煎炸油中核心醛的GC-MS分析及變化趨勢研究

王俏君，趙晨偉,吳港城，黃健花，金青哲，王興國

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

煎炸體系中的醛類物質(zhì)是油脂在煎炸過程中常見的氧化產(chǎn)物，主要由脂質(zhì)烷氧自由基和烷過氧自由基的β-剪切作用生成[1]，可分為揮發(fā)性的短鏈醛和非揮發(fā)性的高級醛。揮發(fā)性醛影響煎炸油及煎炸食品的風(fēng)味，且有的具有基因毒性和細(xì)胞毒性[2]。核心醛(Core aldehydes)是在油脂氧化過程中形成的一類非揮發(fā)性高級醛，常通過?；c其他骨架(甘油酯、甾醇、磷脂)鍵合[3]。與揮發(fā)性醛不同，煎炸體系中的核心醛會伴隨食物的攝入進(jìn)入人體內(nèi)，通過消化作用分解出游離的脂肪醛，具有使機體形成羰基應(yīng)激的潛在危害。

早在20世紀(jì)90年代，日本科學(xué)家在人類低密度脂蛋白的銅催化過氧化產(chǎn)物中鑒定出脂溶性膽固醇酯核心醛，并通過薄層色譜(TLC)、氣相色譜(GC)、高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(HPLC-MS)等技術(shù)分離并鑒定出幾種膽甾醇核心醛，主要有膽固醇和羥膽固醇的9-氧代壬酸酯和少量膽固醇和羥膽固醇的8-氧代辛烯酸酯、10-氧代癸烯酸酯、11-氧代癸烯酸酯和12-氧代十二碳烯酸酯[4-5]。Kamal-Eldin等[6]在甲酯化的菜籽油和葵花籽油中檢測到醛酸甲酯，主要有8-氧代辛酸甲酯(Me-8-oxo)、9-氧代壬酸甲酯(Me-9-oxo)、10-氧代-8-癸烯酸甲酯(Me-10-oxo-8)、11-氧代-9-十一碳烯酸甲酯(Me-11-oxo-9)和12-氧代-9-十二碳烯酸甲酯(Me-12-oxo-9)，并被證明是核心醛甲酯化產(chǎn)物； Sj?vall等[7]采用高效液相色譜串聯(lián)電噴霧電離質(zhì)譜(HPLC-ESI-CID-MS)在氧化玉米油和葵花籽油中鑒定出113種甘油酯核心醛，其含量占氧化脂質(zhì)的25%～33%。脂質(zhì)氧化是核心醛的源頭，而煎炸油在高溫條件下發(fā)生劇烈的脂質(zhì)氧化，由此可見煎炸油中可能存在一定量的核心醛，然而國內(nèi)對此的研究幾乎空白。

本文在國外對核心醛研究的基礎(chǔ)上，采用GC-MS對煎炸油中的核心醛進(jìn)行定性定量檢測，并分析其含量隨煎炸時間的變化規(guī)律，研究煎炸食材及煎炸油種類對核心醛含量的影響，以期對煎炸體系中核心醛的存在狀態(tài)有進(jìn)一步認(rèn)識。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

菜籽油、大豆油、調(diào)和油(大豆油、棕櫚液油、葵花籽油體積比3∶2∶1)，由上海嘉吉糧油工業(yè)有限公司提供(主要脂肪酸組成見表1)。冷凍薯條(預(yù)炸)、雞塊、魚排，由麥肯食品有限公司(哈爾濱)提供；花生，采購于山東沂蒙山農(nóng)家超市。

表1 煎炸油主要脂肪酸組成 %

色譜純(HPLC級)正己烷、叔丁基甲基醚；[292H] 十五烷酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品，購于Sigma公司。

Frymaster Beil A14 自動恒溫炸鍋，美國馬尼托瓦餐飲設(shè)備有限公司；Trace 1300 ISQ 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國賽默飛世爾科技公司； Mega-Wax Plus色譜柱(0.25 μm, 30 m × 0.25 mm)，意大利米伽科技有限公司(蘇州)。

1.2 實驗方法

1.2.1 油樣的制備

在煎炸鍋中加入11 L煎炸油，煎炸參數(shù)設(shè)置如表2所示。煎炸過程中，每煎炸6 h進(jìn)行一次濾油處理去除煎炸油中的食物殘渣，每次取樣待油溫冷卻后密封冷藏于-20℃冰箱中，待分析檢測。每次取樣后添加新油至煎炸鍋油位線。

表2 制備不同油樣的煎炸參數(shù)

