MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)特性及氧化穩(wěn)定性研究

王瑛瑤 魏翠平 欒 霞 段章群 張 帆

（國家糧食局科學(xué)研究院，北京 100037）

隨著公眾對過多攝入油脂潛在負面影響認識的提高，采用生物酶催化油脂分子改性技術(shù)開發(fā)替代傳統(tǒng)食用油脂且有益健康的功能性油脂產(chǎn)品越來越受到重視，并成為國內(nèi)外油脂化學(xué)的研究熱點。日本、美國、荷蘭、丹麥、英國等已開發(fā)中長鏈脂肪酸甘油酯、低熱量油脂等功能性結(jié)構(gòu)脂質(zhì)產(chǎn)品。但對于這類新型脂質(zhì)，諸如氧化穩(wěn)定性、貨架期內(nèi)品質(zhì)變化研究相對較少。對于一類新型油脂，除了優(yōu)良的營養(yǎng)特性以外，氧化穩(wěn)定性等質(zhì)量特性具有同樣重要的地位。因為油脂氧化不僅影響油脂品質(zhì)，而且油脂氧化酸敗中產(chǎn)生的次級產(chǎn)物對人體健康有極不利的影響。

在合理膳食條件下，中長鏈脂肪酸食用油可顯著降低超重高甘油三酯血癥患者血中的低密度脂蛋白和血清甘油三酯濃度，可作為糾正高血脂的食用油［1］。本試驗制備的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中碳鏈脂肪酸位于甘油三酯sn－1，3位，油酸位于甘油三酯sn－2位，是MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)（中碳鏈－長碳鏈－中碳鏈），該結(jié)構(gòu)脂質(zhì)最大限度的發(fā)揮了油酸在體內(nèi)的功效，又具有供能速度快、降血脂和減少脂肪在體內(nèi)堆積的優(yōu)點。本試驗分析了MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的脂肪酸組成和質(zhì)量指標，并研究了原料油脂與結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的氧化穩(wěn)定性差異及其不同的抗氧化劑對結(jié)構(gòu)脂質(zhì)油脂氧化穩(wěn)定性的影響，以期為結(jié)構(gòu)脂質(zhì)產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性和貨架期安全研究提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　主要材料與試劑

菜籽油：市售；MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，含辛酸38.1%（mol）：自制；叔丁基對苯二酚（TBHQ）、二叔丁基羥基甲苯（BHA）、抗壞血酸棕櫚酸酯：上海阿拉丁試劑。

1.2　主要儀器

SE812氮吹儀：北京帥恩科技有限責任公司；Sepctrumlab 52紫外分光光度：上海棱光技術(shù)有限公司；XW－80A旋渦混合儀：海門市其林貝爾儀器制造有限公司；ADM氧化穩(wěn)定儀：Archer－Daniels－Midlang Conpany；6890N氣相色譜儀：安捷倫公司；2695液相色譜儀：美國waters公司。

1.3　試驗方法

1.3.1 MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)組成與特性分析

1.3.1.1 脂肪酸組成及相對含量測定

GC分析前樣品處理參照ISO 6800：1997（E）方法，GC色譜條件：色譜柱為SP－2560毛細管柱（100 m×0.25 mm×0.2μm）；進樣口溫度260℃；檢測器溫度250℃；柱溫程序為250℃恒溫60 min；載氣高純氮氣，流速0.6 mL／min；氫氣流速30 mL／min；空氣流速300mL／min；進樣量1μL，分流進樣，分流比100∶1。

1.3.1.2 MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中不同類型甘三酯比例測定［2］

一定濃度的樣品用丙酮定容后，取0.2μL進UPLC（超高效液相色譜）分析。超高效液相色譜分析條件：采用 BEH C18柱（2.1 mm×100 mm，1.7 μm）；流動相∶丙酮／乙腈（體積比 65∶35）；ELSD溫度：40℃；氮氣壓力：2.1 MPa，增益：500。

