李文娟 吳 彥 李從虎 徐義慶 汪美鳳 朱亮亮

(安慶師范大學生命科學學院1，安慶 246133 ) (安徽科技學院食品工程學院2，滁州 233100 ) (皖西南生物多樣性研究與生態(tài)保護安徽省重點實驗室3，安慶 246133 )

油脂高溫加工食品具有悠久的歷史，比如傳統(tǒng)的油煎、油炸、油脂高溫炒制菜肴等，特別是煎、炸方式可以使食物快速熟化、獲得多孔酥松結構、令人愉快的香味、并使表皮呈現誘人的金黃色，是許多家庭喜愛又經常食用的食品。高溫會促使油脂這種化學性質不穩(wěn)定的加熱介質發(fā)生一系列的下游反應，特別是不飽和脂肪酸含量高的植物油。在高溫情況下，油脂會形成大量自由基，油脂上的三?；视涂赡軙猱a生游離脂肪酸，裂解生成單甘酯、甘油二酯、烴類化合物等，聚合產生大分子聚合物，氧化產生脂質氫過氧化物、醛酮類化合物、醇和酸等，以及環(huán)化反應[1]。在油脂熱加工產生的各種物質中，醛類化合物反應活性高，如跟蛋白質或氨基酸、遺傳物質DNA、膜脂發(fā)生加成反應，從而導致食品營養(yǎng)價值降低；醛類被人體攝入后，會產生細胞毒性，并引發(fā)一系列如動脈粥狀硬化、阿爾茨海默病、癌癥等慢性疾病發(fā)生。本文主要對油脂熱加工產生醛類的機理、醛類化合物的分子特征及影響因素等方面展開綜述，旨在為其進一步開發(fā)利用提供參考。

1 油脂熱加工產生醛的種類

但是這些醛類并不是存在于所有油脂熱加工或熱烹調食物中，?；N類及比例決定了產生醛的種類及濃度，如果原始油中一些酰基缺失或濃度過低，則該?；赡墚a生的醛類化合物就不存在。

2 油脂熱加工產生醛類化合物的機理

飽和脂肪酸無氧下熱裂解產生烯醛和熱氧化產生烷醛是油脂熱劣變產生醛類化合物的一小部分來源。飽和脂肪酸常溫下性質穩(wěn)定，但是在高溫加熱下，也能產生醛類化合物。高溫無氧下飽和脂肪酸可以通過熱分解產生烯醛類化合物(如丙烯醛)，而在有氧高溫下(如在150 ℃以上)也會發(fā)生氧化產生醛類化合物。飽和脂肪酸的熱氧化機制也是先形成過氧化物，且其上所有亞甲基都可能受到氧攻擊形成氫過氧化物，但易于在哪個部位形成尚無定論，由于其產生的氧化產物與母體脂肪酸鏈長接近，因此目前認為可能在α、β、γ位易于形成氫過氧化物，然后進一步發(fā)生分解產生醛類[3,4]，如圖1所示。

