加熱過程中植物油品質變化規律的研究

(北京市理化分析測試中心，北京市食品安全分析測試工程技術研究中心，北京市科學技術研究院分析測試技術重點實驗室，北京 100089)

營養學和生物臨床醫學研究認為，脂肪酸在維持人體健康方面起著重要的作用，飲食中長鏈脂肪酸的組成及含量與各種疾病(如腫瘤、冠心病、心腦血管病和老年癡呆癥等)的發病率呈正相關性[1]。但因為植物油在工業應用以及日常生活中常存在著高溫處理，高溫導致油脂的品質發生改變[2]，而植物油脂成分中不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸多，所以高溫加熱過程中較易氧化、酸敗，并且不飽和酸含量越高的植物油加熱時氧化、酸敗的趨勢就越大[3]。研究表明，油脂在加熱過程中容易發生水解、聚合、氧化等反應，產生氧化初級產物以及次級產物，導致油脂品質逐漸下降，同時產生有毒有害物質甚至多種致癌物質，危害健康[4]。而且不同油種具有不同脂肪酸組分及含量，油脂經過加熱之后，其脂肪酸組分和含量也會發生巨大變化，如對花生油、大豆油分別進行加熱試驗，結果表明食用油加熱至300℃時，其反式脂肪酸含量是未加熱時的2倍以上[5]。所以脂肪酸是評價食用油品質的重要指標之一，其組成、含量和比例在很大程度上決定了食用油的營養價值。

本研究選取市售家庭常用烹飪花生油、大豆油、橄欖油、玉米油、菜籽油、亞麻籽油和葵花籽油作為原料，采用一般烹飪溫度180℃，在加熱時間上，分別在0.5h、1h、2h、4h和6h取樣，分析加熱時間對植物油中酸價、過氧化值及脂肪酸的變化情況，研究其變化規律。為日常用油提供指導，并對相關部門研究食品中脂類變質提供理論基礎。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

Agilent 7890A/5975C氣相色譜-質譜聯用儀(美國安捷倫)；色譜柱：HP-88毛細管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；恒溫水浴鍋(常州國華)；球形冷凝管(北京博美玻璃)；分析天平(賽多利斯科學儀器)；電熱板EH20B(萊伯泰科)。

37種混合脂肪酸甲脂標準品(J&K)；4種混合亞油酸甲酯順反異構體標準品(SUPELCO)；8種混合亞麻酸甲酯順反異構體標準品(SUPELCO)；十三碳酸甲酯標準品(AccuStandard)；二十一碳酸甲酯標準品(AccuStandard)；13%～15%三氟化甲醇溶液(J&K)；正庚烷和甲醇(Fisher)均為色譜純；三氯甲烷、冰乙酸、碘化鉀、無水乙醚、無水乙醇、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉和無水硫酸鈉(國藥)均為分析純。

花生油、玉米油、大豆油、葵花籽油、橄欖油、菜籽油和亞麻籽油均購于超市。

1.2 樣品處理

1.2.1 加熱處理

分別取7種植物油各100 mL倒入250 mL燒杯中，置于電熱板上加熱，待電熱板溫度到達180℃時開始計時，分別在加熱時間為0.5、1、2、4和6h，取油樣，冷卻至室溫，備用。

1.2.2 酸價的測定

參照GB 5009.229—2016[6]食品中酸價的測定的第一法

1.2.3 過氧化值的測定

參照GB 5009.227—2016[7]食品中過氧化值的測定的第一法

1.2.4 脂肪酸提取

參考GB5009.168—2016中脂肪酸甲酯制備方法[8]，稱取植物油 50 mg(精確到 0.1 mg)，置于50 mL具塞試管中，加入4 mL 2%氫氧化鈉甲醇溶液混勻，連接到回流冷凝管水浴回流，直至油滴消失，然后加入5 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，繼續回流 2 min，用去離子水沖洗冷凝管。迅速冷卻至室溫，準確加入10 mL正庚烷，振搖，加入飽和食鹽水靜置分層，吸取上層提取液，加入無水硫酸鈉以除去微量的水，最后吸取約1.0 mL除水后的上清液，加入100 μL內標溶液，定容至1.0 mL后進行GC-MS測定。

1.3 儀器分析條件

1.3.1 色譜條件

HP-88毛細管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；程序升溫，初始溫度120℃，保持1min，以5℃/min升至210℃，保持5min，再以2℃/min升至240℃，保持3min；進樣口溫度：240℃；載氣：高純He；載氣流量：1.0 mL/min；分流比：30∶1；進樣量：1.0 μL。

1.3.2 質譜條件

EI離子源；離子源溫度：230℃；四級桿溫度：150℃；傳輸線溫度：250℃；電子能量：70 eV；溶劑延遲：8min；選擇離子監測(SIM)模式。

1.4 數據處理

每個樣品平行分析測定3次。所有數據采用SPSS 19.0進行統計分析，One-way analysis of variance和Duncan's multiple range test用來比較數據間的顯著性差異，p<0.05表示數據間有顯著性差異，具有統計學意義。

