加速氧化條件對大豆油氧化穩定性的影響

馬文君,李 楊,齊寶坤,王 晶,李 丹,曹 亮,江連洲

(東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

加速氧化條件對大豆油氧化穩定性的影響

馬文君,李 楊,齊寶坤,王 晶,李 丹,曹 亮,江連洲*

(東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

本研究采用同批油料提取的水酶法大豆油、溶劑浸提大豆油與一級大豆油進行室內儲藏實驗。不同溫度(25～80℃)下儲存一定天數(0～60d)測定樣品過氧化值、共軛二烯值、共軛三稀值、p-茴香胺值以及脂肪酸組成。實驗結果表明:在相同溫度條件下,3種植物油的過氧化值有顯著區別,一級大豆油的過氧化值顯著高于水酶法大豆油和溶劑浸提大豆油;對于同一油脂在不同溫度下,溫度越高,氧化反應的活化能越小,大豆油氧化越快;油脂儲藏穩定性為溶劑浸提大豆油>水酶法大豆油>一級大豆油。

大豆油,加速氧化測試,理化性質

油脂的自動氧化會形成不穩定的氫過氧化物,隨后裂解形成次級氧化產物,如醇、醛、酮、酸、環氧化物或者聚合成聚合物,伴隨強烈的刺激性氣味,同時促進色素、香味物質和維生素等的氧化,導致油脂完全酸敗[1-2]。在室溫條件下,大豆油脂自動氧化速率相對較為緩慢,測定誘導時間耗時、耗力。因此,需要通過加速氧化測試來確定油脂的氧化誘導時間,繼而確定其氧化穩定性或者貨架期。目前常規的加速氧化測試如:Rancimat測試、AOM測試以及活性氧測試,所需的溫度至少要100℃,油脂發生反應過于劇烈,不利于油脂氧化機理的研究[3-4]。

水酶法提油技術作為一種環保提油技術,無溶劑殘留,條件溫和,能同時獲得變性程度低的蛋白、高品質的油以及其他功能性成分。當前,水酶法提取大豆油已基本完成油脂提取工藝、乳狀液破除工藝等一系列優化,并進行中試實驗[5]。然而,對水酶法提取得到的大豆油的氧化穩定性研究相對較少。

油脂因脂肪酸組成、加工方式、促氧化物質及抗氧化物質的含量不同,氧化穩定性存在差異[6]。油脂氧化穩定性直接影響著油脂的貨架壽命。對于生產廠家、批發零售商以及消費者都有重要意義。因此,油脂氧化穩定性測定需要高度重視。

本文對三種大豆油進行室內加速氧化測試,研究不同溫度、不同時間儲藏條件對油脂理化指標的變化情況,以反映油脂氧化過程,為全面認識水酶法大豆油提供了理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆片 產自吉林敦化;Protease 6L(2.4AU/g) 無錫杰能科生物工程有限公司;維生素E Sigma公司;一級大豆油(未添加抗氧化劑) 九三油脂;三氯甲烷、冰乙酸、碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉、茴香胺試劑、異辛烷、KOH等 均為分析純;飽和碘化鉀溶液(棕色瓶暗處保存)、1%淀粉溶液,現配現用。

JE-502電子天平 上海浦春計量儀器有限公司;HH-4丹瑞數顯恒溫水浴鍋 金壇市雙捷實驗儀器廠;PHS-25C數字酸度計 上海大普儀器有限公司;LGR20-W臺式高速冷凍離心機 北京京立離心機有限公司;SC-3614低速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司;BGZ-246電熱鼓風干燥箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;R205旋轉蒸發器 上海申勝生物技術有限公司;ZNCL智能恒溫磁力攪拌器 東西儀(北京)科技有限公司;1600PC紫外-可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;Agillent 6890-5973氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司;Agilent 1100高效液相色儀 美國Agilent公司。

