冷榨胡麻油在加速氧化過(guò)程中品質(zhì)變化的研究

孫雪蓮，張 波，魏長(zhǎng)慶，劉文玉，羅 鵬，萬(wàn)銀松

(石河子大學(xué)食品學(xué)院；新疆植物藥資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，石河子 832000) (隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院核桃研究所2，隴南 746000)

胡麻(Linumusitatissimum)，又稱亞麻，為一年生草本植物。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)提供的數(shù)據(jù)顯示[1]，2018年世界胡麻產(chǎn)量約318萬(wàn)t，中國(guó)約為36萬(wàn)t。我國(guó)胡麻種植主要分布在甘肅、新疆、寧夏等西北省份，占全國(guó)總產(chǎn)量的90%以上，是我國(guó)食用植物油的主要來(lái)源之一[2]。胡麻油因其α-亞麻酸(50%～60%)，生育酚(20～70 mg/100 g)和類胡蘿卜素(約57 mg/kg)的含量異常高而聞名，因此被認(rèn)為是一種極具營(yíng)養(yǎng)保健作用的功能性油脂[3]。胡麻油的制備方法主要有冷壓榨法、有機(jī)溶劑提取法和超臨界CO2萃取法等[4]。冷榨油是一種在低于溫度60 ℃條件下，通過(guò)機(jī)械物理作用直接擠壓生產(chǎn)的植物油。

目前檢測(cè)油脂穩(wěn)定性的方法主要有Schaal烘箱法、Rancimat法和差示掃描熱量法(DSC)等[5-7]。Schaal烘箱法是一種烘箱存儲(chǔ)測(cè)試，在60 ℃的黑暗環(huán)境中用盡可能少的氧化油進(jìn)行，該方法與實(shí)時(shí)穩(wěn)定性研究顯示出良好的相關(guān)性[8]。DSC法用于工業(yè)油的研究較多，用于植物油氧化穩(wěn)定性的研究相對(duì)較少；Rancimat法在高溫下進(jìn)行，會(huì)使反應(yīng)復(fù)雜化，一些本無(wú)抗氧化活性的物質(zhì)具有了抗氧化活性，對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性產(chǎn)生影響；Schaal烘箱法雖耗時(shí)長(zhǎng)，但其能監(jiān)測(cè)油脂在氧化期間的實(shí)時(shí)變化情況，數(shù)據(jù)來(lái)源更加可靠。

本研究以冷榨胡麻油為研究對(duì)象，采用傳統(tǒng)的Schaal烘箱法，探討冷榨胡麻油加速氧化過(guò)程中脂肪酸、生育酚、甾醇等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的變化和過(guò)氧化值、酸價(jià)、共軛值等理化指標(biāo)的變化，以及結(jié)合主成分分析法，了解冷榨胡麻油氧化過(guò)程中相關(guān)指標(biāo)的變化規(guī)律，從而探索其氧化穩(wěn)定性，為提高胡麻油品質(zhì)及延長(zhǎng)保藏時(shí)間提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡麻籽、37種混合脂肪酸甲脂標(biāo)準(zhǔn)品(α、γ、δ-生育酚)；石油醚、氯化鈉、無(wú)水乙醇、氫氧化鉀、冰乙酸、酚酞、碘化鉀、硫代硫酸鈉、環(huán)己烷、異辛烷等均為分析級(jí)試劑；正己烷、甲醇、正庚烷、四氫呋喃等均為色譜級(jí)試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

QP2010-Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，5810R高速冷凍離心機(jī)，101A-2B型電熱鼓風(fēng)干燥箱，Agilent 1100高效液相色譜儀，PerkinElmer 紅外光譜儀，1600PC紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)。

1.3 方法

1.3.1 冷榨胡麻油樣品的制備

將胡麻籽樣品用粉碎機(jī)稍做粉碎，運(yùn)輸?shù)娇煽販氐穆輻U榨油機(jī)內(nèi)，在溫度60 ℃條件下壓榨提取即得冷榨胡麻油，然后將冷榨油離心除去沉淀，裝入20 mL的棕色樣品瓶中，避光低溫保存。

