【摘要】：食用植物油熱加工過程中產(chǎn)生的化學危害物對人類健康產(chǎn)生潛在威脅。近年來,隨著這些危害物的毒理學數(shù)據(jù)及其在植物油中的普遍存在逐漸被披露,展開對油脂加工中其生成和消除的系統(tǒng)研究愈加緊迫。縮水甘油脂肪酸酯(Glycidyl fatty acid esters,GEs)是近年來在精煉油脂中發(fā)現(xiàn)的一類新型潛在致癌物,其水解物——縮水甘油早已被國際癌癥機構(gòu)列為“2A”級致癌物。目前,歐盟也已對食用植物油和嬰幼兒食品中GEs含量立規(guī)設(shè)限。因此,為有效控制GEs生成,保障食用植物油的安全生產(chǎn),本課題以消費量較高的植物油為基質(zhì),考察植物油制取和精煉過程中GEs生成的關(guān)鍵決定因子,構(gòu)建模型油和化學模擬體系,利用現(xiàn)代儀器分析技術(shù)和反應動力學模型擬合闡明GEs生成的反應機制,并建立植物油中高效消除GEs的方法。主要研究結(jié)果如下:(1)制油方式和精煉過程單元對GEs生成的影響考察不同制油方式(熱榨、冷榨和浸出)得到的植物油在不同精煉單元(脫膠、脫酸、脫色和脫臭)GEs含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明,不同制油方式和精煉單元的植物油中GEs含量均有顯著差異。對于不同制油方式得到的同種植物油,GEs含量大小依次為:熱榨油冷榨油溶劑浸出油,其中溶劑浸出油中均未檢出GEs。對于同一制油方式得到的不同植物油在相同的精煉階段,GEs含量大小依次為:棕櫚油山茶油大豆油。對于同一制油方式得到的同種植物油在不同的精煉階段,GEs含量大小依次為:脫臭油脫色油脫酸油脫膠油毛油,其中脫臭前的精煉各階段GEs含量變化較小,而精煉脫臭階段是植物油中GEs生成的主要環(huán)節(jié)。脫臭溫度和時間均是GEs生成的重要影響因素。當脫臭溫度大于200℃時,GEs含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,峰值時間點在1-2 h,說明此時GEs在高溫下的生成和降解是同時發(fā)生的。(2)GEs生成的前體物質(zhì)和自由基介導機制利用微量組分分離-逐一排除法,結(jié)合核磁共振氫譜(~1H NMR)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)技術(shù),確定植物油中GEs生成的前體物質(zhì)為甘油一酯(MAG)和甘油二酯(DAG),且MAG的生成能力大于DAG,但MAG在植物油中含量較低,故其在植物油中對GEs生成的貢獻大小為:DAGMAG。DAG和MAG生成GEs的中間體含有環(huán)酰氧摀結(jié)構(gòu),而甘油三酯(TAG)不能直接生成GEs。構(gòu)建添加等量1,2-二棕櫚酸甘油酯(DPG)純品的模型油和十六烷化學模擬體系,排除前體物質(zhì)含量差異對不同模型油中GEs生成的影響,通過監(jiān)測加熱過程中GEs含量的變化發(fā)現(xiàn),模型油中GEs生成水平與油脂類型有關(guān)。通過分析加熱過程中各極性組分含量,確定不同模型油在高溫過程中的GEs生成量的差異與實時產(chǎn)生的極性組分無關(guān)。硫酸鐵、特丁基對苯二酚(TBHQ)和氧環(huán)境均對模型油中GEs生成有顯著影響,其中硫酸鐵和氧環(huán)境起促進作用,而TBHQ起抑制作用,說明模型油中GEs生成與油脂氧化有關(guān)。在化學模擬體系中,通過分析硫酸鐵-、TBHQ-和V_E-DPG體系中GEs生成量差異,確定了硫酸鐵、TBHQ和V_E均可直接影響GEs的生成,且TBHQ的抑制率明顯高于V_E。FTIR結(jié)果進一步證實,硫酸鐵有利于GEs生成路徑中環(huán)酰氧摀中間體(Cyclic acyloxonium intermediate,CAI)的生成,而V_E對其生成起抑制作用。利用三重四級桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(Quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry,Q-TOF MS/MS),以5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(5,5-Dimethyl-1-pyrroline N-oxide,DMPO)為自由基捕獲劑,對GEs生成中間體的存在形式進行間接表征,揭示了高溫下GEs生成的CAI以自由基形式存在,并提出DAG生成GEs的自由基介導機制:首先甘油碳骨架sn-2位上解離掉的脂肪酸自由基(R·)或sn-3位上解離掉的羥基自由基與熱氧化產(chǎn)生的自由基如過氧化自由基(ROO·)結(jié)合,也可能由高溫下共價鍵的直接斷裂引發(fā),然后sn-1位上的酯羰基可能立即與sn-2位碳中心自由基結(jié)合生成CAI′自由基;另外,sn-2位上的酯羰基也可能與sn-3位碳中心自由基結(jié)合生成CAI″自由基。最后,不穩(wěn)定的CAI(CAI′或CAI″)自由基迅速進行分子內(nèi)重排生成GEs。油脂自動氧化產(chǎn)生的自由基能夠傳遞到GEs生成路徑,促進CAI自由基的生成,同時能吸收分子內(nèi)重排階段離去的自由基,從而實現(xiàn)對GEs生成的影響。因此,獲得助氧化劑和抗氧化劑對GEs生成的雙重影響機制:一是通過間接調(diào)控油脂自由基氧化,二是通過直接促進或者抑制環(huán)酰氧摀自由基中間體的生成。(3)GEs生成的反應動力學方程通過對GEs反應生成條件進行理想假設(shè),建立化學反應速率方程并基于邊界條件求解。大豆油、山茶油和棕櫚油在200-240℃加熱2 h內(nèi)GEs生成量均符合準一級動力學模型。不同溫度下得到k_1和k_2值符合Arrhenius方程,計算得到GEs生成的表觀活化能E_a值大小依次為山茶油(35.64 kJ/mol)棕櫚油(34.58 kJ/mol)大豆油(29.58kJ/mol),而不同植物油中GEs分解的E_a值差異不大(12.87-14.13 kJ/mol),可能說明GEs的分解與植物油種類無關(guān)。硫酸鐵和TBHQ對模型棕櫚油在200℃加熱過程中GEs含量的準一級動力學生成速率常數(shù)均有明顯影響,但對分解速率常數(shù)無影響,說明助氧化劑和抗氧化劑能影響GEs生成但不影響其分解。在十六烷化學模擬體系中,1-棕櫚酸甘油酯(MPG)生成GEs的反應速率高于DPG。(4)GEs的吸附消除機制將酸洗棕櫚木基活性炭(awOPAC)用于棕櫚油中GEs的吸附消除,吸附后GEs含量為0.17 mg/kg,消除率為95.49%,顯著高于其它實驗所用的吸附劑(P0.05)。在棕櫚酸縮水甘油酯(PGE)-十六烷化學模擬體系中,awOPAC對PGE的吸附熱力學研究表明,awOPAC對PGE的吸附為放熱過程。等溫吸附過程較好地符合Langmuir等溫線吸附模型,最大單位吸附量為36.23 mg/g。吸附動力學符合準二級動力學模型。綜上,PGE-awOPAC吸附過程由膜擴散和顆粒內(nèi)部擴散控制,屬單分子層物理吸附過程。GEs的解吸附實驗發(fā)現(xiàn),解吸物中含有甘油和MAG,表明awOPAC對GEs的高效吸附不僅由于awOPAC對GEs的直接吸附而且由于被吸附的GEs在酸性活性位點上的分解。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS225.1
【圖文】：

