加熱過程中植物油品質(zhì)變化規(guī)律的研究

(北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術(shù)研究中心，北京市科學(xué)技術(shù)研究院分析測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100089)

營養(yǎng)學(xué)和生物臨床醫(yī)學(xué)研究認(rèn)為，脂肪酸在維持人體健康方面起著重要的作用，飲食中長鏈脂肪酸的組成及含量與各種疾病(如腫瘤、冠心病、心腦血管病和老年癡呆癥等)的發(fā)病率呈正相關(guān)性[1]。但因?yàn)橹参镉驮诠I(yè)應(yīng)用以及日常生活中常存在著高溫處理，高溫導(dǎo)致油脂的品質(zhì)發(fā)生改變[2]，而植物油脂成分中不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸多，所以高溫加熱過程中較易氧化、酸敗，并且不飽和酸含量越高的植物油加熱時(shí)氧化、酸敗的趨勢就越大[3]。研究表明，油脂在加熱過程中容易發(fā)生水解、聚合、氧化等反應(yīng)，產(chǎn)生氧化初級產(chǎn)物以及次級產(chǎn)物，導(dǎo)致油脂品質(zhì)逐漸下降，同時(shí)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)甚至多種致癌物質(zhì)，危害健康[4]。而且不同油種具有不同脂肪酸組分及含量，油脂經(jīng)過加熱之后，其脂肪酸組分和含量也會(huì)發(fā)生巨大變化，如對花生油、大豆油分別進(jìn)行加熱試驗(yàn)，結(jié)果表明食用油加熱至300℃時(shí)，其反式脂肪酸含量是未加熱時(shí)的2倍以上[5]。所以脂肪酸是評價(jià)食用油品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其組成、含量和比例在很大程度上決定了食用油的營養(yǎng)價(jià)值。

本研究選取市售家庭常用烹飪花生油、大豆油、橄欖油、玉米油、菜籽油、亞麻籽油和葵花籽油作為原料，采用一般烹飪溫度180℃，在加熱時(shí)間上，分別在0.5h、1h、2h、4h和6h取樣，分析加熱時(shí)間對植物油中酸價(jià)、過氧化值及脂肪酸的變化情況，研究其變化規(guī)律。為日常用油提供指導(dǎo)，并對相關(guān)部門研究食品中脂類變質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

Agilent 7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國安捷倫)；色譜柱：HP-88毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；恒溫水浴鍋(常州國華)；球形冷凝管(北京博美玻璃)；分析天平(賽多利斯科學(xué)儀器)；電熱板EH20B(萊伯泰科)。

37種混合脂肪酸甲脂標(biāo)準(zhǔn)品(J&K)；4種混合亞油酸甲酯順反異構(gòu)體標(biāo)準(zhǔn)品(SUPELCO)；8種混合亞麻酸甲酯順反異構(gòu)體標(biāo)準(zhǔn)品(SUPELCO)；十三碳酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品(AccuStandard)；二十一碳酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品(AccuStandard)；13%～15%三氟化甲醇溶液(J&K)；正庚烷和甲醇(Fisher)均為色譜純；三氯甲烷、冰乙酸、碘化鉀、無水乙醚、無水乙醇、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉和無水硫酸鈉(國藥)均為分析純。

花生油、玉米油、大豆油、葵花籽油、橄欖油、菜籽油和亞麻籽油均購于超市。

1.2 樣品處理

1.2.1 加熱處理

分別取7種植物油各100 mL倒入250 mL燒杯中，置于電熱板上加熱，待電熱板溫度到達(dá)180℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，分別在加熱時(shí)間為0.5、1、2、4和6h，取油樣，冷卻至室溫，備用。

1.2.2 酸價(jià)的測定

參照GB 5009.229—2016[6]食品中酸價(jià)的測定的第一法

1.2.3 過氧化值的測定

參照GB 5009.227—2016[7]食品中過氧化值的測定的第一法

1.2.4 脂肪酸提取

參考GB5009.168—2016中脂肪酸甲酯制備方法[8]，稱取植物油 50 mg(精確到 0.1 mg)，置于50 mL具塞試管中，加入4 mL 2%氫氧化鈉甲醇溶液混勻，連接到回流冷凝管水浴回流，直至油滴消失，然后加入5 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，繼續(xù)回流 2 min，用去離子水沖洗冷凝管。迅速冷卻至室溫，準(zhǔn)確加入10 mL正庚烷，振搖，加入飽和食鹽水靜置分層，吸取上層提取液，加入無水硫酸鈉以除去微量的水，最后吸取約1.0 mL除水后的上清液，加入100 μL內(nèi)標(biāo)溶液，定容至1.0 mL后進(jìn)行GC-MS測定。

