食品界

中国农业科学院王强研究员等：白藜芦醇对花生油热致异构反式脂肪酸的抑制作用

我国花生品种资源丰富、种植广泛，其中一半以上花生都用作榨油（55.77%）。新鲜压榨的花生油中甘油三酯链上不饱和脂肪酸的双键都为顺式结构，由于双键不稳定，在加工贮藏过程中容易发生异构反应生成反式结构，即反式脂肪酸。添加抗氧化剂是抑制油中反式脂肪酸形成的途径之一，抗氧化剂主要包括人工合成添加剂和天然添加剂两大类。天然活性物质（VE、生育酚、迷迭香等）比人工添加剂更加绿色健康，除了可抑制油脂酸败变哈外，通常也具有独特的生理活性作用，因此具有抑制危害物产生和提高健康效益的优点，近年来受到消费者的欢迎，是油脂加工领域发展的必然趋势。

白藜芦醇（C₁₄H₁₂O₃）是花生中独特的天然多酚物质，在花生及其副产物中含量丰富。目前研究发现白藜芦醇对花生油具有抗氧化和抗异构作用，且与芝麻酚具有协同增效作用。中国农业科学院农产品加工研究所的李甜，郭芹，王强*等采用花生油为对象，探究白藜芦醇对花生油热致反式脂肪酸的抑制效果。分析不同加热温度和加热时间下反式脂肪酸的变化规律，构建动力学模型，确定反应级数、反应速率和抑制率等。同时结合密度泛函理论的方法，建立结构参数与抗异构作用的构效方程，以期为实现反式脂肪酸的精准调控、科学合理设计降低反式脂肪酸的加工工艺而提供理论依据。

1 花生油中白藜芦醇的变化

新鲜花生油中没有经过物理增溶时，市面上多款不同品牌花生油及本实验所用花生油中均未检测到白藜芦醇。经过物理增溶处理后花生油中白藜芦醇含量为175 mg/L，而随着加热温度的升高和加热时间的延长，花生油中白藜芦醇含量不断降低（图1A）。采用Origin中的线性方程和logistic回归方程两种方式分析了不同温度下油中白藜芦醇随温度的变化规律（表1）。根据比较相关系数（R²），发现在120～140 ℃条件下，油中白藜芦醇随着温度的升高，两种拟合方程的R²差异不大（R²＞0.9），白藜芦醇几乎是线性减少，且温度越高，白藜芦醇减少速率越高。在140～160 ℃条件下，logistic回归效果良好，拟合度高。白藜芦醇含量在32 h后变化不明显，出现明显的截止效应或非线性效应。在此温度范围下，油中白藜芦醇首先快速降解，而在达到一定水平后不再随着加热时间剧烈变化。相较于加热时间，加热温度对油中白藜芦醇含量影响更大，其中温度越高，白藜芦醇热降解越快，尤其在160 ℃加热48 h后，白藜芦醇损失率最高，达到了41.11%。

2 花生油中反式脂肪酸变化

花生油中生成的反式脂肪酸主要为单反式油酸C_18:1-9t、单反式亚油酸C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c，并且其含量随着加热温度和加热时间的延长而增加。白藜芦醇能显著抑制花生油热致异构反式脂肪酸的形成，表明白藜芦醇具有抗异构作用（表2）。随着温度的升高，白藜芦醇对花生油总反式脂肪酸和C_18:1-9t的抗异构率不断减小（30.30%→24.43%和63.57%→38.28%），可能是由于白藜芦醇在加热状态下不断降解含量减少，抗异构率降低。双反式亚油酸C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c则先增加后减少，可能是由于120～140 ℃加热时花生油中产生了大量的反式亚油酸，白藜芦醇优先抑制反式亚油酸（15.97%→24.40%和8.38%→19.07%）。随着温度升高，反式油酸大量生成，同时部分亚油酸也会生成反式油酸，白藜芦醇抑制反式油酸生成，对反式亚油酸抗异构率下降。

