大家好，本周分享一篇发表在Trends in food science and technology (IF 15.3)的文章，题目为“Impact of air frying on food lipids: Oxidative evidence, current research, and insights into domestic mitigation by natural antioxidants”。该研究的通讯作者为Saldanha教授，坎皮纳斯州立大学食品工程系。![]()
● 背景介绍 ●
近年来，空气油炸已成为油炸的替代方法。空气油炸技术原理是食物在高温下与循环空气直接接触，无需加油，这使得注重健康的消费者对它产生了极大的兴趣。此外，空气炸锅在实用性和便利性方面也具有较大优势，可以制作感官接受度高的油炸食品。也有文献表明，空气油炸可能会损害食品质量，并描述了相关问题：生物活性特性、高级糖化终产物的形成、芳香化合物、丙烯酰胺和羟甲基糠醛、感官特性和脂质氧化。尽管脂质与食品风味和人类营养息息相关，但它们的化学性质不稳定，容易氧化。在空气油炸过程中，由于温度升高加上氧气暴露，为脂质氧化提供了一个促氧化环境。因此研究和缓解这一氧化过程具有重要意义。在工业领域，合成抗氧化剂已被成功用于限制脂质氧化。然而，尽管监管机构允许并控制合成抗氧化剂的使用，但它们可能产生的致癌和毒理效应一直是激烈争论的话题，因此建议使用天然替代品。本综述全面总结了空气油炸对食品脂质影响，并讨论了添加天然抗氧化剂的趋势、见解和挑战。
空气炸锅技术最早出现在欧洲一些国家，随后迅速遍布全球。与油炸不同，在空气炸锅中，热空气在腔体内循环，使油滴形成细雾与食物直接接触。由于油来自食物本身，无需添加额外的油源，利用这一过程可生产低脂肪产品。不过，也有人建议添加低浓度的油，以获得与传统油炸食品更相似的感官属性。除了低脂消费相关的优势外，空气炸锅的快速普及还可能归因于其实用性、多功能性和安全性。此外，空气油炸食品的口感和外观特征与油炸产品非常相似。在空气油炸过程中，热传导率极高，并在整个食品中均匀分布，最大程度地减少了食品质量的变化。在此过程中，食物会脱水，逐渐在其表面形成一层外壳。空气炸锅的机制和优点如图 1所示。
由于空气炸锅是一种相对较新的设备，因此与其他烹饪方法相比，对这项技术缺乏深入的研究。空气炸锅的广泛使用正在引起研究人员的兴趣。
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Fig.1 Air frying mechanism and some main advantages reported for air fryers.
无油添加
由于消费者已经意识到摄入过多的油会影响人体健康，因此对高脂肪饮食的担忧与日俱增，这凸显了在空气油炸过程中不使用油的优势。过量食用油炸食品会增加患肥胖症和肠道疾病的风险。植物煎炸油在加热过程中会形成损害健康的化合物，包括与内皮功能障碍、高血压和慢性疾病（尤其是心血管系统疾病）的发生有关的非极性化合物。此外，为了减少浪费和降低成本，植物油会被反复再利用，从而产生化学反应，如脂质氧化、水解和聚合，导致有害物质的积累。
由于空气炸锅是替代油炸的创新设备，大多数研究都旨在比较这两种方法。Andres等人（2013年）率先对炸薯条的脂质含量进行了比较，结果表明，在相同的油炸时间内，空气油炸样品的吸油量比热油油炸样品的吸油量低约10倍，这可能是由于油炸过程中使用了较多的油，空气炸鸡块的油含量比油炸鸡块低 25%。这些结果证明了油炸过程中的吸油现象；然而，这是一个复杂的机制，取决于许多方面，如食物基质、油的类型和烹饪条件（如温度、油/食物比例）。
实用性和便利性
