大豆調(diào)和油氧化酸敗后的組分變化

劉志明，類彥波，孫清瑞，趙建波，李秋兵，樊云雪，黃蕊蕊

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶 163319；2.大慶市食品藥品檢驗(yàn)檢測中心，黑龍江大慶 163319）

大豆油脂肪酸（Fatty acid，F(xiàn)A） 由飽和脂肪酸（Saturated fatty acid，SFA） 與 不 飽 和 脂 肪 酸（Unsaturated fatty acid，USFA） 構(gòu)成，且USFA含量很高[1-3]。USFA具有調(diào)節(jié)生理機(jī)能、增強(qiáng)機(jī)體健康、預(yù)防多種疾病等功能，尤其能預(yù)防心血管疾病、神經(jīng)或精神類疾病、內(nèi)分泌失調(diào)及代謝綜合癥類疾病，還能抗炎和抗癌等。在減緩記憶力衰退、防止皮膚老化、延緩衰老、抗過敏反應(yīng)及促進(jìn)毛發(fā)生長等方面也有積極作用[4-5]。大豆油是我國主要的食用植物油，既以純油食用，又常與其他食用植物油復(fù)配成大豆調(diào)和油（Blended soybean oil，BSO），以改善營養(yǎng)結(jié)構(gòu)與風(fēng)味。BSO中亞油酸和亞麻酸等USFA含量因原料油不同而有較大差異，但其氧化穩(wěn)定性較差的屬性未變。大豆油的USFA在其貯存過程中，受外界因素（氧氣、溫度、光照、水分、酶、金屬離子等）影響易發(fā)生氧化酸敗[6-10]，產(chǎn)生的初、次級(jí)產(chǎn)物劣化風(fēng)味，影響健康，乃至引發(fā)疾病[11-13]。其氧化初期形成不穩(wěn)定氫過氧化物，繼而分解成次級(jí)產(chǎn)物，如醇、醛、酮、酸、環(huán)氧化物或生成聚合物等[14-15]，產(chǎn)生的過氧化物與自由基，進(jìn)入人體可引起衰老、癌癥及其他有關(guān)疾病[16-17]，加大其貯藏、運(yùn)輸、消費(fèi)等過程中的保質(zhì)難度。因此，對部分模擬貯存條件的加速氧化酸敗BSO試樣進(jìn)行綜合儀器分析，弄清BSO的FA和USFA含量變化，以及由氧化酸敗產(chǎn)生的有害物質(zhì)情況，可對BSO貯存期內(nèi)的食品安全狀況提供有益信息，也為全面分析與正確判斷BSO等食用植物油的氧化酸敗情況提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆調(diào)和油：SFA MUFA PUFA 為 （0.2～0.3）（0.6～1.0） 1.0；37組分脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品（C4～C24）；三氟化硼（14%甲醇溶液）、甲醇，色譜純；氫氧化鈉（AR）、正己烷（GC），天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所提供；氯化鈉（AR），杭州嘉辰化工有限公司提供；無水硫酸鈉（AR），天津市大茂化學(xué)試劑廠提供。

7890A GC system，安捷倫科技有限公司產(chǎn)品；TRACE 1300 ISQ LT單四極桿氣相色譜質(zhì)譜儀聯(lián)用儀（Gas Chromatograph-ISQ LT Single Quadrupole Mass Spectrometer），賽默飛世爾科技公司產(chǎn)品；傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），珀金埃默儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試樣氧化

模擬室內(nèi)照度（840 lx）和相對濕度（40%），控制氧化溫度50℃，氧化試樣容器初始頂空率50%，氧分壓（Oxygen partial pressure，OPP） 分別設(shè)為5.3，10.5，21.0，42.0，84.0 kPa，進(jìn)行BSO氧化試驗(yàn)，累計(jì)氧化79～87 d，直至感評(píng)其徹底腐敗，期間多次測定試樣各種性能參數(shù)（等量取樣，保持頂空率不變），探究其氧化規(guī)律（另著文）。選取經(jīng)84.0 kPa累計(jì)氧化1 918 h的氧化試樣，將其與原始試樣一并甲酯化，同時(shí)進(jìn)行GC，GC-MS和FTIR分析，對比BSO氧化前后試樣的特征組分，確定有害物質(zhì)。

