紫外線輻照花生油貯藏過程中的脂肪酸組成分析

林 丹,陳麗香,蔣杰海,馮志強,*

(1.廣東省食品工業公共實驗室,廣東廣州 511442; 2.廣東省食品工業研究所有限公司,廣東廣州 511442;3.廣東省食品質量監督檢驗站,廣東廣州 511442)

花生油是世界上五大食用油之一,以其獨特的風味和較高的營養價值備受廣大消費者青睞。脂肪酸是花生油的重要組成部分,花生油由大約80%不飽和脂肪酸和20%飽和脂肪酸混合組成,主要的脂肪酸有棕櫚酸、油酸和亞油酸。油酸和亞油酸均可降低人體膽固醇,油酸能夠選擇性的降低低密度膽固醇,對人體心腦血管健康有利。同時,花生油含有的亞麻酸是構成人體組織細胞的主要成分,在體內能合成、代謝,轉化為機體必需的生命活性因子DHA和EPA[1-3]。

花生及制品、食用油等產品屬于容易被黃曲霉毒素B1污染,由于黃曲霉毒素對紫外線的敏感性,紫外輻照是去除花生油中黃曲霉毒素有效措施之一,其二次污染小、對降解體系影響小[4-10]。研究表明,紫外照射技術用于去除花生油中黃曲霉毒素不僅有效,而且對花生油品質無影響[10];花生油經紫外輻照處理后,過氧化值顯著增加,部分脂肪酸組成有微小差異[11-12];經過紫外線輻照的花生油,其貯藏穩定性降低,貨架期明顯縮短[12]。目前,大部分研究只集中在對紫外輻照法去除花生油中黃曲霉毒素B1的工藝和品質進行研究[13-16],對輻照后貯藏過程中花生油的脂肪酸組成變化的研究存在空白。

脂肪酸組成與花生油的品質和貯藏性能密切相關[3],針對已有研究的不足,對花生油貯藏過程中脂肪酸組成變化進行分析,探究影響紫外線輻照花生油貯藏性能的因素。本研究以紫外線輻照的花生油為研究對象,對貯藏過程中花生油的脂肪酸組成變化進行分析,通過主成分分析和相關性分析研究紫外線輻照花生油脂肪酸組成在貯藏過程中的相互關系,為提高紫外線輻照花生油的品質和貯藏性能提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

經過檢測符合國家標準的花生油 由某花生油生產廠家提供;黃曲霉毒素B1含量超出國家標準限量值的花生油 自制;波長為254 nm的紫外燈 深圳永豐照明有限公司;鹽酸(2∶1)溶液(鹽酸-水)、石油醚-無水乙醚混合液(1+1)、正己烷、氫氧化鉀甲醇溶液(0.5 mol/L)、三氟化硼甲醇溶液(14%) 均為分析純;37種脂肪酸甲酯混標標準品25 mg ANPEL公司。

Agilent 7890B氣相色譜色譜儀 美國安捷倫公司;MJ-150-Ⅱ霉菌培養箱 上海一恒科學儀器有限公司;SPX-800生化培養箱 寧波江南儀器廠。

1.2 實驗方法

樣品的預處理:把經過檢測符合國家標準(黃曲霉毒素B1≤20 μg/kg[17])的花生油和黃曲霉毒素B1超出國家標準限量值的花生油混合,搖勻,作為該試驗的對照組(對照組黃曲霉毒素B1含量為69.0 μg/kg);將對照組的花生油置于規格為9 cm的玻璃培養皿中,液體高度均為1 cm,在254 nm的紫外燈下輻照處理40 min[11],處理后的紫外組花生油符合國家標準對黃曲霉毒素B1的要求(紫外組的黃曲霉毒素B1含量為18.8 μg/kg),分裝在100 mL的密封玻璃瓶中。

1.3 脂肪酸組成測定

1.3.1 樣品的甲酯化 稱取試樣5 g至具塞50 mL比色管中,精確至0.1 mg。用移液管移取10 mL鹽酸溶液溶解試樣,渦旋混勻后置于74 ℃水浴鍋中水浴加熱3 h。放冷后加入1∶1(石油醚-無水乙醚)溶液20 mL,蓋緊蓋子搖勻,靜置5 min后取上清液備用,重復2次(注意提取時候適當放氣,防止蓋子噴出)。第三次加入10 mL正己烷提取,搖勻靜置后合并上清液待甲酯化備用[18]。