1.3.2 MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)特性分析［3－7］

游離脂肪酸、過氧化值、碘值、皂化值分別按照AOCS Ca5a－40、GB／T 5538—2005、GB／T 5532—2008以及GB／T 5534—2008測定。氧化穩(wěn)定性指數(shù)（OSI）、硫代巴比妥酸（TBA）、共軛二烯（CD）按照GB／T 21121—2007、AOCSCd 19－90、AOCST1 1a－64方法測定。

1.4　氧化穩(wěn)定性試驗

不同樣品（12 g）放于25mL試管中，敞口置于避光的60℃水浴振蕩器中，連續(xù)振蕩72 h，每隔24 h取樣，檢測其OSI值、PV、CD和TBA。

2　結(jié)果與討論

2.1　MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)脂肪酸組成及特性

結(jié)構(gòu)脂質(zhì)、原料菜籽油脂肪酸組成、位置分布及不同類型三酰甘油比例見表1。從表1中可以看出酶改性前后油脂樣品中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸以及多不飽和脂肪酸的含量有較大的變化，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中引入摩爾分數(shù)38.1%的辛酸（C8∶0）后，單不飽和脂肪酸，尤其是C18∶1的摩爾分數(shù)由64.3%降低到38.2%，這是因為原料油脂菜籽油中單不飽和脂肪酸主要分布在sn－1，3位，C8∶0主要結(jié)合在結(jié)構(gòu)脂質(zhì)sn－1，3位上，只有很少量結(jié)合在sn－2位上所引起的。

表1　菜籽油和結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的脂肪酸組成（摩爾分數(shù)／%）

與市售含中鏈脂肪酸功能性油脂產(chǎn)品相比，本試驗制備的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中sn－2位辛酸占合成上的辛酸的比例為3.7%，遠低于市售產(chǎn)品 sn－2位的23.2%，說明制備的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)樣品三酰甘油類型（M，M，M；M，M，L；M，L，L）中中鏈脂肪酸辛酸在 sn－1，3位的比例為96.3%，即三酰甘油類型以MLM，MLL型為主。中碳鏈脂肪酸代替普通油脂中1，3位長鏈脂肪酸的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，能更好的發(fā)揮不貯存脂肪而只提供能量、強化sn－2位油酸的吸收的功能特性。

表2　菜籽油和結(jié)構(gòu)脂質(zhì)特性

改性前后油脂的質(zhì)量特性有明顯差異，菜籽油中不飽和脂肪酸被分子質(zhì)量較低的飽和中鏈脂肪酸辛酸代替后，反映油脂不飽和程度的碘值和與油脂中脂肪酸平均分子質(zhì)量相關(guān)的皂化值，這兩個指標有了顯著改變。其中碘值由108.6降低到89.13；皂化值由189.9升高到236.6。菜籽油的酸價和游離脂肪酸比實驗室制備的MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的低，這是因為制備結(jié)構(gòu)脂質(zhì)過程中使用了過量的辛酸，后續(xù)分離工藝中未能完全脫除導(dǎo)致的。改性后結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的OSI值低于原料油脂，這可能是結(jié)構(gòu)脂質(zhì)分離過量酸的過程造成原料中抗氧化劑損失引起的［8－9］。Brenda H等［10］以米糠油為底物制備結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，分子蒸餾分離純化后發(fā)現(xiàn)其中的抗氧化劑維生素E含量降低了43.4%。但制備的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)過氧化值和TBA低于菜籽油，說明結(jié)構(gòu)脂質(zhì)經(jīng)過酶催化以及后續(xù)高溫分離后，一級氧化產(chǎn)物和二級氧化產(chǎn)物低于原料油脂，具有良好的食用品質(zhì)。

