相對(duì)濕度對(duì)大豆調(diào)和油氧化酸敗的影響

劉志明，唐彥君，孫清瑞，成柳潔，時(shí)寧寧，張亞瑾

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 大慶163319)

大豆油是我國(guó)傳統(tǒng)食用植物油，在食用油結(jié)構(gòu)中占有很大比例，2016年消費(fèi)量已達(dá)1.60×107t[1]。目前，大豆油主要以大豆原油和大豆調(diào)和油(BSO)形式食用。大豆油含多種飽和脂肪酸(SFA)與不飽和脂肪酸(UFA)。其中UFA極易氧化酸敗，產(chǎn)生過氧化物(PO)與次生產(chǎn)物(游離脂肪酸、醇、醛、酮等小分子極性物質(zhì)及某些聚合產(chǎn)物)，既導(dǎo)致其感官品質(zhì)劣化，又損害消費(fèi)者健康[2-5]。

影響大豆油氧化酸敗的因素主要有大豆油脂肪酸組成及其所含的微量活性物質(zhì)、抗氧化劑、金屬離子、雜質(zhì)、水分、貯藏環(huán)境溫濕度及包裝、運(yùn)輸方式等[6-11]，關(guān)于微量活性物質(zhì)、抗氧化劑等因素對(duì)油脂氧化酸敗的影響方面的研究較多，但環(huán)境濕度對(duì)大豆油的氧化酸敗的相關(guān)研究較少。因此，本文采用自組裝氧化裝置模擬大豆油實(shí)際貯存條件為主、加速試驗(yàn)條件為輔的方式氧化BSO試樣，測(cè)定其不同氧化時(shí)間的過氧化值(POV)和酸價(jià)(AV)變化，繪制不同環(huán)境相對(duì)濕度(RH)下POV、AV與氧化時(shí)間關(guān)系曲線，探求RH對(duì)其氧化酸敗的影響及其氧化酸敗的化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

BSO：金龍魚(1∶1∶1)牌，配料為大豆油、菜籽油、葵花籽油、玉米油、花生油、稻米油、芝麻油和亞麻籽油，SFA與MUFA、PUFA比例為(0.2～0.3)∶(0.6～1.0)∶1.0，遼寧省營(yíng)口市益海嘉里公司。冰乙酸、異辛烷、石油醚(沸程60～90℃)，分析純；碘化鉀，硫代硫酸鈉，可溶性淀粉，水楊酸，磷酸氫二鉀，氫氧化鉀，乙醇，酚酞， 0.1 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JK-EAB-3104N型電子天平；AR847+型溫濕度計(jì)；TES-1336A 型TES數(shù)位式照度計(jì)；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；小器鬼牌LED燈；自組裝試樣氧化容器(見圖1)，母容器2 L(有錐度的方柱體)，雙面透明,子容器300 mL(碗狀)；微注射器。

注：1.放壓口；2.頂蓋；3.母容器；4.子容器；5.試樣。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 BSO試樣氧化