1.2.2GC與GC-MS分析

（1） 試樣甲酯化。參照文獻(xiàn)[18-19]方法，甲酯化BSO原始樣及其氧化試樣。用滴管向50 mL圓底燒瓶中加2滴試樣、10 mL濃度0.5 mol/L的氫氧化鈉甲醇溶液，于85℃條件下回流10 min，用移液槍加入三氟化硼甲醇溶液7 mL，繼續(xù)回流5 min。取出后冷卻，加入2 mL正己烷（萃?。?，搖動(dòng)，加入適量飽和氯化鈉溶液，輕搖，促進(jìn)體系分層。繼續(xù)加入氯化鈉飽和溶液至燒瓶頸部，靜置，吸出上層溶液，放入5 mL具蓋塑料樣品杯中，加入3 g無水硫酸鈉粉末，蓋上蓋子，手動(dòng)振搖1 min，靜置5 min（脫水），用有機(jī)針式濾膜過濾，取適量放入樣品瓶，密閉，冷藏備用。

（2） GC分析。參照GB 5009.168—2016[20]中5.3法對比分析甲酯化試樣和混合脂肪酸標(biāo)樣。色譜柱：Agilent DB-FFAP毛細(xì)管柱，載氣：氮?dú)猓?9.99%），1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度260℃，分流比10∶1，檢測器溫度280℃，柱溫初溫140℃，保持5 min，再以4℃/min升溫至240℃，保持15 min，進(jìn)樣量0.5 μL。

（3） GC-MS分析[19-20]。①GC分析。對比混合脂肪酸標(biāo)樣確定甲酯化試樣的FA組分。Agilent DB-5型毛細(xì)管柱：柱長30 m，內(nèi)徑0.25 mm，膜厚0.10 μm，固定相為5%苯基-甲基聚硅氧烷；進(jìn)樣口溫度280℃；柱溫初溫150℃，保持5 min，再以3℃/min升溫至170℃，保持5 min，再以3℃/min升溫至210℃，保持2 min，最后再以10℃/min升溫至260℃，保持5 min；試樣進(jìn)樣量為1 μL，分流比100∶1，載氣為氦氣（99.99%），流速1.2 mL/min。②MS分析。對甲酯化試樣進(jìn)行全離子掃描，得GC-MS總離子流圖，同時(shí)分析混合脂肪酸標(biāo)樣，利用標(biāo)樣譜圖對比解析試樣譜圖及其各保留時(shí)間對應(yīng)的FA組分，并用峰面積歸一化法求算FA相對含量（Rrelative content，RC）。傳輸線溫度250℃，EI離子化模式，離子源溫度230℃，電子能量70 eV，全掃描模式，分子離子掃描范圍50～650 m/z，溶劑延遲5 min。

1.2.3 FTIR分析

向一片干凈的KBr晶片中心滴1滴試樣，在其上疊放另一干凈的KBr晶片，小心轉(zhuǎn)動(dòng)晶片，使試樣形成均勻薄膜。將疊放的KBr晶片裝入可拆式液體池中，固定好，放在紅外光譜儀樣品支架上，在設(shè)定條件下分析試樣，得其紅外吸收光譜圖，分析確定BSO中所含物質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC分析結(jié)果

BSO試樣的GC譜圖見圖1，BSO氧化試樣的GC譜圖見圖2。

圖1 BSO試樣的GC譜圖

對比混合脂肪酸標(biāo)樣譜圖，并參照GB 5009.168—2016中圖B.1和表C.1，得出表1分析結(jié)果。表1數(shù)據(jù)表明：①BSO試樣經(jīng)長時(shí)間氧化后，SFA的 RC由 26.09%增至 37.56%，C16∶0，C17∶0，C18∶0的RC分別增加了1.34%，4.45%，5.68%。②USFA的RC由73.91%降至62.07%，且主要USFA的RC顯著降低。C18∶1n9t+C18∶1n9c的RC由25.28%降至20.86%，并且C18∶2n6t+C18∶2n6c的RC由17.03%降至6.01%。其中，C18∶2n6t的RC由9.20%至消失，C18∶3n6的RC由27.85%降至25.35%。③其他USFA的RC略增，C16∶1，C17∶1，C18∶3n3的RC分別由1.10%，0.68%，1.98%變至1.59%，0.79%，7.46%，前兩者增幅不大，而后者增幅很大，是否發(fā)生了結(jié)構(gòu)改變或與氧化后C18∶2n6t的消失有關(guān)，尚不清楚，也可能是GC法局限性所致。這些情況揭示BSO在試驗(yàn)條件下經(jīng)1 918 h氧化后，F(xiàn)A組分發(fā)生了顯著變化，且飽和化嚴(yán)重，僅靠GC法確定FA構(gòu)成尚有不確定性。