由于生活节奏加快，生活方式的改变迫使人们养成不同的烹饪习惯。因此，更方便、更实用的烹饪方法更符合消费者的喜好，空气炸锅技术为日常生活提供了实用性与便利性。此外，空气炸锅结构紧凑、便于移动、节省空间，无需燃气就能烹饪各种类型的食物，这凸显了空气炸锅的多功能性。涉及蔬菜、肉类、鸡蛋甚至甜食的食谱都可以用空气炸锅烹制。此外，具有先进、改良和技术特点的空气炸锅设备对消费者更具吸引力，从而促进了市场需求的增长。然而，考虑到目前人们缺乏准备食物的时间，空气炸锅与油炸相比具有一定的劣势，因为空气炸锅需要更长的时间。研究表明，在相同温度（180◦ C）下制作鸡块时，需要经过 9 分钟的空气油炸，才能产生与油炸 3 分钟的鸡块相似的感官特征。感官方面
选择烹饪方法的一个决定性因素是所产生的感官特性。与其他烹饪方法相比，油炸能产生独特而适口的风味。使用空气油炸锅的巨大挑战是获得与油炸类似的食品，因为其中许多方面，如外壳形成、适口性和颜色，都受到较低含油量的影响。不同的烹饪条件（如烹饪时间、温度、油的类型）、设备和食品基质下，在有关气炸和油炸食品的感官特性和消费者接受度的文献中结果也不同。对于空气油炸的虾肉，香味和颜色指标 b*（黄色强度）得分较高，这反映了用空气炸锅烹制的样品更容易被接受。在评估质地时，得到的分数最低。这种差异也提醒人们注意对每种食品基质和加工过程进行研究的重要性。由于空气油炸对健康的吸引力，人们一直在探索开发新产品，并将其作为创新制备传统食品的替代方法。然而，由于对空气油炸的研究大多是关于其与油炸的比较，缺乏相关的文献支持。因此，要使油炸产品具有高质量的特性，必须鼓励对技术进行优化。
最近的一项研究使用纸杯蛋糕比较了空气油炸和家用烤箱烘烤在食品质量和理化特性方面的差异，结果表明从感官角度来看，烤箱烘烤是最合适的烹饪方法。采用不同的烹饪方法开发罗非鱼即食小吃的研究表明，根据观察到的总体感官印象，空气油炸样品更受欢迎。在感官特征方面，油炸食品的酥脆表皮在空气油炸和油炸过程中都随着油炸时间的延长而增加，后者的增长率更高。两种处理方法都经历了脱水过程；然而，在空气油炸过程中，只有脱氢过程会导致产品质量损失，而油炸食品由于吸收了油，质量损失并不明显，这影响了食品的最终硬度和质地。在油炸过程中，由于水分流失、吸油、加工温度和时间、美拉德德反应等原因，色泽会发生很大变化。L*值（亮度）在油炸过程中会降低，这在油炸过程中更为明显，因为油炸过程中的非酶褐变反应要快得多。a*值（红度）通常会随着油炸而逐渐增加，这在油炸食品中也更为显著。b*值（黄度）在开始时会增加，随着食物颜色逐渐变深，b*值会降低。食物的香味主要与挥发性化合物的形成有关，这在油炸食品中更为明显。
● 空气油炸对脂质氧化的一般影响 ●
脂质是重要的食品成分，因为它们是人体正常营养所必需的，并在感官属性中发挥作用。然而，由于其化学性质不稳定，脂质极易氧化，从而导致食品质量下降。在食品中，脂质的氧化稳定性取决于内在因素（食品成分）和外在因素（加工和储 存条件）。因此，与油炸温度和时间、热传导率、氧气浓度、食品基质和其他因素有关的方面可能会影响脂质氧化率，从而进一步影响空气油炸食品的质量。暴露在高温下会加速氧化反应，因为高温会降低氢抽取所需的能量，从而导致自由基的形成，启动脂质的自动氧化。因此，加热强度和时间是影响空气油炸过程中脂质氧化的重要因素。此外，空气油炸还可能导致细胞膜破坏和血红蛋白变性，释放食物中的促氧化元素（如肌红蛋白、血红蛋白、金属离子。食品脂质的氧化稳定性在很大程度上取决于氧气的存在。虽然氧气扩散到不饱和脂质的速度受食物基质等方面的影响，但食物与空气炸锅内循环空气的持续接触是一个关键点。关于食品成分，由于不饱和脂质更容易氧化，多不饱和脂肪酸（PUFA）和胆固醇等成分的高水平可能会决定食品的氧化稳定性。由于在空气油炸过程中观察到的各种条件都会诱发脂质氧化，因此这种技术可能会对食品脂质产生影响。此外，氧化在食品质量和安全方面所起的作用凸显了对这一问题进行研究的重要性，尤其是对空气炸锅等流行和新兴设备。