表1 三種大豆油脂肪酸組成Table 1 Fatty acid composition of soybean oil

注:均進行至少三次實驗,在同一行中不同小寫字母代表存在顯著性,p<0.05,表2同。

1.2 實驗方法

1.2.1 水酶法提取工藝要點 經過擠壓膨化的大豆[7]經粉碎后,按料液比1∶5加入蒸餾水,置于恒溫水浴鍋中不斷的攪拌,用NaOH調節pH至8.5,加入2%的Protease 6L堿性蛋白酶,恒溫50℃下酶解3.0h后,升溫至100℃滅酶5min,最后進行離心分離(4500r/min、20min),收集上層清油。吸取乳狀液,進行冷凍解凍破乳,然后進行離心分離(10000r/min、15min),取上層清油,與第一次收集的油合并。冷凍保存。

1.2.2 溶劑浸提步驟 稱取25g大豆粉放入250mL索氏抽提器中,用300mL石油醚加熱回流6h。抽提結束后,經旋轉蒸發器回收溶劑,隨后經過真空干燥得到油脂,將所得大豆油放置在棕色玻璃瓶中,放于冰箱冷凍,用于后續實驗。

1.2.3 大豆油脂肪酸組成的測定

1.2.3.1 甲酯化反應 吸取0.2mL大豆油,加入4mL 0.5mol/L的氫氧化鈉-甲醇溶液,在65℃水浴攪拌約15min,待油滴完全消失后,再加入3mL三氟化硼-甲醇(20%,m/V)溶液,繼續反應5min,混合液加入10mL石油醚和10mL水,萃取兩次后合并石油醚層備用。

1.2.3.2 大豆油GC-MS色譜分析條件 色譜條件:色譜柱為HP-1(25m×0.2mm×0.33μm)彈性石英毛細管柱;載氣為He氣;載氣流量為1mL/min;進樣口溫度為230℃;起始柱溫60℃,保持10min,以15℃/min升溫到200℃,保持2min,再以5℃/min升溫至230℃,保持30min,汽化室溫度為230℃,燈絲延遲450s,分流比50∶1,進樣量0.2μL。

質譜條件:電離方式EI,電子能量70eV,離子源溫度200℃,質譜掃描范圍30～500a.m.u。

1.2.4 理化特性的測定 生育酚含量:采用高效液相色譜分析方法,參考Malheiro等[8]的方法;

游離脂肪酸值:參照AOCS Official Method Ca 5a-40 Free Fatty Acids[9]方法測定;

過氧化值:參照AOCS Official Method Cd 8b-90 Peroxide Value Acetic Acid Isooctane Method[10]方法測定;

磷脂含量:參照GB/T 5537-2008糧油檢驗 磷脂含量的測定 鉬藍比色法方法[11]測定;

p-茴香胺值測定:參照AOCS 2011 Cd-18-90[12]方法。

共軛二烯、共軛三稀的測定:參考IUPAC(1979),II.D.23[13]方法。

1.2.5 分析方法 每個實驗重復3次,結果表示為平均數X±SD,利用 SPSS Statistics 18.0軟件對實驗數據進行統計。

2 結果與分析

2.1 三種大豆油脂肪酸組成分析

表1給出3種大豆油的脂肪酸組成。結果表明,大豆油中不飽和脂肪酸含量超過80%,其中不飽和脂肪酸主要為單不飽和脂肪酸油酸20%左右和亞油酸50%左右。三種大豆油在脂肪酸組成上有顯著差異,水酶法大豆油的油酸(C18∶1)含量最高(22.68±0.34)%,溶劑浸提大豆油的亞油酸(C18∶2)含量最低(46.89±0.21)%,一級大豆油亞麻酸(C18∶3)含量最高(10.8±0.10)%。綜合來說,一級大豆油的不飽和脂肪酸含量最高(83.27%),其次是水酶法大豆油(81.07%)。

表2 三種大豆油理化性質Table 2 Physicochemical characteristics of soybean oil

注:均進行至少三次實驗,在同一行中不同字母代表存在顯著性,p<0.05。

與未經過精煉的水酶法大豆油和溶劑浸提大豆油相比,大豆油經過脫膠、脫色和脫臭工序后,油酸含量會在脫膠和脫色工序后有少量降低[14],而完成冬化工序后,飽和脂肪酸以結晶形式被過濾去除,相應地,不飽和脂肪酸的百分含量得到提高。

