大豆調和油氧化酸敗后的組分變化

劉志明，類彥波，孫清瑞，趙建波，李秋兵，樊云雪，黃蕊蕊

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163319；2.大慶市食品藥品檢驗檢測中心，黑龍江大慶 163319）

大豆油脂肪酸（Fatty acid，FA） 由飽和脂肪酸（Saturated fatty acid，SFA） 與 不 飽 和 脂 肪 酸（Unsaturated fatty acid，USFA） 構成，且USFA含量很高[1-3]。USFA具有調節生理機能、增強機體健康、預防多種疾病等功能，尤其能預防心血管疾病、神經或精神類疾病、內分泌失調及代謝綜合癥類疾病，還能抗炎和抗癌等。在減緩記憶力衰退、防止皮膚老化、延緩衰老、抗過敏反應及促進毛發生長等方面也有積極作用[4-5]。大豆油是我國主要的食用植物油，既以純油食用，又常與其他食用植物油復配成大豆調和油（Blended soybean oil，BSO），以改善營養結構與風味。BSO中亞油酸和亞麻酸等USFA含量因原料油不同而有較大差異，但其氧化穩定性較差的屬性未變。大豆油的USFA在其貯存過程中，受外界因素（氧氣、溫度、光照、水分、酶、金屬離子等）影響易發生氧化酸敗[6-10]，產生的初、次級產物劣化風味，影響健康，乃至引發疾病[11-13]。其氧化初期形成不穩定氫過氧化物，繼而分解成次級產物，如醇、醛、酮、酸、環氧化物或生成聚合物等[14-15]，產生的過氧化物與自由基，進入人體可引起衰老、癌癥及其他有關疾病[16-17]，加大其貯藏、運輸、消費等過程中的保質難度。因此，對部分模擬貯存條件的加速氧化酸敗BSO試樣進行綜合儀器分析，弄清BSO的FA和USFA含量變化，以及由氧化酸敗產生的有害物質情況，可對BSO貯存期內的食品安全狀況提供有益信息，也為全面分析與正確判斷BSO等食用植物油的氧化酸敗情況提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆調和油：SFA MUFA PUFA 為 （0.2～0.3）（0.6～1.0） 1.0；37組分脂肪酸甲酯混合標準品（C4～C24）；三氟化硼（14%甲醇溶液）、甲醇，色譜純；氫氧化鈉（AR）、正己烷（GC），天津市光復精細化工研究所提供；氯化鈉（AR），杭州嘉辰化工有限公司提供；無水硫酸鈉（AR），天津市大茂化學試劑廠提供。

7890A GC system，安捷倫科技有限公司產品；TRACE 1300 ISQ LT單四極桿氣相色譜質譜儀聯用儀（Gas Chromatograph-ISQ LT Single Quadrupole Mass Spectrometer），賽默飛世爾科技公司產品；傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），珀金埃默儀器有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣氧化

模擬室內照度（840 lx）和相對濕度（40%），控制氧化溫度50℃，氧化試樣容器初始頂空率50%，氧分壓（Oxygen partial pressure，OPP） 分別設為5.3，10.5，21.0，42.0，84.0 kPa，進行BSO氧化試驗，累計氧化79～87 d，直至感評其徹底腐敗，期間多次測定試樣各種性能參數（等量取樣，保持頂空率不變），探究其氧化規律（另著文）。選取經84.0 kPa累計氧化1 918 h的氧化試樣，將其與原始試樣一并甲酯化，同時進行GC，GC-MS和FTIR分析，對比BSO氧化前后試樣的特征組分，確定有害物質。

1.2.2GC與GC-MS分析

（1） 試樣甲酯化。參照文獻[18-19]方法，甲酯化BSO原始樣及其氧化試樣。用滴管向50 mL圓底燒瓶中加2滴試樣、10 mL濃度0.5 mol/L的氫氧化鈉甲醇溶液，于85℃條件下回流10 min，用移液槍加入三氟化硼甲醇溶液7 mL，繼續回流5 min。取出后冷卻，加入2 mL正己烷（萃取），搖動，加入適量飽和氯化鈉溶液，輕搖，促進體系分層。繼續加入氯化鈉飽和溶液至燒瓶頸部，靜置，吸出上層溶液，放入5 mL具蓋塑料樣品杯中，加入3 g無水硫酸鈉粉末，蓋上蓋子，手動振搖1 min，靜置5 min（脫水），用有機針式濾膜過濾，取適量放入樣品瓶，密閉，冷藏備用。

（2） GC分析。參照GB 5009.168—2016[20]中5.3法對比分析甲酯化試樣和混合脂肪酸標樣。色譜柱：Agilent DB-FFAP毛細管柱，載氣：氮氣（99.99%），1.0 mL/min，進樣口溫度260℃，分流比10∶1，檢測器溫度280℃，柱溫初溫140℃，保持5 min，再以4℃/min升溫至240℃，保持15 min，進樣量0.5 μL。

