微波加熱對油脂的影響

◎ 王志剛，李昌模

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

我國是糧油消費大國，食用油是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚南M品，其提供人體必需脂肪酸、脂溶性營養(yǎng)元素及改善食物風(fēng)味等特性。美國農(nóng)業(yè)部發(fā)布的最新報告顯示，2016—2017年度全球食用油消費預(yù)計增長3%，反映出人口以及GDP增長的影響。

近年來，我國居民食用油人均消費量越來越高，2016年度人均年消費量為約25 kg。雖然相對其他國家和地區(qū)還不算太高（美國人均用油34 kg、歐盟29 kg），但我國油脂消費中家庭烹飪類占比多于發(fā)達(dá)國家。日常生活中，煎炒烹炸離不開油脂，它可提供人體必需脂肪酸，使食物可口香美、增進(jìn)食欲，也是脂溶性營養(yǎng)物質(zhì)的載體。人們在不斷提高油脂攝入量的同時，越來越關(guān)注油脂的安全特性及加熱方法的使用，以期更好地獲取營養(yǎng)和美味的食物。

近幾年的科學(xué)研究表明，油脂中脂肪酸的結(jié)構(gòu)與是否致病有關(guān)。食品中的反式脂肪酸對人體的危害大，攝入含反式脂肪酸超標(biāo)的食品對人類健康造成很大危害，如產(chǎn)生動脈硬化、血栓、增加心臟病危險性、導(dǎo)致婦女患Ⅱ型糖尿病、提高導(dǎo)致乳腺癌的可能和抑制新生兒生長發(fā)育。

對于消費者，為避免反式脂肪酸對機體的不利影響，最好的方法是避免和減少食用富含反式脂肪酸的食品，如方便面、人造黃油、薯條和巧克力食品等，同時盡量避免高溫炒菜或是油炸烹飪，尤其應(yīng)引起青少年和特殊體質(zhì)人群高度的重視[1-2]。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品，來自美國SUPELCO公司，市售調(diào)和油。

氣相色譜儀（安杰倫公司6820）；紫外可見分光光度儀（CARY 50Bio公司）；傅里葉變換紅外光譜儀（布魯克儀器公司）。

1.2 方法

1.2.1 紫外可見分光光度測定羰基值

（1）羰基值的概念。羰基值是指油脂酸敗時產(chǎn)生的含有醛基和酮基的脂肪酸或甘油酯及其聚合物的總量，通常是以被測油脂經(jīng)處理后在440 nm下相當(dāng)1 g（或100 mg）油樣的吸光度表示，或以相當(dāng)1 kg油樣中羰基的meq數(shù)表示。大多數(shù)酸敗油脂和加熱劣化油的CGV超過50 meq/kg，有明顯酸敗味的食品可高達(dá)70 meq/kg。

（2）純化正丁醇，去除其中的醛類物質(zhì)。步驟如下：①稱取1 g的NaBH4加入含有沸石圓底燒瓶，然后將1000 mL正丁醇加入其中。②連接回流裝置，加熱回流2 h。③收集回流液，舍去溜出液的前100 mL和后100 mL。

（3）羰基的測定原理。醛、酮能與2,4-二硝基苯肼反應(yīng)生成2,4-二硝基苯肼腙的沉淀，此反應(yīng)可用來鑒別羰基化合物。油脂在氧化過程中產(chǎn)生的過氧化物經(jīng)過進(jìn)一步分解后產(chǎn)生含羰基化合物，這些二次分解的產(chǎn)物用羰基值表示。羰基化合物和2,4-二硝基苯肼的反應(yīng)物（腙）在堿性溶液中呈褐紅色或酒紅色。在420 nm波長下測其吸光度，計算羰基值[3]。步驟如下：①稱處理好的油0.5 g于10 mL的容量瓶，用純化過的正丁醇定容。②取50 mg 2,4-二硝基苯肼、3.5 mL濃鹽酸，用純化過的正丁醇定容至100 mL。③取①中的溶劑1 mL放入15 mL離心試管中，加入1 mL②中的2,4-二硝基苯肼，密閉搖勻。④在60 ℃水浴中加熱20 min，反應(yīng)后冷卻至室溫。⑤加入8 mL 2.5% KOH-正丁醇溶液，在3000 r/min離心5 min。⑥取上清液750 μL，測其在420 nm下的吸光度，同時測一個空白樣的吸光度值。⑦測得5個油樣的羰基值，做出羰基值-氧化時間的曲線。