圖2 BSO氧化試樣的GC譜圖

2.2 GC-MS分析結(jié)果

BSO試樣及其氧化試樣的GC分析結(jié)果見表1，BSO試樣GC-MS分析結(jié)果見表2。

表1 BSO試樣及其氧化試樣的GC分析結(jié)果

表2 BSO試樣GC-MS分析結(jié)果

數(shù)據(jù)表明：①BSO試樣氧化后，F(xiàn)A由6種增至10種，較原來的多了C18∶2n6t，C22∶0，C20∶0，C20∶1n11c。氧化酸敗過程使BSO的FA組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，且令FA高級(jí)化。②SFA中C16∶0和C18∶0的RC無明顯變化，因其屬于穩(wěn)定FA。③USFA中亞油酸的RC略減，且產(chǎn)生反式亞油酸（一般認(rèn)為高溫是食用植物油加工、含油食品加工時(shí)USFA反式異構(gòu)化主要原因[21]，未見試驗(yàn)溫度下發(fā)生異構(gòu)化的報(bào)道），若果真如此，機(jī)理不明，且會(huì)增加食品安全風(fēng)險(xiǎn)[22]。油酸的RC略有增多，亞麻酸含量基本無變化。這些FA在BSO中是主要成分也是發(fā)生氧化酸敗的主體，且變化較為復(fù)雜。④不同的分析方法得到的FA的RC差異較大。C18∶1n9t在表1中由1.96%升至2.54%，明顯增多，而其在表2中幾乎無變化；C18∶2n6t在表1中由1.92%而消失，在表2中卻由無到0.30%；C18∶3n3在表1中由1.98%增至7.46%，在表2中幾乎無變化。FA的這些差異仍難解釋。但就分析方法而言，GC-MS分析得到的表2數(shù)據(jù)應(yīng)比GC分析得到的表1數(shù)據(jù)更可靠。⑤不能孤立地分析BSO的氧化酸敗過程，F(xiàn)A變化還需用其他方法協(xié)同分析加以解釋。理論上，氧化酸敗過程能使USFA飽和化，還可使初級(jí)氧化產(chǎn)物（過氧化物）分解為較小分子的次級(jí)產(chǎn)物，如酸、醇、醛、酮等。因GC-MS法仍是以匹配度為依據(jù)的分析方法，對于結(jié)構(gòu)相近的同系物、異構(gòu)體等，因質(zhì)譜圖相似，可能造成檢索結(jié)果的不可靠，故難以全面、準(zhǔn)確地判定試樣氧化酸敗產(chǎn)物及其含量，上述僅從FA組分與含量角度的分析只能部分地反映BSO氧化酸敗狀況，并不能反映其氧化酸敗的全貌，若要從結(jié)構(gòu)變化入手描述BSO試樣的氧化酸敗，還應(yīng)借助于FTIR分析。