水酶法的(MUFA+PUFA)/SFA值(4.21)低于一級大豆油(5.19)和溶劑浸提大豆油(4.63),油脂的(MUFA+PUFA)/SFA值高說明油脂的不飽和程度越高,相應的油脂更容易發生氧化反應。另外,有研究表明油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)含量相對較高的大豆油脂氧化穩定性相對較好,亞麻酸(C18∶3)含量較高的油脂氧化穩定性相對較差[15]。

COX[16](Calculated Oxidizability,[1(18∶1%)+10.3(18∶2%)+21.6(18∶3%)]/100)可反映不同脂肪酸組成食用油的氧化穩定性。水酶法大豆油、溶劑浸提大豆油、一級大豆油的COX值依次為6.78、6.71、7.88。

2.2 三種大豆油脂理化性質分析

VE作為油脂內源性抗氧化劑,可以有效清除游離基。天然VE是一個混合物,它含有α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、α-生育三烯酚、β-生育三烯酚、γ-生育三烯酚、δ-生育三烯酚等八種同分異構體。本研究僅檢測了4種生育酚。從表2可以看出,加工工藝對大豆油中VE的含量有一定的影響。隨著精煉程度提高,VE的損失越多。相對于其它生育酚單體而言,α-生育酚和β-生育酚在精煉過程中更易損失[17]。大豆原料中生育酚含量為118.1～181.0mg/100g,經脫臭后生育酚的損失高達40%以上[10]。3種油脂根據生育酚含量評價其抗氧化能力按下列順序遞減,即溶劑浸提大豆油、水酶法大豆油、一級大豆油。

大豆毛油和脫膠大豆油的磷脂含量分別為1%～3%和0.32%～0.64%[18]。從表2可以看出溶劑浸提法提取大豆油的磷脂含量最高,另外兩種油脂含量差異不顯著。這主要由于一級大豆油在精煉脫膠工藝中使磷脂大量去除,而在水酶法提取油脂過程中水相介質,大量親水磷脂吸收膨脹,實現與油脂的分離。

本實驗測定三種油樣(水酶法提取、溶劑浸提法、一級大豆油)的初始過氧化值分別為2.34±0.04、3.41±0.21、(1.98±0.18)(meq O2/kg oil)。溶劑浸提法制取的大豆油的過氧化值顯著高于其他兩種油脂。油脂氧化酸敗過程中生成的氫過氧化物不穩定易分解,生成小分子的醛、酮等二級氧化產物中的不飽和醛類與p-茴香胺的縮合反應,在350nm處測定縮合生成物的吸光度即可計算醛類物質的含量。

油脂水解酸敗過程會形成游離脂肪酸,而形成的游離脂肪酸會加速油脂的氧化酸敗。水酶法提取大豆油的游離脂肪酸含量顯著低于溶劑浸提法大豆油。這主要由于在水酶法提取大豆油之前的擠壓膨化預處理會使部分脂肪酶失活。

為了充分說明油脂的氧化狀態,還測定了3種油脂的共軛二烯和共軛三稀值,分別表明油脂初級產物和次級產物的含量。本研究中3種油脂的共軛二烯和共軛三烯都相對較低,說明油脂尚未氧化。

從表2可以看出,一級大豆油經歷精煉工藝中嚴苛的操作條件,破壞了油脂中具有抗氧化能力的天然組分,使其氧化穩定能力變差[19]。而水酶法大豆油的磷脂和生育酚含量處于其他兩者油脂之間,表明其在油脂提取過程中實現了部分精煉。

2.3 加速氧化條件下對三種大豆油脂過氧化值的影響

圖1～圖3給出了三種大豆油分別在25、40、60、80℃的儲藏過程中過氧化值的變化情況。

圖1 加速氧化條件下對水酶法大豆油過氧化值的影響Fig.1 Changes in the peroxide value in EAEP soybean oil with variations in temperature during storage in the dark

