基于1H NMR分析不同儲(chǔ)存條件下大豆油的氧化穩(wěn)定性

姜相宇，楊 丹

(1.國(guó)貿(mào)食品科技(北京)有限公司，北京 102209； 2.營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209； 3.老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室，北京 102209)

大豆油作為國(guó)內(nèi)食用油消費(fèi)主力產(chǎn)品，需求量長(zhǎng)期居高不下[1]。大豆油中含有豐富的不飽和脂肪酸，使其在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和流通過(guò)程中極易氧化酸敗，產(chǎn)生有害人體健康的劣變物質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)陸續(xù)開發(fā)出多種方法抑制大豆油的氧化酸敗，如充氮儲(chǔ)藏[2]、添加抗氧化劑等[3]。衡量油脂氧化酸敗的指標(biāo)有過(guò)氧化值、不飽和脂肪酸含量等，但在實(shí)際的油脂品質(zhì)檢定過(guò)程中，這些指標(biāo)需要較長(zhǎng)的前處理過(guò)程，檢測(cè)周期長(zhǎng)，且消耗樣本量較大。因此，尋找更快且高效的油脂品質(zhì)鑒定技術(shù)有重大意義。

核磁共振技術(shù)因其快速、無(wú)損檢測(cè)等特點(diǎn)，在食用油分析領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如1H NMR譜圖解析可以實(shí)現(xiàn)食用油的產(chǎn)地溯源、品類甄別、摻假檢測(cè)等[4-6]。目前，將1H NMR用于油脂氧化穩(wěn)定性的研究較少[7-8]。本文通過(guò)對(duì)大豆油樣品的1H NMR分析及譜圖解析，識(shí)別監(jiān)控大豆油因氧化產(chǎn)生的劣變因子(一級(jí)、二級(jí)氧化產(chǎn)物)，對(duì)大豆油在不同條件下劣變因子含量變化規(guī)律進(jìn)行了研究，以期對(duì)油脂品質(zhì)快速鑒別技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆油(不含特丁基對(duì)苯二酚)，中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院提供。氘代氯仿(CDCl3，分析純，純度99.8%)，特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)。

AVANCE III HD400M核磁共振波譜儀(5 mm CPPBBO超低溫探頭)，瑞士布魯克有限公司；Hitachi U-3900紫外分光光度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大豆油氧化處理

取大豆油樣品100 g等質(zhì)均分為4組，其中3組分別保存在不同的玻璃器皿內(nèi)(a墨綠磨砂瓶，b白色磨砂瓶，c透明玻璃瓶)，另一組添加0.05 g/kg THBQ保存于透明玻璃瓶中(d)(根據(jù)GB 2760—2014相關(guān)規(guī)定，油類物質(zhì)中TBHQ添加上限不超過(guò)0.2 g/kg，以此為參考確定TBHQ添加量)。4組樣品置于充足日光燈光照的40℃烘箱中進(jìn)行恒溫氧化。定期取等量樣品置于潔凈樣品瓶中冷凍保存，待分析。

1.2.21H NMR分析

稱取待測(cè)樣品60 mg于液相小瓶中，加入0.6 mL CDCl3溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)，渦旋1 min，使樣品充分混合，取0.5 mL至核磁管中，上機(jī)檢測(cè)分析。

儀器參數(shù)：90°脈沖；虛擬掃描次數(shù)4；掃描次數(shù)64；譜線寬度5 597.24 Hz；采集時(shí)間5.852 365 s；頻率偏移6.500；溫度25℃。

1.2.3 劣變因子含量計(jì)算

試樣中所加內(nèi)標(biāo)物CDCl3的摩爾量(CIS)計(jì)算見式(1)，劣變因子含量(bS)計(jì)算見式(2)。

(1)

(2)

式中：mIS為內(nèi)標(biāo)物CDCl3的質(zhì)量，g；ρ為內(nèi)標(biāo)物CDCl3溶液密度(1.500 g/mL,25℃)；V為內(nèi)標(biāo)物溶液體積，mL；MIS為內(nèi)標(biāo)物的摩爾質(zhì)量，g/mol；AS為目標(biāo)組分的峰面積；AIS為內(nèi)標(biāo)物峰面積；mS為樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 劣變因子在1H NMR譜圖中的鑒別

油脂發(fā)生自氧化過(guò)程，首先發(fā)生一級(jí)氧化過(guò)程，產(chǎn)生脂類氫過(guò)氧化物。脂類氫過(guò)氧化物在常溫或無(wú)金屬離子存在的情況下，進(jìn)入二級(jí)氧化過(guò)程十分緩慢，但在有金屬離子存在或高溫條件下，很容易進(jìn)一步氧化生成醛、酮、酸、酯及短鏈羰基化合物[9]。圖1為40℃下透明玻璃瓶中儲(chǔ)存60 d的大豆油樣品1H NMR譜圖。

圖1 大豆油的1H NMR譜圖

由圖1可知，共鑒定出5個(gè)特征組分，通過(guò)比對(duì)信號(hào)峰的化學(xué)位移與峰的類型歸屬[10-12]，分別為大豆油中一級(jí)氧化產(chǎn)物脂類氫過(guò)氧化物的氫特征峰信號(hào)(B、F)和二級(jí)氧化產(chǎn)物中醛的氫特征峰信號(hào)(Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ)(見表1)。其中B、F分別為大豆油在一級(jí)氧化過(guò)程時(shí)產(chǎn)生的Z,E型和E,E型共軛烯烴類氫過(guò)氧化物中碳碳雙鍵上的氫，Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ 分別為二級(jí)氧化過(guò)程中產(chǎn)生的正構(gòu)醛、E,E-共軛二烯醛和E-共軛烯醛中的醛基氫。