1.3.2 Schaal烘箱法加速氧化實(shí)驗(yàn)

將冷榨離心后的胡麻油樣置于棕色廣口瓶中，并在(60±1) ℃條件下于電熱鼓風(fēng)干燥箱中分別儲(chǔ)藏0、4、8、12、16、20、24、28 d。每隔1 d對(duì)其進(jìn)行攪拌，并更換在烘箱中的位置，在全部指標(biāo)測(cè)定完成前所有樣品均需儲(chǔ)藏在-20 ℃冰箱中。根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式，烘箱法的1 d相當(dāng)于常溫20 ℃條件下貯藏1個(gè)月[9]，計(jì)算產(chǎn)品的貨架期。

1.3.3 理化指標(biāo)的測(cè)定

過(guò)氧化值(PV)測(cè)定參照GB 5009.227—2016《食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》中的硫代硫酸鈉滴定法，以mmol/kg表示；酸價(jià)(AV)測(cè)定參照GB 5009.229—2016《食品中酸價(jià)的測(cè)定》的方法，以mgKOH/g表示；茴香胺值(p-AV)測(cè)定參照GB/T 24304—2009《動(dòng)植物油脂茴香胺值的測(cè)定》的方法。丙二醛的測(cè)定參考文獻(xiàn)[10]，采用液相色譜法測(cè)定。

共軛值的測(cè)定參照文獻(xiàn)[11，12]，將加速氧化的冷榨胡麻油樣品溶于10 mL的環(huán)己烷中，配成質(zhì)量濃度為0.02～0.04 g/L的溶液，在233、268 nm下分別測(cè)定吸光度。根據(jù)公式計(jì)算：

式中:A為測(cè)定的吸光度；b為吸光池光程，取1 cm；ρ為油脂溶液質(zhì)量濃度/g/L。

1.3.4 營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的測(cè)定

脂肪酸測(cè)定采用氣相色譜連用質(zhì)譜法[13]。生育酚測(cè)定采用高效液相色譜法，外標(biāo)法定量[14]。甾醇測(cè)定采用液相色譜法，外標(biāo)法定量[15]。角鯊烯測(cè)定采用氣相色譜法，外標(biāo)法定量[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)定3個(gè)平行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行初步整理與計(jì)算，試驗(yàn)圖用Origin 9.0和Unscrambler v 9.7軟件繪制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果均用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。試驗(yàn)數(shù)值間用SPSS19.0的ANOVA法進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性水平設(shè)置為P<0.05。Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)用r表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷榨胡麻油在加速氧化中理化指標(biāo)的變化

2.1.1 過(guò)氧化值和酸價(jià)的變化

不同加熱時(shí)間下冷榨胡麻油PV和AV的變化如圖1所示，在整個(gè)加速氧化過(guò)程中，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，PV和AV都呈上升趨勢(shì)，表明冷榨胡麻油的氧化程度加深。AV的增加是由于油在加熱后甘油三酸酯的水解，產(chǎn)生了游離脂肪酸；PV的增加歸因于脂質(zhì)氫過(guò)氧化物的形成[17]。在加速氧化的第0天時(shí)，冷榨胡麻油過(guò)氧化值和酸價(jià)分別為0.56 mmol/kg和0.77 mgKOH/g，加熱至第28天時(shí)分別增加到11.08 mmol/kg和3.7 mgKOH/g。根據(jù)GB 2716—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)植物油》對(duì)于食用植物油品質(zhì)指標(biāo)的規(guī)定，過(guò)氧化值和酸價(jià)分別不超過(guò)0.25 g/100 g(10 mmol/kg)、3 mgKOH/g，說(shuō)明了冷榨胡麻油在加速氧化的后期油脂劣變比較嚴(yán)重。由此可見(jiàn)，冷榨胡麻油在儲(chǔ)存的前24 d內(nèi)品質(zhì)良好，未超出規(guī)定限量標(biāo)準(zhǔn)。

