充氮法在油脂儲(chǔ)藏保鮮方面的應(yīng)用研究

羅世龍

摘要 氧化會(huì)導(dǎo)致食用油質(zhì)量不斷降低。綜述了利用充氮法有效隔離油與氧的接觸，以延緩食用油因氧化而造成儲(chǔ)藏品質(zhì)和食用價(jià)值的下降，進(jìn)而延長油品儲(chǔ)藏的保質(zhì)期，以此創(chuàng)造更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 充氮；油脂儲(chǔ)藏；抗氧化；食品安全

中圖分類號(hào) TS225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）02-0146-03

Abstract Oxidation can cause the quality of edible oils to decrease continuously.The nitrogen filling method is used to effectively isolate the contact between oil and oxygen， delay the decline of edible oil quality and edible value caused by oxidation， prolong the shelf life of oil storage， and create better social and economic benefits.

Key words Nitrogen filling；Oils storage；Antioxidant；Food safety

食用油長時(shí)間、大面積直接暴露在空氣中，再加上儲(chǔ)藏環(huán)境中溫度、光照以及油品本身不同品質(zhì)（如水分、雜質(zhì)含量等）的影響，會(huì)加速食用油與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，造成油品逐步喪失其應(yīng)有的食用價(jià)值，產(chǎn)生具有刺激性的異味（如哈喇味等）。其氧化產(chǎn)物對(duì)人體也有較大傷害，嚴(yán)重的可以致癌[1]。

為防止油品氧化，目前普遍且常用的方法是在食用油原油儲(chǔ)藏和精煉生產(chǎn)過程中添加人工化學(xué)合成的抗氧化劑。現(xiàn)在使用較多的抗氧化劑有丁基羥基茴香醚（BHA）、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）、特丁基對(duì)苯二酚（TBHQ）、沒食子酸丙酯（PG）、合成維生素E、檸檬酸等[2]，這幾種抗氧化劑中最常用也是抗氧化效果最好的為TBHQ。但也有研究表明：在油脂儲(chǔ)藏中僅有這種人工合成的抗氧化劑是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，若油脂中存在一定量的微量金屬元素，特別是鐵和銅，它們能使抗氧化劑被氧化，其氧化產(chǎn)物不但無抗氧化作用，反而會(huì)反向促進(jìn)油脂氧化[3]，導(dǎo)致食用油品質(zhì)進(jìn)一步下降。

油脂氧化反應(yīng)是一個(gè)不可逆的過程，在實(shí)際情況中無法完全避免，但通過充氮工藝，以單純氮?dú)馓娲喾N氣體混合的空氣與油脂表面接觸，可從源頭開始最大限度地阻滯其氧化酸敗[4]。同時(shí)，氮?dú)夥肿恿?8，空氣平均分子量29，氮?dú)饴暂p，會(huì)在罐體（或瓶體）油面上形成一個(gè)氮封，并且在自然條件中，正常的空氣其主要成分即為氮?dú)猓∟2）約占78%（按體積分?jǐn)?shù)計(jì)），氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，在保證充氮?dú)怏w純凈度的前提下，其安全性同時(shí)也有保障。

1 充氮法在油脂大型罐體儲(chǔ)藏領(lǐng)域的應(yīng)用

目前在油脂罐體儲(chǔ)藏方面，充氮法已應(yīng)用于大型罐體長期儲(chǔ)藏食用植物油脂，如大豆原油，國家儲(chǔ)備庫的儲(chǔ)藏輪換周期一般為2年[5]，同時(shí)，在制氮、充氮設(shè)備設(shè)施管理，與罐體銜接、管道設(shè)備配套等各方面均已取得技術(shù)突破，且已有一定范圍的應(yīng)用[6]。

