加热对植物油光学特性及功能基团的影响

《Nano Trends》：Heating Effects on Optical Characteristics and Functional Groups in Vegetable Oils

蔬菜油的热降解及其稳定性通过UV-Vis、FTIR和ζ电位分析评估，发现加热导致分子结构改变和颗粒尺寸减小，影响油品质量和健康。

　　蔬菜油在人类营养和工业应用中扮演着至关重要的角色。然而，随着加热过程的进行，其物理化学性质会发生显著变化。这项研究旨在通过分析吸收系数、消光系数、质量衰减系数、总分子截面以及通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测的功能基团，评估不同类型的蔬菜油（包括Dhara油、向日葵油和大豆油）在热降解过程中的光学和化学特性。此外，还通过ζ电位测量来评估油品的稳定性。研究中所用的样品来源于加德满都市场，部分样品则在实验室中制备，以确保实验条件的可控性。研究结果表明，这些参数随着波长的增加而减少，并且受到热暴露的影响。FTIR分析显示了关键的功能基团，如C–H、C–N、C=O、O–H和N–H的存在，而加热则对这些基团产生了影响，导致峰位移动和峰数增加，这与分子振动增强有关。ζ电位测量结果显示，加热后油品的颗粒尺寸显著减小，其中Dhara油从7.17纳米减少至3.54纳米，向日葵油从4.12纳米减少至1.97纳米，而大豆油则从69.41纳米减少至12.57纳米。这些变化表明加热会影响油品的分子结构，并增强其胶体稳定性。因此，控制加热条件对于优化油品质量至关重要。未来的研究应进一步探讨这些物理化学变化对营养和健康的影响。

研究的背景在于，随着全球人口增长和经济发展，人们对植物油的健康益处越来越感兴趣。植物油不仅在饮食中起着重要作用，还富含必需脂肪酸，这些脂肪酸是脂溶性维生素的载体，并且是合成类固醇激素和前列腺素的前体。由于城市化、人均收入增加以及饮食习惯的转变，植物油的消费量在全球范围内持续上升。然而，植物油在加热过程中会发生显著的化学和结构变化，这可能对油品的质量和安全性产生不利影响。尽管已有研究关注了植物油的热降解，但大多数研究集中在基础参数如酸值和过氧化值上，忽视了更深层次的分子信息，如消光系数、质量衰减系数和总分子截面。此外，虽然FTIR和ζ电位分析在识别功能基团和胶体稳定性方面显示出潜力，但它们在混合或再利用油品的应用研究仍较为有限。特别是在尼泊尔这样的地区，由于街头食品和餐厅中常见油品的再利用，缺乏相关数据使得这一领域的研究显得尤为重要。

本研究的显著性在于填补了尼泊尔地区在食品安全性分析方面的空白，尤其是在加德满都谷地，这里由于街头食品和餐饮业的广泛使用，油品的再利用现象非常普遍，但相关研究却十分有限。尽管已知再利用油品可能产生有毒化合物，如醛类、酮类和反式脂肪，但目前尚缺乏使用先进分析技术如FTIR、紫外-可见光谱、ζ电位和消光系数来评估这些变化的数据。因此，本研究通过结合光谱学和电动力学方法，对单一和混合植物油在热降解过程中的特性进行了系统分析，从而提升了对油品安全性的理解。研究中混合油品的选取旨在反映实际市场中常见的做法，即在某些情况下，厨师会故意或无意地混合使用多种油品。通过实验室制备的混合油品与市场收集的样品进行对比，确保了实验结果的现实意义。

在实验设计方面，研究团队在尼泊尔科学院技术学院（NAST）进行实验室实验，收集了六种植物油样品，其中三种为纯油品（Dhara油、向日葵油和大豆油），另外三种为混合油品（Pakoda油、烘焙油和食堂油）。这些混合油品来源于不同的食品准备场所，如炸物摊位、烘焙店和食堂。在实验过程中，首先测量了每种油品的密度，并在25°C下记录其原始状态。随后，对这些油品进行了加热处理，温度设定为150°C，持续时间为10分钟，之后放置12小时。这一加热-冷却循环重复了五次，生成了Dh0至Dh5、Su0至Su5和So0至So5的样本。通过这些实验，研究人员能够系统地分析油品在不同热处理条件下的变化。

