓊等[38]分別采用不同劑量的煎炸油喂食小鼠后，其中低劑量的煎炸油攝入對小鼠并無顯著影響，高劑量的煎炸油攝入嚴重損害小鼠肝臟，且隨著劑量增大，對肝臟損害越顯著。

2.2 對免疫系統(tǒng)的危害

煎炸過程中油脂受到高溫加工發(fā)生氧化和熱分解反應，并產(chǎn)生大量極性物質(zhì)，損害機體健康。LIN等[39]研究發(fā)現(xiàn)喂食過氧化煎炸油可以增加自發(fā)脾細胞增殖和B細胞活化，這可能對改變免疫功能有重要意義。為了進一步闡明油炸食品在自身免疫性疾病發(fā)病機制中的作用，分別給Nzbiw-FL小鼠喂食含20% 新鮮油和煎炸油的飼料，研究發(fā)現(xiàn)煎炸油顯著降低小鼠的酯化水平，食用煎炸油確實影響了小鼠的自身免疫和脂質(zhì)代謝水平[40]。油炸食品可能會影響脂質(zhì)氧化的程度，進而影響某些酶的活性。劉元法等[41]通過Ames 試驗以及骨髓核微率試驗分析了煎炸油中極性成分的致突變作用，結(jié)果表明過氧化煎炸油在煎炸后對動物自身免疫有很大影響，同時證實了煎炸油極性組分的致突變風險。

2.3 其他危害

煎炸食品時，高溫條件下油脂與食品中含有的一部分水分發(fā)生水解反應，產(chǎn)生的二酰甘油和脂肪酸促進揮發(fā)性物質(zhì)的生成[42]，包括碳氫化合物、醇、酮、醛、酸、酯、酚、呋喃、吡啶等，這些成分混合形成非常復雜的風味特征，多不飽和脂肪酸的二次氧化產(chǎn)物導致風味惡化[43]，產(chǎn)生一些刺鼻氣味，降低營養(yǎng)品質(zhì)[44]。油煙中的復雜成分被人體吸入后不僅對呼吸道有損傷，還可能對肺部造成損害，嚴重影響人體健康[45]。氧化油對大鼠糖脂代謝及相關(guān)的基因表達也有一些影響，周中凱等[46]給大鼠喂食過氧化煎炸油，6周之后發(fā)現(xiàn)煎炸油產(chǎn)生的毒性物質(zhì)對機體造成極大損傷，嚴重影響脂肪酸正常的合成與代謝以及機體的糖代謝水平，導致機體正常的生命活動受到損害。HUANG等[47]用過氧化煎炸油喂食懷孕小鼠，研究發(fā)現(xiàn)其胎兒的先天性畸形發(fā)生率較高，其原因可能是煎炸油及其極性部分可能導致懷孕小鼠畸形和胎兒肝臟中維生素A代謝基因表達紊亂。食用油煎炸產(chǎn)出過多的極性化合物與高血壓風險有關(guān)，在考慮年齡、性別、肥胖和碳水化合物代謝紊亂的模型后，高血壓的風險與食用油中極性化合物的攝入呈正相關(guān)[48]。

3 緩解煎炸油危害的方法

3.1 油脂中添加抗氧化劑

油脂抗氧化能力是評估油質(zhì)量的綜合性指標[49]。研究發(fā)現(xiàn)，添加抗氧化劑可以緩解油脂氧化程度[50]?？寡趸瘎└鶕?jù)其來源不同被劃分為天然抗氧化劑和人工合成抗氧化劑，在煎炸油中添加抗氧化劑可以減少餐后的氧化應激和炎癥反應[51]。天然抗氧化劑具有良好的抗氧化作用且安全性高[52]。黨玲等[53]為了研究抗氧化劑對油脂抗氧化性的影響，在亞麻籽油中添加了不同的抗氧化劑，發(fā)現(xiàn)添加抗氧化劑之后的亞麻籽油的過氧化值與原始油脂相比均有所降低。說明添加抗氧化劑可以作為提高油脂氧化穩(wěn)定性。不僅如此，多項研究發(fā)現(xiàn)多種抗氧化劑聯(lián)合具有更好的抗氧化功效，可以根據(jù)油脂的酸值、過氧化值、硫代巴比妥酸值和脂肪酸組成研制出具有最佳抗氧化性能的抗氧劑[54]，以此開發(fā)更優(yōu)質(zhì)的油脂產(chǎn)品，但抗氧化劑的安全性能以及在油脂中使用的劑量仍需要進一步的研究。

