冷藏储存油炸肉丸中PAH4积累的动态缓解与预测：壳聚糖纳米颗粒–甲基纤维素涂层与芝麻酚的作用

《Food and Bioprocess Technology》：Dynamic Mitigation and Prediction of PAH4 Accumulation in Refrigerated-Stored Deep-Fried Meatballs by Chitosan Nanoparticle–Methylcellulose Coating and Sesamol

　　

摘要 油炸食品中的多环芳烃（PAHs）既来源于内源性形成，也来源于煎炸油的外源性转移，然而大多数缓解策略都是在静态条件下评估的，未考虑油炸前的储存过程。本研究通过改变抗氧化稳定性、氧化劣变和油介导的PAH迁移，探讨了冷藏储存和油炸过程对油炸肉丸中PAH积累的影响。PAH水平随储存时间增加而升高，反映了抗氧化剂的耗竭和氧化驱动形成的增强。芝麻酚（sesamol）在储存期间的效果有所下降，而涂层处理通过限制吸油量表现出更稳定的缓解作用，导致主导PAH形成途径发生转变。联合处理对PAH积累和整体品质维持了更一致的控制。一个整合抗氧化状态、氧化指标和油源性PAH贡献的偏最小二乘（PLS）模型在外部验证中准确预测了PAH水平。这些发现为控制油炸食品中的PAH风险建立了一个基于机制且具有预测能力的框架。

论文解读：冷藏储存与油炸过程中PAH4积累的动态缓解与预测机制研究

一、研究背景与问题提出

多环芳烃（PAHs）是一类在油炸、烧烤等热加工过程中广泛形成的致癌性化合物。欧洲食品安全局（EFSA）推荐将苯并(a)蒽（BaA）、?（CHY）、苯并(b)荧蒽（BbF）和苯并(a)芘（BaP）四种化合物合称PAH4，作为食品中PAH污染水平的指示指标。在油炸食品中，PAHs的来源包括两条主要途径：一是食品基质中脂肪、蛋白质和碳水化合物的热解所驱动的内源性形成；二是煎炸油中已积累的PAHs随油脂吸收迁移进入食品的外源性转移。后者在商业条件下尤为值得关注，因为煎炸油反复使用会积累显著水平的PAHs。

已有研究提出了多种缓解策略，包括优化油炸时间和温度、选择适宜的煎炸油、添加抗氧化剂抑制自由基介导的氧化反应，以及采用可食性涂层降低吸油量从而限制油源性PAHs的迁移。近年来，抗氧化剂与可食性涂层联合使用的策略显示出更强的PAH降低效果。然而，现有研究大多在静态条件下进行，即食品制备后立即加工，未考虑实际生产流程中普遍存在的油炸前冷藏储存环节。在冷藏储存期间，抗氧化能力会因消耗和自氧化而逐渐下降，脂质和蛋白质氧化程度则持续增加，这些动态变化可能改变油炸过程中氧化驱动形成与油源性PAH输入之间的平衡，进而影响PAH的最终积累水平。此外，尽管PAHs与抗氧化能力、氧化指标和吸油量等因素的关系已有较多研究，但将这些变量整合到统一预测框架中的工具仍然有限，尤其是油炸油中PAHs的贡献很少被纳入模型，限制了其在工艺设计和风险管理中的应用。

因此，本研究旨在探讨冷藏储存期间抗氧化剂耗竭和氧化变化对油炸肉丸中PAH积累的影响，重点考察氧化驱动形成与油介导迁移两条途径的相对贡献，并在此基础上建立整合抗氧化状态、氧化指标和油源性PAH贡献的预测模型，为油炸食品中PAH风险的控制提供机制理解和预测工具。

二、主要技术方法

研究人员制备了四组肉丸样品：对照组（Con）、添加芝麻酚组（SE）、壳聚糖纳米颗粒–甲基纤维素（CSNP–MC）涂层组（CT）以及涂层加芝麻酚联合处理组（CT-SE）。肉丸在4°C下冷藏储存12天，分别于第0、3、6、9和12天取样。采用ABTS自由基清除法测定Trolox等效抗氧化能力（TEAC），硫代巴比妥酸反应物（TBARS）法评估脂质氧化，Ellman试剂法测定巯基含量评估蛋白质氧化，平板计数法测定总活菌数（TVC），索氏提取法测定脂肪含量并计算吸油量，气相色谱–质谱联用（GC–MS）测定PAH4含量。基于Pearson相关分析和多重共线性诊断，选取TEAC、TBARS（熟）、巯基含量（熟）和迁移PAH4作为预测变量，采用偏最小二乘（PLS）回归建立PAH4预测模型，以六折交叉验证进行内部验证，并利用前期研究中的12组独立数据进行外部验证。煎炸油为当地食品店使用8小时后的混合植物油，其PAH4平均含量为8.42 ng/g。