圖1 飽和脂肪酸熱氧化反應

圖2 脂質氫過氧化物β裂解

此外，高溫也會導致兩個過氧基自由基生成兩分子烷氧自由基、一分子氧氣，新生成的烷氧自由基發(fā)生β-均裂，也可直接生成醛類物質[7]。

支鏈不含氧的醛類除了油脂熱裂解和熱氧化直接產生之外，還有一部分是由先產生的醛再發(fā)生后續(xù)變化轉變過來的。因為油脂熱處理后產生的一部分醛相對比較穩(wěn)定，比如說飽和醛，但是有一些醛很不穩(wěn)定，比如說不飽和醛，在熱條件下還會進一步發(fā)生反應，生成下游新的醛類。比如4 μmol的2-烯醛(2-戊烯醛和2-辛烯醛)和2,4-二烯醛(2,4-庚二烯和2,4-癸二烯醛)單獨或者加入到200 μL的50 mmol/L的緩沖溶液(磷酸鈉或硼酸鈉，pH 8)，200 ℃下，分別在空氣中和在氮氣中加熱1 h，結果烯醛和二烯醛在溶液中和空氣中很容易生成甲醛、乙醛和原始醛類物質碳碳雙鍵斷裂之后所形成的相應的醛類物質：比如丙醛、己醛、2-戊烯醛、2-辛烯醛、乙二醛、丁二醛，碳碳雙鍵斷裂的鍵能比較低(25 kJ/mol)，生成飽和醛的數量遠高于2-烯醛的數量。在同樣的反應條件下，大概有10%～18%左右的原始的2-烯醛和2,4-二烯醛在200 ℃加熱1 h后會轉變?yōu)轱柡腿?，而只有大?%的2,4-二烯醛在同樣的反應條件下會轉變?yōu)?-烯醛。2-烯醛檢測到數目比較少的另外一個原因可能是，2,4-二烯醛分解產生的2-烯醛會進一步發(fā)生熱降解，生成相應的飽和醛[8]。

盡管油脂熱加工產生的大部分不含支鏈的醛類化合物產生機理得到廣泛認同，但是另外還有一些支鏈含氧的α,β-不飽和醛的形成機理仍不十分明了且存在爭議，對這些化合物形成機理的研究仍是一個挑戰(zhàn)。比如4-羥基-2-壬烯醛(4-hydroxy-trans-2-nonenal，HNE)的形成機理就有好幾個觀點，有一種觀點認為它來自2,4-癸二烯醛繼續(xù)反應所生成；也有認為含有9個碳原子的HNE應該是來自ω-6不飽和脂肪酸或其?；献詈?個碳原子；還有認為來自13-氫過氧基-9,11(Z,E)-十八碳二烯酸經過一系列的氧化、裂解之后先得到4(S)-氫過氧基-2-(E)-壬烯醛(hydroperoxy-2(E)-nonenal)，該物質隨后轉變?yōu)橄鄳?-羥基或4-氧代-反式2-烯醛(4-oxo-trans-2-alkenals)，如圖3所示。

圖3 4-羥基(或氧代)-壬烯醛的形成

除了氫過氧基、羥基和氧代烯醛之外，4,5-環(huán)氧-2-烯醛也是其中一類脂質氧化產生的醛類，這個物質通常在高溫加熱的食品中產生，會引發(fā)血管內皮細胞劑量和時間依賴性凋亡。亞油酸熱氧化過程中產生等量的9-氫過氧基-t,10-c,12-十八碳二烯酸(9-hydroperoxy-trans,10-cis,12-octadecadienoic)和13-氫過氧化物衍生物(13-hydroperoxyderivatives) 被認為是4,5-環(huán)氧-2-癸烯醛(4,5-epoxy-trans-2-decenal)的前體，并以前者更為主要；氫過氧化物衍生物繼續(xù)反應中先生成2,4-癸二烯醛，之后再經過一系列步驟生成4,5-環(huán)氧-2-癸烯醛，如圖4所示。而13-氫過氧化物繼續(xù)反應中先生成12,13-環(huán)氧-9-過氧-10(E)-十八碳烯酸(12,13-epoxy-9-hydroperoxy-10(E)-

圖4 4,5-環(huán)氧-2(E)-癸烯醛的形成

octadecenoic acid)，之后再生成4,5-環(huán)氧-2-癸烯醛[9]。

3 油脂熱加工產生醛類的反應活性及危害

3.1 反應活性

油脂熱氧化早些的研究報道主要關注某些?；a生的飽和烷醛、烯醛、二烯醛。通常情況下，相同鏈長的飽和醛活性不如(E)-2-烯醛，后者活性又不如(E,E)-2,4-二烯醛。近年來，發(fā)現除了這些醛之外，油脂熱氧化還會產生支鏈上含氧的α,β-不飽和醛(OαβUAs)，它們的反應活性更高，因為該物質分子中至少存在三個不同的具有高反應活性的官能團[11]。