3.2 調(diào)和復配

調(diào)合油是由兩種或兩種以上的精制油(芳香油除外)根據(jù)使用需求的不同按不同配比制成的食用油。不同的油脂的脂肪酸種類和數(shù)量不同, 從而導致了營養(yǎng)功能及工業(yè)上用途的差別。將多不飽和脂肪酸與飽和或單不飽和脂肪酸混合是提高油穩(wěn)定性的一種潛在解決方案[55]。陳寧等按照不同配比將幾種植物油復配之后發(fā)現(xiàn)不同調(diào)和油的酸價和過氧化值發(fā)生了不同的變化，說明調(diào)和油改變提高油脂的穩(wěn)定性[56]。之后,袁博等按照飽和脂肪酸SFA∶單不飽和脂肪酸MUFA∶多不飽和脂肪酸PUFA=1∶1∶2的比例添加不同含量的玉米油、蘿卜籽油、亞麻籽油、油茶籽油，也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，經(jīng)過調(diào)和復配的油脂過氧化值與單一油脂相比有所下降[57]。因此，功能性調(diào)和油的研制對于改變油脂的穩(wěn)定性具有一定發(fā)展意義。根據(jù)不同的需要研制出不同配比的調(diào)和油，以便更好的滿足市場需求[58]。

3.3 膳食干預

飲食中攝入大量氧化油脂導致體內(nèi)抗氧化體系被破壞，活性氧自由基的大量積累，引發(fā)腸道炎癥并導致腸道菌群紊亂[59]。肝臟作為營養(yǎng)物質(zhì)的代謝中心，攝入過多的氧化油脂導致脂質(zhì)積累以及脂質(zhì)過氧化，影響肝臟正常代謝，進而引起肝細胞脂肪變性，宿主的抗氧化能力降低[60]。甚至可能會導致一些慢性疾病，如心血管疾病、癌癥、衰老和白內(nèi)障的發(fā)生[61]。通過合理的膳食干預或營養(yǎng)性膳食補充劑的使用，可以緩解減輕體內(nèi)氧化損傷(圖1)，改善內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)[62]，改善體內(nèi)氧化應激狀態(tài)[63]。益生菌具有多種有益生理功能[64]，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)[65]，預防慢性疾病的發(fā)生[66-67]，通過益生菌給藥治療可以有效改善腸道菌群，促進短鏈脂肪酸的產(chǎn)生[68]，有助于增強脂肪酸的吸收[69]。益生菌的抗氧化能力在國內(nèi)外有很多研究，包括清除自由基能力，抗脂質(zhì)過氧化能力，調(diào)節(jié)信號通路以及螯合金屬離子等[70-71]。體內(nèi)抗氧化性能也在多項試驗中得以證明[72]。目前,具有抗氧化能力的益生菌在保健品和功能性食品開發(fā)上具有很好的前景。LIN等[73]發(fā)現(xiàn)對氧化油脂飲食小鼠采用益生菌給藥治療6周后可有效改善氧化油引起的小鼠體內(nèi)的氧化應激失衡狀態(tài)，并恢復抗氧化酶活性。利用益生菌優(yōu)良的抗氧化活性，開發(fā)相應的營養(yǎng)補充劑，可用于緩解消除食用煎炸食物帶來的氧化應激損傷。

圖1 煎炸油對肝臟的損傷及緩解措施

4 前景與展望

油炸食品是中國的傳統(tǒng)食品之一，改善了食品色澤、風味，豐富了食品的口感，廣受大家喜愛。然而，過度煎炸的食用油極易發(fā)生油脂酸敗，產(chǎn)生一些極性組分，包括游離脂肪酸、丙烯酰胺和多環(huán)芳烴等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)在油炸過程中吸附在食品上，長期食用有損人體健康。添加天然抗氧化劑以及采用調(diào)和復配的方法可以有效提高油脂的品質(zhì)，預防油脂過度氧化。此外，利用益生菌作為膳食補充劑，能夠有效地緩解煎炸油脂對機體造成的氧化應激損傷，是膳食干預的新型途徑。益生菌具有抑菌、抗衰老、清除自由基能力，抗脂質(zhì)過氧化能力、增強機體免疫力等一些功能，且與許多食品具有良好的兼容性，廣泛應用于功能性食品的開發(fā)，提升食品品質(zhì)。因此，進一步探究益生菌抗氧化生理功能對于緩解煎炸油脂危害具有重要的意義。