2 結果與討論

2.1 植物油在加熱過程中酸價變化

對7種植物油進行酸價測定，與國標中的指標相比較[9-15]，得到表1。其中，橄欖油屬于特級初榨，菜籽油和葵花籽油屬于三級水平，其余4種植物油均屬于一級水平。

在植物油加熱過程中，油脂中酸性物質主要由于脂肪酸發生一系列化學反應所致，但在此過程中酸價存在復雜的變化過程：(1)油脂分解，產生游離脂肪酸；(2)油脂中的不飽和脂肪酸在高溫加熱易被氧化，產生氫過氧化物，而氫過氧化物不穩定分解產生醛、酮，醛被繼續氧化產生酸；(3)油脂中飽和脂肪酸被氧化，分解產物中含醛類，而醛進一步氧化則產生酸；(4)氫過氧化物分解產生的小分子酸與脂肪酸分子聚合導致油脂中游離脂肪酸減少，酸價下降[16,17]。因此，促進酸價增高和導致酸價降低的因素同時存在。

如圖1所示，7種植物油酸價隨著加熱時間的增加呈現波動狀態，且整體呈升高趨勢，但酸價隨加熱時間增加增幅并不明顯，這與譚念等[18]對玉米油、橄欖油和稻米油研究結果相同。這是由于植物油中甘油三酯發生水解反應和不飽和脂肪酸易發生氧化分解反應，導致游離脂肪酸不斷產生，引起酸價升高。而加熱溫度較低時，氫過氧化物的分解有限，被氧化成為酸部分較少，所以酸價沒有明顯的增加。同時小分子脂肪酸揮發，導致油脂中游離脂肪酸減少酸價下降，從而使酸價隨時間變化呈波動趨勢。

表1 7種植物油的酸價和等級

注：“-”壓榨花生油和亞麻籽油未規定三級指標，“*”橄欖油是按特級、中級和精煉等區分等級。

圖1 植物油加熱過程中酸價的變化

2.2 植物油在加熱過程中過氧化值變化

對7種植物油進行過氧化值測定，與國標中的指標相比較，得到表2。其中，橄欖油屬于特級初榨，其余6種植物油均屬于一級水平。

油脂氧化初期形成的一級氧化反應產物是氫過氧化物，其數量一般用過氧化值表示，因此過氧化值是有效監測初期氧化反應的指標，并能反映油脂的氧化速度[19]。如圖2所示，7種植物油在加熱過程中，過氧化值均呈現出波動狀態，即先上升達到峰值后下降再上升，這與曹亮等[20]對橄欖油和油茶籽油的研究結果相一致。這是由于加熱過程中不飽和脂肪酸發生自動氧化反應，產生氫過氧化物，而氫過氧化物不穩定，可分解生成二級氧化產物，當氫過氧化物達到一定值時分解的速度大于其產生的速度，導致氫過氧化物含量下降。除亞麻籽油外，其余6種植物油在加熱1小時后，過氧化值均超過國家標準中規定的四級指標限量6.0 mmol/kg，其中大豆油在加熱0.5h時，過氧化值就已經超過四級指標的限量，達到7.82 mmol/kg。此外，亞麻籽油增幅最小，大豆油增幅最大，達到13.57 mmol/kg，這說明除亞麻籽油外，其余6種植物油大部分處于初級氧化階段。

表2 7種植物油的過氧化值和等級

圖2 植物油加熱過程中過氧化值的變化

2.3 脂肪酸檢測與分析

由表3和圖3、4可見，本實驗所分析的46種脂肪酸甲脂在39分鐘之內出峰完整，同時都得到了較好的分離，不存在拖尾峰和前伸峰。通過選擇基峰離子、分子離子峰離子、各脂肪酸的特征離子(圖5)，建立了脂肪酸甲酯的離子掃(SIM)方法，如表3所示。在對植物油進行分析時，通過以保留時間和特征離子相對應來定性，根據定量離子的峰面積，采用內標法定量，就能準確的對植物油中脂肪酸各組分進行分析研究。

表3 脂肪酸甲酯的特征離子

續表3

圖3 37種脂肪酸甲酯SIM色譜圖

圖4 亞油酸甲酯異構體和亞麻酸甲酯異構體SIM色譜圖

圖5 五類脂肪酸甲酯典型質譜圖A.硬脂酸甲酯；b.油酸甲酯；c.亞油酸甲酯；d.亞麻酸甲酯；e.二十五碳五烯酸甲酯

2.4 植物油中脂肪酸組成

7種植物油中主要脂肪酸種類相同，均含有飽和類棕櫚酸和硬脂酸、不飽和類油酸、亞油酸和α-亞麻酸，且主要以碳十八不飽和類脂肪酸為主，含量均超過80%以上，其中飽和脂肪酸含量最高為橄欖油(17.27 g/100g)，最低為菜籽油(7.97 g/100g)；而不飽和脂肪酸含量最高為菜籽油(92.03 g/100g)，最低為橄欖油(82.73 g/100g)；單不飽和脂肪酸含量最高為橄欖油(71.96 g/100g)，最低為亞麻籽油(22.45 g/100g)；多不飽和脂肪酸含量最高為亞麻籽油(68.39 g/100g)，最低為橄欖油(10.77 g/100g)。

