煎炸油脂质变预防及其危害控制研究进展

吕 芳, 林祥娜, 朱靖雯, 杨雨茜, 伊雪儿, 王光强, 艾连中, 夏永军

上海理工大学医疗器械与食品学院上海食品微生物工程技术研究中心，上海 200093

煎炸是一种传统的传质和传热同时发生的烹饪方法。由于煎炸过程中油温较高，植物油本身或与被煎炸的食品之间会发生水解、氧化、异构化、聚合和裂解等化学反应。适度的反应会提升煎炸食品的风味口感，但反复的加热会增加过氧化物、极性组分等影响身体健康的物质产生。故本文将对现有文献有关煎炸过程中酸价、过氧化值、羰基价、极性组分等理化指标的变化及其对人体的危害情况进行归纳，分析能有效缓解煎炸油变质的方法，提出降低过量摄入煎炸油后对人体产生危害的方法建议。

1 油脂煎炸过程组分间互作

1.1 煎炸过程理化指标变化

1.1.1酸值变化

油脂的酸值是指中和1 g油脂中的游离脂肪酸需要的氢氧化钾(KOH)毫克数。酸价的高低反映了油炸过程中油脂所含游离脂肪酸的变化，酸值是判断油脂的降解程度的可靠指标[1]。国标GB 2716—2018中规定煎炸过程中的食用植物油的酸值不得超过5。正常油脂经高温处理后，酸价不断升高，冯国霞等[2]采用连续煎炸的方式煎炸大豆油40 h，测得油脂酸价随时间延长不断升高，由0.07 mg/g上升至0.45 mg/g。刘昭等[3]为了研究食用调和油在薯条煎炸过程中的品质变化，采用连续煎炸的方式煎炸24 h后发现几种食用油的酸值在煎炸过程中都是随时间延长呈不断升高的趋势，其中酸价最高值达到了0.60 mg/g。在高温煎炸过程中油脂与煎炸材料带来的水分接触之后发生了热氧化反应，其中反应产物甘油三酯[4]产生的大量游离脂肪酸及其二次产物(羰基化合物)的进一步氧化导致酸值不断升高。

1.1.2过氧化值变化

油脂的过氧化值是指油脂中氢过氧化物的含量，过氧化值仅适用于评价初级氧化，反映油脂在煎炸过程中的氧化速度。蒋甜燕等[5]将大豆油煎炸36次后得出过氧化值随着煎炸次数的增加而减小再增加的趋向，最终测得过氧化值达到了4.11 mmol/kg。刘玉兰等[6]在分析煎炸米糠油营养要素以及煎炸油条的品质时同样采用连续煎炸的方式煎炸油条32 h，发现随时间的延长，过氧化值呈现一个先升高后下降再提高的趋向。这与之前的研究一致，氢过氧化物是初级氧化产物，很不稳定，进一步发生分解产生的环氧化物以及一些醛、酮、酸等小分子物质是影响油脂品质的因素之一[7]。

1.1.3羰基值变化

羰基值反映了油脂酸败时醛基和与聚合物一起产生的含酮基的脂肪酸或甘油酯的总含量，常用于评价油脂的次级氧化。羰基值受煎炸时间和煎炸温度的影响，煎炸时间越长，羰基值越高[8]。RAMADAN等[9]研究发现高温处理的油脂的游离脂肪酸裂解，分子双键被氧化，产生的羰基化合物的含量不断升高，导致油脂品质降低。羰基值是衡量油脂在煎炸中品质变化的重要指标，通过检测羰基值的变化可以有效监控油脂品质。

1.1.4极性组分变化

极性组分是在油炸过程中，油脂与食物水分和氧气在高温条件下相互作用，产生的极性大于三酰甘油的的成分，是甘油三酸酯的热氧化和热聚合产物，包括甘油三酯聚合物、氧化三酰甘油、二酰甘油、氧化甘油三酯单体和游离脂肪酸等[10]。油炸过程中，高温条件下发生水解、氧化聚合等反应，导致油脂极性化合物polar compounds(PC)的含量不断增加。大多数国家依据极性组分含量，评估煎炸油品质，比利时、法国、匈牙利、意大利和西班牙的极性组分的最高限额为 25%，澳大利亚和德国的极性组分的限额在 20% 到27% 之间[11]。极性组分含量是判定油脂劣化的标志之一。万重等[12]研究发现，随着煎炸时间的推移，煎炸油的极性组分不断提高，其中游离脂肪酸、单和二酰甘油以及甘油三酯等有害物质的含量在煎炸过程中呈现不断上升的趋势。油炸产生大量极性组分，反复煎炸导致极性组分积累[13]，食品品质降低。

食用油种类繁多，不同地区居民的生活习惯有所差异，因此不同地区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列举了不同煎炸条件下几种常用食用油理化指标的变化。油脂的理化指标是评价油脂质量安全的常用方法。大豆油价格实惠且来源广泛，但劣变速度相比其他两种油更快一些，因此货架期短，难以长时间保存。菜籽油在食用油中占较大份额，稳定性好，但芥酸含量高不易消化[14]。玉米油在煎炸过程中稳定性好，而且具有独特风味，深受大众喜爱。