● 空气油炸过程中氧化过程的研究 ●
表 1 的研究证明了空气油炸过程中氧化反应的发生。然而，脂质氧化涉及复杂的机制，对其进行适当测量面临巨大挑战，结合不同参数来评估氧化状态是最合适的策略。目前关于油炸食品中脂质氧化的研究主要报告了基于一级和二级氧化产物定量的方法。
初级产物的变化通常由脂质氢过氧化物和共轭二烯/三烯的形成决定，前者是最重要的初始氧化产物，后者则可能是氢过氧化物形成过程中通过双键重排稳定自由基状态的结果。不过，初级氧化化合物并不稳定，会进一步生成次级氧化产物，通常通过分析对甲氧基苯胺和硫代巴比妥酸活性物质（TBARS）来评估醛含量。后者可确定丙二醛（MDA）的含量，而丙二醛经常被用作氧化标记。气味在食品质量中的作用强调了研究挥发性化合物形成的重要性，这些化合物主要是一些二次氧化产物。此外，质谱技术、色谱技术和计算方法的优势使得脂质分析具有高通量、高分辨率、高灵敏度以及对多种脂质进行结构鉴定的能力。因此，脂质组学已被强调为实现空气油炸过程中脂质氧化综合研究的合适工具。利用亲水相互作用色谱-质谱法（HILIC-MS）进行的脂质组学分析揭示了气炸鱼糜的脂质氧化情况，结果表明气炸后磷脂的多不饱和脂肪酸酰基链水平降低，温度越高、烹饪时间越长，降解程度越高。另一种方法是基于 iKnife-REIMS（快速蒸发离子质谱）分析，作为一种脂质组学方法来评估对虾（Litopenaeus vannamei）在空气油炸过程中的脂质氧化情况。Table 1 Studies regarding the effects of air frying on food lipids.
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初级和次级氧化产物
测量罗非鱼表皮的脂质氧化情况,通过共轭二烯烃和 TBARS 分析表明，在空气油炸（180◦ C/6 和 12 分钟）后，这两个参数值都有所增加。此外，还对腹部和背部的两种罗非鱼皮进行了评估，结果表明，初始脂质成分会直接影响氧化过程。由于背部肌肉样本含有较高浓度的 PUFAs、血色素、磷脂和肌红蛋白，因此它们的氧化指数较高。因此，即使考虑到相同的基质，食物成分对脂质氧化的影响也是显而易见的。根据 Ding 等人的研究，在油炸毛尾鱼的过程中，烹饪时间越长（24 分钟），过氧化物和 TBARS 的形成越明显。醛类是空气油炸样本中常见的主要二次氧化产物，由 PUFA 氧化产生。有研究对高效液相色谱-质谱/质谱分析方法进行了优化，以定量检测熟牡蛎中的挥发性化合物（醛和酮），结果显示醛类化合物占主导地位。许多化合物只有在空气油炸后才被检测到（如丙烯醛、反式-2-己烯醛、4-羟基-2-己烯醛、2-丁酮），空气油炸样品中丙醛和己醛的含量最高，从 0.5%增加到 0.5%，这证明了空气油炸的巨大影响。生大鲵肉丸中测定的挥发性化合物主要包括醛类（30.25%）、酮类（19.94%）、酯类（25.39%）和烯类（16.05%）。然而，经过油炸和空气油炸后，醛的含量分别增加了 37.85% 和 53.38%，酮的含量分别增加了 26.88% 和 21.21%（Jim 等人，2021 年）。这些结果表明，虽然大多数研究都报告了油炸过程中挥发性化合物的形成较多，但并没有一个固定的趋势，每种挥发性化合物的情况都会有所不同。
对 PUFA 降解的影响
