食用植物油热加工过程中的氧化机制及其控制研究

Oxidation during heating or frying processing plays an important role for the flavor, nutrition and healthy effects of edible vegetable oils. This project is mainly aimed at solving the problems of indistinct oxidation pathway, undefined reaction products and inefficient control. The several kinds of representative systems of free fatty acids, triglycerides and edible vegetable oils were used as research objects and the auto-oxidation of oil was used as control. Using the new research idea of combining qualitative data and quantify, macroscopic index with molecule, and physic-chemical analysis with mathematical statistics, thermal oxidation processing under different temperature was investigated in this project. The thermal oxidation mechanisms and the critical control point of oxidation were elucidated from the point of free radical generation, double bond/allyl/methylene function groups, formation and degradation of primary oxidation products, formation and accumulate of secondary oxidation products, and their quantitative relationship. The difference between autoxidation and thermal-oxidation of vegetable oils was analyzed and control mechanism of oxidation was established. The results will provide the theory basis and scientific guideline for the healthy production of oil foods.

食用植物油加热或油炸过程中的氧化反应对于油脂的风味、营养价值和健康效应均具有重要影响。本课题针对食用植物油热氧化途径不清晰、典型产物不明确，以及氧化过程不能有效控制等现状，以脂肪酸、脂肪酸甘油三酯理想体系，以及食用植物油实际体系为研究对象，以自动氧化为对照，采取定性与定量分析相结合、宏观指标与微观分子相补充、理化分析与数理统计相支撑的新思路，研究食用植物油在不同温度热加工过程中的氧化过程；建立能精确描述油脂热氧化过程和氧化程度的技术表征体系；从自由基生成、双键/烯丙基/亚甲基等特征官能团的变化、初级氧化产物的形成与降解、次级氧化产物的形成与累积，以及它们之间的内在量化关系阐明食用植物油热加工过程中的氧化机制及其关键调控点，深度剖析热加工过程食用植物油氧化与自动氧化的本质区别，建立热加工过程中食用植物油的氧化调控机制，为含油食品的健康生产提供理论依据与科学指导。

针对食用植物油热氧化途径不清晰、典型产物不明确，以及氧化过程不能有效控制等现状，以脂肪酸、脂肪酸甘油三酯理想体系，以及食用植物油实际体系为研究对象，研究了4种植物油在不同温度加热氧化过程中品质变化及底物降解情况，测定了各样品的氧化稳定性参数--起始失重温度（Ton）。结果表明：各种脂肪酸均随加热不断降解，温度越高，降解越快；基于脂肪酸及其甲酯的氧化稳定性参数，建立了其对植物油氧化稳定性的预测方程。TGA方法中升温速率越低，所得到的脂肪酸及其甲酯稳定性参数对植物油稳定性的预测精度越高，且脂肪酸甲酯体系的预测效果更好。. 其次，研究了脂肪酸组成对植物油热氧化影响，以及三大体系在不同温度条件下的热氧化降解过程，明确同种植物油不同温度加热氧化挥发性物质差异不大，不同植物油的挥发性物质有明显差异，反式-2,4癸二烯醛和己酸可作为常见植物油中的特征挥发性物质评价油脂氧化程度；建立了4种脂肪酸及其对应甲酯的热氧化降解动力学方程，得出了脂肪酸及其甲酯热氧化速率与温度和浓度的关系。随着不饱和度的升高，温度对氧化速率的影响越来越大，而浓度的影响越来越小。进而研究了植物油体系不同温度氧化降解过程，发现不饱和脂肪酸的降解速率远高于饱和脂肪酸。亚麻籽油在120ºC、140ºC条件下的氧化速率接近，且远低于160ºC、180ºC条件下的氧化速率；棕榈油、菜籽油、葵花籽。. 最后，采用电子顺磁共振方法（ESR）探讨了三大体系热氧化过程自由基产生的规律及其联系，进一步利用自由基强度研究了温度对三大体系热氧化过程的影响，通过总自由基强度变化确定了三大体系热氧化速率急剧加快的温度范围。进而基于脂肪酸甲酯体系，对不同植物油热氧化速率剧变的温度范围进行了预测。同时，利用自由基强度评价了3种天然抗氧化剂在不同植物油中的抗氧化效果，结果表明，两两复配添加时，抗氧化效果比单一抗氧化剂更好。三种抗氧化剂同时添加时，抗氧化效果比两者复配以及单独添加效果更好，并进一步确定了不同植物油中三种抗氧化剂同时添加的最佳比例。