注：不同字母表示具有顯著性差異(P<0.05)，余同。圖1 加速氧化期間冷榨胡麻油PV和AV的變化

2.1.2 茴香胺值和丙二醛含量的變化

不同加熱時(shí)間下冷榨胡麻油p-AV和丙二醛的變化如圖2所示，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，p-AV和丙二醛呈上升趨勢(shì)，表明氧化程度加深。第0天時(shí)的p-AV為2.12，在加熱至第28天時(shí)上升至111.98，原因是冷榨胡麻油的初級(jí)氧化產(chǎn)物在高溫下極其不穩(wěn)定，在氧化初期會(huì)進(jìn)一步分解為二次氧化產(chǎn)物，醛類化合物高速累積；氧化8～12 d期間，醛類化合物的分解速度增加導(dǎo)致p-AV增加緩慢；氧化12～28 d期間，p-AV又迅速上升，原因可能是醛類化合物的合成速率高于分解速率。氧化第0天時(shí)丙二醛的含量為0.06 mg/kg，但在第12天時(shí)，含量有所減小，原因可能是油脂生成的氫過(guò)氧化物又進(jìn)一步分解生成了其他的醛類及有機(jī)酸等物質(zhì)。隨后其含量顯著增加，在氧化第28天時(shí)，含量高達(dá)3.54 mg/kg，胡麻油中丙二醛含量共增加了3.48 mg/kg。通常認(rèn)為，丙二醛是通過(guò)含有至少3個(gè)雙鍵的脂肪酸(過(guò)氧化氫環(huán))內(nèi)過(guò)氧化物的分解形成的[18]。

圖2 加速氧化期間冷榨胡麻油中丙二醛和p-AV的變化

2.1.3 共軛值的變化

多不飽和脂肪酸在形成氫過(guò)氧化物的過(guò)程中雙鍵會(huì)發(fā)生重排，形成共軛二烯和共軛三烯結(jié)構(gòu)[10]，其中共軛二烯主要在氧化初始階段形成，共軛三烯則與次級(jí)氧化產(chǎn)物、亞油酸和亞麻酸的降解有關(guān)。冷榨胡麻油在加速氧化過(guò)程中共軛值變化如圖3所示，在加速氧化的前16 d內(nèi)，共軛二烯和共軛三烯值緩慢上升，這可能與冷榨胡麻油富含抗氧化活性物質(zhì)有關(guān)[19]。在加速氧化的16～20 d內(nèi)，共軛二烯值迅速下降，主要由于在氧化的早期階段，不飽和脂肪酸之間形成共軛結(jié)構(gòu)，反應(yīng)以氫過(guò)氧化物的形成為主，而到了中后期則以氫過(guò)氧化物的分解為主，當(dāng)油脂氧化到一定程度時(shí)氫過(guò)氧化物形成醛和酮，其分解速度大于形成的速度，導(dǎo)致共軛二烯的減少；而此時(shí)的共軛三烯值卻迅速上升顯著(P<0.05)，共軛三烯的增加可能是由共軛二烯脫水產(chǎn)生的[20]。在加速氧化的20～24 d內(nèi)，共軛三烯值顯著下降(P<0.05)，可能與冷榨胡麻油中的亞油酸和亞麻酸含量相關(guān)。在加速氧化后期第28天時(shí)，共軛二烯和共軛三烯含量分別增加至66.63、9.13 mmol/kg。

圖3 加速氧化期間冷榨胡麻油共軛值的變化

2.2 冷榨胡麻油在加速氧化中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的變化

2.2.1 脂肪酸的變化

脂肪酸的組成是衡量植物油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，同時(shí)也影響著植物油的穩(wěn)定性。從實(shí)驗(yàn)在新鮮油(0 d)中共檢出13種脂肪酸，含量從高到低依次為α-亞麻酸、油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、二十二烯酸、花生烯酸，其中不飽和脂肪酸占總脂肪酸的87.44%。不飽和脂肪酸中含量最高的是α-亞麻酸，占總脂肪酸比例的50.91%。由圖4可知，在不飽和脂肪酸中，α-亞麻酸在加熱條件下相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)，共減少了16.28%，而亞油酸基本保持不變，油酸則呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能是由于油酸是單不飽和脂肪酸，另一種可能就是多不飽和脂肪酸氧化成單不飽和脂肪酸的速率大于單不飽和脂肪酸氧化成飽和脂肪酸的速率[21]；而飽和脂肪酸中，硬脂酸和棕櫚酸的相對(duì)含量隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而有所上升。其原因是飽和脂肪酸穩(wěn)定性高于不飽和脂肪酸，并且不飽和脂肪酸在持續(xù)加熱條件下，大部分轉(zhuǎn)變成了飽和脂肪酸[22]。