將設(shè)計(jì)量的試樣裝入母容器中，子容器裝入150 mL設(shè)計(jì)濃度的磷酸氫二鉀溶液，子、母容器內(nèi)部相通，母容器內(nèi)的RH通過子容器所盛的試驗(yàn)溫度(50℃)下不同濃度的磷酸氫二鉀溶液進(jìn)行調(diào)控。RH(%)與磷酸氫二鉀溶液濃度(c，mol/L)的數(shù)學(xué)關(guān)系RH=-7.062 2c+98.751(R=0.998 9)。試驗(yàn)設(shè)定初始頂空率(HSR)為50%(在母容器中裝入1 000 mL試樣，確保在設(shè)計(jì)的氧化時(shí)間內(nèi)可測(cè)定試樣13～15次)，通過磷酸氫二鉀溶液分別調(diào)節(jié)RH為50%、60%、70%、80%和90%。將密閉狀態(tài)的試樣氧化容器放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，調(diào)控溫度為50℃、光照強(qiáng)度為840 lx(通過調(diào)整LED燈的功率及其與容器的位置和角度控制，用照度計(jì)測(cè)定盛樣位置的照度)、容器內(nèi)總壓為大氣壓，氧分壓(OPP)為大氣OPP(21 kPa)，待恒溫后，輕輕地?cái)Q開試樣氧化容器的放壓口，將容器內(nèi)因升溫后膨脹空氣產(chǎn)生的過壓泄掉，再擰緊放壓口。在不同氧化時(shí)間取樣，測(cè)定POV和AV(各做3次平行測(cè)定)。試樣氧化時(shí)間(t)按其氧化酸敗速率及理想的測(cè)定次數(shù)而定(每個(gè)RH條件下的BSO試樣分別連續(xù)氧化1 100～1 300 h)，直至試樣徹底酸敗。氧化過程中保持溫度、光照強(qiáng)度、氧分壓、總壓和RH條件(每次測(cè)樣時(shí)等量地取出試樣，HSR只發(fā)生等幅度的梯度變化)不變。

1.2.2POV測(cè)定

稱取試樣1.0 g，用體積比3∶2的冰乙酸-異辛烷混合液溶解，振搖5 min，用1 mL微注射器滴定。氧化前期的試樣在加完碘化鉀溶液和水后直接加淀粉溶液，氧化后期的試樣在加淀粉溶液前先加少量硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(消除部分顏色，防止因掩蓋或加深淀粉與I3-相互作用呈現(xiàn)的藍(lán)色而導(dǎo)致結(jié)果偏小或偏大)，加入淀粉后，再繼續(xù)滴定。其他參照GB 5009.227—2016進(jìn)行。

1.2.3AV測(cè)定

用250 mL薄壁錐形瓶稱取1.00 g(精確至0.000 1 g)試樣，加入38 mL石油醚，適當(dāng)振搖，使試樣溶于石油醚，再加入50%乙醇水溶液62 mL，充分搖蕩，滴加2～3滴酚酞指示液，以0.003 mol/L的氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(配制后經(jīng)鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定)為滴定液，用1 mL注射器滴定至剛好出現(xiàn)淡粉紅色(保持30 s不褪色)即為終點(diǎn)。參照GB 5009.229—2016計(jì)算AV。

2 結(jié)果與分析

2.1 BSO氧化酸敗過程中POV與AV的變化規(guī)律

測(cè)定不同RH、t條件下POV、AV，繪制不同RH下POV、AV隨t的關(guān)系曲線，結(jié)果見圖2、圖3。

由圖2、圖3可看出：①在控制溫度、光照強(qiáng)度、OPP和初始HSR等條件不變的情況下，各RH下BSO試樣的POV和AV均隨t的延長(zhǎng)而呈線性增大，即在試樣氧化時(shí)間內(nèi)，BSO氧化酸敗程度是時(shí)間函數(shù)；②在試驗(yàn)RH范圍內(nèi)，POV-t曲線和AV-t曲線均呈相關(guān)性較好的線性關(guān)系，BSO氧化酸敗符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征；③BSO試樣氧化酸敗的速率常數(shù)(k，線性方程斜率)隨RH增大而升高。RH越大，反應(yīng)速率越快，試樣越易發(fā)生氧化酸敗。以AV表征BSO氧化酸敗的k值小于以POV表征BSO氧化酸敗的k值。AV體現(xiàn)的是油脂氧化酸敗所發(fā)生的諸多反應(yīng)中生成游離脂肪酸的一類反應(yīng)，而POV反映的是油脂氧化酸敗的整體程度，因此后者更適于表征油脂的氧化酸敗。同時(shí)發(fā)現(xiàn)試樣前期氧化速率較慢，哈變不明顯，該階段POV和AV不大，待POV和AV增大到一定程度后(約600 h)，試樣即產(chǎn)生哈喇味兒，且越來越重，試樣芳香味消失的時(shí)間為550～700 h，在氧化后期變得黏稠而渾濁，說明可能有聚合類反應(yīng)發(fā)生而生成較大分子化合物。

