学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

大豆油不饱和脂肪酸热致异构化机理及产物安全性分析

作　者: 李安
导　师: 哈益明
学　校: 中国农业科学院
专　业: 农产品质量与食物安全
关键词: 反式脂肪酸 热致异构化 密度泛函理论 自由基清除剂 人脐静脉内皮细胞
分类号: TS225.13
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 243次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


食用油在高温烹调时不饱和脂肪酸会发生异构化产生反式脂肪酸（trans-fatty acid，TFA）。TFA是一类含有一个或多个非共轭反式双键的脂肪酸，研究证实大量摄入TFA容易诱发心血管疾病、认知功能衰退、糖尿病和乳腺癌等疾病。长期以来学者们对TFA的研究主要围绕氢化油及其制品，而关于高温烹调食用油来源的TFA研究报道较少，特别是关于食用油在高温加热过程中TFA的形成种类、安全性及形成机理尚不明确。本文以世界上产量和消费量最多的油脂即大豆油为对象，系统研究了大豆油在高温加热形成的TFA种类及其安全性，以及热致异构化形成TFA的机理及其关键影响因素，并提出了油脂加热过程中TFA的有效调控措施。主要研究结论如下：（1）综合考察和评价了油酸、亚油酸和亚麻酸顺反异构体的气相色谱法和大豆油样品的甲酯化前处理方法，氢氧化钾甲醇结合气相色谱法能够分离大多数顺反异构体，精密度高，检出限低，总体上满足大豆油中顺反脂肪酸的定性定量要求。在以60℃为初始柱温的条件下，油酸和亚油酸顺反异构体能够分离（分离度R≥0.8）；部分亚麻酸异构体不能完全分离，定量时采取近似分析法；各异构体的日内和日间精密度在0.68%7.26%之间；各异构体的仪器检出限在0.0710.129mg/L之间，最小测定限在0.2370.432mg/L之间；各顺反异构体的仪器响应值与浓度呈良好的线性相关（R2>0.999）。氢氧化钾甲醇法操作简便，且甲酯化率大于90%，各异构体的方法检出限介于0.0030.006g/100g之间，定量限介于0.0110.020g/100g之间。（2）利用衰减全反射傅立叶红外光谱和GC-MS法鉴定了大豆油不饱和脂肪酸高温异构化反式产物种类，包括1种反式油酸（C18:1-9t）、3种反式亚油酸（C18:2-9c,12t、C18:2-9t,12c和C18:2-9t,12t）和5种反式亚麻酸（C18:3-9t,12t,15c、 C18:3-9t,12c,15t、 C18:3-9c,12c,15t、C18:3-9c,12t,15c和C18:3-9t,12c,15c），均为非共轭构型。大豆油以240℃加热12h后，TFA含量由对照组的0.089g/100g增加至7.756g/100g，其中主要反式亚油酸和反式亚麻酸，分别占TFA总量的40.82%和58.52%。大豆油中的TFA种类和含量均随着加热时间的延长而不断增加。（3）利用量子化学的密度泛函理论对油酸、亚油酸和亚麻酸顺反异构化反应进行了理论计算，提出了直接异构化和亚油酸质子转移异构化2种反应机理，通过结构和能量变化阐明了两种机理对应的反应途径。在B3LYP/6-311++G**基组水平上获得了平衡态和过渡态的键长、二面角、零点能、热焓、吉布斯自由能变、活化能和速率常数等信息，通过振动频率分析和内禀反应坐标势能曲线确证了反应过渡态和反应途径。反式双键键长（1.333）比顺式双键键长（1.337）要短，键能更大，分子更稳定；反式脂肪酸的平衡态能量要低于顺式脂肪酸，热稳定性更好。①按照直接异构化反应理论，油酸异构化包含1种过渡态和1条途径，亚油酸异构化包含4个过渡态和2条途径；亚麻酸异构化包含12种过渡态和6条反应途径。顺式亚油酸需克服236.9kJ/mol以上的能垒形成双自由基渡态，且反式双键越多，所需克服的能垒数量越多；反应温度越高，速率常数越大。②按照质子转移异构化理论，亚油酸分子中的氢原子向邻近中心碳原子迁移形成中间产物，单一反应途径需克服286.4kJ/mol的能垒，包含有2个过渡态和1个中间体，过渡态中间产物为一个包含3个碳原子和4个氢原子的π34离域体系。（4）研究了影响加热大豆油TFA形成的3个关键因素即温度、氮气和抗氧化剂，降低加热温度和添加耐热性好的抗氧化剂是控制TFA形成的有效措施。温度是不饱和脂肪酸热致异构化的主导和最关键因素，在160℃240℃范围内，TFA种类和含量随着温度的增加而而呈指数增加趋势，拟合方程为y=2×10-5e0.0552x，拟合程度较好（R2=0.9914）；充氮处理能够促进大豆油加热形成TFA，经240℃加热过程中，大豆油中TFA含量增加趋势比对照组更明显，加热3h后充氮组中TFA含量达4.904g/100g，显著高于对照组中TFA含量（2.816g/100g）；BHT、BHA和维生素E等抗氧化剂对大豆油加热过程中反式脂肪酸的抑制作用不明显，而TBHQ、茶多酚和迷迭香提取物能显著降低大豆油中TFA的含量，抑制率分别为12%，30%和35.66%，其中迷迭香提取物的耐热性和抗异构化能力最强。（5）人脐静脉内皮细胞凋亡和损伤实验表明，含有大量TFA的加热大豆油和氢化大豆油能够引起内皮细胞的轻微凋亡和细胞功能的明显损伤。研究比较了大豆油加热过程中TFA与酸价、羰基价和极性组分等理化指标变化情况，结果表明TFA是最敏感最易超标的安全指标。加热大豆油(TFA：6.11%和氢化大豆油（TFA：19.26%）凋亡后期的细胞即死亡细胞数量均高于对照组，但差异不显著，对细胞凋亡的影响有限。TFA能够干扰内皮细胞的对NO的正常分泌，加热大豆油和氢化大豆油处理的内皮细胞NOS酶活力要显著低于对照组（P <0.05），前者的NO分泌量也显著低于后者（P <0.05）。加热或氢化处理过的大豆油均能显著影响人脐静脉内皮细胞的LDH活性，其中氢化大豆油对LDH活性的影响最为明显（P <0.05）。TFA含量是大豆油加热过程中最敏感的限量指标，与酸价、羰基价和极性组分等指标相比，TFA在更短的加热时间内就积累到限量值。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-17
表目录  17-19
图目录  19-21
相关缩略词  21-22
相关物理量  22-23
第一章 绪论  23-39
  1.1 概述  23-24
    1.1.1 食用油脂及其安全性  23
    1.1.2 反式脂肪酸  23-24
  1.2 反式脂肪酸的危害  24-26
    1.2.1 导致内皮细胞功能损伤  24