2.2　結(jié)構(gòu)脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性

改性后結(jié)構(gòu)脂質(zhì)具有優(yōu)良的營養(yǎng)功能，但作為油脂，其氧化穩(wěn)定性是評價這一類新型功能性油脂實際應(yīng)用中重要的質(zhì)量指標之一。結(jié)構(gòu)脂質(zhì)經(jīng)過短程分子蒸餾后，由于原料中抗氧化劑的損失，后續(xù)應(yīng)用中需要添加抗氧化劑提高氧化穩(wěn)定性。因此，本試驗研究了添加不同抗氧化劑后結(jié)構(gòu)脂質(zhì)氧化性能的變化。

2.2.1 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的OSI值

OSI值是評價油脂氧化穩(wěn)定性的重要指標，在加速氧化試驗中，不同樣品的不同氧化時間的OSI值見表3。單純從脂肪酸飽和程度上分析，接入中碳鏈脂肪酸C8∶0以后，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中不飽和酸含量下降，有利于產(chǎn)品氧化穩(wěn)定性提高。MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的OSI值低于未改性的原料，是因為在其分離過程中，油脂中的抗氧化性組分VE等損失引起的。

添加相同量不同抗氧化劑后，MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的OSI值有不同幅度的增加，但不同抗氧化劑及其組合提高結(jié)構(gòu)脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性的差異很大。其中以TBHQ提高幅度最為顯著，OSI值由未添加的5.05 h提高到20.1 h，TBHQ和生育酚（TOC）各為50%的混合物次之，TOC提高幅度最小。叔丁基羥基茴香醚（BHA）和2，6－二叔丁基對甲酚（BHT）的組合略優(yōu)于單獨使用BHA或者BHA，再次證實BHA與其他抗氧化劑BHT等一起使用，增效作用加強，其主要原因是抗氧化劑在起抗氧化作用時產(chǎn)生的自由基間相互作用，生成新的酚類物質(zhì)具有一定的抗氧化效能。

表3　抗氧化劑對結(jié)構(gòu)脂質(zhì)OSI值的影響

2.2.2 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的氧化產(chǎn)物變化

用于有效測定食品脂質(zhì)氧化的方法可分為兩大類，一類是測定初級氧化情況；另一類是測定二級氧化情況。選用過氧化值和共軛二烯作為衡量結(jié)構(gòu)脂質(zhì)初級氧化情況的指標，選用2－硫代巴比妥酸值（TBA）作為檢測二級氧化分解產(chǎn)物的指標，以評定一定氧化周期內(nèi)添加不同抗氧化劑結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的氧化程度。

菜籽油、結(jié)構(gòu)脂質(zhì)以及添加不同抗氧化劑結(jié)構(gòu)脂質(zhì)樣品60℃氧化時的PV和CD變化見圖2。隨著氧化時間延長，樣品的PV呈增加趨勢，但增加速率有明顯差異，其中以未改性的菜籽油氧化增幅速率最大，未添加抗氧化劑的MLM型結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的氧化增幅位列第四，這可能是因為油菜籽中不飽和脂肪酸含量高的原因，說明甘油骨架上辛酸的引入一定程度上有利于提高油脂氧化穩(wěn)定性。200 mg／kg TBHQ減緩結(jié)構(gòu)脂質(zhì)PV增幅的效果最強，200mg／kg抗壞血酸棕櫚酸酯提高結(jié)構(gòu)脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性的效果與TBHQ相當，其次為 100 mg／kg TBHQ與 100 mg／kg TOC的混合物。樣品中CD隨氧化時間延長整體呈上升趨勢，不同樣品共軛二烯隨時間變化的趨勢與PV變化趨勢十分相似，其中添加TOC的樣品上升速度最為快速，其次是菜籽油樣品。TBHQ、100 mg／kg TBHQ與100 mg／kg TOC混合物、以及BHA和BHT組合都顯示出較好的延緩共軛二烯上升的效果。Marmeasat［11］研究發(fā)現(xiàn)，葵花籽油氧化過程中，PV與CD呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，菜籽油和結(jié)構(gòu)脂質(zhì)也是油酸為主要脂肪酸的油脂，PV與CD的變化趨勢也表現(xiàn)出良好的一致性。