中儲(chǔ)糧鎮(zhèn)江公司（以下簡稱“公司”）也嘗試將充氮法應(yīng)用于中轉(zhuǎn)性質(zhì)的發(fā)貨油脂儲(chǔ)藏（臨時(shí)儲(chǔ)藏期平均為150 d左右）和公司精煉油脂生產(chǎn)中原料用油儲(chǔ)藏，主要是大豆原油的臨時(shí)性儲(chǔ)藏（臨時(shí)儲(chǔ)藏期最長為30 d）。公司精煉車間使用的原料油使用量至少為1 000 t/d，其中部分生產(chǎn)中轉(zhuǎn)用儲(chǔ)油罐需儲(chǔ)油至多為30 d。由于公司地處長江中下游地區(qū)，常年夏季炎熱高溫（33 ℃以上）天氣持續(xù)超過30 d以上，因此，部分精煉生產(chǎn)臨時(shí)用儲(chǔ)油罐也有階段性使用充氮維護(hù)的必要。

1.1 罐體充氮步驟

充氮的具體做法是：在試驗(yàn)儲(chǔ)藏罐滿罐之后，用氮?dú)馔ㄟ^專用管道充入罐體不斷置換罐內(nèi)空氣。在改造罐頂加入呼吸閥的同時(shí)，從罐頂加裝一根金屬管通入罐內(nèi)，距油面高度范圍控制在25～35 cm。等大量的高純氮?dú)獬浞诌M(jìn)入油罐后，再把油面和罐頂之間的呼吸閥打開，讓空氣從呼吸閥置換排出，從而增加罐體內(nèi)的氮?dú)鉂舛?，并保持一定壓力，形成氮封。此時(shí)罐體內(nèi)的氮?dú)鉂舛缺３衷?5%以上。

1.2 試驗(yàn)方法

通過對(duì)較長時(shí)間在穩(wěn)定條件下儲(chǔ)藏的大豆原油的酸價(jià)、過氧化值等主要儲(chǔ)藏指標(biāo)進(jìn)行跟蹤測量以及動(dòng)態(tài)研究分析，得出可供進(jìn)一步分析的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.3 試驗(yàn)材料與檢測指標(biāo)

1.3.1 試驗(yàn)油罐。

試驗(yàn)罐：公司外租罐4#、5#罐（4#為充氮罐，5#罐為對(duì)比罐），兩罐同一規(guī)格。

試驗(yàn)油脂：大豆原油（同批次入罐）。

1.3.2 檢測指標(biāo)。

試驗(yàn)過程需檢測油品的酸價(jià)、過氧化值2種指標(biāo)值。

1.3.3 扦樣方法。

每次扦樣分別為上、中、下3層取樣，并扦1份綜合樣，共4份檢測樣品。

1.3.4 檢測周期。

每月1次，持續(xù)6個(gè)月。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.4.1 酸價(jià)變化結(jié)果。

通過表1可以看出，經(jīng)過6個(gè)月的儲(chǔ)藏，4#、5#罐油脂的酸價(jià)數(shù)值均不同程度上升，但均沒有超過GB 5009.229—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價(jià)的測定》中關(guān)于酸價(jià)精密度的要求，但4#充氮罐變化值沒有超過0.06 mgKOH/g，整體變化率<5%；而對(duì)比罐5#罐酸價(jià)平均變化值達(dá)0.12 mgKOH/g，整體變化率逼近10%，幾乎是充氮罐的2倍。

1.4.2 過氧化值變化結(jié)果。

通過表2可以看出，經(jīng)過6個(gè)月的儲(chǔ)藏，4#、5#罐油脂的過氧化值增加值均已超過了GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》中關(guān)于過氧化值精密度的要求，但4#充氮罐變化值從上層到底部變化率較小，且較為穩(wěn)定，變化值也不到5#對(duì)比罐變化值的一半。從5#對(duì)比罐的數(shù)值變化也可以看出，上部與空氣直接接觸的樣品過氧化值變化率較大，為56.65%，而下部樣變化較小，為45.09%。同一油罐兩者變化率相差11.56百分點(diǎn)，也從另一方面說明隔絕空氣與油脂直接接觸對(duì)防止油品加速氧化有較好的效果。

1.5 試驗(yàn)討論與總結(jié)