將合并后的上清液氮吹干(注意氮吹至近干時用正己烷洗壁再完全吹干),加入2 mL KOH甲醇溶液(2 mol/L),蓋上塞后渦旋30 s,然后置于64 ℃水浴鍋加熱30 min(注意塞緊瓶塞),放冷到室溫后加入1 mL 14%三氟化硼甲醇溶液,蓋上塞后渦旋30 s,然后置于60 ℃水浴鍋加熱30 min(注意塞緊瓶塞),取出靜置放冷到室溫。準確移取10 mL正己烷定容。渦旋混勻后靜置取上清液上機[18]。

1.3.2 氣相色譜條件 色譜柱:DB-23(60 m×0.25 mm×0.15 μm);進樣口溫度:250 ℃;檢測器溫度:280 ℃;壓力:206850 Pa(恒壓控制);載氣:氮氣;進樣方式:分流進樣(25∶1);升溫程序:初溫50 ℃,保持1 min,以25 ℃/min升至150 ℃,保持4 min,以2 ℃/min升至180 ℃,保持4 min,以3 ℃/min 升至200 ℃,保持4 min,以1.5 ℃/min升至213 ℃,以15 ℃/min升至230 ℃,保持5 min;進樣量:1.0 μL,空氣流量:350 mL/min;氫氣流量:40 mL/min,尾吹氮氣流量:30 mL/min。

1.3.3 定性定量方法 采用保留時間進行定性,面積歸一化法進行定量。試樣中某個脂肪酸占總脂肪酸的百分比Yi按下式計算,通過測定相應峰面積對所有成分峰面積總和的百分數來計算給定組分i的含量:

式中:Yi-試樣中某個脂肪酸占總脂肪酸的百分比,%;ASi-試樣測定液中各脂肪酸甲酯的峰面積;FFAMEi-FAi-脂肪酸甲酯i轉化成脂肪酸的系數;∑ASi-試樣測定液中各脂肪酸甲酯的峰面積之和。

1.4 試驗設計

1.4.1 紫外線輻照對花生油貯藏過程中脂肪酸組成的影響 分別分析加速氧化條件下(60 ℃)紫外組和對照組的脂肪酸變化,每隔7 d測定脂肪酸組成,研究紫外線輻照對花生油貯藏過程中脂肪酸組成的影響。

1.4.2 不同溫度下紫外線輻照對花生油脂肪酸組成的影響 將紫外組和對照組花生油分別置于40、50和60 ℃的條件下加速氧化貯藏,每隔7 d測定脂肪酸組成,研究不同溫度下花生油的脂肪酸變化情況。

1.4.3 紫外線輻照花生油貯藏過程中脂肪酸組成的主成分分析 采用SAS軟件對加速氧化下(60 ℃)的紫外線輻照花生油脂肪酸組成進行主成分分析,研究影響紫外線輻照花生油脂肪酸組成變化的主要因素。

1.4.4 紫外線輻照花生油貯藏過程中脂肪酸的相關性分析 對60 ℃加速氧化下儲存28 d(初級氧化階段[12])的紫外線輻照花生油脂肪酸組成變化進行相關性分析,探究紫外輻照花生油中各脂肪酸之間的關聯性。

1.5 數據處理

根據峰面積歸一化法計算各脂肪酸的相對含量。應用SAS對所得數據進行主成分分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 花生油中的脂肪酸組成進行分析測定

采用氣相色譜法對花生油中的脂肪酸組成進行分析測定,37種脂肪酸甲酯標準溶液色譜圖、紫外組花生油脂肪酸甲酯色譜圖、對照組花生油脂肪酸甲酯色譜圖如圖1～圖3所示。

圖1 37種脂肪酸甲酯標準溶液色譜圖

圖2 紫外組花生油脂肪酸甲酯色譜圖

圖3 對照組花生油脂肪酸甲酯色譜圖

從圖中可以看出,在標準品和花生油樣品中,各種脂肪酸甲酯的分離良好,紫外組和對照組花生油中共檢出有10種主要脂肪酸,分別是棕櫚酸(C16∶0)、十七烷酸(C17∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1n9c)、亞油酸(C18∶2n6)、亞麻酸(C18∶3n3)、花生酸(C20∶0)、花生一烯酸(C20∶1)、山崳酸(C22∶0)、木焦油酸(C24∶0)。