1.2.2 GC-MS檢測核心醛含量

1.2.2.1 樣品前處理

參考Berdeaux等[8-9]的方法，有部分改動。準(zhǔn)確稱取300 mg樣品于50 mL旋蓋離心管中，加入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)[292H] 十五烷酸甲酯100 μL(1 mg/mL)，加入3 mL叔丁基甲基醚、2 mL甲醇鈉溶液(0.2 mol/L)；振蕩1 min，室溫下(25℃)靜置2 min；隨后加入0.1 mL硫酸-甲醇溶液(0.5 mol/L)，旋渦振蕩5 s；再加入3 mL超純水，旋渦振蕩10 s，離心5 min(3 500 r/min)，取上層有機層于5 mL離心管中，氮吹揮發(fā)溶劑全干，用1 mL HPLC級正己烷復(fù)溶，加入適量無水硫酸鈉，旋渦振蕩2 s，用1 mL注射器吸取后過0.22 μm有機濾膜，注入2 mL棕色進(jìn)樣瓶，備測。

1.2.2.2 GC-MS分析條件

參考Berdeaux等[8-9]的方法，有部分改動。

GC條件：升溫程序為初溫90℃保持2 min，以6℃/min 升至240℃，保持10 min；檢測器、進(jìn)樣口溫度均為250℃；進(jìn)樣量1.0 μL；分流比1∶40；載氣為高純He；流速1.2 mL/min。

MS條件：傳輸線溫度250℃；離子源溫度200℃；離子化模式為EI；電子轟擊能量70 eV；分子離子碎片掃描范圍(m/z)40～240，掃描速度0.2(m/z)/s。

1.2.2.3 定性分析

核心醛GC-MS檢測的原始數(shù)據(jù)由儀器自帶NIST譜庫進(jìn)行匹配檢索，采用相似度和特征碎片離子對核心醛甲酯化產(chǎn)物進(jìn)行定性分析，匹配度大于800則確認(rèn)為該化合物。

1.2.2.4 定量分析

對各成分色譜峰峰面積自動積分，并采用內(nèi)標(biāo)法計算其含量，定量公式如下。

式中：mi為核心醛質(zhì)量，mg；Ai為醛酸甲酯的峰面積；Ais內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積；mis為加入樣品的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量，0.1 mg；fi′為相對校正因子，1；α為醛酸甲酯對應(yīng)核心醛的換算系數(shù)，α(8-oxo)=4.41，α(9-oxo)=4.16，α(10-oxo-8)=3.96。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS20.0對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用OriginPro 9.0進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 核心醛甲酯化產(chǎn)物的定性分析

菜籽油煎炸薯條12 h后油樣中核心醛甲酯化產(chǎn)物的氣相色譜圖如圖1所示。

注：1.Me-8-oxo；2.Me-9-oxo；3.Me-10-oxo-8。

圖1 菜籽油煎炸薯條12 h的油樣中核心醛甲酯化產(chǎn)物的氣相色譜圖

通過NIST譜庫檢索，圖1中3種物質(zhì)的匹配度均大于800，因此確定為該化合物。與前人研究結(jié)果不一致的是，在油樣中并未檢測到Me-11-oxo-9 和Me-12-oxo-9。分析其原因可能是，本實驗煎炸條件更加劇烈，導(dǎo)致較長鏈的不飽和醛酸甲酯進(jìn)一步氧化或裂解。

表3 3種核心醛甲酯化產(chǎn)物的碎片離子及其相對豐度

2.2 核心醛的定量分析

菜籽油煎炸前和煎炸薯條12 h的油樣中核心醛的種類及含量見圖2。

注：同種物質(zhì)柱狀圖上不同字母表示差異顯著(p<0.05)，相同字母表示差異不顯著。下圖同。

圖2 菜籽油煎炸前和煎炸薯條12 h的油樣中核心醛的含量

由圖2可知，煎炸前菜籽油中檢出3種核心醛，其中核心醛8-oxo較少，僅為0.13 mg/g，而核心醛 9-oxo最多，約0.64 mg/g，核心醛總量達(dá)1.12 mg/g。油脂在室溫儲藏過程中會發(fā)生自動氧化，因此在未煎炸的菜籽油中也能檢測到一定量的核心醛。煎炸后的油樣中，核心醛總量顯著增加(p<0.05)，約為1.63 mg/g。這是由于在煎炸條件下，油脂中不飽和脂肪酸更易氧化裂解，且菜籽油中含有豐富的不飽和脂肪酸(約88%)，從而導(dǎo)致煎炸后的菜籽油中核心醛總量顯著增加。無論是煎炸前還是煎炸后的菜籽油中，核心醛9-oxo含量最多，占核心醛總量的50%～70%，且煎炸12 h的油樣中核心醛9-oxo增加約70%，而核心醛8-oxo和10-oxo-8增加量較小。從核心醛的生成機制來看，其主要源自甘油三酯分子中油酸、亞油酸和亞麻酸氫過氧化物的β-剪切。根據(jù)油脂氧化理論，不飽和脂肪酸在氧化過程中會隨機生成不同的氫過氧化物，經(jīng)β-剪切作用后產(chǎn)生不同的醛酸[10]，如表4所示。由表4可知，油酸、亞油酸和亞麻酸中均有一種氫過氧化物剪切后會生成9-oxo，而8-oxo和10-oxo-8分別僅由油酸的一種氫過氧化物生成，9-oxo的來源更多，因此在煎炸油體系中可以檢測到較多的核心醛9-oxo[11-12]。