圖2　抗氧化劑對結(jié)構(gòu)脂質(zhì)過氧化值和共軛二烯的影響

添加 200 mg／kg TOC、200 mg／kg BHA結(jié)構(gòu)脂質(zhì)加速氧化試驗中，無論是PV還是CD增幅均高于未添加任何抗氧化劑的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)對照樣，這個現(xiàn)象在添加200 mg／kg TOC時尤為明顯。生育酚作為抗氧化劑的機理是淬滅過氧化自由基，生育酚在濃度較低時，即近似等于它在植物油中的濃度，就能產(chǎn)生最高的效力。當生育酚使用濃度很高時，它實際上起著助氧化劑的作用。測定菜籽油中TOC含量為497 mg／kg，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中 TOC含量為123 mg／kg。因此，添加TOC體系抗氧化效果不顯著可能是添加的TOC濃度過低導(dǎo)致的。200 mg／kg BHA的效果不如其他抗氧化劑，可能與BHA的揮發(fā)性與熱穩(wěn)定性有關(guān)。

由圖2可知，隨氧化時間延長，菜籽油的過氧化值遠遠高于其他樣品，這可能是由于菜籽油中含有較多的不飽和脂肪酸造成的。Akoh等［9］研究含辛酸的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的氧化性能，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)脂質(zhì)加速氧化過程中PV、CD的上升速度高于菜籽油原料，這與本試驗結(jié)果相反。這也說明油脂氧化穩(wěn)定性受很多復(fù)雜因素影響，不僅僅是抗氧化劑以及脂肪酸組成。

TBA試驗是評價生物體系油脂氧化的方法之一，不飽和度高的油脂氧化生成丙二醛，與TBA結(jié)合產(chǎn)生紅色（530 nm），一般含有3－4個雙鍵的脂肪酸才能產(chǎn)生大量的TBA－活性物。本試驗樣品中，主要以單不飽和脂肪酸（油酸）和雙不飽和脂肪酸（亞油酸）為主，樣品中二級氧化產(chǎn)物TBA的測定結(jié)果見表4，樣品TBA值的都比較?。ǎ?.034），說明二級氧化產(chǎn)物比較少；72h加速氧化過程中，各樣品TBA變化趨勢不明顯，可能是這個過程中氧化程度還比較低。后續(xù)試驗中，可以通過延長加速氧化周期或者提高加速氧化溫度，以明確不同樣品二級氧化產(chǎn)物變化情況，從而更好的評價不同抗氧化劑的效果以及樣品的氧化穩(wěn)定性差異。

表4　抗氧化劑對結(jié)構(gòu)脂質(zhì)TBA的影響

3　結(jié)論

從上述研究可知，評價結(jié)構(gòu)脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性需要結(jié)合化學(xué)分析、儀器分析等多種手段。簡單采用PV，CD和TBA的一個指標很難全面揭示常規(guī)油脂和結(jié)構(gòu)脂質(zhì)氧化性質(zhì)的變化。結(jié)構(gòu)脂質(zhì)經(jīng)過酶催化以及后續(xù)高溫分離后，一級氧化產(chǎn)物和二級氧化產(chǎn)物低于原料油脂，OSI值低于原料油脂；在結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中添加200 mg／kg的不同抗氧化劑及其組合均可在不同程度上提高其氧化穩(wěn)定性，其中以200 mg／kg的TBHQ減緩初級氧化產(chǎn)物過氧化值和共軛二烯、二級氧化產(chǎn)物TBA的效果最為顯著。

從提高酶改性油脂氧化穩(wěn)定性的角度，添加合適和適量的抗氧化劑是非常有必要的。

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［6］GB／T 5534—2008動植物油脂皂化值的測定［S］

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