（3） GC-MS分析[19-20]。①GC分析。對比混合脂肪酸標樣確定甲酯化試樣的FA組分。Agilent DB-5型毛細管柱：柱長30 m，內徑0.25 mm，膜厚0.10 μm，固定相為5%苯基-甲基聚硅氧烷；進樣口溫度280℃；柱溫初溫150℃，保持5 min，再以3℃/min升溫至170℃，保持5 min，再以3℃/min升溫至210℃，保持2 min，最后再以10℃/min升溫至260℃，保持5 min；試樣進樣量為1 μL，分流比100∶1，載氣為氦氣（99.99%），流速1.2 mL/min。②MS分析。對甲酯化試樣進行全離子掃描，得GC-MS總離子流圖，同時分析混合脂肪酸標樣，利用標樣譜圖對比解析試樣譜圖及其各保留時間對應的FA組分，并用峰面積歸一化法求算FA相對含量（Rrelative content，RC）。傳輸線溫度250℃，EI離子化模式，離子源溫度230℃，電子能量70 eV，全掃描模式，分子離子掃描范圍50～650 m/z，溶劑延遲5 min。

1.2.3 FTIR分析

向一片干凈的KBr晶片中心滴1滴試樣，在其上疊放另一干凈的KBr晶片，小心轉動晶片，使試樣形成均勻薄膜。將疊放的KBr晶片裝入可拆式液體池中，固定好，放在紅外光譜儀樣品支架上，在設定條件下分析試樣，得其紅外吸收光譜圖，分析確定BSO中所含物質。

2 結果與分析

2.1 GC分析結果

BSO試樣的GC譜圖見圖1，BSO氧化試樣的GC譜圖見圖2。

圖1 BSO試樣的GC譜圖

對比混合脂肪酸標樣譜圖，并參照GB 5009.168—2016中圖B.1和表C.1，得出表1分析結果。表1數據表明：①BSO試樣經長時間氧化后，SFA的 RC由 26.09%增至 37.56%，C16∶0，C17∶0，C18∶0的RC分別增加了1.34%，4.45%，5.68%。②USFA的RC由73.91%降至62.07%，且主要USFA的RC顯著降低。C18∶1n9t+C18∶1n9c的RC由25.28%降至20.86%，并且C18∶2n6t+C18∶2n6c的RC由17.03%降至6.01%。其中，C18∶2n6t的RC由9.20%至消失，C18∶3n6的RC由27.85%降至25.35%。③其他USFA的RC略增，C16∶1，C17∶1，C18∶3n3的RC分別由1.10%，0.68%，1.98%變至1.59%，0.79%，7.46%，前兩者增幅不大，而后者增幅很大，是否發生了結構改變或與氧化后C18∶2n6t的消失有關，尚不清楚，也可能是GC法局限性所致。這些情況揭示BSO在試驗條件下經1 918 h氧化后，FA組分發生了顯著變化，且飽和化嚴重，僅靠GC法確定FA構成尚有不確定性。

圖2 BSO氧化試樣的GC譜圖

2.2 GC-MS分析結果

BSO試樣及其氧化試樣的GC分析結果見表1，BSO試樣GC-MS分析結果見表2。

表1 BSO試樣及其氧化試樣的GC分析結果

表2 BSO試樣GC-MS分析結果

數據表明：①BSO試樣氧化后，FA由6種增至10種，較原來的多了C18∶2n6t，C22∶0，C20∶0，C20∶1n11c。氧化酸敗過程使BSO的FA組成與結構發生了改變，且令FA高級化。②SFA中C16∶0和C18∶0的RC無明顯變化，因其屬于穩定FA。③USFA中亞油酸的RC略減，且產生反式亞油酸（一般認為高溫是食用植物油加工、含油食品加工時USFA反式異構化主要原因[21]，未見試驗溫度下發生異構化的報道），若果真如此，機理不明，且會增加食品安全風險[22]。油酸的RC略有增多，亞麻酸含量基本無變化。這些FA在BSO中是主要成分也是發生氧化酸敗的主體，且變化較為復雜。④不同的分析方法得到的FA的RC差異較大。C18∶1n9t在表1中由1.96%升至2.54%，明顯增多，而其在表2中幾乎無變化；C18∶2n6t在表1中由1.92%而消失，在表2中卻由無到0.30%；C18∶3n3在表1中由1.98%增至7.46%，在表2中幾乎無變化。FA的這些差異仍難解釋。但就分析方法而言，GC-MS分析得到的表2數據應比GC分析得到的表1數據更可靠。⑤不能孤立地分析BSO的氧化酸敗過程，FA變化還需用其他方法協同分析加以解釋。理論上，氧化酸敗過程能使USFA飽和化，還可使初級氧化產物（過氧化物）分解為較小分子的次級產物，如酸、醇、醛、酮等。因GC-MS法仍是以匹配度為依據的分析方法，對于結構相近的同系物、異構體等，因質譜圖相似，可能造成檢索結果的不可靠，故難以全面、準確地判定試樣氧化酸敗產物及其含量，上述僅從FA組分與含量角度的分析只能部分地反映BSO氧化酸敗狀況，并不能反映其氧化酸敗的全貌，若要從結構變化入手描述BSO試樣的氧化酸敗，還應借助于FTIR分析。