圖2 各RH條件下POV與t關(guān)系曲線

圖3 各RH條件下AV與t關(guān)系曲線

2.2 RH對(duì)BSO氧化酸敗速率的影響

由圖2、圖3的RH與k數(shù)據(jù)，以RH為橫坐標(biāo)、k為縱坐標(biāo)繪制的分別由POV和AV描述的BSO氧化酸敗過程k-RH曲線如圖4和圖5所示。

由圖4、圖5可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，RH越大，BSO的氧化酸敗速率越快，其保質(zhì)期越短，兩者均呈現(xiàn)出規(guī)律性較好的二項(xiàng)式數(shù)學(xué)關(guān)系。通常油脂酸敗分為氧化酸敗和水解酸敗。kPOV在低RH范圍增加較快(PO生成為主)，高RH范圍增加較緩(PO轉(zhuǎn)化凸顯)，kAV恰好相反，這可能是因?yàn)樵诘蚏H范圍脂肪酸以氧化酸敗生成為主，在高RH范圍脂肪酸以水解酸敗生成為主，表明RH既能加速BSO氧化酸敗(POV與AV均增大)，又可誘發(fā)BSO水解酸敗(AV增大可能是氧化酸敗與水解酸敗的共同結(jié)果)。

圖4 以POV描述BSO氧化酸敗時(shí)k與RH關(guān)系曲線

圖5 以AV描述BSO氧化酸敗時(shí)k與RH關(guān)系曲線

2.3 討論

(1)雖然現(xiàn)有研究幾乎都聚焦在食用植物油的含水量或水活度對(duì)其氧化酸敗的影響上，對(duì)該影響是否存在臨界值的觀點(diǎn)也不一致[12-15]，但就商品BSO而言，自身含水量及其變化幅度小，因此油脂自身含水量的影響較小，但環(huán)境RH的變化可影響油脂的含水量，從而促進(jìn)油脂的氧化酸敗。并且試驗(yàn)在RH為50%～90%的范圍內(nèi)并未出現(xiàn)POV、AV和k的臨界值或臨界范圍。

(2)油脂含水量或其環(huán)境RH對(duì)油脂穩(wěn)定性的影響與油脂自身狀況、貯存條件密切相關(guān)。無論油脂的消費(fèi)過程還是氧化試驗(yàn)過程，在反復(fù)開、封容器時(shí)，氧氣不斷得到補(bǔ)充，多數(shù)情況下容器中的油脂處于富氧狀態(tài)，故在實(shí)際商品油脂貯存時(shí)，氧的作用一般大于含水量的作用，后者的影響通常會(huì)被掩蔽，而空氣RH較大時(shí)，其影響則很突出。

(3)油脂氧化過程中PO的產(chǎn)生與其分解為次級(jí)產(chǎn)物的過程是動(dòng)態(tài)的。油脂氧化酸敗的初級(jí)產(chǎn)物是PO，可由POV表征PO的產(chǎn)生和積累過程，當(dāng)其發(fā)生氧化還原、分解等反應(yīng)，生成醇、醛、酮、脂肪酸等次級(jí)產(chǎn)物時(shí)，PO含量隨之減少，POV由大變小，理論上存在折點(diǎn)，但在試驗(yàn)中POV折點(diǎn)并未出現(xiàn)，即便是試樣已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重的異味，其POV也未出現(xiàn)折點(diǎn)。原因有幾種可能：一是油脂氧化酸敗過程中，PO的生成和轉(zhuǎn)化是同時(shí)發(fā)生的，且生成的速率大于轉(zhuǎn)化的速率，在試驗(yàn)條件下及試樣氧化時(shí)間內(nèi)，無POV折點(diǎn)；二是當(dāng)POV增大到一定程度后，其測(cè)定方法(如GB 5009.227—2016)已不能完全滿足測(cè)定需要(盡管參照該法在不同氧化酸敗階段優(yōu)化試樣量等條件)；三是油脂氧化酸敗的實(shí)際情況與理論有差距，理論較為單純，而實(shí)際情況較為復(fù)雜(如次級(jí)產(chǎn)物的種類及其氧化還原性等很復(fù)雜)。