1.3 儀器分析條件

1.3.1 色譜條件

HP-88毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；程序升溫，初始溫度120℃，保持1min，以5℃/min升至210℃，保持5min，再以2℃/min升至240℃，保持3min；進(jìn)樣口溫度：240℃；載氣：高純He；載氣流量：1.0 mL/min；分流比：30∶1；進(jìn)樣量：1.0 μL。

1.3.2 質(zhì)譜條件

EI離子源；離子源溫度：230℃；四級桿溫度：150℃；傳輸線溫度：250℃；電子能量：70 eV；溶劑延遲：8min；選擇離子監(jiān)測(SIM)模式。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)樣品平行分析測定3次。所有數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，One-way analysis of variance和Duncan's multiple range test用來比較數(shù)據(jù)間的顯著性差異，p<0.05表示數(shù)據(jù)間有顯著性差異，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與討論

2.1 植物油在加熱過程中酸價(jià)變化

對7種植物油進(jìn)行酸價(jià)測定，與國標(biāo)中的指標(biāo)相比較[9-15]，得到表1。其中，橄欖油屬于特級初榨，菜籽油和葵花籽油屬于三級水平，其余4種植物油均屬于一級水平。

在植物油加熱過程中，油脂中酸性物質(zhì)主要由于脂肪酸發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)所致，但在此過程中酸價(jià)存在復(fù)雜的變化過程：(1)油脂分解，產(chǎn)生游離脂肪酸；(2)油脂中的不飽和脂肪酸在高溫加熱易被氧化，產(chǎn)生氫過氧化物，而氫過氧化物不穩(wěn)定分解產(chǎn)生醛、酮，醛被繼續(xù)氧化產(chǎn)生酸；(3)油脂中飽和脂肪酸被氧化，分解產(chǎn)物中含醛類，而醛進(jìn)一步氧化則產(chǎn)生酸；(4)氫過氧化物分解產(chǎn)生的小分子酸與脂肪酸分子聚合導(dǎo)致油脂中游離脂肪酸減少，酸價(jià)下降[16,17]。因此，促進(jìn)酸價(jià)增高和導(dǎo)致酸價(jià)降低的因素同時(shí)存在。

如圖1所示，7種植物油酸價(jià)隨著加熱時(shí)間的增加呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，且整體呈升高趨勢，但酸價(jià)隨加熱時(shí)間增加增幅并不明顯，這與譚念等[18]對玉米油、橄欖油和稻米油研究結(jié)果相同。這是由于植物油中甘油三酯發(fā)生水解反應(yīng)和不飽和脂肪酸易發(fā)生氧化分解反應(yīng)，導(dǎo)致游離脂肪酸不斷產(chǎn)生，引起酸價(jià)升高。而加熱溫度較低時(shí)，氫過氧化物的分解有限，被氧化成為酸部分較少，所以酸價(jià)沒有明顯的增加。同時(shí)小分子脂肪酸揮發(fā)，導(dǎo)致油脂中游離脂肪酸減少酸價(jià)下降，從而使酸價(jià)隨時(shí)間變化呈波動(dòng)趨勢。

