溫度對水酶法大豆油氧化穩(wěn)定性影響

李 楊,馬文君,齊寶坤,王 晶,李 丹,曹 亮,江連洲

(東北農業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

溫度對水酶法大豆油氧化穩(wěn)定性影響

李 楊,馬文君,齊寶坤,王 晶,李 丹,曹 亮,江連洲*

(東北農業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

本文以水酶法提取的大豆油為原料,在不同溫度、時間條件下,以大豆油的過氧化值、p-茴香胺值、共軛二烯、共軛三烯值為評價指標,評價其氧化穩(wěn)定性?；谶^氧化值變化確定氧化誘導時間IP,通過阿倫尼烏斯方程得到水酶法大豆油的活化能。結果表明:隨著時間的延長水酶法大豆油的過氧化值、p-茴香胺值、共軛二烯、共軛三烯值均增大,其中在60℃條件下過氧化值與儲藏時間呈顯著相關;水酶法大豆油的活化能為72.10kJ/mol。水酶法大豆油在儲藏過程中要注意低溫保藏。

大豆油,溫度,誘導期,氧化穩(wěn)定性

油脂中不飽和脂肪酸與氧氣發(fā)生反應是導致食品劣變主要原因之一。人們長期食用氧化的油脂,由于其富含自由基,將會促發(fā)癌癥的產生[1]。油脂氧化產物主要包括氧化初級產物和氧化次級產物[2]。溫度在評價油脂氧化程度中起到重要作用,它決定氧化初級產物氫過氧化物的裂解程度[3]。氫過氧化物裂解形成次級氧化產物使得食物產生不良風味如哈喇味。目前,沒有一個標準方法可以說明油脂在氧化過程中發(fā)生的變化[4]。因此,要從整體評價油脂氧化狀態(tài)必須同時分析油脂初級和次級氧化產物。在正常情況下,油脂由誘導期到氧化期的時間較長,測定誘導時間耗時耗力,一般采用加速氧化的方法,測定油脂的誘導時間來說明其氧化穩(wěn)定性。

水酶法提油是通過機械破碎破壞油料的子葉細胞或脂蛋白、脂多糖的復合結構,經過酶解,使得油脂從中釋放出來,基于油相與水相密度差異及不相溶性,用物理方式將其分離[5]。具有安全性高,無溶劑殘留,條件溫和等優(yōu)勢;能夠同時得到變性程度較低的蛋白質、高品質的油脂以及其他功能成分[6]。對于水酶法提取的大豆油,其儲藏穩(wěn)定性尚未研究,國內至今還是空白。因此,本研究通過測定在不同溫度和不同時間影響下的水酶法大豆油的過氧化值、p-茴香胺值、共軛二烯值、共軛三烯值的變化,確定其反應活化能。了解溫度對其氧化穩(wěn)定性的影響,為選擇合理的貯存方式提供實驗依據,從而為水酶法提取大豆油的全面認識提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆片 產自吉林敦化;Protex 6L 無錫杰能科生物工程有限公司。

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(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;R205 旋轉蒸發(fā)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;WSL-2 羅維朋比色計 浙江托普儀器有限公司;Agillent 6890-5973 氣相色譜-質譜聯(lián)用儀美國安捷倫公司。

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[8]經粉碎后,按料液比1∶5(g/mL)加入蒸餾水,置于恒溫水浴鍋中不斷的攪拌,用NaOH調節(jié)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 水酶法提大豆油的工藝流程圖

1.2.3 儲藏條件對水酶法大豆油氧化穩(wěn)定性的影響 采用Schaal 烘箱法進行加速氧化測試。所有油樣均不加任何抗氧化劑或增效劑。稱取50g的大豆油,放入100mL敞口燒杯,置于恒溫烘箱內。在25、40、60和80℃黑暗條件下分別儲藏60、30、12和6d。定時攪拌,每隔一定時間測定其理化指標。

1.2.4 過氧化值測定 參考Pegg方法測定[8]。準確稱量樣品0.3g,溶解在9.9mL氯仿∶甲醇(7∶3v/v)中,然后加入50.0μL,10mmol/L的二甲酚橙和50.0μL的氯化亞鐵溶液。將上述混合溶液在室溫下靜置5min,在5℃,1000×g下離心5min,上清液用紫外可見分光光度計在560nm下測定吸光度。用三氯化鐵溶液作為標準曲線,過氧化值表示毫克當量,計算公式如下:

其中:As-樣品的吸光度;Ab-空白的吸光度;Mi-三氯化鐵標準曲線斜率的倒數;W-樣品的質量;55.84-鐵的原子量(g/mol)。

1.2.5 p-茴香胺值測定 參考AOCS 2011 Cd-18-90方法[9]。稱量2g油樣置于25mL容量瓶中,用異辛烷溶解并稀釋到刻度成為未反應溶液,用異辛烷溶劑作空白。吸取未反應溶液5mL置于帶塞試管中,另一試管加入5mL異辛烷溶劑,分別加入1mL 0.25%(w/v)甲氧基苯胺乙酸溶液,振搖后靜置10min,在350nm處分別測定上述溶液吸光度Ab和As。按下式計算p-茴香胺值:

其中:As-加入甲氧基苯胺試劑后油脂樣品的吸光度;Ab-未加入甲氧基苯胺試劑的油脂樣品的吸光度;m-油脂樣品的質量,g。

1.2.6 共軛二烯、共軛三烯的測定 參考IUPAC(1979),II.D.23方法[10]。稱取待測樣品約0.05～0.25g,準確稱至0.0001g,置于25mL容量瓶中。用異辛烷溶解并稀釋到刻度,用異辛烷溶劑作空白,使用分光光度計測定在232、270nm的吸光度。按下式計算共軛二烯、共軛三烯值:

其中:E-紫外吸光度以濃度1g/100mL(1%)10mm比色皿波長λ測得吸光度表示;A(λ)-波長λ下試樣吸光度;?-測試溶液樣品的濃度,單位為克每100毫升(g/100mL)。

1.2.7 數據統(tǒng)計與分析 所有的實驗至少進行3次實驗,利用SPSS Statistics 18.0軟件對實驗數據進行統(tǒng)計,采用Tukey’s 檢驗進行差異顯著性分析;并進行油樣的品質指標與加熱時間的相關性分析和回歸分析;應用Origin 8.5 進行作圖。

2 結果與分析

2.1 儲藏溫度和時間對水酶法大豆油過氧化值的影響

在油脂自動氧化過程,會先經歷緩慢的誘導期,然后是反應劇烈的氧化期。在誘導期會形成初級氧化產物(過氧化物),過氧化值(POV)可以定量反應油脂氧化生成氫過氧化物的多少,可以說明油脂品質的高低[11]。從表1中可以看出,水酶法大豆油在25、40、60、80℃時,隨著儲藏時間的增長過氧化值逐漸升高。儲藏溫度越高,大豆油的過氧化值增長速率也逐漸增大。在25℃條件下儲藏60d的變化幅度較低?？梢哉f明溫度對油脂的氧化穩(wěn)定性具有很大影響,溫度越高,越容易導致自氧化而產生劣變,因此,水酶法大豆油應在較低的溫度下儲藏。

表1 不同溫度和受熱時間下水酶法大豆油過氧化值的測定結果(meqO2/kg)Table 1 Results of EAEP soybean oil POV under different temperatures and heated times(meqO2/kg)

利用表1中的實驗數據,對自變量 x(儲藏時間)和因變量 y(過氧化值)進行一元線性回歸分析,得直線回歸方程,再將各方程進行顯著性檢驗,結果見表2。由方程的顯著性檢驗結果可知:過氧化值與儲藏時間有一定的相關性,相對而言,在60℃儲藏時,具有更高的相關性。

表2 回歸方程檢驗結果Table 2 Tests results of the regression equation

2.2 水酶法大豆油的氧化動力學曲線

油脂在自動氧化過程中會經歷誘導期和氧化期,分別生成初級氧化產物(過氧化物)和次級氧化產物(醛、酮等)。誘導期反應相對較為緩慢,主要為氫過氧化物的積累過程。誘導期后的氧化期,過氧化值會迅速升高,油脂品質開始下降[12]。油脂自動氧化過程中誘導期大氧化期之間時間的長短可以表明油脂氧化穩(wěn)定性。