1.2 煎炸油与煎炸材料互作

煎炸材料和煎炸油在高温处理过程中相互影响，共同促进复杂反应的发生，造成营养物质的损失和其他严重后果[27]。在此过程中多种物理变化和化学变化参与其中，食物表面脱水、脂肪吸收、风味化合物的形成、表面颜色改变等[28]，其中主要包括油脂吸收与脂质交换，食物水分的持续蒸发导致的表面脱水，油脂在两个方向上的交换，即利用油炸食品吸收油脂，将油脂运移到油炸食品中，这些变化是改变油炸食品的质地和气味的主要因素[29]，SANTOS等[30]采用190 ℃煎炸条件处理食用油，油脂的黏度随油炸时间延长而升高，引起不良反应。油的黏度增加，有助于增加食物表面的油量，另一方面，食物和油之间的界面张力会降低，从而促进油的吸收[31]。煎炸过程中高温下煎炸油和煎炸材料之间的化学反应不应被忽略，因为它们对其他典型的油炸食品的感官特性(气味、颜色和味道)起着重要的作用。化学反应发生在深度脂肪化过程当中，主要涉及水解、氧化和异构化，致使游离脂肪酸、小分子醇、醛、酸和碳氢化合物[32]的生成。随着煎炸时间的延长，聚合物的含量升高[33]，包括单聚体、二聚体和多聚体，其中二聚体的毒性作用最大，有致癌性，煎炸过程中这些聚合物吸附在食品上，导致动物肝功能异常[34]。油与食物表面的相互作用是复杂的，热量通过对流从油炸介质转移到产品表面，并通过传导从表面转移到内部，另一方面，水分通过扩散从固体内部蒸发并转移到表面，然后从外表面通过煎炸介质实现迁移[35]。

2 煎炸油脂的危害

2.1 对肝脏的损伤

随着生活水平的提高以及饮食的改善，逐渐认识到油炸食品对健康的有害影响，氧化油脂可以通过抑制生长速度和减弱与体内脂质过氧化防御机制相关的解毒酶来干扰肝脏功能[36]。油脂经过高温煎炸产生的甘油三酯损害脂质成分和细胞功能，从而干扰脂质代谢，长期食用煎炸油导致动物组织中脂质过氧化作用和氧化应激的增加以及维生素E水平的降低，煎炸过程中油脂发生热氧化，不断产生大量有毒的聚合物，影响脂肪、葡萄糖代谢和肝功能[37]。陈雅琼等[38]分别采用不同剂量的煎炸油喂食小鼠后，其中低剂量的煎炸油摄入对小鼠并无显著影响，高剂量的煎炸油摄入严重损害小鼠肝脏，且随着剂量增大，对肝脏损害越显著。

2.2 对免疫系统的危害

煎炸过程中油脂受到高温加工发生氧化和热分解反应，并产生大量极性物质，损害机体健康。LIN等[39]研究发现喂食过氧化煎炸油可以增加自发脾细胞增殖和B细胞活化，这可能对改变免疫功能有重要意义。为了进一步阐明油炸食品在自身免疫性疾病发病机制中的作用，分别给Nzbiw-FL小鼠喂食含20% 新鲜油和煎炸油的饲料，研究发现煎炸油显著降低小鼠的酯化水平，食用煎炸油确实影响了小鼠的自身免疫和脂质代谢水平[40]。油炸食品可能会影响脂质氧化的程度，进而影响某些酶的活性。刘元法等[41]通过Ames 试验以及骨髓核微率试验分析了煎炸油中极性成分的致突变作用，结果表明过氧化煎炸油在煎炸后对动物自身免疫有很大影响，同时证实了煎炸油极性组分的致突变风险。

2.3 其他危害

煎炸食品时，高温条件下油脂与食品中含有的一部分水分发生水解反应，产生的二酰甘油和脂肪酸促进挥发性物质的生成[42]，包括碳氢化合物、醇、酮、醛、酸、酯、酚、呋喃、吡啶等，这些成分混合形成非常复杂的风味特征，多不饱和脂肪酸的二次氧化产物导致风味恶化[43]，产生一些刺鼻气味，降低营养品质[44]。油烟中的复杂成分被人体吸入后不仅对呼吸道有损伤，还可能对肺部造成损害，严重影响人体健康[45]。氧化油对大鼠糖脂代谢及相关的基因表达也有一些影响，周中凯等[46]给大鼠喂食过氧化煎炸油，6周之后发现煎炸油产生的毒性物质对机体造成极大损伤，严重影响脂肪酸正常的合成与代谢以及机体的糖代谢水平，导致机体正常的生命活动受到损害。HUANG等[47]用过氧化煎炸油喂食怀孕小鼠，研究发现其胎儿的先天性畸形发生率较高，其原因可能是煎炸油及其极性部分可能导致怀孕小鼠畸形和胎儿肝脏中维生素A代谢基因表达紊乱。食用油煎炸产出过多的极性化合物与高血压风险有关，在考虑年龄、性别、肥胖和碳水化合物代谢紊乱的模型后，高血压的风险与食用油中极性化合物的摄入呈正相关[48]。

