煎炸过程中,油脂经受高温的同时曝露于氧气、水分环境下会发生水解、氧化、聚合、热裂解等一系列反应,并且油脂与其他食物成分的相互作用常常同时发生,造成煎炸油及煎炸食品的质量、营养降低,甚至带来健康隐患。叔丁基对苯二酚(TBHQ),因其抗氧化效果好、成本低而被广泛应用于延缓油脂氧化。然而高温条件下TBHQ易发生氧化降解,且氧化、裂解产物众多。但其产生途径、煎炸油及煎炸食物中残留量、生物毒性特点及分子机制等毒理学数据仍处于空白状态,因此亟需对油脂煎炸过程中TBHQ主要降解产物的生成规律、危害控制及其细胞毒性机制开展研究,从而为油炸工艺质量控制标准制订提供理论支撑,同时对改善煎炸油及煎炸食品质量、营养与安全,保证消费者健康均具有重要的社会意义。本课题主要针对食用油煎炸过程中TBHQ氧化产物鉴定、主要降解产物叔丁基对苯二醌(TBBQ)的生成途径、蓄积规律及环境参数的影响开展研究,开发煎炸油中TBBQ的生成调控及选择性脱除技术。同时评估TBBQ在煎炸油、煎炸食品中的残留量,解析TBBQ的细胞毒性及量效关系。重点结合转录组测序技术(RNA-Seq)筛选差异表达基因,解析TBBQ诱导细胞毒性的信号通路和关键作用靶点,并采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和免疫蛋白印迹(Western-blot)法验证。从分子水平上揭示TBBQ的细胞毒性机制,为煎炸食品中风险因子TBBQ的安全评估提供基础数据。(1)课题以三棕榈酸甘油脂(PPP)作为脂质基质,构建模拟煎炸体系,通过GC/MS鉴定了高温加热条件下TBHQ的主要产物,结果表明TBBQ是其主要降解产物。同时课题对比了敞口体系和封闭体系在120、170和200~oC加热情况下油相体系中TBHQ和TBBQ含量的变化规律。结果显示随着加热温度的升高和加热时间的延长,TBHQ的损耗率也逐渐增大。封闭体系170~oC加热8 h后TBBQ的残留量最大,其值为164.67±6.02 mg/kg,高于200~oC下TBBQ的最大值(封闭体系加热5 h后TBBQ含量为120.16±6.03 mg/kg),以及120~oC下的最大值(敞口体系加热2 h后TBBQ含量为53.63±4.23 mg/kg)。低温条件下(120~oC)TBHQ的损耗虽有所减弱,但油相体系中TBBQ的残留量较多。加热24 h后,封闭体系和敞口体系中TBBQ的浓度在120、170、200~oC下分别为52.61~62.93mg/kg、10.23~46.85 mg/kg、0~7.74 mg/kg。上述结果表明,TBBQ浓度不仅是加热温度和加热时间的函数,同时受挥发强度及氧气存在与否的影响。对比敞口体系和封闭体系下TBBQ含量变化规律,可以发现TBHQ在高温加热条件下的损耗主要以氧化降解为主。此外,假设TBHQ和TBBQ的挥发是可以忽略的,课题对高温加热条件下TBHQ损耗和TBBQ生成的动力学方程进行了初步拟合。研究结果所示:在敞口和封闭体系中120、170、200~oC下TBHQ损耗的一级动力学反应速率常数分别为0.018、0.23、0.31 h~(-1);0.019、0.22、0.32 h~(-1)。TBBQ生成的一级动力学反应速率常数分别为0.0091、0.090、0.16 h~(-1);0.031、0.13、0.30 h~(-1),且均方根误差(RMS)均小于5%,表明模型值与实验值有较好的一致性。(2)课题探讨了不同煎炸温度(140、170、190~oC)、煎炸油种类(大豆毛油、大豆精炼油、菜籽油、棕榈油、芝麻油)、煎炸方式(连续、间歇煎炸)以及煎炸批次等不同的煎炸条件对煎炸油和煎炸薯条中TBBQ生成规律的影响。结果表明当含有204.89±1.63 mg/kg TBHQ的不同种类食用油在不同煎炸条件下油炸薯条时,在第1批次到第5批次煎炸后,煎炸油和油炸薯条中TBBQ残留量均超过10 mg/kg。对于煎炸温度,从TBBQ含量的角度出发,170~oC优于190~oC和140~oC。且用不同种类的植物油(包括饱和的棕榈油和具有抗氧化性的芝麻油)作为煎炸用油对油炸薯条中TBBQ的含量并无明显差异。相比连续煎炸模式,间断煎炸更有利于减少TBBQ的含量。此外,FTIR是监测煎炸油中官能团吸收的有效手段,本实验中发现845 cm~(-1)处的O-O吸收可以有效的评价含有TBHQ的煎炸油的氧化性能。(3)评价了TBBQ对于RAW 264.7细胞的细胞毒性。课题通过MTT细胞存活率实验得出不同浓度的TBBQ(0,0.5,1,5,10,20,30μg/mL)对RAW 264.7细胞的生长有不同程度的抑制作用,且对细胞的抑制作用呈TBBQ剂量和作用时间的依赖关系。当TBBQ作用RAW 264.7细胞24 h后,其半抑制浓度(IC_(50))为10.71μg/mL。经Hoechst 33258荧光染色后观察到随着TBBQ浓度的增加,细胞核表现为致密浓染、皱缩或碎裂状,荧光染色增强,呈现典型的凋亡形态学特征。