FTIR分析显示，各种植物油样品中存在多种功能基团，如C–H、C–N、C=O、O–H和N–H。这些基团在不同的波数范围内有其独特的吸收特性，而加热会导致这些基团的峰位发生移动，同时增加峰的数量，反映出分子振动的增强。此外，加热过程还可能导致某些功能基团的形成或结构变化，从而影响油品的化学组成。例如，C=O基团的出现可能与氧化产物的生成有关，而O–H基团的存在可能与油品中的醇类和酚类化合物有关。这些变化可能对油品的营养价值和健康影响产生潜在影响。

ζ电位分析结果显示，加热显著降低了油品中的颗粒尺寸。例如，Dhara油在加热后颗粒尺寸从7.17纳米减少至3.54纳米，向日葵油从4.12纳米减少至1.97纳米，而大豆油则从69.41纳米减少至12.57纳米。这些变化表明，加热不仅影响了油品的物理特性，还可能对其胶体稳定性产生影响。较小的颗粒尺寸通常意味着更高的稳定性，这可能与油品在加热过程中的分子结构变化有关。同时，加热后的油品在电场相互作用中表现出频率偏移，这进一步支持了热处理对油品分子结构的影响。

尽管研究结果提供了关于油品热降解的有价值信息，但该研究也存在一定的局限性。首先，研究仅限于三种植物油（Dhara油、向日葵油和大豆油），未能涵盖更广泛的油品类型。其次，加热处理的温度和时间设定为150°C和10分钟，而未考虑其他可能的加热条件。此外，研究中未使用外部添加剂或防腐剂，因此无法评估这些因素对油品热降解的影响。最后，研究未检测油品的抗氧化活性、过氧化值和潜在的致癌性等重要参数，这些参数对于全面评估油品的健康影响至关重要。因此，未来的研究应扩大样本范围，探索更多的热处理条件，并结合更全面的生化和毒理学分析，以进一步揭示植物油在热降解过程中的变化及其对健康的影响。

在尼泊尔，食品技术与质量控制部（DFTQC）是负责确保全国食品和饲料产品安全与质量的中央政府机构。该部门成立于1961年，并于2000年更名为食品技术与质量控制部。DFTQC在食品标准化、许可、检验、认证、消费者意识提升以及与国际标准接轨方面发挥着重要作用。此外，该部门还致力于推广食品加工技术，支持农业和食品工业的发展，并确保生物安全和生物安全。展望未来，DFTQC强调在食品流行病学、消费者保护、风险分析、人力资源发展以及与各类机构的合作方面进行政策推动，包括将食品安全纳入学校课程。同时，该部门提出了结构和运营目标，如建立国家食品安全机构、认证委员会、国家参考实验室，并采用良好制造规范（GMP）、良好卫生规范（GHP）和关键控制点分析（HACCP）等管理措施。然而，目前尼泊尔尚未制定具体的食品安全或卫生政策，以整合公共卫生策略。

综上所述，本研究揭示了加热对植物油光学和结构特性的影响。吸收系数、消光系数、质量衰减系数和总分子截面随着波长的增加而减少，但不同油品之间的变化趋势并不一致。加热不仅改变了油品的光学特性，还影响了其分子相互作用，导致功能基团的变化。此外，加热过程显著降低了油品中的颗粒尺寸，这可能与油品的稳定性有关。这些结果表明，加热对植物油的物理化学行为产生了复杂但重要的影响。通过结合光学和结构分析，研究提供了对植物油热降解机制的深入理解，为食品行业提供了优化油品使用条件的科学依据。未来的研究应进一步探索这些变化对油品营养价值和健康影响的潜在影响，并推动相关政策的制定，以确保油品的安全使用。