通過上述充氮罐與對(duì)比罐（常規(guī)儲(chǔ)藏）酸價(jià)、過氧化值的比較，發(fā)現(xiàn)酸價(jià)變化和差別并不明顯，主要原因可能是酸價(jià)檢測的是油脂中游離脂肪酸含量的指標(biāo)，需要油脂更深程度地氧化才能有較大的波動(dòng)或者明顯反應(yīng)，而此次充氮試驗(yàn)僅維持6個(gè)月，時(shí)間較短。同時(shí)由于充氮罐自身的密封性、此次試驗(yàn)所用氮?dú)鉃橐淮涡猿淙耄ㄎ蠢m(xù)充）等原因，充氮罐的過氧化值變化率雖最高只有27.98%，僅有對(duì)比罐變化值最高值56.65%一半左右，但也接近了期貨交割油脂指標(biāo)臨界閾值。

綜上所述，除了油脂本身質(zhì)量條件的因素，氮?dú)廨斔凸艿牟牧?、氣密性以及人員的相關(guān)操作手法對(duì)充氮儲(chǔ)藏的最終效果均會(huì)產(chǎn)生一定的影響：

①管道材料。

氮?dú)廨斔凸艿雷詈眠x用質(zhì)地優(yōu)良的不銹鋼管道或者高質(zhì)量碳鋼管道，不得配置銅和鐵材質(zhì)的閥門或者配件材料。

②氣密性。

時(shí)刻注意管道、閥門、人孔等接頭上不能有泄漏點(diǎn)，尤其是加充氮?dú)獾墓艿?。否則，空氣中氧氣會(huì)滲入而影響氮?dú)馄焚|(zhì)，從而影響儲(chǔ)藏效果。

③人員操作。

充氮時(shí)，初期需注意氣體流速控制，不能造成油面有太大的起伏，充氮管道距油面高度范圍最好控制在25～35 cm。

以上3點(diǎn)影響因素在日后如需大范圍應(yīng)用充氮法存油，還要做進(jìn)一步的全方面思量。

2 充氮法在包裝食用油保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著人們消費(fèi)的水平及食用油品質(zhì)的不斷提高，散裝食用油在消費(fèi)者心中的地位逐步下降。形式多變、包材精美的1.8、2.5、5.0 L等不同規(guī)格的小包裝食用油迎合了市場消費(fèi)者需求。將原先的散裝油以不同規(guī)格分別包裝，不僅感官上更加整潔、衛(wèi)生，更相較于散裝油大幅度減少了油與空氣的直接接觸，一定程度上從源頭直接遏制了油品短時(shí)間內(nèi)大面積氧化酸敗的發(fā)生，但食用油包裝只能減少一定量的空氣存在，不能更好地隔絕包裝中油與空氣的接觸。因此，包裝食用油中仍然存在一定程度的緩慢氧化，因此充氮工藝在改善小包裝油品的保鮮效果，有效延長食用包裝油的貨架期方面有重要意義。

具體做法是：可在食用油罐裝完畢后向瓶中充入高純氮?dú)猓兌?9.999%以上），使瓶內(nèi)頂部的空氣和殘存食用油內(nèi)氧氣（以氣泡形式存在）被最大化地置換出來，使瓶內(nèi)頂空部分所殘留的氧含量小于3%，然后及時(shí)軋蓋密封。已有企業(yè)申請?jiān)擁?xiàng)技術(shù)專利[7]。這樣一方面使得包裝油瓶內(nèi)氧氣殘留量非常低，有效隔絕了食用油氧化反應(yīng)的氧氣來源；另一方面，氮?dú)庠诎b瓶上部形成了氮封，進(jìn)一步阻隔了空氣中氧氣與包裝瓶中的食用油發(fā)生接觸，達(dá)到了保護(hù)食用油，防止食用油氧化的效果。同時(shí)，在包裝瓶充氮保鮮是實(shí)際上相當(dāng)于抽真空，是用物理的方法隔斷了油脂的氧化反應(yīng)，其過程更加健康，且完全替代了直接在食用油中添加的人工合成抗氧化劑，也有效避免了抗氧化劑給人體健康可能造成的隱性危害[8]，大幅度提高消費(fèi)者對(duì)包裝油產(chǎn)品的認(rèn)可與信賴，更易為人們所接受。