2.3 FTIR分析結(jié)果

BSO試樣的FTIR譜圖見圖3，BSO氧化試樣的FTIR譜圖見圖4。

圖3 BSO試樣的FTIR譜圖

圖4 BSO氧化試樣的FTIR譜圖

綜合分析表明：①BSO原始試樣的FTIR譜圖只有8個(gè)峰，其試樣氧化后譜圖增至18個(gè)峰，官能團(tuán)數(shù)目大大增加，說明氧化產(chǎn)生了多種化合物；②BSO原始試樣譜峰以烯烴中次甲基（3 009.17 cm-1），烷烴中甲基、亞甲基（2 925.27，2 854.28，1 463.93，1 377.80 cm-1）的C-H振動(dòng)為主。在1 745.70 cm-1處有酯基或羧基中的C=O伸縮振動(dòng)；1 162.93 cm-1處有甘油三酯中C-O，(RCO)2O中C-O，-COOR中C-O-C的伸縮振動(dòng)，R-O-R'中C-O的不對稱伸縮振動(dòng)；722.92 cm-1處碳鏈的骨架振動(dòng)、長碳鏈烷基-CH2-的面內(nèi)搖擺振動(dòng)、長鏈-(CH2)n-(n≥4)的面外彎曲振動(dòng)、-(CH2)n-鏈中-CH2-的C-H變形振動(dòng)、順式-CH=CH-中C-H的面外彎曲振動(dòng)、順式-CH=CH-中C-H鍵的彎曲振動(dòng)，而其氧化試樣中除了有甲基、亞甲基（2 991.10，2 925.27，1 377.78 cm-1）、烯基（3 009.17，1 652.18，7 22.92 cm-1）、叔丁基（1 464.21 cm-1）的官能團(tuán)振動(dòng)峰外，還有酮（1 652.18 cm-1）、醛（914.16 cm-1）、酯（3 470.55，1 745.70，1652.18cm-1）和羰基（2 326.47 cm-1），羧基（1 652.18，1 238.43，914.16 cm-1）及羧羰基（1 745.70，1 652.18 cm-1），醚基（1 162.93 cm-1），酸酐基團(tuán)（1 163.44，1 099.29 cm-1），醇基（1 238.43，1 099.29 cm-1）等官能團(tuán)的振動(dòng)峰，這些官能團(tuán)極性較強(qiáng)，其相應(yīng)化合物可使氧化試樣κ增大，同時(shí)也是BSO試樣氧化的重要標(biāo)志。其中許多化合物也是引發(fā)潛在食品安全問題的有害物質(zhì)，抑制或避免食用油品質(zhì)下降及此等有害物質(zhì)的產(chǎn)生也是油脂貯藏應(yīng)解決的難題。我國食用植物油銷量大、種類多[23]，其保質(zhì)貯存是關(guān)乎食品安全的大事。

2.4 相關(guān)討論

食用植物油的脂肪酸和活性物質(zhì)的種類與含量都影響其氧化穩(wěn)定性[24]，試驗(yàn)用BSO產(chǎn)品的配料油的生產(chǎn)工藝、精煉程度，BSO是否加入抗氧化劑（包裝標(biāo)簽標(biāo)注的配料中有“食品添加劑”字樣，可能為抗氧化劑）等都對試驗(yàn)結(jié)果（與BSO貯藏穩(wěn)定性相關(guān)） 有影響[9，25-26]。試樣氧化溫度與OPP遠(yuǎn)高于一般貯存及消費(fèi)情況，相對濕度和溫度均為常見情況，故可認(rèn)為高溫和高OPP是引起試樣氧化酸敗的主因。BSO貯存時(shí)，溫度可控度較大，OPP理論上可通過氣調(diào)或真空包裝等方式加以控制[27]，但僅限于貯存期，消費(fèi)期宜采用特定隔氧容器包裝。試樣氧化條件及氧化狀態(tài)（氧化條件控制狀態(tài)與程度、試樣的均勻程度、氧化酸敗結(jié)果的再現(xiàn)性等）可能影響分析結(jié)果，試樣前處理方法的差異也可能對結(jié)果產(chǎn)生影響[4]，這些方面還有待深入研究。

3 結(jié)論

BSO試樣氧化酸敗的結(jié)果使SFA增多，USFA減少，F(xiàn)A組分變化較大，嚴(yán)重?fù)p害其營養(yǎng)功能和風(fēng)味，試驗(yàn)條件下已嚴(yán)重哈變。BSO試樣中FA的變化與很多因素（BSO調(diào)配比例、氧化試驗(yàn)條件與方法、FA等組分的分析條件與方法等）相關(guān)，其FA的RC既由各自絕對量變化決定，也受各FA的RC“此消彼長”的影響，只是特定試驗(yàn)條件下的結(jié)果。BSO試樣在高OPP和較高溫度加速模擬試驗(yàn)條件下的深度氧化酸敗，產(chǎn)生了酮、醛、酯等羰基化合物，游離羧酸、酸酐，醚、醇等物質(zhì)，其品質(zhì)嚴(yán)重下降，繼續(xù)食用將引發(fā)食品安全問題。加速模擬試驗(yàn)條件雖然與通常食用植物油的生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)的情況不完全一致，發(fā)生氧化酸敗的速率、程度和產(chǎn)物也不盡相同，但發(fā)生的相關(guān)反應(yīng)及產(chǎn)物的種類基本相同，反映出食用植物油貯藏期間氧化酸敗的事實(shí)。以GC，GC-MS和FTIR耦合分析技術(shù)能全面、準(zhǔn)確地揭示破壞性氧化酸敗試驗(yàn)中BSO試樣的FA變化及次級(jí)產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)情況，而單獨(dú)以GC或GC-MS中的1種或2種都難以達(dá)到滿意的表達(dá)效果，甚至得出錯(cuò)誤結(jié)論。