根據經典阿倫尼烏斯(Arrhenius)公式,反應速率常數k與溫度T之間的關系如下:

ln k=ln k0-Ea/R(1/T)(k,k0,Ea,R,T分別為反應速率常數、指錢因子、活化能J/mol、氣體常數8.314 J/K/mol、絕對溫度)。根據曲線的斜率、截距可以確定活化能和指前因子。根據誘導期,計算反應活化能需對先前公式進一步變形,ln IP=ln kIP-EaIP/R(1/T)(kIP為指前因子)。

由表1計算可知水酶法大豆油在 25、40和60℃ 時的誘導期IP為22.9、8.9、1.1d。由圖1可知大豆油的ln IP和1/T曲線具有較強的線性回歸(R2=0.9734)。根據阿倫尼烏斯方程計算水酶法大豆油的反應活化能Ea分別為72.10 kJ/mol,略低于一級大豆油的活化能73.64 kJ/mol[13]。

圖1 ln IP和1/T阿倫尼烏斯擬合曲線Fig.1 Arrhenius plot of natural log of the induction period (Ln IP)versus inverse absolute temperature(1/T)

2.3 儲藏溫度和時間對水酶法大豆油p-茴香胺值的影響

在氧化過程中,由于過氧化物的進一步降解,僅測定過氧化值并不能充分說明油脂氧化情況。因此,需要測定油脂的二級氧化產物。p-茴香胺值可以確定油脂二級氧化產物中不飽和羰基化合物尤其是α-不飽和醛含量的多少。其原理是基于醛中的羰基與p-茴香胺中的氨基發(fā)生反應,所形成的物質在350nm處有較強的吸收峰[14-15]。

分別對貯存在不同儲藏條件下的大豆油的茴香胺值進行測定,結果如表3所示。p-茴香胺值具有與過氧化值相似的變化規(guī)律,在較高溫度下儲藏,p-茴香胺值變化速率較快,上升程度較高。說明大豆油的p-茴香胺值與儲藏時間的長短、儲藏溫度的高低相關。另外,水酶法提取的大豆油沒有經過精煉過程,含有較高的水分和揮發(fā)物質,導致其具有較高p-茴香胺值[16]。由于茴香胺值反映的是一級產物的降解情況,隨著儲藏溫度的升高,氫過氧化物降解速率提高,p-茴香胺值提高。因此,在25℃儲藏的大豆油的茴香值變化沒有其他溫度條件下變化的明顯(p<0.01)。但整體上p-茴香胺值都處于增長狀態(tài)。

表3 不同溫度和受熱時間下水酶法大豆油p-茴香胺值的測定結果Table 3 Results of EAEP soybean oil PAV under different temperatures and heated times

2.4 加速氧化實驗對共軛二烯、共軛三烯值的影響

圖2給出的是水酶法大豆油在60℃的烘箱內加速氧化24d,每隔4d測定共軛二烯(CD)、共軛三烯值(CT)(0～24d)的結果。多不飽和脂肪酸在自動氧化過程中與氧氣接觸時會伴隨著雙鍵的重排,非共軛雙鍵會異構化生成較為穩(wěn)定的共軛雙鍵,形成共軛二烯、共軛三稀。這類化合物相對較穩(wěn)定,在紫外區(qū)域230nm和268nm有較強吸收峰,通過測定它們的吸光度可以確定油脂的氧化程度[17]。共軛二烯主要在氧化初始階段形成,共軛三烯則與次級氧化產物、亞油酸和亞麻酸的降解有關[18]。從圖2可知,從數值上看,共軛三烯要遠遠低于共軛二烯值,這主要與大豆油中亞油酸含量有關。在儲藏初期共軛二烯值緩慢增長,隨后增長速率加快。當共軛二烯的形成速率及其降解速率達到平衡時,增長速率最小。共軛二烯值與過氧化值變化趨勢較為相似。

圖2 加速氧化實驗對共軛二烯、共軛三烯值的影響Fig.2 Determination of absorptivity at 232nm and 268nm of EAEP soybean oil during oven test

3 結論

儲藏溫度高低與受熱時間的長短都會影響水酶法大豆油的氧化穩(wěn)定性,其中尤以溫度高低的影響最為顯著,溫度越低,大豆油發(fā)生自動氧化程度越低,越有利于油脂的保藏。在儲藏水酶法大豆油時,應在較低溫度下避光保存。在本實驗條件下,不添加任何抗氧化劑和增效劑的水酶法大豆油的活化能為72.10kJ/mol。

[1]Naz S,Siddiqi R,Sheikh H. Deterioration of olive,corn and soybean oils due to air,light,heat and deep-frying[J]. Food Research International,2005,38(2):127-134.