2.3 FTIR分析結果

BSO試樣的FTIR譜圖見圖3，BSO氧化試樣的FTIR譜圖見圖4。

圖3 BSO試樣的FTIR譜圖

圖4 BSO氧化試樣的FTIR譜圖

綜合分析表明：①BSO原始試樣的FTIR譜圖只有8個峰，其試樣氧化后譜圖增至18個峰，官能團數目大大增加，說明氧化產生了多種化合物；②BSO原始試樣譜峰以烯烴中次甲基（3 009.17 cm-1），烷烴中甲基、亞甲基（2 925.27，2 854.28，1 463.93，1 377.80 cm-1）的C-H振動為主。在1 745.70 cm-1處有酯基或羧基中的C=O伸縮振動；1 162.93 cm-1處有甘油三酯中C-O，(RCO)2O中C-O，-COOR中C-O-C的伸縮振動，R-O-R'中C-O的不對稱伸縮振動；722.92 cm-1處碳鏈的骨架振動、長碳鏈烷基-CH2-的面內搖擺振動、長鏈-(CH2)n-(n≥4)的面外彎曲振動、-(CH2)n-鏈中-CH2-的C-H變形振動、順式-CH=CH-中C-H的面外彎曲振動、順式-CH=CH-中C-H鍵的彎曲振動，而其氧化試樣中除了有甲基、亞甲基（2 991.10，2 925.27，1 377.78 cm-1）、烯基（3 009.17，1 652.18，7 22.92 cm-1）、叔丁基（1 464.21 cm-1）的官能團振動峰外，還有酮（1 652.18 cm-1）、醛（914.16 cm-1）、酯（3 470.55，1 745.70，1652.18cm-1）和羰基（2 326.47 cm-1），羧基（1 652.18，1 238.43，914.16 cm-1）及羧羰基（1 745.70，1 652.18 cm-1），醚基（1 162.93 cm-1），酸酐基團（1 163.44，1 099.29 cm-1），醇基（1 238.43，1 099.29 cm-1）等官能團的振動峰，這些官能團極性較強，其相應化合物可使氧化試樣κ增大，同時也是BSO試樣氧化的重要標志。其中許多化合物也是引發潛在食品安全問題的有害物質，抑制或避免食用油品質下降及此等有害物質的產生也是油脂貯藏應解決的難題。我國食用植物油銷量大、種類多[23]，其保質貯存是關乎食品安全的大事。

2.4 相關討論

食用植物油的脂肪酸和活性物質的種類與含量都影響其氧化穩定性[24]，試驗用BSO產品的配料油的生產工藝、精煉程度，BSO是否加入抗氧化劑（包裝標簽標注的配料中有“食品添加劑”字樣，可能為抗氧化劑）等都對試驗結果（與BSO貯藏穩定性相關） 有影響[9，25-26]。試樣氧化溫度與OPP遠高于一般貯存及消費情況，相對濕度和溫度均為常見情況，故可認為高溫和高OPP是引起試樣氧化酸敗的主因。BSO貯存時，溫度可控度較大，OPP理論上可通過氣調或真空包裝等方式加以控制[27]，但僅限于貯存期，消費期宜采用特定隔氧容器包裝。試樣氧化條件及氧化狀態（氧化條件控制狀態與程度、試樣的均勻程度、氧化酸敗結果的再現性等）可能影響分析結果，試樣前處理方法的差異也可能對結果產生影響[4]，這些方面還有待深入研究。

3 結論

BSO試樣氧化酸敗的結果使SFA增多，USFA減少，FA組分變化較大，嚴重損害其營養功能和風味，試驗條件下已嚴重哈變。BSO試樣中FA的變化與很多因素（BSO調配比例、氧化試驗條件與方法、FA等組分的分析條件與方法等）相關，其FA的RC既由各自絕對量變化決定，也受各FA的RC“此消彼長”的影響，只是特定試驗條件下的結果。BSO試樣在高OPP和較高溫度加速模擬試驗條件下的深度氧化酸敗，產生了酮、醛、酯等羰基化合物，游離羧酸、酸酐，醚、醇等物質，其品質嚴重下降，繼續食用將引發食品安全問題。加速模擬試驗條件雖然與通常食用植物油的生產、貯存、運輸、銷售、消費的情況不完全一致，發生氧化酸敗的速率、程度和產物也不盡相同，但發生的相關反應及產物的種類基本相同，反映出食用植物油貯藏期間氧化酸敗的事實。以GC，GC-MS和FTIR耦合分析技術能全面、準確地揭示破壞性氧化酸敗試驗中BSO試樣的FA變化及次級產物的組成與結構情況，而單獨以GC或GC-MS中的1種或2種都難以達到滿意的表達效果，甚至得出錯誤結論。