表1 大豆油一級(jí)、二級(jí)氧化產(chǎn)物的1H NMR信號(hào)峰鑒別

2.2 TBHQ對(duì)各劣變因子的影響

取c、d 2組樣品，按照1.2.1進(jìn)行氧化處理，比較同種包裝材料中TBHQ對(duì)大豆油氧化過(guò)程中一級(jí)氧化產(chǎn)物和二級(jí)氧化產(chǎn)物含量的影響，結(jié)果分別見圖2、圖3。

由圖2可以看出，與未添加TBHQ相比，含有0.05 g/kg TBHQ的大豆油樣品(d)有一段明顯的延緩氧化的時(shí)期。經(jīng)單因素ANOVA統(tǒng)計(jì)分析，最初70 d內(nèi)，添加TBHQ的大豆油中Z,E型、E,E型共軛烯烴類氫過(guò)氧化物含量及一級(jí)氧化產(chǎn)物總量變化增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯延緩，70 d后其延緩作用均不明顯。因此，在大豆油儲(chǔ)存前期(70 d內(nèi))，TBHQ對(duì)大豆油的一級(jí)氧化過(guò)程有明顯的延緩作用，而后期作用不明顯。

由圖3可以看出，大豆油二級(jí)氧化產(chǎn)物正構(gòu)醛、E,E-共軛二烯醛受TBHQ影響，其含量增長(zhǎng)趨勢(shì)有所下降，而E-共軛烯醛幾乎不受TBHQ的影響，二級(jí)氧化產(chǎn)物總量變化不大，單因素ANOVA統(tǒng)計(jì)分析表明，TBHQ對(duì)大豆油的二級(jí)氧化過(guò)程沒有顯著性影響。

綜上，TBHQ作為抗氧化劑在大豆油一級(jí)氧化階段前期有明顯的抑制作用，因TBHQ中的酚羥基存在，能夠使得油脂中自氧化過(guò)程的自由基鏈反應(yīng)中斷，從而延緩大豆油的一級(jí)氧化過(guò)程，而在二級(jí)氧化階段，TBHQ的作用則不是很明顯。

2.3 不同包裝材料對(duì)各劣變因子的影響

取a、b、c 3組樣品按1.2.1進(jìn)行氧化處理，考察不同材料包裝的大豆油樣品中一級(jí)氧化產(chǎn)物和二級(jí)氧化產(chǎn)物含量的變化，結(jié)果分別見圖4、圖5。

圖4 不同包裝材料對(duì)大豆油一級(jí)氧化產(chǎn)物含量的影響

由圖4可以看出，3種包裝材料對(duì)應(yīng)的組分含量的變化趨勢(shì)基本一致，其中墨綠磨砂瓶包裝(a)對(duì)大豆油氧化過(guò)程有較好的延緩效果。經(jīng)單因素ANOVA統(tǒng)計(jì)分析得出，在整個(gè)儲(chǔ)存期內(nèi)，不同包裝材料對(duì)大豆油一級(jí)氧化過(guò)程無(wú)顯著性影響(p>0.05)。

由圖5可以看出，相較白色磨砂瓶(b)和透明玻璃瓶(c)，墨綠磨砂瓶(a)裝大豆油二級(jí)氧化產(chǎn)物正構(gòu)醛、E,E-共軛二烯醛、E-共軛烯醛含量隨時(shí)間延長(zhǎng)增長(zhǎng)較慢。經(jīng)單因素ANOVA統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，墨綠磨砂瓶包裝對(duì)大豆油二級(jí)氧化過(guò)程影響顯著(p<0.05)。

綜合2.2、2.3結(jié)果可得出，避光(墨綠磨砂瓶包裝)條件雖然能夠抑制油脂一級(jí)氧化過(guò)程中的光氧化反應(yīng)，但在一級(jí)氧化階段對(duì)于自由基的鏈反應(yīng)沒有明顯的抑制作用，因此避光對(duì)于油脂的一級(jí)氧化過(guò)程抑制作用有限，而在二級(jí)氧化階段，避光包裝材料能夠比較明顯地抑制二級(jí)氧化過(guò)程中特征產(chǎn)物的含量。因此，儲(chǔ)存后期更應(yīng)該注意避光保存。

3 結(jié) 論

采用1H NMR對(duì)大豆油氧化過(guò)程中的劣變因子進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在氧化大豆油中可鑒別出5種氧化產(chǎn)物。探討了40℃下不同儲(chǔ)存環(huán)境條件下大豆油氧化過(guò)程中這5種劣變因子含量的變化規(guī)律，從而研究?jī)?chǔ)存條件對(duì)大豆油氧化過(guò)程的影響。結(jié)果表明，抗氧化劑TBHQ(0.05 g/kg)對(duì)大豆油的一級(jí)氧化過(guò)程(前期70 d內(nèi))有顯著延緩作用(p<0.05)，而避光包裝對(duì)于大豆油的二級(jí)氧化過(guò)程有顯著的延緩作用(p<0.05)。以上表明，5種劣變因子初步具備監(jiān)控大豆油品質(zhì)變化的特性，可作為今后核磁技術(shù)在大豆油品質(zhì)快速鑒別領(lǐng)域的應(yīng)用依據(jù)。