3 缓解煎炸油危害的方法

3.1 油脂中添加抗氧化剂

油脂抗氧化能力是评估油质量的综合性指标[49]。研究发现，添加抗氧化剂可以缓解油脂氧化程度[50]。抗氧化剂根据其来源不同被划分为天然抗氧化剂和人工合成抗氧化剂，在煎炸油中添加抗氧化剂可以减少餐后的氧化应激和炎症反应[51]。天然抗氧化剂具有良好的抗氧化作用且安全性高[52]。党玲等[53]为了研究抗氧化剂对油脂抗氧化性的影响，在亚麻籽油中添加了不同的抗氧化剂，发现添加抗氧化剂之后的亚麻籽油的过氧化值与原始油脂相比均有所降低。说明添加抗氧化剂可以作为提高油脂氧化稳定性。不仅如此，多项研究发现多种抗氧化剂联合具有更好的抗氧化功效，可以根据油脂的酸值、过氧化值、硫代巴比妥酸值和脂肪酸组成研制出具有最佳抗氧化性能的抗氧剂[54]，以此开发更优质的油脂产品，但抗氧化剂的安全性能以及在油脂中使用的剂量仍需要进一步的研究。

3.2 调和复配

调合油是由两种或两种以上的精制油(芳香油除外)根据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种类和数量不同, 从而导致了营养功能及工业上用途的差别。将多不饱和脂肪酸与饱和或单不饱和脂肪酸混合是提高油稳定性的一种潜在解决方案[55]。陈宁等按照不同配比将几种植物油复配之后发现不同调和油的酸价和过氧化值发生了不同的变化，说明调和油改变提高油脂的稳定性[56]。之后,袁博等按照饱和脂肪酸SFA∶单不饱和脂肪酸MUFA∶多不饱和脂肪酸PUFA=1∶1∶2的比例添加不同含量的玉米油、萝卜籽油、亚麻籽油、油茶籽油，也发现了同样的现象，经过调和复配的油脂过氧化值与单一油脂相比有所下降[57]。因此，功能性调和油的研制对于改变油脂的稳定性具有一定发展意义。根据不同的需要研制出不同配比的调和油，以便更好的满足市场需求[58]。

3.3 膳食干预

饮食中摄入大量氧化油脂导致体内抗氧化体系被破坏，活性氧自由基的大量积累，引发肠道炎症并导致肠道菌群紊乱[59]。肝脏作为营养物质的代谢中心，摄入过多的氧化油脂导致脂质积累以及脂质过氧化，影响肝脏正常代谢，进而引起肝细胞脂肪变性，宿主的抗氧化能力降低[60]。甚至可能会导致一些慢性疾病，如心血管疾病、癌症、衰老和白内障的发生[61]。通过合理的膳食干预或营养性膳食补充剂的使用，可以缓解减轻体内氧化损伤(图1)，改善内源性抗氧化系统[62]，改善体内氧化应激状态[63]。益生菌具有多种有益生理功能[64]，调节免疫系统[65]，预防慢性疾病的发生[66-67]，通过益生菌给药治疗可以有效改善肠道菌群，促进短链脂肪酸的产生[68]，有助于增强脂肪酸的吸收[69]。益生菌的抗氧化能力在国内外有很多研究，包括清除自由基能力，抗脂质过氧化能力，调节信号通路以及螯合金属离子等[70-71]。体内抗氧化性能也在多项试验中得以证明[72]。目前,具有抗氧化能力的益生菌在保健品和功能性食品开发上具有很好的前景。LIN等[73]发现对氧化油脂饮食小鼠采用益生菌给药治疗6周后可有效改善氧化油引起的小鼠体内的氧化应激失衡状态，并恢复抗氧化酶活性。利用益生菌优良的抗氧化活性，开发相应的营养补充剂，可用于缓解消除食用煎炸食物带来的氧化应激损伤。

图1 煎炸油对肝脏的损伤及缓解措施

4 前景与展望

油炸食品是中国的传统食品之一，改善了食品色泽、风味，丰富了食品的口感，广受大家喜爱。然而，过度煎炸的食用油极易发生油脂酸败，产生一些极性组分，包括游离脂肪酸、丙烯酰胺和多环芳烃等有害物质，这些物质在油炸过程中吸附在食品上，长期食用有损人体健康。添加天然抗氧化剂以及采用调和复配的方法可以有效提高油脂的品质，预防油脂过度氧化。此外，利用益生菌作为膳食补充剂，能够有效地缓解煎炸油脂对机体造成的氧化应激损伤，是膳食干预的新型途径。益生菌具有抑菌、抗衰老、清除自由基能力，抗脂质过氧化能力、增强机体免疫力等一些功能，且与许多食品具有良好的兼容性，广泛应用于功能性食品的开发，提升食品品质。因此，进一步探究益生菌抗氧化生理功能对于缓解煎炸油脂危害具有重要的意义。