油炸过程中PAH?向烹饪油烟颗粒物迁移的机制：脂质氧化的驱动作用与羰基化合物的载体效应

《Journal of Hazardous Materials》：Migration mechanism of PAH4 into cooking fume particles during frying: Driving role of lipid oxidation and the carrier effect of carbonyl compounds

　　

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  PAH4在富含有机物的细颗粒物烹饪油烟中积累。
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  高分子量PAHs优先分配在高度氧化的颗粒物上。
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  不饱和脂肪酸的自由基氧化加速了PAH4的迁移。
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  羰基化合物通过π-π和C-H-π相互作用携带PAH4迁移。

引言

烹饪油烟是指在食品加工过程中产生的气态和颗粒状污染物，源于脂肪和有机化合物的高温热解[1], [2]。其主要成分包括脂肪酸、醛类、酮类、烃类以及有毒有害物质[3]。烹饪油烟作为城市大气和室内环境的主要污染物之一，在污染防控和健康影响方面受到了广泛关注。烹饪油烟中的有机成分可以通过在颗粒物表面冷凝、吸附气态污染物以及颗粒间碰撞形成稳定的气溶胶颗粒，从而更容易迁移进入人体[4]。这一过程大大增加了患肺癌及其他类型癌症的风险。通常，直径较小的烹饪油烟颗粒具有更强的携带有害成分的能力，并表现出更强的化学反应活性，导致更高的毒性和健康风险[5], [6]。现有研究已证实，沉积在肺泡区域的大部分有害物质与PM2.5和PM1.0细颗粒物密切相关[7]。

在烹饪环境中存在的各种有毒化合物中，多环芳烃（PAHs）是最早被确认的致癌物之一[8]。PAHs在美国毒物与疾病登记局（ATSDR）发布的危害优先清单上排名第7位[9]。它们通常表现出致癌性、致畸性和致突变性等遗传毒性效应，对人类健康构成严重威胁[10]。苯并[a]蒽（BaA）、蒽（Chr）、苯并[b]荧蒽（BbF）和苯并[a]芘（BaP）是四种高致癌性PAHs，统称为PAH4[11]。PAH4在高温烹饪过程中释放，主要吸附在烹饪油烟的颗粒物上。结合在颗粒物上的PAHs可随细颗粒物穿透呼吸屏障直接进入人体，对健康造成持续性损害[12]。研究表明，暴露于烹饪油烟的中国不吸烟女性肺癌风险增加了74%（OR=1.74），而未使用抽油烟机的女性风险则增加至111%（OR=2.11）[13]。J?rgensen等人[14]在培根煎制过程中产生的烟雾中鉴定出32种PAHs，总浓度范围为270至300 ng/m³。同样，Luo等人[15]报告精炼豆油烟中PAHs浓度达到4.39 μg/m³，相应的终身个体癌症风险（ILCR）为8.66×10^?5，超过了美国环保署（EPA）设定的推荐阈值。

随着分子量增加，PAHs的蒸气压和溶解度降低，导致其在烹饪油烟中的分布存在显著差异[16]。低分子量PAHs由于蒸气压较高，主要存在于气相中；而高分子量PAHs挥发性较低，倾向于存在于颗粒物中[17], [18]。研究表明，烹饪油烟中的PAHs倾向于积累在直径小于2.5 μm的细颗粒物中。毒性更强的4–5环PAHs在细颗粒物上的载荷量是2–3环PAHs的2.5倍[19], [20]。Liu等人[21]发现，烹饪油烟产生的细颗粒富含不饱和脂肪酸和共轭杂环化合物，这些物质可能推动PAHs在油烟中的迁移和积累。然而，具体由何种物质携带PAHs进入烹饪油烟仍不清楚，其潜在机制也尚未得到充分阐明。

本研究以PAH4-d₁₂作为稳定同位素示踪剂，结合油的物理化学分析、SPAMS、GC-MS和量子化学计算，调查了高温煎炸过程中PAH4从煎炸油向烹饪油烟的迁移规律。研究了脂质氧化对PAH4迁移的影响、油烟颗粒的组成及其与PAH4的分子间相互作用。这些发现揭示了煎炸过程中PAH4从煎炸油向烹饪油烟迁移的机制，为烹饪油烟中PAHs的污染防控和风险管理提供了分子理论基础。

章节摘要

材料与试剂

新鲜土豆（Solanum tuberosum L.，荷兰15'品种，中国山东）购自当地超市（中国扬州）。大豆油由中粮福临门公司提供（中国辽宁）。硅胶固相萃取柱（Si SPE柱，6 mL/1 g）购自CNW Technologies GmbH（德国）。石英纤维膜购自成都飞斯特仪器有限公司。

标准物质BaA-d₁₂和Chr-d₁₂购自AccuStandard（美国新...）

PAH4-d₁₂在烹饪油烟中的迁移行为

PAH4具有高度致癌性，烹饪油烟中的细颗粒物可深入穿透并沉积于肺泡[25]。分析了PAH4-d₁₂在不同煎炸阶段和不同粒径烹饪油烟中的迁移率。结果如图1所示。在220℃下煎炸10 h后总迁移率为7.28%。如图S3所示，PAH4-d₁₂向烹饪油烟中的迁移率随煎炸时间呈线性增加（R²=0.990, p<0.001）。在10 h期间...

结论

通过稳定同位素示踪技术阐明了高温煎炸过程中PAHs迁移的分子机制。我们证明PAHs迁移从根本上是由不饱和脂肪酸的自由基链式氧化驱动的。这种氧化降解产生大量含氧化合物（主要是羰基化合物），这些是必需的载体。这些羰基化合物与PAH4结合——主要通过范德华力，辅以π-π堆积和C-H-π...

环境意义

烹饪油烟是城市环境中PAHs的主要来源，这些PAHs优先积累在可穿透肺部的超细颗粒物中，对环境和人类健康构成重大风险。基于世界卫生组织（WHO）对BaP的单位风险，终身暴露于1 ng/m³对应8.7×10^-5的额外肺癌风险。本研究揭示脂质氧化产物通过分子间力促进PAHs向烹饪油烟迁移，从而显著增加风险...

CRediT作者贡献声明

文朝阳（Chaoting Wen）：监督、资源。李友东（Youdong Li）：验证、监督。张集先（Jixian Zhang）：验证、监督。梁立（Li Liang）：监督、资源。许新（Xin Xu）：监督、项目管理、资金获取。刘国燕（Guoyan Liu）：资源、资金获取、概念化。徐晓伟（Xiaowei Xu）：可视化、验证、数据整理。刘晓芳（Xiaofang Liu）：写作–审阅与编辑、监督、项目管理。张亚鑫（Yaxin Zhang）：写作–初稿、调查、形式化分析、数据整理。

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文工作的已知的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金项目（32272448, 31972039）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文工作的已知的竞争性经济利益或个人关系。

Yaxin Zhang|Xiaowei Xu|Xiaofang Liu|Jixian Zhang|Li Liang|Chaoting Wen|Youdong Li|Xin Xu|Guoyan Liu