表1 7種植物油的酸價(jià)和等級

注：“-”壓榨花生油和亞麻籽油未規(guī)定三級指標(biāo)，“*”橄欖油是按特級、中級和精煉等區(qū)分等級。

圖1 植物油加熱過程中酸價(jià)的變化

2.2 植物油在加熱過程中過氧化值變化

對7種植物油進(jìn)行過氧化值測定，與國標(biāo)中的指標(biāo)相比較，得到表2。其中，橄欖油屬于特級初榨，其余6種植物油均屬于一級水平。

油脂氧化初期形成的一級氧化反應(yīng)產(chǎn)物是氫過氧化物，其數(shù)量一般用過氧化值表示，因此過氧化值是有效監(jiān)測初期氧化反應(yīng)的指標(biāo)，并能反映油脂的氧化速度[19]。如圖2所示，7種植物油在加熱過程中，過氧化值均呈現(xiàn)出波動(dòng)狀態(tài)，即先上升達(dá)到峰值后下降再上升，這與曹亮等[20]對橄欖油和油茶籽油的研究結(jié)果相一致。這是由于加熱過程中不飽和脂肪酸發(fā)生自動(dòng)氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氫過氧化物，而氫過氧化物不穩(wěn)定，可分解生成二級氧化產(chǎn)物，當(dāng)氫過氧化物達(dá)到一定值時(shí)分解的速度大于其產(chǎn)生的速度，導(dǎo)致氫過氧化物含量下降。除亞麻籽油外，其余6種植物油在加熱1小時(shí)后，過氧化值均超過國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的四級指標(biāo)限量6.0 mmol/kg，其中大豆油在加熱0.5h時(shí)，過氧化值就已經(jīng)超過四級指標(biāo)的限量，達(dá)到7.82 mmol/kg。此外，亞麻籽油增幅最小，大豆油增幅最大，達(dá)到13.57 mmol/kg，這說明除亞麻籽油外，其余6種植物油大部分處于初級氧化階段。

表2 7種植物油的過氧化值和等級

圖2 植物油加熱過程中過氧化值的變化

2.3 脂肪酸檢測與分析

由表3和圖3、4可見，本實(shí)驗(yàn)所分析的46種脂肪酸甲脂在39分鐘之內(nèi)出峰完整，同時(shí)都得到了較好的分離，不存在拖尾峰和前伸峰。通過選擇基峰離子、分子離子峰離子、各脂肪酸的特征離子(圖5)，建立了脂肪酸甲酯的離子掃(SIM)方法，如表3所示。在對植物油進(jìn)行分析時(shí)，通過以保留時(shí)間和特征離子相對應(yīng)來定性，根據(jù)定量離子的峰面積，采用內(nèi)標(biāo)法定量，就能準(zhǔn)確的對植物油中脂肪酸各組分進(jìn)行分析研究。

表3 脂肪酸甲酯的特征離子

續(xù)表3

圖3 37種脂肪酸甲酯SIM色譜圖

圖4 亞油酸甲酯異構(gòu)體和亞麻酸甲酯異構(gòu)體SIM色譜圖

圖5 五類脂肪酸甲酯典型質(zhì)譜圖A.硬脂酸甲酯；b.油酸甲酯；c.亞油酸甲酯；d.亞麻酸甲酯；e.二十五碳五烯酸甲酯

2.4 植物油中脂肪酸組成

7種植物油中主要脂肪酸種類相同，均含有飽和類棕櫚酸和硬脂酸、不飽和類油酸、亞油酸和α-亞麻酸，且主要以碳十八不飽和類脂肪酸為主，含量均超過80%以上，其中飽和脂肪酸含量最高為橄欖油(17.27 g/100g)，最低為菜籽油(7.97 g/100g)；而不飽和脂肪酸含量最高為菜籽油(92.03 g/100g)，最低為橄欖油(82.73 g/100g)；單不飽和脂肪酸含量最高為橄欖油(71.96 g/100g)，最低為亞麻籽油(22.45 g/100g)；多不飽和脂肪酸含量最高為亞麻籽油(68.39 g/100g)，最低為橄欖油(10.77 g/100g)。

理論上，PUFA含量越高油脂就越易酸敗氧化。但實(shí)際上植物油中脂肪酸組成復(fù)雜，且各脂肪酸氧化能力各異。所以不能用一種脂肪酸含量的多少來判斷植物油氧化能力的強(qiáng)弱。因此，F(xiàn)atemi等[21]提出純的油酸、亞油酸、亞麻酸的氧化速率比為1∶10.3∶21.6。利用 Calculated oxidizability(COX，〔1(18∶1%)+10.3(18∶2%)+21.6(18∶3%)/100〕)來估算油脂的氧化穩(wěn)定性。即COX值越小，氧化能力越小。從圖6可知，7種植物油COX值大小依次為亞麻籽油>大豆油>葵花籽油>玉米油>菜籽油>花生油>橄欖油。

植物油進(jìn)行精煉脫臭的處理過程中，不穩(wěn)定的多不飽和脂肪酸會(huì)發(fā)生熱聚合反應(yīng)，發(fā)生反式異構(gòu)化，產(chǎn)生反式脂肪酸(TFA)[22]，其組分、含量與精煉程度、脫臭溫度及植物油種類有關(guān)[23]。這7種植物油中均檢出反式脂肪酸，且以C18系列的反式脂肪酸為主。其中，橄欖油中反式脂肪酸的總量最低，僅為0.04 g/100g，而大豆油中含量最高，達(dá)到1.88 g/100g。丹麥?zhǔn)鞘澜缟献钤绯雠_(tái)食品中反式脂肪酸限量相關(guān)規(guī)定的國家，規(guī)定中要求任何含TFA超過2%的本國或進(jìn)口油脂食品均禁止在丹麥?zhǔn)袌錾箱N售[24]。我國僅在GB 23347—2009中規(guī)定了橄欖油中反式脂肪酸的限量，對其他油種中反式脂肪酸的含量仍未有國家限量標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范。本實(shí)驗(yàn)所測定的這7種植物油中反式脂肪酸含量均低于2%。