(4)試驗(yàn)含有部分加速因素，為縮短試驗(yàn)周期，BSO試樣氧化的溫度、濕度等條件設(shè)定值較高，但在其貯運(yùn)中亦可遇到該類苛刻條件。油脂實(shí)際貯存時(shí)，其光照強(qiáng)度、溫度、濕度等環(huán)境條件隨季節(jié)、地域和貯存場(chǎng)所變化很大，其包裝內(nèi)的HSR、OPP、油-空氣接觸面積(反映容器徑高比)等因素亦多變，這些都對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

(5)測(cè)定POV的影響因素有試樣、試劑的稱量時(shí)間長(zhǎng)短，試樣量大小，氧化還原試液濃度及其暴露(空氣中，光線下)程度、時(shí)間、指示劑的狀態(tài)等。影響AV測(cè)定的因素有游離脂肪酸的溶解效果、試樣量、滴定過程是否產(chǎn)生乳化、滴定終點(diǎn)的正確判斷等。控制試樣氧化OPP時(shí)，雖在恒溫下的容器內(nèi)同時(shí)獲得大氣壓力和大氣OPP，但致氧氣總量略低于恒溫前的室溫狀態(tài)，并且HSR越大，容器內(nèi)氧氣絕對(duì)量減少越多，試樣氧化容器中RH的增大也會(huì)使OPP變小，兩種作用都使試驗(yàn)條件偏離原設(shè)計(jì)，對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響(在HSR設(shè)計(jì)合理時(shí)可消除部分影響)。此外，還有靜態(tài)氧化下試樣的均勻程度、掛壁油比例的差異，HSR變化的一致性，試驗(yàn)條件控制程度的一致性，試樣累計(jì)凈氧化時(shí)間的準(zhǔn)確性，測(cè)樣耗時(shí)差異性、環(huán)境條件差異性等。上述各方面產(chǎn)生的誤差既有疊加性又有抵消性，可能影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，但RH對(duì)BSO氧化酸敗過程中POV、AV和k的影響仍然有較好規(guī)律。

3 結(jié) 論

以大豆調(diào)和油為原料，采用自組裝氧化裝置模擬不同環(huán)境相對(duì)濕度(RH)下油脂的氧化酸敗情況，研究相對(duì)濕度對(duì)油脂氧化酸敗的影響。通過測(cè)定不同氧化時(shí)間(t)下油脂POV、AV，繪制不同RH下POV-t和AV-t關(guān)系曲線，進(jìn)而得到RH對(duì)油脂氧化酸敗速率的影響。結(jié)果表明：

(1)在5種RH(50%～90%)試驗(yàn)條件下，BSO試樣的POV、AV均隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，且POV-t曲線和AV-t曲線皆呈正相關(guān)線性關(guān)系，該過程可用零級(jí)反應(yīng)描述，POV、AV可作為不同RH條件下BSO氧化酸敗過程的表征參數(shù)。

(2)相同條件下，大豆油POV、AV隨著RH增大而增大。

(3)試驗(yàn)條件下氧化速率常數(shù)k隨RH遞增而有規(guī)律地增大，對(duì)以表征參數(shù)POV和AV描述的BSO氧化酸敗，兩者關(guān)系分別為kPOV=-1E-05RH2+0.002 4RH-0.049 6和kAV=2E-07RH2-2E-05RH+0.000 5。

因此，降低RH是減緩油脂氧化酸敗的有效途徑之一，在生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸和消費(fèi)過程中，應(yīng)盡量降低油脂貯存環(huán)境的濕度。