醛分子碳鏈上的取代基存在也會影響其反應活性，比如在生物學上廣泛研究的HNE，由于與β位相鄰的C原子上還連接了一個羥基，使β位的親核性進一步加強，反應活性進一步提高。HNE同時含有醛基與親電子的碳原子，它與蛋白質分子中的巰基以1,2-或1,4-Micheal加成反應，形成硫醚加合物(Thioether adducts)，此產物不穩(wěn)定會進一步環(huán)化形成環(huán)狀半縮醛結構(Cyclic hemiacetals)[13]，此外它還能與組氨酸的咪唑基、賴氨酸的氨基發(fā)生Micheal加成，且產物還可以進一步環(huán)化生成其他化合物如2-戊基吡咯類(2-pentylpyrroles)，脫水形成環(huán)狀甲醇胺結構；此外，HNE上的羰基又能夠與賴氨酸殘基以Schiff加成。4-氧代-2-壬烯醛(ONE)是C4上還有酮基的不飽和醛，其2位碳、3位碳能夠與組氨酸、賴氨酸和半胱氨酸殘基發(fā)生邁克爾加成反應(Michael adducts)，然后發(fā)生閉環(huán)反應生成呋喃結構。

3.2 危害

油脂熱加工產生的醛可以與食物中的成分發(fā)生反應，導致食品質構特性、色澤、氣味甚至口感發(fā)生改變，比如與蛋白質的加成反應會導致必需氨基酸的破壞，食品營養(yǎng)價值降低，甚至形成新的加合物(也稱高級脂質氧化終末產物，Advanced Lipoxidation End Products，ALEs)，該物質經人體攝入后被認為和氧化應激、多種慢性疾病發(fā)生以及人體衰老等具有密切關系[14]。

油脂熱加工后產生的醛可以通過直接攝入或者食物吸附進入人體，比如HNE不飽和醛是最為人所熟知的化合物，它與帕金森癥、亨廷頓氏癥、低密度脂蛋白氧化、動脈粥狀硬化等疾病密切相關[15]。醛類化合物與遺傳物質DNA形成加合產物而未能得到適當修復，將會成為癌癥發(fā)生的重要因素[16]。醛類化合物還能抑制遺傳物質DNA合成和蛋白質翻譯，導致細胞死亡或者誘發(fā)遺傳物質突變[17]。比如富含亞油酸的植物油熱加工后通常會產生大量的2,4-癸二烯醛，該物質被證明在幾十微克/克低濃度下就具有明顯細胞毒性并誘發(fā)DNA氧化損傷[18]。

4 不同因素對油脂熱加工產生醛類的影響

影響油脂高溫產生醛的種類和濃度的因素很多，比如油脂?；煞趾图訜釡囟取r間是決定醛種類和濃度的主要因素；油脂熱加工方式(比如傳統(tǒng)的加工方式煎、炸、炒、焙烤)；熱加工中油脂的體積和油/空氣接觸面積；產生醛類的沸點(這會決定其油脂熱處理后是否會揮發(fā)進入空氣中)；促氧化或抗氧化因子的存在；油脂熱加工的食物對象(因為這決定了油脂熱加工產生的醛是否會與食物發(fā)生羰胺反應，或者被食物所吸附，此外，如果所處理的食物中富含油脂如禽畜肉、魚類，會同時產生醛類化合物)也是決定醛種類和濃度的因素[11]。

4.1 食用油類型、脂肪酸組成對油脂熱加工產生醛類的影響

影響油脂熱加工產生醛類物質的影響因素中，以脂肪酸種類和食用油類型更受關注，關于這方面的報道也更為豐富。食物中組成甘油三酯常見的脂肪酸有硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸等。一般來說，熱處理過程中，多不飽和脂肪酸的氧化穩(wěn)定性<單不飽和脂肪酸<飽和脂肪酸；而多不飽和脂肪酸的氧化穩(wěn)定性又與不飽和雙鍵數目成反比。由于脂肪酸種類、以及熱處理方式不同，醛類化合物產生數量多而復雜，加之檢測手段多樣，因此不同的研究報道所檢測到的目標醛類和檢測結果也不盡相同。