食物的营养质量主要受到脂质氧化的影响，原因是烹饪过程中重要脂肪酸的损失，尤其是聚氨酯脂肪酸。它们具有多种生物活性，对炎症、心血管、新陈代谢和神经系统疾病有一定作用。因此，研究这些脂肪酸在空气油炸过程中的降解具有重要意义。鱼类是 n3-PUFAs 的主要来源之一，含有大量二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），因此大多数研究都是针对这种基质进行的。人们越来越关注鱼类的功能特性，食用鱼类的直接目的就是为了获得这些必需脂肪酸，这就凸显了对这一问题进行研究的意义。Ferreira 等人（2017 年）的研究表明，空气油炸（180◦ C/10 分钟）会导致沙丁鱼片中的 PUFAs 显著降解，其含量从 17.17 克/100 克（生鱼）降至 5.53 克/100 克（熟鱼）。Zhao 等人（2021 年）的研究表明，烹饪会降低油层中的 PUFA 含量，其中 EPA 和 DHA 的含量主要受到空气油炸的影响，其次分别是烘烤、水煮和油炸。无论采用哪种工艺，鱼类的营养价值都可能受到 n3-PUFAs 损失的影响。在这种情况下，评估煎炸油的脂肪酸组成也可能是一种有价值的策略，有助于了解相关机制。由于大多数研究只考虑了鱼类物种，因此本综述中进行的广泛搜索使我们得以确定当前文献中存在的空白。虽然鱼类是 PUFAs 的重要来源，但这些物质也存在于其他食物基质中。De Oliveira 等人（2022 年）研究了用空气油炸锅（220◦ C/10 分钟）制作的煎蛋卷的脂肪酸概况，结果显示，PUFA 的降解率约为 21%，对 DHA 含量的影响很大。将空气油炸的结果与微波和平底锅油炸的结果进行了比较，平底锅油炸的结果与空气油炸的结果相似，而微波对 PUFA 含量的影响很小。
胆固醇氧化物的形成
由于脂质氧化发生在不饱和脂质中，胆固醇也容易被氧化。胆固醇的双键位于 C5 和 C6 之间，可能会通过与不饱和脂肪酸自氧化相似的机制发生氧化反应，从而形成胆固醇氧化产物（COPs）。研究表明，动物源性食物是 COPs 的重要来源，特别是当它们是经过了加工和热制备处理。然而，从饮食中提取的 COPs 与健康有关，包括改变细胞代谢、引发心血管和神经退行性疾病、炎症和细胞死亡。因此，由于胆固醇氧化物可从食物中吸收进入血液，并在人体器官和组织中积累。Ferreira 等人（2017 年）观察到，胆固醇浓度降低的同时，空气油炸沙丁鱼中的 COPs 也在形成，但只有在热预处理后才检测到四种不同的 COPs（5,6β-环氧胆固醇、20α-羟基胆固醇、22S-羟基胆固醇和 25R- 羟基胆固醇），这表明它们是在烹饪过程中形成的。Carvalho 等（2021 年）在沙丁鱼研究中也观察到了类似的趋势。与油炸和烧烤相比，空气油炸（220◦ C/20 分钟）对胆固醇氧化的影响更大，5.6α-环氧胆固醇和 5.6β- 环氧胆固醇是空气油炸样品中测定的主要 COPs，这可能与热空气的持续循环有关，因为环氧化通常与氧气的氧化过程有关。除鱼类外，鸡蛋的胆固醇含量也很高，经热处理后可能成为 COPs 的潜在来源。Oliveira 等在报告称煎蛋中的 COPs 含量增加。通过比较微波、平底锅煎炸和空气煎炸，后者对 COPs 形成的影响最大，因为这种方法采用了更极端的条件（温度和烹饪时间）。关于鸡蛋成分，胆固醇一直是众多研究的焦点，因为胆固醇摄入量高通常与多种病症有关。然而，文献中报道的研究结果存在争议，表明这一问题没有得到很好的阐释，无法肯定鸡蛋摄入量与血清胆固醇水平之间的关系。因此，值得一提的是，鸡蛋中胆固醇含量的关键和合理之处在于这种化合物在烹饪过程中极易氧化，从而形成胆固醇氧化物。此外，虽然对烹饪食品中胆固醇的氧化作用进行了广泛研究，但缺乏对空气油炸食品的研究。因此，必须考虑其他含有胆固醇且广泛采用空气油炸烹制的食物基质，如红肉和家禽，建议开展进一步研究。
