基于光诱导的典型食品体系甾醇氧化劣变机理及其阻控研究

Phytosterols are vulnerable to oxidizing into phytosterol degradation products, thereby causing the loss of food nutrition and the generation of hazardous and noxious substances, However, most of the present studies from domestic and foreign country mainly focus on phytosterol thermal oxidation, whereas few studies are reported on photooxidation deterioration in olefination, polymerization and other pathways.. This study aims to analyze the composition of phytosterols (stigmasterol, stigmastanoland stigmasterol oleate, selected as representative phytosterols) and thepathways and kinetics of deterioration induced by light, by using method combined with time-resolved spectrum, chromatographic-mass spectrometric, food chemistry, metabonomics and chemometrics. On the basis of existing research, the multiple analog deterioration system of typical (milk beverage, corn oil) and model (oil/water, oil) food will be established.And the phytosterols and their deterioration products in these food systems will be further detected by holographic fingerprint method, then the main deterioration pathways and mark products of deterioration products will be summarized using information and space-time characterization from the fingerprint. The regulation and mechanisms of degradative phytosterols will be studied under the influence of different factors, such as lighting, heating, various of phytosterol structures, food ingredient, antioxidant, photosensitive material, metal ions, and oxygen; the keypoints of control and regulatory pathway of phytosterols photoprotection in typical food system will be discussed based on modulation of packaging, processing methods, antioxidants and ingredients. This study lays a scientific foundation for healthy diet and stable storage of phytosterols.

甾醇氧化劣变导致食物营养成分损失甚至有害物质的产生，目前国内外研究主要关注自动氧化，但更重要的光诱导氧化及其烯化、聚合等变迁未见报道。本项目拟以豆甾醇、豆烷醇、豆甾醇油酸酯等代表性甾醇为研究对象，整合时间分辨光谱、色谱-质谱联用、量子化学等研究手段，建立甾醇劣变产物指纹分析方法，构建豆奶（大豆油）典型食品和相应的油/水（纯油）模拟甾醇光氧化劣变体系；探索甾醇光诱导氧化发生的作用位点、反应历程及其动力学；探明光诱发后甾醇进一步氧化、烯化、聚合或裂解等变迁主要历程和标志产物，揭示光照、光敏物质、甾醇结构、食物组分、金属离子和氧气等因素及其互作对甾醇光氧化变迁主要历程的影响规律，阐明典型食品体系甾醇光氧化诱导发生及其变迁的劣变机理；从包装方式、加工方式、抗氧化剂等方面提出典型食品体系甾醇光氧化诱发及其变迁的关键控制点和阻控措施。项目的实施将为甾醇的健康安全食用和稳定贮藏加工奠定科学基础。

植物甾醇（PS）在食品生产、加工、贮运过程中易受光、氧等因素作用，氧化劣变生成多种甾醇氧化产物（POPs），这些劣变产物具有潜在的致癌性、致炎性、细胞毒性及致动脉粥样硬化作用。因此，探明PS光诱导氧化的发生机理、变迁及其影响规律对减少PS氧化劣变导致的营养流失和健康风险具有非常重要的意义。项目以菜油甾醇、菜籽甾醇、豆甾醇和β谷甾醇为研究对象，结合色谱-质谱联用、量子化学等手段，研究发现PS光氧化的作用位点主要在C5和C6位，通过自由基耦合和开链双自由基反应生成5-OOH和6-OOH中间产物，通过5α-OOH重排反应生成7α-OOH甾醇；通过建立34种PS及POPs的GC-MS检测分析方法，实验验证了理论计算的结果；明确了纯油光氧化劣变体系中了PS光氧化降解遵循一级反应动力学，生成6种主要POPs（7β-OH> 7α-OH> 5β,6β-epoxy> 7-keto> 5α,6α-epoxy> 6β-OH），影响因素主要为油脂不饱和程度、光照强度和光敏剂；明确了油/水光氧化劣变体系中主要形成4种主要POPs（7β-OH> 7α-OH> 6β-OH>7-keto），影响因素主要为乳液结构及其水相中的活性物质、乳液界面附近蛋白；探索了豆奶食品体系中PS光氧化与食品基质、光照波长、光敏剂和氧气密切相关，发现期间主要生成5种POPs（7α-OH> 7-keto> 7β-OH> 6β-OH），另一方面365-375、400-410、530-540nm的光照与核黄素、叶绿素都有协同作用，可以促进不同POPs的生成；从研究发现利用负载抗氧化剂的植物甾醇Pickering乳液，可以提高植物甾醇的光氧化稳定性97%以上；从包装方式、加工方式、抗氧化剂等方面提出了通过光阻断包装和复配抗氧化剂协同阻控甾醇光氧化的措施。此外，POPs膳食摄入量健康风险评估与吸收转运研究发现我国城市居民和农村儿童的烘焙食品消费存在风险(1<HI<10)，随着烘焙食品消费量的增加，潜在的风险也随之增加。同时，7-酮基谷甾醇的正向摄入为依赖于NPC1L1蛋白的主动运输，显著增加了小鼠主动脉粥样硬化程度。研究还发现甾醇能与蛋白通过形成复合物，通过改变甾醇羟基结构，提升甾醇的溶解性和生物利用度。项目的实施将为甾醇的健康安全食用和稳定贮藏加工奠定科学基础。