由于熱加工后產生的醛種類、數量與油中酰基比例密切相關，選擇典型的食用油(通常選擇?；壤采w范圍相當廣的油脂)，可以推測其油脂(特別是具有不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸、亞麻酸組成的油脂)在相同熱處理后產生的醛種類及數量，并進行醛類化合物產生的模型預測。Guillén等[19]對三種有典型不同?；鹊挠椭M行熱處理后產生的醛類進行了分析，其中試驗選擇的橄欖油富含油酸，葵花籽油富含亞油酸，亞麻籽油富含亞麻酸(方法：190 ℃加熱，8 h/d至極性化合物含量達25%，后對油樣進行SPME-GC-MS檢測)；總的來說，熱處理后所產生的各種醛類化合物種類和數量依賴于原始油的酰基比例；相對而言，橄欖油熱處理后產生的10～11個碳原子的飽和醛、烯醛量較高，且烯醛增加量隨著加熱時間延長緩慢增長；向日葵油熱處理后富含(E)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛和2,4-癸二烯醛；亞麻籽油熱處理后富含(E)-2-丙烯醛、(E)-2-丁烯醛和2,4-庚二烯醛，且這些醛很快達到最大值；橄欖油和葵花籽油中具有類似種類的含氧飽和醛(oxygenated saturated aldehydes)，但葵花籽油中濃度要更高，其中4-氧代壬醛(4-oxononanal)是兩種植物油熱處理后產生的主要含氧醛。而亞麻籽油熱處理后產生的含氧醛種類和濃度則要小很多，且不同于其他兩種植物油，它以4-氧代己醛(4-oxohexanal)為主。毒性較高的支鏈含氧的α,β-不飽和醛則出現在這三種熱處理后的植物油中，并以葵花籽油中更高。

在油脂熱氧化產生的2-烯醛，4-羥基-2-烯醛和酮醛中，4-羥基-2-烯醛由于其高活性，是其中比較突出的特征性醛類產物。這些4-羥基-2-烯醛主要有四種，分別是4-羥基-2-反式己烯醛(4-hydroxy-2-trans-hexenal，HHE)、4-羥基-2-反-辛烯醛(4-hydroxy-2-trans-octenal，HOE)、4-羥基-2-反-壬烯醛(4-hydroxy-2-trans-nonenal，HNE) 和 4-羥基-2-反-癸烯醛(4-hydroxy-2-trans-decenal，HDE)，這四種醛基本結構相同，但是鏈長不同[20]。

Han等[21]通過對硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸這四種脂肪酸甲酯在常用的油炸溫度下(185 ℃)進行長時間加熱(0～6 h)，采用DNPH進行衍生化、薄層色譜粗分離、HPLC檢測所產生的4-羥基-2-烯醛；發(fā)現硬脂酸甲酯和油酸甲酯在熱氧化過程中未檢測到α,β-不飽和-4-羥基-烯醛；HHE在亞油酸甲酯和亞麻酸甲酯熱氧化過程中均被檢測到，且以亞麻酸甲酯產生量更高，但是高峰出現的時間有所不同；HOE在熱處理后的亞油酸/亞麻酸甲酯中均被檢測到，且以亞油酸甲酯產生量更高，且高峰出現時間也不同；在這四種羥基醛中，又以HNE最引人注目，其在熱處理的亞油酸甲酯中被檢測到，最高濃度是在加熱后3 h(84.82 μg HNE/g亞油酸甲酯)；HDE則在四種熱處理的脂肪酸甲酯中均未檢測到。