脂质氧化在形成其他有害化合物中的作用
在目前有关空气炸锅的文献中，另一个突出的问题是高级糖化终产物（AGEs）的形成。AGEs可诱发糖尿病、老年痴呆症和心血管疾病等疾病。AGEs 主要由 Maillard 反应产生，脂质氧化可能通过生成二羰基化合物诱导这一过程（Yu 等人，2018 年），有研究调查了其含量与空气油炸食品中脂质指标之间的相关性。Qin 等人（2022 年）证实，在空气炸鱼饼的制作过程中，TBARS、羰基含量与 AGE 的形成呈正相关，表明在高温条件下，氧化反应可能在一定程度上促进 AGE 的生成。此外，在由鱼糜组成的空气炸鱼饼中，AGE 含量与酸、过氧化物和 p-ani- sidine 值呈正相关。正如 Gao 等人（2023 年）所述，随着油氧化程度的增加，鱼肉馅中 AGE 的含量也明显增加。食品脂质中的氧化过程也与丙烯酰胺的生成有关，丙烯酰胺是威胁食品安全的因素 之一，因为有报告称丙烯酰胺具有致癌性。丙烯酰胺主要通过马氏反应生成，但也可能通过丙烯醛途径生成。因此，脂质氧化可能会影响丙烯酰胺的形成，因为脂质氧化产生的羰基可与天冬酰胺反应生成丙烯酰胺。此外，丙烯醛可在加热过程中由甘油降解产生，并进一步氧化成丙烯酸，从而在天冬酰胺存在的情况下诱导丙烯酰胺的形成（Ors´ak 等人，2022 年）。Verma 等人（2023 年）的研究表明，p-甲氧基苯胺值和游离脂肪酸水平与空气炸薯条中丙烯酰胺的形成密切相关。此外，这些作者还报告了空气油炸和真空油炸作为传统油炸的替代油炸技术，旨在最大限度地减少丙烯酰胺的形成。Ahmed 等人（2023 年）和 Haddarah 等人（2021 年）也观察到这一趋势，他们发现空气油炸马铃薯中的丙烯酰胺含量较低。
● 天然抗氧化剂作为减轻脂质氧化的策略 ●
为尽量减少或延缓食品中的脂质氧化，采用的主要策略是添加抗氧化剂，抗氧化剂可以是合成的，或者天然的。然而，为了减少食品中合成添加剂的含量，人们鼓励开发天然来源的抗氧化化合物。植物界是天然抗氧化剂的主要来源，这些抗氧化剂广泛存在于草药、调味品、水果、种子、香料等中。烹饪中使用的大量天然材料都含有抗氧化化合物，这些化合物可能有助于减少烹饪过程中的脂质氧化。抗氧化化合物除了保护脂质免受引发剂的侵害外，还能将引发和传播阶段形成的自由基转化为稳定的产物（Domínguez 等人，2019 年）。酚类化合物的抗氧化特性主要归功于酚羟基的反应活性，它能够通过氢原子转移和电子转移机制使启动氧化过程的自由基失活。此外，酚类化合物的结构、芳香环和取代基团使其能够通过共振实现稳定。关于维生素，最突出的是生育酚和抗坏血酸，类胡萝卜素含有一系列共轭 C-C 键，赋予了它们作为单线态分子氧淬灭剂和自由基清除剂的潜力。有关在烹饪过程中使用天然抗氧化剂的研究已被广泛报道，但有关这种做法和空气油炸的研究却很少。Ferreira 等人（2017 年）的研究表明，添加新鲜欧芹（Petroselinum crispum）、韭菜（Allium schoenoprasum L）和它们的混合物可最大限度地减少空气油炸沙丁鱼中的 PUFA 和胆固醇氧化。已有研究调查了空气油炸对植物材料成分的影响，但结论并不一致。早期研究评估了空气油炸对茄子化学成分的影响，结果表明热处理后抗氧化酚酸（如绿原酸和咖啡酸）的浓度增加。与此相反， Yin 等人（2022 年）研究了空气油炸对不同品种马铃薯的影响，作者描述了咖啡酸、绿原酸和对香豆酸水平的显著变化。此外，烹饪过程导致的食物成分变化还可能包括产生新的降解产物，甚至可能产生积极影响。即使在加热过程中发生降解，某些化合物（如类黄酮）仍具有抗氧化活性。