（4）計算方法。

式（1）中，A為測定樣品的吸光度值；A0為空白樣品的吸光度值；m為樣品質(zhì)量，mg；V1為樣品稀釋下的總體積，mL；V2為測定用樣品的稀釋液體積，mL；854為各種醛的毫克當(dāng)量吸光系數(shù)的平均值。

1.2.2 傅里葉變換紅外光譜檢測反式脂肪酸

（1）紅外光譜儀條件。波數(shù)范圍：1050～900 cm-1；分辨率：4 cm-1；在1050～900 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)，分辨率4 cm-1條件下，掃描次數(shù)：32次[4]。

（2）紅外光譜測定反式脂肪酸原理。紅外吸收光譜是一種使用較早檢測反式脂肪酸含量的方法，反式結(jié)構(gòu)雙鍵由于其C-H平面外振動使TFAs在966 cm-1處存在最大吸收，而順式構(gòu)型雙鍵和飽和脂肪酸在此處卻沒有吸收。因此，利用這一原理可確定油脂中是否存在TFAs，并進(jìn)行定量分析[5-6]。

本實驗采用了水平衰減全反射（HATR）技術(shù)，在中紅外區(qū)采集樣品的吸收光譜圖，通過966 cm-1處反式雙鍵的特征峰進(jìn)行定性，通過求極限得出峰高，峰高與反式脂肪酸的含量成正比，可以通過峰高來判斷生成反式脂肪酸的趨勢。

（3）紅外光譜的檢測方法。油脂樣品可直接進(jìn)行測定。將處理好的樣品油平鋪在載液板上進(jìn)行測定。

1.2.3 實驗樣品準(zhǔn)備

1.2.3.1 樣品前處理

（1）微波加熱處理。①準(zhǔn)備4個錐形瓶，依次做好標(biāo)記a、b、c、d，分別倒入80 mL調(diào)和油。②依次放入微波爐進(jìn)行加熱，時間為2、4、6、8 min。③加熱停止后立即用溫度計測其溫度，并記錄。溫度依次為120、156、186、210 ℃。④放置室溫后，用封口膜封住瓶口，冷藏保存。

（2）傳統(tǒng)加熱處理。①取80 mL市售調(diào)和油倒入錐形瓶中，在電熱爐上加熱。②放入溫度計，觀測其溫度變化，當(dāng)升溫至120、156、186、210 ℃，分別用膠頭滴管迅速取其油樣，放入螺口試管中。③用記號筆在試管上做好標(biāo)記a’、b’、c’、d’。④放置室溫后，蓋上瓶蓋，冷藏保存。

1.2.3.2 優(yōu)化升溫程序分離標(biāo)品和調(diào)和油

（1）氣相色譜的選擇[7]。本實驗被測物為37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品和微波處理后的油樣甲酯，因此采用毛細(xì)管柱，檢測器為氫火焰離子化檢測器，氣相圖定量計算采用歸一化法。

（2）氣相色譜條件。選用HP-88型石英毛細(xì)管柱，載氣：99.99%氮氣；進(jìn)樣口溫度：230 ℃；檢測器溫度：250 ℃；柱流量：1 mL/min；氫氣流量：33.33 mL/min；空氣流量：375 mL/min；吹掃流量：3.0 mL/min；分流模式：分流，分流比：12.32∶1；檢測器為FID。

（3）優(yōu)化升溫程序。起始柱溫為120 ℃，保持4 min，以10 ℃/min的速率升溫到175 ℃，保持6 min，以5 ℃/min的速率升溫到210 ℃，保持15 min，再以4 ℃/min升溫到230 ℃，保持30 min。

（4）甲酯化的選擇[8]。油脂中脂肪酸特別是長碳鏈脂肪酸一般不直接進(jìn)行氣相色譜分析，應(yīng)先將它們衍生為易揮發(fā)的甲基酯再進(jìn)行分析。若直接進(jìn)行分析，柱溫很高，高溫固定相難以選擇，色譜峰易拖尾，保留時間不重復(fù)，有時有假峰出現(xiàn)等。脂肪酸的甲酯化方法可分為酸催化法、堿催化法和三甲基硅重氮甲烷（TMS）法3大類。本實驗選擇酸催化法。