4.2 加熱溫度、時間對油脂熱加工產生醛類的影響

除了脂肪酸組成之外，加熱溫度和時間無疑會決定油脂熱劣變反應程度和強度，所以也是影響醛類產生的重要因素。Wang等[1]研究了大豆油在45、65、85、105、125、145、165、185 ℃下加熱5、15、30 min 和1、2、4、6 h產生的醛類化合物(熱處理后的油脂采用HQ衍生化，然后采用LC-MS分析醛類組成)；首先對最高溫度185 ℃處理后生成的醛結構進行確認(因為一般溫度越高，醛生成的種類越多，相對較高的溫度處理不同時間之后的醛類化合物種類基本能涵蓋溫度相對低的所產生的醛種類)，結果發(fā)現分別為2,4-癸二烯醛(Ⅰ)、2-十一碳烯醛(Ⅱ)、2-癸烯醛(Ⅲ)、2,4-十一烷二烯醛 (Ⅳ)、4-HNE(Ⅴ)、2-辛烯醛 (Ⅵ)、戊醛(Ⅶ)、己醛(Ⅷ)、丙烯醛(Ⅸ)、2,4-庚二烯醛(Ⅹ)和2-庚烯醛(Ⅺ)，還有第十二種，根據質譜分子質量確定醛的分子式為C9H16O2，推測是 4-氧代壬醛(4-oxononanal)；然后采用PCA法和HCA法對不同溫度和加熱時間處理后的大豆油產生的醛類進行聚類分析，聚類為A1、A2、B三類，結果發(fā)現，(1)2,4-癸二烯醛 (Ⅰ) 是生成量最大的一種醛；(2)聚類為B的醛為2,4-庚二烯醛 (Ⅹ)、2-庚烯醛(Ⅺ)、和丙烯醛(Ⅳ), 在185 ℃加熱30 min時候，產生量為最大，之后下降；(3)與B類醛不同的是，在185 ℃加熱時，A1和A2類的(Ⅰ-Ⅷ)產生量持續(xù)增加。

4.3 比表面積、加熱方式對油脂熱加工產生醛類的影響

除了脂肪酸組成、加熱溫度和時間等重要因素之外，油脂熱加工時與大氣中氧氣的接觸面積也是影響醛類物質產生、逸出速率及再發(fā)生進一步反應(如氧化成相應的酸或者轉變成其他物質)的重要因素。Da等[22]比較了棕櫚油和大豆油加熱時間、比表面積、加熱方式(連續(xù)或者間歇)對產生羰基化合物的影響。發(fā)現幾乎所有處理方式都能產生乙醛、丙烯醛、丙醛、丁醛、己醛、2-庚烯醛、2-辛烯醛，且在兩種油所有比面積處理下，丙烯醛是主要產生的羰基化合物，其次是己醛和2-庚烯醛。大豆油比棕櫚油表現出更高的丙烯醛排放率。 醛的產生速率與熱處理時比表面積直接相關，但是飽和醛和不飽和醛的氧化規(guī)律不同，間歇加熱時，飽和醛的產生速率增加，而不飽和醛正好相反，這可能與不飽和醛的雙鍵的高活性有關。

4.4 金屬離子對油脂熱加工產生醛類的影響

金屬離子對油脂熱氧化速率影響較大，其中鐵離子、鋁離子和銅離子是食用油中通常會存在的幾種痕量重金屬，它們也同樣存在于油脂熱加工對象和加工容器中。金屬離子通過在鏈引發(fā)階段傳遞電子，并在鏈增長階段促進脂質過氧化物的分解而發(fā)揮其對脂質催化氧化作用。Bastos等[23]研究了不同濃度的(9.2、27.5、46.0 μg/L)金屬離子( Fe3+、 Cu2+、Al3+)對菜籽油在180 ℃下產生醛類化合物的影響(采用DNPH衍生化、LC-MS檢測油脂熱處理后的揮發(fā)物)，且主要針對以下幾種醛：甲醛、乙醛、丙烯醛、丙醛、丁醛、己醛、(E)-2-庚烯醛和辛醛進行檢測，并采用標樣作為對比。在加熱油時，形成速率較高的幾種醛分別是丙烯醛、己醛和乙醛。金屬離子加劇這八種化合物的形成，并對甲醛、乙醛、丙醛和庚醛形成的促進作用更為明顯。從對羰基化合物的催化作用來看，以銅離子最為明顯，其次是鐵離子和鋁離子。

