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食用油热加工过程中由其不饱和脂肪酸异构化产生的反式脂肪酸(TFAs)对人体健康存在风险,有效控制TFAs的形成,对提升食品安全水平具有重要意义。针对鼠尾草酸如何有效抑制TFAs形成这一科学问题,利用量子化学密度泛函理论方法对鼠尾草酸清除自由基机理进行理论计算,在此基础上,构建单一不饱和脂肪酸(油酸甲酯)模拟体系和煎炸食品体系(国内油酸含量最高的油脂山茶籽油)研究鼠尾草酸对TFAs形成的抑制作用,采用现代量子化学理论计算与传统实验相结合方法,从活化能、氧化动力学和抑制动力学角度阐明鼠尾草酸通过抑制油酸甲酯和山茶籽油热氧化反应进而阻断TFAs形成机制。以便为揭示其他植物多酚抑制TFAs形成的机理提供借鉴,更为建立有效的TFAs阻断或降低措施提供理论依据。相关研究结果具体如下:1.通过密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G(d,p)水平计算原子电荷、分子总能量和酚羟基解离焓(BDE)、最高占有轨道HOMO能和最低空轨道(LUMO)能等理论指标,从一步抽氢反应机制(HAT)角度分析CA的抗氧化活性机理,利用DPPH、ABTS和还原力试验分析鼠尾草酸的体外抗氧化活性。结果显示,鼠尾草酸苯环上C7(015)和C8(018)位上2个酚羟基活性最高,发生抽氢反应时反应热最小,两者均是高活性位点,其中C7(O15)酚羟基活性(303.34 kJ/mol)略低于C8(O18)(295.63 kJ/mol),鼠尾草酸酚羟基解离焓远低于油酸的α-CH2键解离焓(C8,353.92 kJ/mol和C9,353.72 kJ/mol)。抗氧化活性的理论计算结果与体外抗氧化试验结果一致。研究结果表明,鼠尾草酸在油脂中是一种十分有效的抗氧化剂,DFT方法为鼠尾草酸抗异构化活性的开发提供了有力的理论基础。2.利用国标法、液相色谱(HPLC)、傅里叶红外光谱(FTIR)、电子顺磁共振(ESR)和氢核磁共振(1HNMR)分析结果表明,加入抗氧化剂能够显著降低油酸甲酯主要特性指标FFA、AV、POV、PAV、TOTOX值和抑制主要醛类羰基化合物以及自由基的产生。其中CA对油酸甲酯FFA、AV和自由基的抑制作用效果略好于TBHQ,而在POV、PAV、TOTOX和醛类羰基化合物方面稍逊于TBHQ。红外光谱分析表明,CA比TBHQ更能够降低油酸甲酯非共轭C=C键化合物、含C-H键顺式双键物质与反式双键物质、亚甲基与甲基化合物、以及含C=O键特征基团和化学键的红外吸收峰强度;氢谱核磁共振分析表明CA比TBHQ对油酸甲酯中的烯烃两端的亚甲基峰和不饱和脂肪酸(烯烃氢)的减少程度略低;说明鼠尾草酸具有很强的抑制油酸甲酯热氧化反应作用。3.应用Rancimat法和非等温DSC法从活化能与动力学分析结果表明,CA对油酸甲酯氧化诱导期的增长和反应速率降低效果要显著好于TBHQ,通过Arrhenius方程计算得到CK、CA和TBHQ氧化反应表观活化能为Ea分别为82.23、93.12和92.44 kJ/mol,表明抗氧化剂能够提高油酸甲酯热氧化反应表观活化能和热氧化稳定性。采用 Flynn-Wall-Ozawa 法和 Kissinger-Akahira-Sunose 法计算表明,加入 CA 和TBHQ能够提高油酸甲酯反应活化能进而提高其热氧化稳定性,且CA的效果略优于TBHQ,并体现出了良好的相关性(R2>0.90)。鼠尾草酸抑制油酸甲酯形成反式油酸规律符合零级动力学方程,且CA更能降低油酸甲酯形成反式油酸反应速率,说明CA抑制油酸甲酯异构化反应较TBHQ强。4.利用国标法、HPLC、FTIR、ESR和1HNMR分析结果表明,CA 比TBHQ更能够显著降低山茶籽油主要特性指标FFA、AV、POV、PAV和TOTOX值和抑制主要醛类羰基化合物以及自由基的产生。红外光谱分析表明,TBHQ 比 CA更能降低山茶籽油含C-H键、顺式双键物质与反式双键物质以及含C=O键特征基团和化学键的红外吸收峰强度;氢谱核磁共振分析表明CA 比 TBHQ对油酸甲酯不饱和脂肪酸(烯烃氢)的减少程度略高;说明鼠尾草酸在山茶籽油体系中表现出了较强的抑制热氧化反应作用。5.应用Rancimat法和非等温DSC法从活化能与动力学分析结果表明,CA对山茶籽油氧化诱导期的增长和反应速率降低效果要显著好于TBHQ,通过Arrhenius方程计算得到CK、CA和TBHQ氧化反应表观活化能为Ea分别为93.50、106.00和94.56 kJ/mol,表明抗氧化剂能够提高山茶籽油热氧化反应表观活化能和热氧化稳定性。采用 Flynn-Wall-Ozawa 法和 Kissinger-Akahira-Sunose 法计算表明,加入 CA和TBHQ能够提高山茶籽油反应活化能进而提高其热氧化稳定性,且CA的效果略优于TBHQ,并体现出了良好的相关性(R2>0.95)。鼠尾草酸比TBHQ更能降低棕榈酸、硬脂酸和油酸的增长速度,亚油酸和亚麻酸下降率以及抑制反式油酸、反式亚油酸和反式脂肪酸的产生。