表4 不同不飽和脂肪酸的氫過氧化物及所對應(yīng)的經(jīng)β-剪切后的醛酸

2.3 菜籽油煎炸薯條、雞塊和魚排的油樣中核心醛的含量(見圖3)

圖3 菜籽油煎炸薯條、雞塊和魚排12 h的油樣中核心醛的含量

由圖3可知，在菜籽油煎炸雞塊和魚排體系中也均檢測到3種核心醛，一定程度上說明食材對煎炸體系中核心醛的種類影響不顯著。在相同煎炸條件下，菜籽油煎炸薯條體系中的核心醛總量顯著(p<0.05)低于煎炸雞塊和魚排中的。煎炸雞塊和魚排體系中核心醛8-oxo含量無顯著性差異，但核心醛9-oxo、10-oxo-8的含量差異顯著(p<0.05)。這表明煎炸食材會影響煎炸體系中核心醛的含量，煎炸富含蛋白質(zhì)的食材(雞塊和魚排)時，其體系中的核心醛含量顯著高于煎炸富含淀粉食材時的。有研究表明，煎炸食材中的水分含量會對煎炸油中的極性組分產(chǎn)生不同程度的影響[13-14]，核心醛是極性組分組成之一，因此其在不同煎炸食材體系中的含量存在一定差異。煎炸食材的加入導(dǎo)致煎炸中的化學(xué)變化更加復(fù)雜，不同化學(xué)基底的食材(蛋白質(zhì)或淀粉)對油脂體系的理化性質(zhì)影響各不相同，但其具體影響機制還需要進(jìn)一步探究。

2.4 大豆油及調(diào)和油煎炸花生的油樣中核心醛的含量(見圖4)

如圖4a所示，在大豆油煎炸花生體系中，8-oxo、9-oxo、10-oxo-8 3種核心醛均被檢出，其中9-oxo最多，平均含量約0.6 mg/g，占核心醛總量(1.18 mg/g)的50%以上。在該體系中核心醛含量在煎炸前50 h隨煎炸時間的延長不斷增加，且煎炸前12 h的增長速率最快。煎炸50 h后核心醛含量不再明顯增多，且呈現(xiàn)出波動變化的趨勢。如圖4b所示，在調(diào)和油煎炸花生的油樣中也檢出3種核心醛，其總量與大豆油的相近，核心醛平均總量約1.06 mg/g，略低于大豆油中的含量，但調(diào)和油中的核心醛含量隨煎炸時間的延長持續(xù)增長至124 h左右，一定程度上說明煎炸油的脂肪酸組成會影響核心醛的含量及其變化規(guī)律。油酸是產(chǎn)生這3種核心醛的主要來源，而該調(diào)和油中含有較多的油酸，這可能導(dǎo)致調(diào)和油中的核心醛能夠在長時間煎炸條件下不斷增多。事實上，核心醛分子上的醛基并不穩(wěn)定，在煎炸條件下會進(jìn)一步發(fā)生氧化、裂解和聚合反應(yīng)，導(dǎo)致核心醛含量減少。而在煎炸后期，大豆油和調(diào)和油體系中核心醛含量變化并不顯著，這說明在長時間的煎炸過程中核心醛的生成量與減少量基本平衡；而明顯的波動變化，可能與煎炸過程中新油添加有關(guān)。

圖4 大豆油(a)和調(diào)和油(b)煎炸花生的油樣中核心醛含量隨煎炸時間的變化

3 結(jié) 論

在煎炸油中均檢測到3種核心醛，分別是8-oxo、9-oxo、10-oxo-8，煎炸過程中更易產(chǎn)生9-oxo，約占總量的50%～70%，這是由于產(chǎn)生9-oxo的脂肪酸來源更廣，油酸、亞油酸和亞麻酸的氫過氧化物均可通過β-剪切生成9-oxo，而8-oxo和10-oxo-8僅由油酸的氫過氧化物生成。油酸是3種核心醛的主要來源，油酸的氧化速率較亞油酸和亞麻酸慢，因此富含油酸的調(diào)和油體系中的核心醛能長時間增長。煎炸會導(dǎo)致油脂中核心醛的含量顯著增加但不會無限增加，因此有望通過一定手段控制其含量在較低范圍內(nèi)。煎炸食材和煎炸油脂肪酸組成都會影響煎炸體系中核心醛的含量，但具體影響機制仍需進(jìn)一步系統(tǒng)地探究。