圖2 加速氧化條件下對一級大豆油過氧化值的影響Fig.2 Changes in the peroxide value in first grade refined soybean oil with variations in temperature during storage in the dark

圖3 加速氧化條件下對溶劑浸提法大豆油過氧化值的影響Fig.3 Changes in the peroxide value in solvent extractied soybean oil with variations in temperature during storage in the dark

3種大豆油的過氧化值變化顯著。油脂氧化反應是一種鏈式反應,反應一發生,就會不停引發油脂氧化,生成過氧化物[20]。隨著溫度的升高、儲藏時間的延長,氫過氧化物的積累逐漸增多,過氧化值隨著儲藏時間和溫度的變化而變化。

就3種不同大豆油而言,以40℃儲藏為例,過氧化值30d變化量由高到低為一級大豆油、水酶法大豆油、溶劑浸提大豆油,分別為55.84、42.01、36.87(meq O2/kg oil)。氧化速率還與油脂精煉程度有關。溶劑浸提提取的大豆毛油中含有生育酚、磷脂及色素等抗氧化物質,大豆毛油在經過脫膠和脫臭等精煉工藝后,天然抗氧化劑含量逐漸降低,導致一級大豆油相應的抗氧化能力也隨之降低。這與先前研究的精煉過程會對茶油的過氧化值變化產生較大影響相一致[21]。水酶法大豆油過氧化值變化情況介于其他兩種大豆油之間。說明水酶法提取大豆油的氧化穩定性介于兩種大豆油。

在不同溫度條件下,同一種大豆油脂過氧化值的增長速率具有顯著差異。3種油脂在25℃條件下儲藏,其過氧化值的增長速率最小。油脂發生自動氧化時,要先后經歷誘導期和氧化期。在誘導期階段,油脂氧化反應緩慢,主要生成初級氧化產物;當油脂氧化進入氧化期后,主要生成次級氧化產物。油脂發生自動氧化從誘導期到氧化期之間時間的長短,表明油脂抵抗氧化、氧化穩定能力的強弱。

依據過氧化值的變化情況可以將氧化過程分為兩個階段,誘導期和氧化期[22],對于一級大豆油、水酶法大豆油來說,在80℃時沒有明顯的兩階段變化,主要是由于溫度較高在儲藏初期氧化反應速率很大。因此在80℃時無法判斷其誘導期。基于過氧化值確定它們的誘導期[23]分別為:水酶法大豆油在 25,40和60℃ 時為23.0、9.2、1.0d;溶劑浸提法大豆油在 25、40、60和80℃為41.5、12.0、1.8和0.4d;一級大豆油在25、40和60℃為22.5、12.0和0.8d。

2.4 加速氧化條件下對三種大豆油脂p-茴香胺值的影響

p-茴香胺值測定利用油脂氧化生成α-和β-不飽和醛在醋酸溶液中與茴香胺試劑發生反應,所形成的物質在350nm處有較強的吸收峰。反應物的顏色與反應物的結構相關,與羰基雙鍵連接的主鏈雙鍵會使摩爾吸收度增加4或5倍[24]。表3～表6給出了3種大豆油在25、40、60、80℃條件下p-茴香胺值的變化情況。在整個加速氧化過程,可以看出溫度對大豆油的品質影響較大。在測試期間,p-茴香胺值均隨溫度的升高而增加;在溫度較低的情況下(25℃),p-茴香胺值變化沒有在較高溫度下顯著,主要由于溫度的升高會增加油脂中的溶氧量,加速油脂氧化過程。p-茴香胺值有著與過氧化值相似的變化過程[25-26]。所有油樣在初始氧化階段,p-茴香胺值變化速率比較緩慢。由于p-茴香胺值檢測的是油脂次級氧化產物,氫過氧化物沒有積累到一定程度,還沒有降解產生許多醛類。隨著測試時間的延長,油脂氧化程度愈深,p-茴香胺值和過氧化值均會越來越大,氧化后期兩者的增長速率達初始階段數倍。油脂在不同時期p-茴香胺值的增長速度不同,主要由于油脂氧化生成醛類化合物的速度大于醛類分解速度,而抗氧化劑導致醛類生成物速度降低,從而導致p-茴香胺值增長速率波動變化。誘導期氧化速度低于氧化期,越到后期氧化速度越快,p-茴香胺值總體趨勢是向著增大的方向發展。到儲藏末期時,能明顯聞到油樣酸敗的氣味。