需要指出的是，包裝油的充氮保鮮效果相比較于大型罐體長時(shí)間在穩(wěn)定的儲(chǔ)藏條件下保存效果要差一些。其儲(chǔ)藏效果受許多條件的制約，比如目前食用油采用PVC塑料瓶，消費(fèi)者開蓋后使用，整體密封性不再得到相應(yīng)保障，開蓋后的透氣性會(huì)影響保鮮效果，此外，氮?dú)鈺?huì)隨著每次的使用，多頻次不斷傾倒，不斷溢出。因此，包裝食用油開蓋后，其保鮮效果在一定條件下就可能比不上添加人工合成的可食用型抗氧化劑了。不過，氮?dú)忾_蓋后會(huì)揮發(fā)是事實(shí)，但由于其惰性并不會(huì)馬上揮發(fā)完，在一定時(shí)間內(nèi)仍能發(fā)揮作用。

除此之外，包裝油瓶的充氮過程是利用高純氮?dú)鈱?duì)瓶內(nèi)頂空部分進(jìn)行吹掃替代空氣，充氮完成后包裝油品充氮效果可用瓶內(nèi)剩余殘氧量來衡量。在此過程中有以下兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：

①高純氮?dú)獯祾咭w整個(gè)瓶內(nèi)剩余空間及瓶蓋，要在氮?dú)獯祾呓Y(jié)束前盡快軋蓋，否則殘留空氣可能很大。

②每批次包裝材料要進(jìn)行相適應(yīng)的壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，至少保證所充氮?dú)庠诎b油品貨架期的使用周期。

否則，空氣中氧會(huì)因?yàn)榘b材料本身氣密性問題很快滲透回瓶中，引起瓶中殘氧量升高。

3 充氮法在油脂儲(chǔ)藏保鮮方面的多元化發(fā)展

作為空氣的主要成分，高純氮?dú)馀c油脂面的直接接觸，更接近自然，更貼近安全。而且其附屬裝置（主要為氮?dú)獍l(fā)生器、管線、開關(guān)閥門等）配置簡單、應(yīng)用范圍廣，各種液態(tài)油脂原料油和成品油均可應(yīng)用，適于推廣普及。其應(yīng)用工藝具有安全、可靠、基礎(chǔ)好、認(rèn)知簡單、消費(fèi)者接受度更高等先天優(yōu)勢。

河南工業(yè)大學(xué)曾將充氮工藝與復(fù)方抗氧化劑（BHA+BHT）2種方式進(jìn)行油脂儲(chǔ)藏試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，當(dāng)空間殘氧量降至3%以下時(shí)，顯示充氮方式抗氧化效率大大優(yōu)于添加抗氧化劑[9]。

哈爾濱糧庫應(yīng)用“抽真空-充氮?dú)?補(bǔ)氮?dú)狻钡某涞に嚧蠊迌?chǔ)油，使罐內(nèi)空間氧含量達(dá)到2%以內(nèi)，經(jīng)過3個(gè)夏季共28個(gè)月的對(duì)比儲(chǔ)藏，結(jié)果表明，常規(guī)儲(chǔ)藏油罐內(nèi)油脂氧化速度是充氮油罐3倍多[10]。

據(jù)四川省某糧食局的經(jīng)驗(yàn)，采用充氮工藝結(jié)合少量BHT儲(chǔ)油，費(fèi)用開支僅為常規(guī)儲(chǔ)藏方式的1/3，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[10]。

不過不能忽視的是，在油脂的氧化機(jī)理中，空氣中自動(dòng)氧化是油脂氧化酸敗的主要方式并非唯一方式，除此之外還有光氧化和酶氧化等，這與油脂本身性質(zhì)亦具有一定的關(guān)聯(lián)。

4 應(yīng)用前景與展望

油脂（尤其是食用油脂）在儲(chǔ)藏的過程中受空氣影響會(huì)自動(dòng)而緩慢地氧化酸敗，嚴(yán)重影響油脂的食用品質(zhì)和人體健康。因此，延緩油脂氧化成為了行業(yè)內(nèi)特別關(guān)注的課題。無論采用何種抗氧化技術(shù)，均是為了延長油脂產(chǎn)品的儲(chǔ)藏保鮮期。