圖4 加速氧化對(duì)冷榨胡麻油中主要脂肪酸含量的影響

2.2.2 生育酚的變化

生育酚是一種天然的抗氧化劑，可以通過(guò)抑制自由基反應(yīng)或清除氧來(lái)延緩油脂的氧化速度，從而提高油脂的穩(wěn)定性。表1顯示了冷榨胡麻油在60 ℃加速氧化過(guò)程中生育酚含量的變化，共檢測(cè)到了3種構(gòu)型的生育酚(α、γ、δ)，其中以γ-生育酚為主，含量高達(dá)473.93 mg/kg，約占總生育酚含量的82.34%；其次是α-生育酚和δ-生育酚，含量分別為69.99、31.64 mg/kg，這與文獻(xiàn)[23]所報(bào)道的結(jié)果基本一致。冷榨胡麻油在加速氧化過(guò)程中3種生育酚的含量都顯著下降(P<0.05)，其中α-生育酚的含量在8 d后就無(wú)法檢測(cè)出，原因可能是其含量低于了儀器的檢測(cè)限度，而δ-生育酚和γ-生育酚的含量則在前8 d內(nèi)緩慢下降；當(dāng)α-生育酚被消耗完時(shí)，δ-生育酚和γ-生育酚的含量顯著下降(P<0.05)，說(shuō)明在冷榨胡麻油樣品中當(dāng)α-生育酚的含量較高時(shí)，δ-生育酚和γ-生育酚穩(wěn)定性較強(qiáng)。已報(bào)道生育酚的供氫能力依次為：α-生育酚>β-生育酚>γ-生育酚>δ-生育酚[24]。因此，高含量的α-生育酚和β-生育酚的存在構(gòu)成了植物油的抗氧化保護(hù)因素，橄欖油在60 ℃氧化條件下生育酚含量的變化也得出了相類似的結(jié)論[25]。

表1 加速氧化期間冷榨胡麻油生育酚含量的變化

2.2.3 甾醇和角鯊烯的變化

植物甾醇具有抗癌、降低膽固醇和預(yù)防冠狀動(dòng)脈硬化等生理功能；角鯊烯是一種從海洋生物中提取的三十碳直鏈烴類甾體化合物，主要來(lái)源于深海鯊魚肝油，曾被用作皮膚潤(rùn)膚劑[26]。如表2所示，本研究對(duì)冷榨胡麻油中在加速氧化期間的3種植物甾醇(β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇)和角鯊烯進(jìn)行了定量分析。在確定的植物甾醇中，β-谷甾醇是主要成分，其含量為181.38 mg/100 g，約占植物甾醇總量的59.25%，其次是菜油甾醇和豆甾醇。在加速氧化的0～ 28 d期間，冷榨胡麻油中β-谷甾醇，菜油甾醇和豆甾醇的含量都有一定程度的下降，分別減少了約22.09%、32.72%、34.26%，其中β-谷甾醇在加速氧化過(guò)程中的損失率較低，而豆甾醇損失率較高，說(shuō)明豆甾醇的穩(wěn)定性較差。但與生育酚相比，植物甾醇在加速氧化過(guò)程中的穩(wěn)定性較強(qiáng)。雖然在植物油中甾醇可以發(fā)揮抗氧化劑的作用，但在長(zhǎng)時(shí)間加熱條件下其本身含量會(huì)由于發(fā)生降解而減少[27]。冷榨胡麻油中角鯊烯的含量在加速氧化過(guò)程中顯著降低，在第0天時(shí)其含量最高，為27.34 mg/kg。與第0天時(shí)相比，在氧化第28天時(shí)，角鯊烯含量為11.93 mg/kg，損失了43.63%。雖然氧化胡麻油中角鯊烯含量變化的機(jī)理尚未闡明，但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，加熱氧化可以降低冷榨胡麻油中角鯊烯的含量。