事实上，确定加热对生物活性化合物及其抗氧化活性的影响是一项挑战，因为许多因素（如化学结构、烹饪方法/条件、达到的温度和食物基质）都可能影响这些参数的变化。这表明，研究空气油炸对天然材料的抗氧化成分可能造成的变化也很重要。在空气油炸过程中，研究者考虑在食品中加入其他天然材料，以了解它们减少丙烯酰胺产生的潜力，其中材料包括琉璃苣、生姜和茴香提取物以及葡萄柚籽、 番石榴籽提取物及其组合（Elsheshtawy 等人，2023 年）。此外，在使用其他烹饪方法进行的研究中也描述了多种材料的抗氧化效果，并建议使用空气炸锅进行研究。Zhu 等人（2021 年）对葡萄籽提取物的使用表明，对食品工业副产品和废料的开发利用正呈增长趋势。食品加工会产生一些价值被低估的材料，这些材料具有独特的潜力，可用于多种用途，包括作为抗氧化剂。这些发现提醒人们注意，在空气油炸过程中，天然抗氧化剂有大量的应用机会。
脂质氧化是一个复杂的过程，受到许多内在和外在因素的影响。天然抗氧化剂的保护作用还取决于多种因素，如抗氧化剂的成分、相关的保护机制以及抗氧化剂化合物可能发生的降解。在食品中使用天然抗氧化剂还需要评估与感官接受度和安全性有关的其他方面，特别是在使用尚未应用于烹饪过程的新来源。此外，就工业化食品而言，在生产过程中添加天然抗氧化剂也是有必要的。
空气油炸对食物脂质的影响已得到证实。不过，大多数研究考虑的是初级和次级氧化产物的形成，这表明对重要脂肪酸的降解和COPs的形成缺乏研究，而 COPs 的形成关系到人类健康的重要问题。目前，大多数研究也是在鱼和鱼制品中进行的，这表明有必要使用其他食品基质进行进一步研究。在空气油炸过程中是否使用油值得讨论，因为不添加油，正是空气油炸锅的主要优点之一。此外，除油炸外，还必须考虑空气油炸与其他烹饪方法比较，探索减少用油量或吸油量的方法。
随着空气炸锅在家庭环境中的广泛使用，必须鼓励在家庭烹饪中使用天然抗氧化剂，也需要重点评估尚未研究过的材料可能产生的保护作用，其中包括通常在家中丢弃的天然材料，如果皮等。此外，还有必要研究基于控制空气油炸过程的其他策略。人们不会停止使用空气炸锅，但必须提醒他们注意脂质氧化引起的不良后果，并引导他们探索减少脂质氧化的方法。
编辑：覃佐剑
责任编辑：魏芳
文章引用：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104465.
文章信息：de Oliveira, V.S., Viana, D.S., Keller, L.M., de Melo, M.T., Mulandeza, O.F., Barbosa, M.I., Barbosa Júnior, J.L., & Saldanha, T. (2024). Impact of air frying on food lipids: Oxidative evidence, current research, and insights into domestic mitigation by natural antioxidants.Trends in Food Science & Technology.
中国农业科学院油料作物研究所油料品质化学与营养创新团队脂质分析实验室致力于突破脂质组分析所面临的生物基质复杂、脂质及其代谢产物种类繁多且结构复杂、定性和定量分析困难等共性关键技术瓶颈，建立高效，高通量的脂质组分析平台，并将该平台广泛应用于：（1）不同生物种质资源中脂质组成；（2）应用于食品安全与质量控制；（3）脂质的生物功能与营养学评价；（4）开发新的功能脂质。
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