经过Arrhenius公式计算，根据花生油中反式脂肪酸含量与加热时间的R²确定反应级数。在实验温度和时间内，无论是否含有白藜芦醇，总反式脂肪酸、C_18:1-9t、C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c形成的零级反应R²几乎都大于一级反应（表3），说明反应都属于零级反应，即反式脂肪酸形成仅与温度和时间有关，与其初始浓度无关。进一步计算反应的速率和活化能发现（表4），油中形成C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c所需活化能低于C_18:1-9t，即花生油中亚油酸较油酸更容易发生异构。其中C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c所需活化能相近，即C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c异构化几乎是同时进行。

不同温度下白藜芦醇花生油总反式脂肪酸、C_18:1-9t、C_18:2-9c,12t和C_18:2-9c,12c的形成速率都明显低于花生油（表3）。白藜芦醇可显著提高油中形成总反式脂肪酸（5.91%）C_18:1-9t（5.82%）、C_18:1-9t（15.45%）和C_18:2-9c,12c（8.05%）所需活化能，从而抑制花生油中反式脂肪酸的形成。这些结果表明，白藜芦醇具有显著的抗异构作用，其作用方式主要为降低异构化反应的形成速率和提高能垒。根据上述计算结果，建立花生油中反式脂肪酸在不同加热温度（T）和加热时间（t）下含量的动力学模型（表5），为精准控制油中反式脂肪酸的含量（C）提供理论依据。尽管研究明确了白藜芦醇具有抑制油中反式脂肪酸形成的作用及其作用方式，但其构效关系尚不清楚，亟待进一步研究。

3 白藜芦醇的分子结构计算

通过Gaussian优化顺反白藜芦醇结构，其对应的振动红外光谱（图2）中皆没有负值频率（虚频），表明优化结构较稳定。顺反白藜芦醇共有11 个吸收峰。从0～4 000 cm^-1分别为O—H面外摇摆（338.1 cm^-1和341.7 cm^-1）、芳环上C—H面外弯曲（487.7、507.5、776.7 cm^-1和843.2 cm^-1）、C＝C双键上C—H面外弯曲振动（988.4 cm^-1和976.0 cm^-1）、芳环上C—H摇摆（1 116.3 cm^-1和1 153.2 cm^-1）、O—H摇摆（11 153.9 cm^-1）、C—O伸缩（1 252.8 cm^-1和1 255.6 cm^-1）、C＝C双键上C—H摇摆（1 432.3 cm^-1和1 495.9 cm^-1）、芳环C＝C伸缩（1 587.2 cm^-1和1 603.5 cm^-1）、芳环C—H伸缩（3 043.2 cm^-1和3 045.9 cm^-1）和O—H伸缩（3 702.2 cm^-1和3 702.9 cm^-1）。

在最优结构基础上，进一步计算顺反白藜芦醇的二面角、键长及其他结构参数。二面角是4 个相邻原子所形成的两个平面间角度（图3）。由于白藜芦醇分子上苯环上原子都在同一平面，因此主要关注两个苯环面与双键间二面角。顺式白藜芦醇C2-C1-C7-C8和C7-C8-C1’-C2’二面角分别为146.3°和150.9°，表明其扭转较大；而反式白藜芦醇C2-C1-C7-C8和C7-C8-C1′-C2′二面角分别为3.2°和2.0°，表明其原子几乎都在同一平面，即几何共面性较好。反式白藜芦醇中C1-C7和C8-C1′键长较顺式白藜芦醇更短（1.475 Å→1.466 Å，1.472 Å→1.463 Å），反式白藜芦醇键长更短不容易断裂表明其结构稳定。由于反式白藜芦醇更加稳定，自然界中白藜芦醇存在形式多为反式结构，因此本研究也同样选择了常见的反式白藜芦醇作为研究对象。