在應(yīng)用于油脂大罐儲(chǔ)藏方面，充氮法的優(yōu)勢明顯，應(yīng)用高效，技術(shù)難關(guān)少，設(shè)施設(shè)備改造相對(duì)簡單，便與推廣和大范圍地應(yīng)用。鄒小雨等[11]研究發(fā)現(xiàn)，充氮后隨著氮?dú)鉂舛鹊脑黾樱椭目寡趸芰υ鰪?qiáng)，氮?dú)夂吭?5.0%時(shí)對(duì)儲(chǔ)藏食用油氧化酸敗的抑制性最好。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，配合適當(dāng)?shù)臏乜卦O(shè)備，一些常規(guī)保管儲(chǔ)藏方法的融合，不僅可以延緩油脂在儲(chǔ)藏過程中的氧化過程，且不會(huì)對(duì)儲(chǔ)藏環(huán)境、人員配備、技術(shù)支持等各方面提出過高的要求，甚至還可以降低部分儲(chǔ)藏、保管的費(fèi)用，值得進(jìn)一步地深入研究。

在應(yīng)用于包裝油保鮮方面，隨著科技的進(jìn)步、消費(fèi)者對(duì)食品安全的認(rèn)知度進(jìn)一步提高，食用油的整個(gè)市場將日趨朝著運(yùn)用綠色、健康、成熟的儲(chǔ)藏保鮮技術(shù)發(fā)展，這樣才能真正讓整個(gè)社會(huì)獲益。因此，采用不含任何“添加劑”的物理充氮法用于食用油脂的儲(chǔ)藏保鮮具有極為廣闊的市場。然而，對(duì)于采用單一充氮保鮮工藝的包裝食用油來說，開蓋后氮?dú)庵鸩揭绯鍪强陀^存在的事實(shí)。開蓋后隨著氮?dú)饩徛绯龌蛘咭蛳M(fèi)者不當(dāng)儲(chǔ)藏導(dǎo)致氣體快速揮發(fā)，保鮮作用逐漸消失，食用油品很可能由于沒有其他抗氧化因素導(dǎo)致在保質(zhì)期內(nèi)變質(zhì)，這對(duì)生產(chǎn)廠家而言是一個(gè)不小的風(fēng)險(xiǎn)，也是充氮工藝后期發(fā)展需要技術(shù)突破的地方。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳芳，陳偉娜，胡小松.基于油脂氧化的食品加工伴生危害物形成研究進(jìn)展[J].中國食品學(xué)報(bào)，2015，15（12）：9-15.

[2] 王曉輝.中國植物油產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2011.

[3] 尹建洪，羅立新.食用油安全問題分析及對(duì)策[C]//2010第二屆中國食品安全高峰論壇論文集.廣州：廣東省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)科技交流部，2010.

[4] 梁冰.食用油保鮮新技術(shù)研究成功[J].糧油食品科技，2009（2）：74.

[5] 胡智佑，陸峰，庫勇，等.植物油脂充氮?dú)庹{(diào)儲(chǔ)藏試驗(yàn)研究[J].中國油脂，2012，37（10）：81-83.

[6] 楊書民，張守明，邢勇，等.食用油儲(chǔ)罐更新改造技術(shù)應(yīng)用研究[J].糧油食品科技，2014，22（2）：55-57.

[7] 曹德風(fēng).食用油充氮保鮮方法：CN200710103654.7[P].2008-07-02.

[8] 馬翠柳.食用油產(chǎn)業(yè)安全管理研究[D].天津：天津科技大學(xué)，2009.

[9] 程小麗，季振江.淺談?dòng)椭瑑?chǔ)藏現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].齊魯糧食，2011（2）：42-44.

[10] 程宏，隗合貴，李慶鵬，等.油脂充氮儲(chǔ)藏技術(shù)的研究[J].食品科技，2010，35（3）：161-163.

[11] 鄒小雨，宋鵬，李萬振，等.大豆油充氮儲(chǔ)藏技術(shù)的研究[J].食品工業(yè)科技，2012，33（24）：366-368.