    1.2.2 增加心血管疾病的发病率  24-25
    1.2.3 易患老年痴呆症  25
    1.2.4 诱发妇女患Ⅱ型糖尿病  25
    1.2.5 影响生长发育  25-26
    1.2.6 其它危害  26
  1.3 反式脂肪酸的膳食来源  26-28
    1.3.1 氢化油及其制品  26
    1.3.2 精炼油  26-27
    1.3.3 煎炸油及煎炸食品  27-28
    1.3.4 反刍动物乳肉  28
  1.4 反式脂肪酸的限量标准和各国政策  28-30
  1.5 反式脂肪酸的形成机理研究进展  30-33
    1.5.1 氢化异构化  30-31
    1.5.2 热致异构化  31-33
  1.6 反式脂肪酸的测定方法及相关标准  33-36
    1.6.1 红外光谱法  33-34
    1.6.2 气相色谱法  34
    1.6.3 银离子高效液相色谱法  34-36
    1.6.4 毛细管电泳法  36
    1.6.5 检测标准  36
  1.7 目前食用油高温形成反式脂肪酸的研究中存在问题  36-37
  1.8 本文研究目的意义和主要内容  37-39
    1.8.1 本文研究目的意义  37
    1.8.2 本文研究的主要内容  37-39
第二章 反式脂肪酸的气相色谱分析方法研究  39-52
  2.1 引言  39
  2.2 材料与试剂  39-40
  2.3 主要仪器  40
  2.4 实验方法  40-42
    2.4.1 标准溶液的配制  40
    2.4.2 甲酯化方法  40-41
    2.4.3 气相色谱分析方法  41
    2.4.4 色谱定量方法  41-42
  2.5 结果与分析  42-50
    2.5.1 升温程序的选择依据  42
    2.5.2 气相色谱仪器方法评价  42-47
    2.5.3 甲酯化方法的比较  47-49
    2.5.4 甲酯化方法的评价  49-50
  2.6 讨论  50-51
  2.7 小结  51-52
第三章 大豆油不饱和脂肪酸热致异构化反式产物分析  52-60
  3.1 引言  52
  3.2 材料与试剂  52-53
  3.3 主要仪器  53
  3.4 实验方法  53-54
    3.4.1 大豆油加热方法  53
    3.4.2 红外光谱测定方法  53
    3.4.3 GC-MS 方法  53
    3.4.4 GC-FID 方法  53-54
    3.4.5 数据处理与统计分析  54
  3.5 结果与分析  54-58
    3.5.1 ATR-FTIR 分析  54-55
    3.5.2 GC-MS 分析  55-56
    3.5.3 脂肪酸分布  56-58
  3.6 讨论  58-59
  3.7 小结  59-60
第四章 不饱和脂肪酸热致异构化反应途径的理论研究  60-86
  4.1 引言  60-61
  4.2 量子化学计算方法  61
    4.2.1 结构优化  61
    4.2.2 能量信息  61
    4.2.3 IRC 势能曲线  61
    4.2.4 动力学  61
  4.3 结果与分析  61-83
    4.3.1 油酸直接异构化  61-64
    4.3.2 亚油酸直接异构化  64-68
    4.3.3 亚麻酸直接异构化  68-80
    4.3.4 质子转移异构化（以亚油酸为例）  80-83
  4.4 讨论  83-84
  4.5 小结  84-86
第五章 大豆油不饱和脂肪酸热致异构化的关键影响因素研究  86-97
  5.1 引言  86
  5.2 材料与试剂  86-87
  5.3 主要仪器  87
  5.4 实验方法  87-88
    5.4.1 大豆油加热  87
    5.4.2 氮气充气方法  87
    5.4.3 抗氧化剂添加方法  87
    5.4.4 脂肪酸测定  87-88
    5.4.5 TFA 抑制率计算  88
  5.5 结果与分析  88-94
    5.5.1 温度对反式脂肪酸的影响  88-92
    5.5.2 氮气对反式脂肪酸的影响  92-93
    5.5.3 抗氧化剂对反式脂肪酸的影响  93-94
  5.6 讨论  94-95
  5.7 小结  95-97
第六章 大豆油中反式脂肪酸的细胞毒性与安全性分析  97-112
  6.1 引言  97-98
  6.2 材料与试剂  98
  6.3 主要仪器  98-99
  6.4 实验方法  99-102
    6.4.1 样品制备  99
    6.4.2 HUVEC 的复苏和传代培养  99
    6.4.3 Annexin V-FITC 双染法检测细胞凋亡  99
    6.4.4 细胞总 NOS 活性测定  99-100
    6.4.5 细胞 NO 分泌量的测定  100
    6.4.6 细胞 LDH 活性的测定  100
    6.4.7 大豆油加热方法  100
    6.4.8 GC-FID 方法  100
    6.4.9 相关溶液配制  100
    6.4.10 酸价的测定  100-101
    6.4.11 过氧化值的测定  101
    6.4.12 羰基价的测定  101
    6.4.13 极性组分的测定  101-102
  6.5 结果与分析  102-109
    6.5.1 细胞凋亡  102-103
    6.5.2 NO 分泌  103-104
    6.5.3 LDH 活性  104-105
    6.5.4 加热大豆油安全指标的分析比较  105-109
  6.6 讨论  109-110
  6.7 小结  110-112
第七章 结论与展望  112-115
  7.1 主要研究结论  112-113
  7.2 本文的创新之处  113
  7.3 研究展望  113-115
参考文献  115-125
致谢  125-126
附录一 脂肪酸标准品气相色谱图  126-127
附录二 各脂肪酸甲酯保留时间和相对校正因子  127-128
附录三 油酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯的质谱图  128-129
附录四 亚油酸顺反异构体空间结构图  129-131
附录五 亚麻酸顺反异构体空间结构图  131-135
作者简介  135-136