樣品油的甲酯化處理：①配制4% HCl-甲醇溶液。②取0.03 g的油，加入60 mL配好的溶液，水浴60 ℃加熱，至完全反應(yīng)，冷卻至室溫。③加入1 mL水后，加入2.5 mL正己烷萃取。④加入無水硫酸鈉進(jìn)行干燥。

分離標(biāo)品和調(diào)和油：①取37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品1 μL注入儀器。②取市售調(diào)和油，甲酯化后，用正己烷稀釋，取1 μL注入儀器。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化升溫程序分離標(biāo)品

37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品分離圖如圖1所示。根據(jù)各類油脂的不同沸點設(shè)定的升溫程序可以較好地把37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品清晰的分離開來，可作為氣相測定各類油脂的參比。

圖1 37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品分離圖

2.2 調(diào)和油的氣相色譜分析

與37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品分離圖比對后，能夠清楚地看到調(diào)和油含有棕櫚酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1n9c）、亞油酸（C18:2n6c）、花生酸（C20:0）、γ-亞麻酸（C18:3n6）和亞麻酸（C18:3n3），如圖2所示。

圖2 調(diào)和油甲酯化后的分離圖

2.3 紫外可見分光光度儀測定羰基值

2.3.1 羰基值測定的改進(jìn)

羰基值的測定在國際上最廣泛的使用方法是Henick和Kumazawa的檢測方法。這兩種傳統(tǒng)方法是利用羰基化合物與2,4-二硝基苯肼反應(yīng)生成2,4-二硝基苯肼腙，在堿性條件下生成帶有葡萄酒紅色的醌離子，再利用比色法測定羰基化合物含量。但傳統(tǒng)的測定方法使用具有致癌性的苯，對操作人員的身體健康和環(huán)境不利，且操作繁瑣、時間長。

本實驗采用異丙醇，正丁醇作溶劑進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)異丙醇在堿性條件下易行成環(huán)氧化物對測定結(jié)果有影響，最終選擇正丁醇代替溶劑苯進(jìn)行羰基值的測定。

2.3.2 普通加熱后測定的羰基值

從圖3可以看出，在溫度達(dá)到120 ℃之前的加熱對羰基產(chǎn)生的影響不明顯，之后從120～186 ℃，羰基值緩慢地增加，從186～210 ℃，羰基值的增加又趨于平穩(wěn)。

圖3 普通加熱不同溫度對應(yīng)的羰基值曲線圖

2.3.3 微波加熱后測定的羰基值

從圖4可以看出，微波加熱2 min（即120 ℃）之前，對羰基的生成影響不明顯，從第2 min到加熱的第4 min（即156 ℃），羰基值有了微小的增加，4～8 min（即210 ℃），羰基值成線性增加，幅度非常明顯。

圖4 微波加熱下不同時間對應(yīng)的羰基值曲線圖

2.3.4 微波加熱與普通加熱對羰基值生成的比較

總體上看，兩種加熱方式每一階段微波加熱生成的羰基值都要大于普通加熱生成的羰基值，而且隨著溫度的升高，羰基的差值越明顯，如圖5所示。

圖5 兩種不同加熱方式對應(yīng)生成羰基值的柱形圖

2.4 紅外光譜測定反式脂肪酸

2.4.1 測定微波加熱后的油樣

在966 cm-1處，有明顯的反式脂肪酸峰，如圖6所示，由上往下依次為微波加熱8 min、 6 min、4 min、2 min和原油。隨著加熱時間的增加，峰值也越來越大。

圖6 微波加熱不同時間對應(yīng)生成反式脂肪酸的峰圖

因為峰高與反式脂肪酸的含量成正比，所以可以用來代替反式脂肪酸的含量看其趨勢。在波加熱前2 min，反式脂肪酸的含量幾乎沒有變化，2～6 min，反式脂肪酸的含量有了小幅度的增加，6～8 min，反式脂肪酸的含量陡然增加，幅度非常大，如圖7所示。