理論上，PUFA含量越高油脂就越易酸敗氧化。但實際上植物油中脂肪酸組成復雜，且各脂肪酸氧化能力各異。所以不能用一種脂肪酸含量的多少來判斷植物油氧化能力的強弱。因此，Fatemi等[21]提出純的油酸、亞油酸、亞麻酸的氧化速率比為1∶10.3∶21.6。利用 Calculated oxidizability(COX，〔1(18∶1%)+10.3(18∶2%)+21.6(18∶3%)/100〕)來估算油脂的氧化穩定性。即COX值越小，氧化能力越小。從圖6可知，7種植物油COX值大小依次為亞麻籽油>大豆油>葵花籽油>玉米油>菜籽油>花生油>橄欖油。

植物油進行精煉脫臭的處理過程中，不穩定的多不飽和脂肪酸會發生熱聚合反應，發生反式異構化，產生反式脂肪酸(TFA)[22]，其組分、含量與精煉程度、脫臭溫度及植物油種類有關[23]。這7種植物油中均檢出反式脂肪酸，且以C18系列的反式脂肪酸為主。其中，橄欖油中反式脂肪酸的總量最低，僅為0.04 g/100g，而大豆油中含量最高，達到1.88 g/100g。丹麥是世界上最早出臺食品中反式脂肪酸限量相關規定的國家，規定中要求任何含TFA超過2%的本國或進口油脂食品均禁止在丹麥市場上銷售[24]。我國僅在GB 23347—2009中規定了橄欖油中反式脂肪酸的限量，對其他油種中反式脂肪酸的含量仍未有國家限量標準來規范。本實驗所測定的這7種植物油中反式脂肪酸含量均低于2%。

圖6 不同植物油中脂肪酸組成

2.5 植物油在加熱過程中脂肪酸變化

從表4數據可以看出，7種植物油的脂肪酸在加熱過程中呈現出了隨加熱時間的增加而增大、降低和上下波動的變化趨勢，其中：

飽和脂肪酸的含量在加熱過程中菜籽油、玉米油、大豆油和亞麻籽油都呈現出規律的顯著性增大，這是因為植物油在加熱時，多不飽和脂肪酸在高溫下最不穩定易發生氧化分解生成單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸。而葵花籽油和橄欖油以上下浮動的形式增大，花生油則保持不變，說明這些油中飽和脂肪酸在加熱處理過程中，并不只是作為產物使含量一直增加，同時也作為反應底物參與到整個體系的化學變化中。

單不飽和脂肪酸的變化情況主要與油酸相關，因為作為主要的單不飽和脂肪酸，油酸在加熱過程中呈現出增長的趨勢。因此除橄欖油出現上下波動增大外，其余6種植物油均呈現出規律的顯著性增大。

多不飽和脂肪酸的變化主要與亞油酸和亞麻酸相關，在加熱過程中均呈現出規律的顯著性減小，即其含量與加熱時間成正相關。這與徐婷婷等[25]研究結果相同。

反式脂肪酸的含量在加熱過程中均呈現出規律的顯著性增大。其中增幅最大的是菜籽油，最小的是橄欖油。說明植物油的不飽和度越高，反式脂肪酸越容易生成或變化。這與趙昕等[26]研究結果相一致。此外，每種植物油的脂肪酸組成和抗氧化劑的不同都會導致其在加熱過程中反式脂肪酸的生成量不同[27]。

表4 加熱過程中脂肪酸組成的變化

注：數值以均值±標準偏差(mean±sd)的形式表達，同一排相同字母表示在p<0.05下沒有顯著性差異。

SFA：飽和脂肪酸；MUFA:單不飽和脂肪酸；PUFA：多不飽和脂肪酸；TFA：反式脂肪酸。

3 結論

綜上所述，在加熱過程中，7種植物油的酸價整體呈升高趨勢；過氧化值均呈現出先上升達到峰值后下降再上升的規律；脂肪酸雖在短時間加熱中其含量未有顯著變化，但在長時間加熱過程中會對其相對含量帶來影響。理論上多不飽和脂肪酸在高溫下最不穩定易發生氧化分解，相對使單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸含量增加，但植物油的組成成分復雜以致氧化因素較多，比如不同結構脂肪酸組成；再如自身含有生育酚等天然抗氧化劑等，導致油脂氧化過程中，脂肪酸變化沒有規律或上下波動。日后對植物油中天然抗氧化劑種類、含量分析及自動氧化抑制方法的開發值得進一步深入研究。此外國人烹調方式習慣于高油溫、長時間，但是這種烹調方式容易使植物油中脂肪酸組成發生改變，產生反式脂肪酸，增加植物油的酸價及過氧化值，導致植物油中必需脂肪酸含量減少，品質下降，長期食用影響國民身體健康。因此對于我國植物油類氧化穩定性的研究勢在必行，同時建議在日常生活中應該控制好油溫，盡量選擇低溫或高溫短時間的加熱方式進行烹調。

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