通过流式细胞术对TBBQ刺激RAW 264.7细胞后的细胞周期和细胞凋亡进行检测,结果发现随着TBBQ浓度的增加,细胞凋亡率增大,并且TBBQ抑制RAW 264.7细胞的增殖是将RAW 264.7细胞中DNA的合成抑制在了S期。此外,TBBQ作用RAW 264.7细胞后,可引起细胞内ROS水平的升高以及GSH含量的降低,从而引起氧化应激,诱发细胞凋亡。(4)基于转录组测序分析发现,1μg/mL TBBQ暴露RAW 264.7细胞12 h后共产生758个差异表达基因,其中上调基因442个,下调基因316个。根据转录组测序差异基因分析初步揭示了RAW 264.7细胞对TBBQ毒性应答的可能机制及其相关的信号通路。RT-qPCR的验证实验结果表明,RAW 264.7细胞的TBBQ处理组(0.5、1、2μg/mL)和对照组相比,处理组细胞的Caspase-3、8、9、12的mRNA表达量均增高,且Fas,Jnk,Ask1,Jun,Bax,CtsL,Capn2的mRNA表达量与对照组相比同样增高,Bcl-2的mRNA表达量降低;同时由Western blott免疫印迹结果得出,不同浓度的TBBQ(0.5、1、2μg/mL)处理RAW 264.7细胞12 h后,与空白对照组相比,Bcl-2蛋白的表达呈下调的趋势(p≤0.01),Fas、Cytochrome c和Cleaved-Caspase-12,-8,-3蛋白的表达都有升高的趋势(p≤0.01),因此我们认为死亡受体/Fas途径、溶酶体途径、内质网应激和线粒体途径共同参与了TBBQ诱导的RAW 264.7细胞凋亡,并且线粒体介导的凋亡途径是TBBQ诱导的RAW 264.7细胞凋亡途径中最主要的途径。(5)研究了以离子液体作为新型萃取剂,对油脂中低浓度TBBQ(10 mg/kg)和高浓度TBBQ(50 mg/kg)的脱除效果。实验对10种不同阴阳离子的离子液体的脱除效果进行了比较,并筛选出N-丁基吡啶四氟硼酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐这两种效果较好的离子液体进行萃取温度、油脂与离子液体质量比等萃取条件的优化。结果显示N-丁基吡啶四氟硼酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐在油脂与离子液体质量比为1:1,萃取温度为70~oC时,TBBQ脱除效果最优,低浓度TBBQ(10 mg/kg)脱除率分别为52.98±1.34%、53.71±2.49%;高浓度TBBQ(50 mg/kg)脱除率分别为55.22±2.09%、53.66±2.08%。而经二次萃取后,N-丁基吡啶四氟硼酸盐对油脂中低浓度TBBQ(10 mg/kg)和高浓度TBBQ(50 mg/kg)脱除率均可达到100%。油脂中离子液体残留量分析表明其残留离子液体浓度不高于0.1 ppm。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O657.63;TS221
【部分图文】：
其生物毒性特点，量效关系、时效关系，可能的分子机制更是鲜有提及。针对上述科学问题，课题以最广泛使用的抗氧化剂 TBHQ 为代表，识别鉴定其高温煎炸条件下的主要的降解危害物，研究其主要降解产物 TBBQ 的生成途径、蓄积规律及环境参数的影响，开发煎炸油中 TBBQ 的生成调控及选择性脱除技术，突破技术瓶颈，改善煎炸油及煎炸食品安全。同时分析煎炸油、煎炸食品中 TBBQ的残留量，解析 TBBQ 的细胞毒性及量效关系，同时结合转录组学技术通过对差异表达基因进行 GO 富集和 KEGG 通路分析，解析 TBBQ 毒性的细胞信号通路及关键靶点，并从基因水平（RT-qPCR）和蛋白水平（Western blot）进行验证，揭示TBBQ 细胞毒性的分子机制。为煎炸食品中风险因子 TBBQ 的安全评估提供基础数据，具有重要学术价值和社会意义，同时为油炸工艺质量控制标准制订提供理论支撑，同时对改善煎炸油及煎炸食品质量、营养与安全，保证消费者健康均具有重要的社会意义。1.6.2 研究技术路线本论文总体实验思路及具体技术路线见图 1-3~图 1-6.
图 1-4 煎炸油及煎炸食物中 TBBQ 生成规律及蓄积动力学研究Fig. 1-4 Study on TBBQ formation and accumulation kinetics in frying oil and Fried food
图 1-4 煎炸油及煎炸食物中 TBBQ 生成规律及蓄积动力学研究Fig. 1-4 Study on TBBQ formation and accumulation kinetics in frying oil and Fried food图 1-5 TBBQ 细胞毒性及分子机制探讨技术路线图
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本文编号：
2858267