圖6 不同植物油中脂肪酸組成

2.5 植物油在加熱過程中脂肪酸變化

從表4數(shù)據(jù)可以看出，7種植物油的脂肪酸在加熱過程中呈現(xiàn)出了隨加熱時(shí)間的增加而增大、降低和上下波動(dòng)的變化趨勢，其中：

飽和脂肪酸的含量在加熱過程中菜籽油、玉米油、大豆油和亞麻籽油都呈現(xiàn)出規(guī)律的顯著性增大，這是因?yàn)橹参镉驮诩訜釙r(shí)，多不飽和脂肪酸在高溫下最不穩(wěn)定易發(fā)生氧化分解生成單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸。而葵花籽油和橄欖油以上下浮動(dòng)的形式增大，花生油則保持不變，說明這些油中飽和脂肪酸在加熱處理過程中，并不只是作為產(chǎn)物使含量一直增加，同時(shí)也作為反應(yīng)底物參與到整個(gè)體系的化學(xué)變化中。

單不飽和脂肪酸的變化情況主要與油酸相關(guān)，因?yàn)樽鳛橹饕膯尾伙柡椭舅?，油酸在加熱過程中呈現(xiàn)出增長的趨勢。因此除橄欖油出現(xiàn)上下波動(dòng)增大外，其余6種植物油均呈現(xiàn)出規(guī)律的顯著性增大。

多不飽和脂肪酸的變化主要與亞油酸和亞麻酸相關(guān)，在加熱過程中均呈現(xiàn)出規(guī)律的顯著性減小，即其含量與加熱時(shí)間成正相關(guān)。這與徐婷婷等[25]研究結(jié)果相同。

反式脂肪酸的含量在加熱過程中均呈現(xiàn)出規(guī)律的顯著性增大。其中增幅最大的是菜籽油，最小的是橄欖油。說明植物油的不飽和度越高，反式脂肪酸越容易生成或變化。這與趙昕等[26]研究結(jié)果相一致。此外，每種植物油的脂肪酸組成和抗氧化劑的不同都會(huì)導(dǎo)致其在加熱過程中反式脂肪酸的生成量不同[27]。

表4 加熱過程中脂肪酸組成的變化

注：數(shù)值以均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(mean±sd)的形式表達(dá)，同一排相同字母表示在p<0.05下沒有顯著性差異。

SFA：飽和脂肪酸；MUFA:單不飽和脂肪酸；PUFA：多不飽和脂肪酸；TFA：反式脂肪酸。

3 結(jié)論

綜上所述，在加熱過程中，7種植物油的酸價(jià)整體呈升高趨勢；過氧化值均呈現(xiàn)出先上升達(dá)到峰值后下降再上升的規(guī)律；脂肪酸雖在短時(shí)間加熱中其含量未有顯著變化，但在長時(shí)間加熱過程中會(huì)對其相對含量帶來影響。理論上多不飽和脂肪酸在高溫下最不穩(wěn)定易發(fā)生氧化分解，相對使單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸含量增加，但植物油的組成成分復(fù)雜以致氧化因素較多，比如不同結(jié)構(gòu)脂肪酸組成；再如自身含有生育酚等天然抗氧化劑等，導(dǎo)致油脂氧化過程中，脂肪酸變化沒有規(guī)律或上下波動(dòng)。日后對植物油中天然抗氧化劑種類、含量分析及自動(dòng)氧化抑制方法的開發(fā)值得進(jìn)一步深入研究。此外國人烹調(diào)方式習(xí)慣于高油溫、長時(shí)間，但是這種烹調(diào)方式容易使植物油中脂肪酸組成發(fā)生改變，產(chǎn)生反式脂肪酸，增加植物油的酸價(jià)及過氧化值，導(dǎo)致植物油中必需脂肪酸含量減少，品質(zhì)下降，長期食用影響國民身體健康。因此對于我國植物油類氧化穩(wěn)定性的研究勢在必行，同時(shí)建議在日常生活中應(yīng)該控制好油溫，盡量選擇低溫或高溫短時(shí)間的加熱方式進(jìn)行烹調(diào)。

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