水甘油能使骨髓產(chǎn)生微核[37]。Putman 等[39]將縮水甘油重復，發(fā)現(xiàn)小鼠肺部和胸部的突變率增加，而單次喂養(yǎng)的小鼠中理學項目（NationalToxicologyProgram,NTP）進行小鼠喂養(yǎng)結(jié)果表明，縮水甘油能夠引起小鼠多處組織產(chǎn)生腫瘤[37]。因機構(gòu)評估為基因致癌物，其中 IARC 將其認定為 2A 級致癌所（MAK）化學品的健康危害時將其定義為 2 類致癌物。[40]對雄性 Fischer-344 小鼠喂食和靜脈注射一定量的14C 標記學。連續(xù)喂養(yǎng)72h后發(fā)現(xiàn)，在小鼠尿、排泄物分別檢測到約14C 標記物質(zhì)，同時，也有一部分（26% - 32%）轉(zhuǎn)化為了 C水甘油保留在小鼠體內(nèi)的組織中，其中含量較高的是在血液脾臟中，含量較低的是在脂肪、骨骼肌和血漿中�？s水甘油和保留主要原因在于縮水甘油的環(huán)氧基結(jié)構(gòu)能夠與組織中的

華南理工大學博士學位論文法能同時檢測植物油中的 MCPDE 和 GEs，其檢測限分別為 0.04 和 0.06mg/kg AOAC 收錄，其反應原理圖如圖 1-3 所示。然而，縮水甘油具有不穩(wěn)定性及PD 在酯交換過程可能轉(zhuǎn)化為縮水甘油，會導致該方法的不準確性。Koyama 述方法的基礎(chǔ)上進行了改進，利用脂肪酶水解為 MCPDE 和 GEs，對所建立的 方法在 13 個實驗室進行可行性評估，結(jié)果顯示 3-MPCDE、2-MPCDE 和 GEs 欖油中的加標重現(xiàn)性分別為 4.4%、11.2%和 6.6%。Miyazaki 等將修正的脂肪用到富含多不飽和脂肪酸的油脂如魚油中，從而建立了同時檢測魚油中 3-MCGEs 含量的方法，并與標準方法 AOCS Cd 29a 進行對比[51]。

圖 1-3 溴化后衍生 GC-MS 間接法測定 GEs 的反應原理圖[52]gure 1-3 Reaction scheme of the indirect determination of GEs via bromination of GEs followed by Pderivation by GC-MS. R, R1, and R2, fatty acyl groups3.1.2 直接法檢測 GEs 含量鑒于間接法檢測植物油中 GEs 的不準確性，探索不進行衍生化處理的直接檢測近年來的研究熱點。直接法不破壞 GEs 結(jié)構(gòu)，能對每一種 GEs 分別進行檢測。目

【參考文獻】

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 尹詩琴;油脂加工過程中縮水甘油酯形成的影響因素及其脫除研究[D];華南理工大學;2016年

本文編號：2752273