表2 加速氧化期間冷榨胡麻油中植物甾醇和角鯊烯含量的變化

2.3 冷榨胡麻油在加速氧化中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與理化指標(biāo)的相關(guān)性分析

冷榨胡麻油在加速氧化中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與理化指標(biāo)相關(guān)性結(jié)果見(jiàn)表3。飽和脂肪酸的含量與理化指標(biāo)呈正相關(guān)(r為0.897～0.961，P<0.01)。不飽和脂肪酸含量與理化指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)(r為-0.976～-0.920，P<0.01)。生育酚含量與過(guò)氧化值、茴香胺值，丙二醛、共軛二烯值、共軛三烯值均呈負(fù)相關(guān)。甾醇含量與酸價(jià)、茴香胺值、丙二醛、共軛二烯值、共軛三烯值均呈負(fù)相關(guān)；與過(guò)氧化值呈正相關(guān)。角鯊烯含量與酸價(jià)、茴香胺值、丙二醛、共軛二烯值、共軛三烯值均呈負(fù)相關(guān)；與過(guò)氧化值呈正相關(guān)。研究結(jié)果說(shuō)明了冷榨胡麻油氧化程度的加深促進(jìn)了其中有益伴隨物的降解和消耗。

2.4 冷榨胡麻油在加速氧化中品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

為了綜合評(píng)價(jià)冷榨胡麻油在加速氧化過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和理化指標(biāo)隨氧化時(shí)間延長(zhǎng)的變化情況，利用主成分分析(PCA)，得到的結(jié)果見(jiàn)圖5，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為98%和2%，能夠很好地反映出不同氧化時(shí)期冷榨胡麻油樣品品質(zhì)變化的整體信息。從樣品之間的距離對(duì)比可知，冷榨胡麻油的氧化過(guò)程可分為3個(gè)階段，第1階段為0～8 d，第2階段為12～20 d，第3階段為24～28 d。0～8 d時(shí)期的冷榨胡麻油的氧化可能處于自動(dòng)氧化的鏈引發(fā)階段，各理化指標(biāo)未發(fā)生明顯變化；12 d以后過(guò)氧化值等指標(biāo)急速上升，與文獻(xiàn)[28]報(bào)道的結(jié)果相一致，說(shuō)明此時(shí)處于自動(dòng)氧化的鏈增殖階段，氧化值迅速上升是由于初級(jí)代謝產(chǎn)物快速累積造成；24 d后過(guò)氧化值等指標(biāo)逐漸穩(wěn)定，說(shuō)明油脂的氧化進(jìn)入鏈終止階段，且生成的氫過(guò)氧化物降解與生成速率逐漸趨于平衡。

表3 加速氧化期間冷榨胡麻油營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與理化指標(biāo)的相關(guān)性分析

圖5 不同氧化時(shí)期冷榨胡麻油的主成分分析

3 結(jié)論

在避光條件下，采用Schaal烘箱法連續(xù)加熱冷榨胡麻油28 d，通過(guò)測(cè)定理化指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)成分的變化，分析了冷榨胡麻油在加速氧化過(guò)程中品質(zhì)變化規(guī)律。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，過(guò)氧化值、酸價(jià)、茴香胺值等理化品質(zhì)指標(biāo)都呈上升趨勢(shì)，但在加速氧化20 d(相當(dāng)于常溫20個(gè)月)內(nèi)，過(guò)氧化值(5.85 mmol/kg)和酸價(jià)(1.6 mgKOH/g)均未超出GB 2716—2018對(duì)食用植物油的限定標(biāo)準(zhǔn)；而冷榨胡麻油中主要不飽和脂肪酸(α-亞麻酸、β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和角鯊烯)含量下降，生育酚的含量顯著下降，其中α-生育酚的含量在8 d后則無(wú)法檢出。采用主成分分析法評(píng)價(jià)品質(zhì)指標(biāo)隨氧化時(shí)間增長(zhǎng)的變化情況，可將冷榨胡麻油的氧化過(guò)程分為3個(gè)階段：第1階段(0～8 d)，第2階段(12～20 d)，第3階段(24～28 d)。冷榨胡麻油在加速氧化20 d內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性，但從有益伴隨物的角度分析其在氧化8 d內(nèi)適合儲(chǔ)藏。