上述实验结果证实温度对花生油中白藜芦醇抗异构作用影响较大，为明晰其白藜芦醇结构对其在油中抗异构效果间关系，进一步计算白藜芦醇不同温度下的量化参数，包括E_SCF（-766.572 AU）、ZPE（0.226 Hartree）、G（-766.391 Hartree）、H（-766.330 Hartree）、E（151.310 Cal/（mol•K））、C_V（59.054 Cal/（mol•K））和S（127.389 Cal/（mol•K））等。不同温度下白藜芦醇量化参数与抗异构率相关分析（表6）结果表明，C_18:1-9t相关性最高，总抗异构率次之，其中G与其他计算参数正负相关性相反。为避免共线性导致的模型可解释性变差，本实验在多元回归计算中进一步减少了模型量化参数，选择E和S两个量化参数，建立白藜芦醇抑制花生油热致异构反式脂肪酸形成的构效关系。

选择白藜芦醇对4 种反式脂肪酸抗异构率与两个量化参数，采用多元线性回归分析建立白藜芦醇抑制油中反式脂肪酸的构效模型。该模型不仅明晰了白藜芦醇与抗异构率间关系，还有助于预测计算类似活性成分的抗异构作用效果。为精准控制花生油中反式脂肪酸提供了理论依据，拓宽了天然抗异构活性物质在食用油领域的应用。

式中：Y₁为C_18:1-9t；Y₂为C_18:2-9c,12t；Y₃为C_18:2-9c,12c；Y₄为总抗异构率；x₁为E；x₂为S。

结论

通过气相色谱结合液相色谱方法，探究白藜芦醇对花生油中反式脂肪酸的抑制作用。花生油中白藜芦醇在120～140 ℃条件下线性减少，在140～160 ℃条件下则出现明显的截止效应。花生油中反式脂肪酸随着加热温度升高和加热时间延长不断增加，且反式脂肪酸形成仅与温度和时间有关，与其初始浓度无关。白藜芦醇可明显降低异构化反应的形成速率和提高反应能垒（5.82%～15.45%），且对总反式脂肪酸的抗异构率随着温度升高而减小（对总反式脂肪酸的抗异构率最高为30.30%），同时不改变油中异构化反应级数。并建立了其反式脂肪酸形成模型。为进一步明晰白藜芦醇结构与其抗异构效果关系，采用多元回归分析，建立了量化参数（E和S）与抗异构率构效关系模型，有助于精准控制花生油中反式脂肪酸形成，同时拓宽了天然抗异构剂在食用油领域的应用。

作者简介

通信作者：

王强，中国农业科学院二级研究员，博士生导师，国际食品科学院院士，2021年中国工程院院士增选有效候选人，入围“全球前2%顶尖科学家榜单”。现任中国农业科学院植物蛋白结构与功能调控创新团队首席专家，国家花生产业技术体系加工研究室主任、九三学社中央农林委委员，新疆自治区油料产业技术体系首席科学家。全国优秀科技工作者，全国首批农业科研杰出人才，全国科技助力精准扶贫先进个人，入选国家“百千万人才工程”并获“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受国务院特殊津贴，农业部“粮油加工技术与工程”创新团队首席，中国农业科学院领军人才，中国粮油学会花生食品分会会长，中国食品科学技术学会植物基食品分会副理事长，Journal of Integrative Agriculture 食品栏目执行主编，NPJ Science of Food 编委、Foods 客座主编。

第一作者：

李甜，中国农业科学院农产品加工研究所2020级博士研究生，主要研究方向为食用油品质劣变与调控。共发表文章24 篇，以第一或共一作者在Progress in Lipid Research（1篇，IF:14.673）、Food Chemistry（4篇，IF:9.231）、LWT-Food Science and Technology（1篇，IF:6.056）、International Journal of Food Science and Technology（ 2篇，IF:3.612)、食品科学等食品科学与工程领域知名期刊发表SCI/EI等论文10 篇，累计影响因子64.877。共申请国家发明专利12 项，其中授权7 项，包括国际专利2 项，国内发明专利5 项。参编著作1 部，参与国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划等国家级项目课题3 项。曾获北京市优秀毕业生、北京市三好学生、京津冀大学生食品节一等奖等荣誉。

本文《白藜芦醇对花生油热致异构反式脂肪酸的抑制作用》来源于《食品科学》2023年44卷第18期34-39页，作者：李甜，郭芹，屈阳，梁蔓竹，张巧真，秦晶晶，黄雪港，张雨，王强*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220826-318。