相似论文

  1. 二甲醚在Pt低指数晶面吸附的密度泛函研究,O485
  2. 普洱绿茶精粉对反式脂肪酸副作用的保护作用,R285.5
  3. 玉米皮膳食纤维对TFA致高脂血症小鼠血脂调节及抗氧化能力的研究,R589.2
  4. Angiopoietin-1对高糖培养内皮细胞血管生成调控因子表达的影响,R587.2
  5. 部分有机反应成环机理和反应选择性的理论研究,O643.12
  6. 糖康对糖尿病大鼠和血管内皮细胞的作用及其机制研究,R285.5
  7. 喹啉环取代喜树碱的定量构效关系研究,R914
  8. 辛伐他汀对高糖诱导血管内皮细胞炎症反应损伤的保护作用,R541.4
  9. 维生素类清除自由基机理的密度泛函理论计算,TS201
  10. 纳米金催化剂上三种重要化学反应过程的机理研究,O643.32
  11. 密度泛函理论研究LDHs功能材料的微观结构,TB34
  12. MAun(n=2-8,M=Al,Si,P,S,Cl,Ar)团簇结构演变和电子特性理论研究,O561
  13. Al基合金团簇的结构与吸附性能研究,O469
  14. 肿瘤坏死因子-α对低密度脂蛋白在血管内皮细胞中穿胞的影响及机制的研究,R965
  15. 人参总皂苷对波动性高糖诱导的人脐静脉内皮细胞凋亡及SOD、MDA表达的干预作用,R285.5
  16. 含均三嗪有机小分子的合成与理论研究,O621.3
  17. 环氧乙烷催化水合制备乙二醇高效催化剂的开发与研究,TQ223.162
  18. 硼团簇及锂、铝原子掺杂硼团簇的密度泛函理论研究,O469
  19. 钼团簇及氮化钼团簇几何结构和电子性质的密度泛函理论研究,O561
  20. X/Graphene（X=H，Fe，Co）体系的磁性和电子性质,TB383.1
  21. 单壁碳纳米管的电子结构理论计算与分析,TB383.1

中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 食品工业 > 食用油脂加工工业 > 各种食用油 > 植物油 > 大豆油
© 2012 www.xueweilunwen.com