3 結論

不同加工方式提取的大豆油脂過氧化值、p-茴香胺值、游離脂肪酸、共軛二烯、共軛三烯、磷脂、生育酚類含量存在顯著差異。在加速氧化過程中,過氧化值、p-茴香胺值的變化量存在顯著差異,表明不同加工方式制取的油脂氧化穩定性不同。

表3 在25℃儲藏不同時間對大豆油p-茴香胺值的影響Table 3 Effect of different storage time on the p-anisidine value of soybean oil at 25℃

注:均進行至少三次實驗,小寫字母代表在同一行中不同字母代表存在顯著性,p<0.05,大寫字母代表在同一列中不同字母代表存在顯著性,p<0.05,表4～表6同。

表4 在40℃儲藏不同時間對大豆油p-茴香胺值的影響Table 4 Effect of different storage time on the p-anisidine value of soybean oil at 40℃

表5 在60℃儲藏不同時間對大豆油p-茴香胺值的影響Table 5 Effect of different storage time on the p-anisidine value of soybean oil at 60℃

表6 在80℃儲藏不同時間對大豆油p-茴香胺值的影響Table 6 Effect of different storage time on the p-anisidine value of soybean oil at 80℃

雖然溶劑浸提法提取的大豆油的初始理化指標要顯著高于其他兩種油脂,但在整個儲藏過程,過氧化值的增長速率及變化量顯著低于其他兩種油脂,表明其具有較強的氧化穩定性。一級大豆油經過精煉工藝后,其初始理化指標顯著優于其他兩種油脂,但在加速氧化過程中過氧化值變化劇烈,增長速率顯著高于其他兩種油脂;水酶法大豆油的p-茴香胺值顯著高于其他兩種油脂,表明其需要適當的脫臭過程。

綜合來說,水酶法提取大豆油的初始氧化指標和過氧化值介于兩者之間,具有一定的抗氧化能力。不同的加工工藝會引起脂肪酸組成及微量抗氧化成分含量差別,繼而導致大豆油的氧化穩定性的差異。

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Effect of accelerated oxidation conditionson the oxidative stability of soybean oil

MA Wen-jun,LI Yang,QI Bao-kun,WANG Jing,LI Dan,CAO Liang,JIANG Lian-zhou*

(College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

The effects of temperature on the oxidation of enzyme-assisted aqueous extraction processing(EAEP)soybean oil,hexane-extracted soybean oil and refined soybean oil were investigated. All oils were stored at 25～80℃ for 0～60 day,respectively. Degree of oxidation was measured in terms of peroxide value(POV),p-anisidine value(pAV),conjugated dienes,conjugated trienes and fatty acids composition. The results showed that the rates of increase in POV of all oils were strongly dependent on storage temperature. And the oxidation stability of first degree soybean oil was worst for its significantly higher than the others. The induction period(IP)decreased gradually with increasing storage temperature in both oils. The storage stability of oils follow:solvent extraction of soybean oil>EAEP of soybean oil>the first grade soybean oil.

soybean oil;oxidative stability;oil quality

2014-08-07

馬文君(1990-),女,碩士研究生,研究方向:糧食、油脂及植物蛋白工程。

*通訊作者:江連洲(1960-),男,博士,教授,研究方向:糧食、油脂及植物蛋白工程。

國家高技術研究發展計劃(863計劃)(2013AA102104)。

TS221

A

1002-0306(2015)13-0076-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.007