[2]Bansal G,Zhou W,Barlow J. Review of rapid tests available for measuring the quality changes in frying oils and comparison with standard methods[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2010,50(6):503-514.

[3]Saguy S,Dana D. Integrated approach to deep fat frying:engineering,nutrition,health and consumer aspects[J].Journal of Food Engineering,2003,56(2):143-152.

[4]Choe E,Min DB. Mechanisms and factors for edible oil oxidation[J].Comp Rev Food Sci Food Safety,2006,5:169-186.

[5]張霜玉,王瑛瑤,陳光,等. 水酶法從油菜籽中提取油及水解蛋白的研究[J]. 中國油脂,2009,34(1):30-33.

[6]齊寶坤,江連洲,李楊,等. 擠壓膨化后微體化預處理水酶法提取大豆油脂工藝研究[J].食品工業(yè)科技,2012,33(21):196-200.

[7]張雅娜,王妍,王歡,等. 加熱對大豆油品質特性的影響[J]. 食品工業(yè)科技,2013,34(23):77-83.

[8]Pegg,R B. Measurement of primary lipid peroxidation products(D2.1.1-D2.1.15). In R. E. Wrolsted(Ed.),Current protocols in food analytical chemistry[M]. New York:John Wiley & Son Inc,2001.

[9]American Oil Chemists’ Society(AOCS). Official and recommended practices of the American Oil Chemists Society,5th edn. AOCS Press,Champaign,1997.

[10]IUPAC(1979). Standard methods for the analysis of oils and fats and derivatives. Toronto,Canada:Pergamon Press.

[11]Naz H,Sheikh R,Siddiqi S. Oxidative stability of olive,corn and soybean oil under different conditions[J]. Food Chemistry,2004,88:253-259.

[12]Besbes S,Blecker C,Deroanne C,et al. Heating effects on some quality characteristics of date seed oil[J]. Food Chemistry,2005,91：469-476.

[13]Lee J,Lee Y,Choe E. Temperature dependence of the autoxidation and antioxidants of soybean,sunflower,and olive oil[J]. Eur Food Res Technol.,2007,226:239-246.

[14]Malheiro R,Oliveira I,Vilas-Boas M,et al. Effect of microwave heating with different exposure times on physical and chemical parameters of olive oil[J].Food Chem Toxicol,2009,47:92-97.

[15]Naz H,Sheikh R,Siddiqi S. Oxidative stability of olive,corn and soybean oil under different conditions[J]. Food Chemistry,2004,88:253-259.

[16]李楊,張雅娜,王歡,等.水酶法提取大豆油與其他不同種大豆油品質差異研究[J]. 中國糧油學報,2014,29(6):46-52.

[17]YettellaR R,Henbest B,Proctor A. Effect of antioxidantson soybean oil conjugated linoleic acid production and its oxidative stability[J].J Agric Food Chem,2011,59:7377-7384.

[18]Berasategi I,Barriuso B,Ansorena D. Stability of avocado oil during heating:comparative study to olive oil[J]. Food Chemistry,2012,132(1):439-446.

Effect of temperature on oxidation kinetics of EAEP soybean oil

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

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

Oxidation stability of EAEP soybean oil under different temperature and storage time was studied. The quality parameters peroxide value,p-anisidine value,conjugated dienes,conjugated trienes was evaluated. The model accounting for the effect of temperature on oxidation rate was merged with the Arrhenius equation to get a model predicting shelf life on the basis of the concomitant changes in temperature. These results were time-dependent.The results showed that peroxide value,p-anisidine value,conjugated dienes,conjugated trienes follow the pattern that a higher rate of increment during early storage,then the rate decreased. The activation energy(Ea)for the IP of EAEP soybean oil autoxidation was 72.10kJ/mol,storage at 60℃ revealing significantly temperature dependence for autoxidation in oil. The EAEP soybean oil should store at low temperature.

soybean oil;temperature;induction period;oxidative stability

2014-08-19

李楊(1981-),男,博士,副教授,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(fā)展計劃(863計劃)(2013AA102104)。

TS201.2

A

1002-0306(2015)13-0090-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.010