4.5 其他因素對油脂熱加工產生醛類的影響

除了上述對油脂熱加工產生醛類化合物的各影響因素單獨研究之外，還有對影響因素進行綜合研究的。Katragadda等[24]研究了一些綜合因素如加熱時間、溫度、油脂類型、油脂的發(fā)煙點對產生醛的影響。所選用的食用油分別是：菜籽油(室溫下為液體，發(fā)煙點238 ℃左右；分別含有58%和32%的單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸)、特級初榨橄欖(室溫下為液體；72%的單不飽和脂肪酸，發(fā)煙點195 ℃左右)、紅花油(室溫下為液體；75%的多不飽和脂肪酸，發(fā)煙點212 ℃左右)和椰子油(室溫下為固體，91%的飽和脂肪酸，發(fā)煙點175 ℃左右)，得出發(fā)煙點越高的油脂適合用來油炸，發(fā)煙點在200 ℃以下的不適合進行深度油炸。醛的產生量與溫度升高、時間延長成正比，而且特別是在油脂達到發(fā)煙點的時候。在低于發(fā)煙點下的溫度，也能產生毒性比較大的醛，如丙烯醛、乙醛。當油溫達到燃點時，醛產生量則急劇增加。

此外，油脂熱加工過程中所處理的食物對象也是影響醛類產生的因素之一。Peng等[25]對三種烹飪方法(炒、煎、炸)，四種烹飪油脂(大豆油、葵花籽油、菜籽油、棕櫚油)，兩種類型的食物(富含淀粉的馬鈴薯和富含蛋白質和油脂的豬里脊肉)進行熱加工實驗，發(fā)現對烹調土豆而言，醛總釋放量是炒的方法最少，大豆油和葵花籽油烹調后釋放醛的總量大于菜籽油和棕櫚油，且釋放的醛中，己醛和反,反-2,4-癸二烯醛量最大，壬醛和反-2庚烯醛量也比較大；對烹調豬里脊肉而言，炸的方式釋放的醛量最大(可能是與這種方式的溫度最高有關)，且以葵花籽油炸的方式釋放醛量最大，己醛和反,反-2,4-癸二烯醛仍是產生量最大的，乙醛、丙醛、戊醛、反-2庚烯醛、壬醛釋放量要低一些，而其他的醛在不同組合之間被檢測到的量在10%以下。

抑制劑存在與否也是影響醛類產生的因素之一，Mostaghimi 等[26]在不同溫度下進行真空下油炸，發(fā)現添加3%的膠原蛋白對產生醛類的清除效果較好。

5 總結和存在的問題

油脂種類不同、加工條件和加工方式多樣、加工對象來源豐富等眾多內外因導致油脂熱加工產生醛類產物繁多、機理復雜，再加上醛類不穩(wěn)定，檢測手段不一，因此這方面的研究仍不深入，其形成機理到目前為止仍未得到全面而深入的闡釋。存在的主要問題如下：

由于影響因素眾多，油脂熱加工產生醛的種類非常繁多、性質不一，且產生的醛類化合物又非穩(wěn)定存在，檢測較困難，哪種檢測手段都無法對產生的全部種類的醛進行精確分析。因此，有些報道只能根據其檢測目標需要而選擇相應手段。一些檢測缺少容易獲得的標樣，如環(huán)氧醛等等。因此，如何進行有效分析仍是一個挑戰(zhàn)。

一些油脂熱加工報道所用的體系比較復雜，食物中有很多成分，產生的醛會跟食物中很多物質發(fā)生反應，因此如何采用簡單體系，對醛類產生機理進行深刻闡述，也是以后要努力的方向；比如把原始油脂進行模型化、簡單化，并同時與自由基產生、初級產物的檢測等等聯(lián)系起來，有利于二級產物醛類物質產生的機理闡述。

油脂高溫加工產生的醛類化合物形成動力學仍不十分明確，以及它們產生的數量與原始油及加工食物之間的關系，仍未得到很好闡釋[1]。