三、研究结果

油炸前的储存期限

研究人员通过监测TVC和pH确定了油炸前的实际储存期限。第12天时，对照组TVC达到6.7 log CFU/g，接近7 log CFU/g的微生物可接受上限，且所有组别均出现明显异味，其中对照组和SE组尤为严重，表明样品已不适合食用，因此第12天的样品未进行油炸和后续PAH分析。

储存期间抗氧化剂耗竭与氧化变化

TEAC值在储存期间各组均持续下降，表明抗氧化能力逐渐耗竭。添加芝麻酚的组别（SE和CT-SE）在第0天具有显著较高的TEAC值，但储存后期其下降趋势在涂层组中趋于平缓，说明涂层对抗氧化剂耗竭具有调节作用。TBARS值在储存期间各组均显著升高，芝麻酚在储存初期有效抑制了脂质氧化，但到第12天其效果与涂层组无显著差异，而涂层提供了更持续的脂质氧化保护。巯基含量在储存期间各组均显著下降，对照组损失最大，处理组保留了相对较高的巯基含量，表明涂层和芝麻酚对蛋白质氧化具有调节作用。

PAH4水平变化及其与氧化和吸油量的关联

油炸后PAH4水平随储存时间增加而升高，表明油炸前储存对PAH积累具有关键影响。SE组的PAH4降低率从第0天的27.70%降至第9天的15.01%，说明抗氧化剂介导的缓解途径在储存期间逐渐失效。涂层组（CT和CT-SE）的吸油量显著低于未涂层组（约4–5%），且第0天时涂层样品较对应未涂层样品PAH4水平更低，表明涂层通过限制吸油量减少了油源性PAHs的迁移。Pearson相关分析显示，CHY（r=0.73）和BbF（r=0.80）与吸油量的相关性强于BaA（r=0.38）和BaP（r=0.57），结合煎炸油中CHY和BbF浓度较高的事实，提示油介导迁移对不同PAH化合物的贡献可能存在差异。第0天时SE组PAH4水平显著低于CT组，表明抗氧化抑制在初期占主导，但这一差异在储存第3天后消失，说明抗氧化途径的效果随时间减弱，而迁移控制途径相对稳定，两条途径的相对贡献随储存时间发生转变。联合处理组（CT-SE）在储存后期保持了更一致的PAH控制效果，体现了双途径联合控制的优势。

变量选择与PLS预测模型

基于Pearson相关分析和多重共线性诊断，研究人员排除了多重共线性严重的TBARS（生）和巯基含量（生），最终以TEAC、TBARS（熟）、巯基含量（熟）和迁移PAH4为预测变量建立PLS模型。模型使用两个主成分解释了95%的X方差和92%的Y方差，内部验证Q2为0.913，RMSEE为0.045，RMSECV为0.046，表明模型具有良好的内部预测性能和稳定性。外部验证采用前期研究中12组独立数据，其煎炸油PAH4水平（5.70 ng/g）与本研究（8.42 ng/g）存在显著差异，模型仍获得了RMSEP为0.13 ng/g、外部预测R2为0.87的良好表现，验证了模型在不同油源性PAH污染水平下的稳健性。残差分析显示各处理组平均残差介于?0.030至0.026之间，整体平均残差接近0，未发现系统性预测偏差。

PCA食品品质与安全综合分析

主成分分析（PCA）涵盖了吸油量、TBARS（生和熟）、TVC、巯基含量（生和熟）、TEAC和PAH4等关键指标，前两个主成分解释了88.0%的总方差。PC1（74.8%）可解释为品质劣变轴，负方向对应较高的TEAC和巯基含量，正方向对应较高的吸油量、TBARS、TVC和PAH4，直观展示了不同处理组在品质和安全维度上的整体差异。

四、结论与讨论

本研究系统揭示了冷藏储存对油炸肉丸中PAH4积累的动态影响机制。储存期间抗氧化剂逐渐耗竭、脂质和蛋白质氧化持续加剧，导致氧化驱动的PAH形成增强；同时，涂层通过限制吸油量有效减少了油源性PAHs的迁移。两条途径对储存的响应不同：抗氧化途径效果随时间衰减，而迁移控制途径相对稳定，因此联合处理（CT-SE）在储存后期仍能维持较好的PAH控制效果。基于TEAC、TBARS（熟）、巯基含量（熟）和迁移PAH4建立的PLS模型在内部和外部验证中均表现出良好的预测性能，为油炸食品中PAH风险的管理提供了机制明确且可预测的框架。该研究发表于《Food and Bioprocess Technology》。研究结论表明，将储存过程纳入PAH风险评估和缓解策略设计具有重要意义，双途径联合控制比单一机制方法更为稳健，而整合氧化状态和油源性贡献的多元预测模型可为实际生产条件下的PAH风险管理提供有效工具。