圖7 微波加熱不同時間對應(yīng)峰高的曲線圖

2.4.2 測定普通加熱后的油樣

與微波加熱相同，在966 cm-1處有明顯的反式脂肪酸的峰，如圖8從上往下依次為原加熱到212、186、156、120 ℃，原油。隨著溫度升高，峰值越來越大。

圖8 普通加熱不同溫度對應(yīng)反式脂肪酸的峰圖

普通加熱到120 ℃時，反式脂肪酸的含量略有增加，120～212 ℃，反式脂肪酸含量持續(xù)明顯增長，其中156～186 ℃反式脂肪酸含量增長幅度略小，如圖9所示。

圖9 普通加熱不同溫度下對應(yīng)峰高的曲線圖

2.4.3 微波加熱和普通加熱對反式脂肪酸含量生成的比較

兩種加熱的比較圖（圖10）中，總體上看，每一階段微波加熱生成的反式脂肪酸含量都要大于普通加熱生成的反式脂肪酸含量，而且隨著溫度的升高，反式脂肪酸含量的差值越明顯。

圖10 兩種不同加熱方式對應(yīng)生成反式脂肪酸含量的柱形圖

3 結(jié)論

微波加熱也是現(xiàn)代人們生活中一種極為普遍的食品加熱方式，為了研究測定微波加熱對反式脂肪酸生成的影響，本文首先優(yōu)化了柱溫升溫程序，把37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品基本分離開，以其作參比，按照優(yōu)化的升溫條件把調(diào)和油進(jìn)行氣相分析。其次把油樣分別進(jìn)行處理，采用傳統(tǒng)加熱和微波加熱兩種方式，再用傅立葉變換紅外光譜儀對處理后的油樣進(jìn)行測定分析，得出兩種加熱反式脂肪酸生成的趨勢，同時采用紫外分光光度計測定其羰基值，作為輔助分析，從而選擇更為健康的加熱方式。

通過微波實驗得到以下結(jié)論：優(yōu)化升溫程序為起始柱溫為120 ℃，保持4 min，以10 ℃/min的速率升溫到175 ℃，保持6 min，以5 ℃/min的速率升溫到210 ℃，保持15 min，再以4 ℃/min升溫到230 ℃，保持30 min，可以將37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品清晰地分離開。調(diào)和油中含有棕櫚酸（C16:0），硬脂酸（C18:0），油酸（C18:1n9c），亞油酸（C18:2n6c），花生酸（C20:0），γ-亞麻酸（C18:3n6），亞麻酸（C18:3n3）共7種脂肪酸。兩種加熱方式隨著溫度升高，油脂中所含羰基值和反式脂肪酸含量都持續(xù)增高。加熱到相同溫度，每一階段的微波加熱后油脂中所含的羰基值和反式脂肪酸含量都大于普通加熱油脂，但短時間加熱即微波加熱6 min以前不明顯。微波不合適長時間加熱食物，6 min以后羰基值和反式脂肪酸的含量都大幅度增加。

由于反式脂肪酸對消費者健康會產(chǎn)生危害影響，通過實驗比較傳統(tǒng)加熱方法與微波加熱，對比其反式脂肪酸生成的量的關(guān)系[9-11]，進(jìn)而得出更為健康的加熱方式，同時也能夠為科學(xué)控制油脂及油脂食品中的TFAs含量，引導(dǎo)人們正確選擇。優(yōu)化升溫程序，將37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品分離開，用設(shè)定好的升溫程序?qū)κ惺壅{(diào)和油（甲酯化處理好）進(jìn)行氣相分析。對樣品油采用普通加熱和微波加熱兩種處理方法，然后用傅里葉變換紅外光譜儀對其中的反式脂肪酸進(jìn)行分析，同時用紫外分光光度計對其羰基值進(jìn)行測定。

我國食品類企業(yè)普遍對反式脂肪酸膳食安全問題比較淡漠，企業(yè)需要投入大量的設(shè)備、人員及資源等物資，產(chǎn)品的附加值反饋沒有得到消費者認(rèn)同[12-15]。我國人造奶油和起酥油等西式糕點中含有反式脂肪酸的油脂年產(chǎn)量和消費量迅速增長，尤其是我國的青少年和中產(chǎn)階層，逐漸養(yǎng)成了西方的飲食習(xí)慣，反式脂肪酸的日攝入量不容忽視，而我國對煎炸類食品、烘焙類食品及微波加熱食品的熱愛，也使人們?nèi)粘Ｉ钪懈嗟臄z入了反式脂肪酸。因此，對我國今后開展主要食用油品和主要油脂食品中的反式酸含量的安全性控制十分重要。