2.2 紫外線輻照對花生油貯藏過程中脂肪酸組成的影響

分別分析60 ℃下紫外組和對照組的脂肪酸變化,研究紫外線輻照對花生油貯藏過程中脂肪酸組成的影響,見圖4和圖5。

圖4 紫外線輻照對花生油的貯藏過程中各種脂肪酸的影響

圖5 紫外線輻照對花生油的貯藏過程中各類脂肪酸的影響

由圖4可知,經紫外線輻照花生油各種脂肪酸在貯藏過程中變化幅度比對照組大,對照組花生油的各種脂肪酸在加速氧化貯藏過程中均變化不大。在加速氧化貯藏過程中,棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1n9c)、花生酸(C20∶0)、花生一烯酸(C20∶1)、山崳酸(C22∶0)、木焦油酸(C24∶0)呈遞增趨勢,加速氧化貯藏后期遞增幅度更大;亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)前21 d含量均變化不大,貯藏第28 d,兩種含量下降明顯;十七烷酸(C17∶0)在加速氧化貯藏過程中含量不變。

分析紫外線輻照花生油和對照組中飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸含量的變化,從圖5可以看出,經紫外線輻照花生油飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量在貯藏后期呈遞增趨勢,不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸在貯藏后期呈遞減趨勢;對照組花生油的各類脂肪酸在加速氧化貯藏過程中均變化不大。

脂肪酸的種類與含量都對油脂的氧化速率產生影響,含有不飽和雙鍵的油脂更容易發生自動氧化反應,亞麻酸、亞油酸、油酸的相對氧化速率大約是20∶10∶1,飽和脂肪酸在正常情況下幾乎不發生任何氧化。紫外組和對照組花生油的脂肪酸組成中,棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、花生酸(C20∶0)、山崳酸(C22∶0)、木焦油酸(C24∶0)為飽和脂肪酸,油酸(C18∶1n9c)、花生一烯酸(C20∶1)、亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)為不飽和脂肪酸。其中油酸(C18∶1n9c)、花生一烯酸(C20∶1)屬于單不飽和脂肪酸,亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)屬于多不飽和脂肪酸,分別含有兩個和三個不飽和雙鍵。在加速氧化貯藏過程中,可能經過紫外線輻照的花生油抗氧化能力降低,亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)最先發生氧化反應,呈下降趨勢[19-20]。

2.3 不同溫度下紫外線輻照對花生油脂肪酸組成的影響

將紫外組花生油分別置于40、50和60 ℃的條件下加速氧化貯藏,每隔7 d測定脂肪酸組成,結果如圖6和圖7所示。

圖6 不同溫度對紫外線輻照花生油脂肪酸組成的影響

圖7 不同溫度對紫外線輻照花生油脂肪酸種類的影響

由圖6可知,溫度越高,經紫外線輻照花生油各種脂肪酸組成在貯藏過程中變化幅度越大,當貯藏溫度為40 ℃和50 ℃時,各種脂肪酸在貯藏過程中的變化不大,當貯藏溫度為60 ℃時,棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1n9c)、花生酸(C20∶0)、花生一烯酸(C20∶1)、山崳酸(C22∶0)、木焦油酸(C24∶0)遞增幅度明顯;亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)兩種含量下降明顯;十七烷酸(C17∶0)在不同溫度下貯藏含量不變。說明較高的溫度使紫外輻照花生油的飽和脂肪酸(棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、花生酸(C20∶0)、山崳酸(C22∶0)、木焦油酸(C24∶0))和單不飽和脂肪酸(油酸(C18∶1n9c)、花生一烯酸(C20∶1))遞增,多不飽和脂肪酸(亞油酸(C18∶2n6)、亞麻酸(C18∶3n3))遞減,較低溫則影響不大。

分析不同溫度下紫外線輻照花生油中飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸含量的變化,從圖7可以看出,當貯藏溫度為40和50 ℃時,紫外線輻照花生油的各類脂肪酸在貯藏過程中均變化不大,當貯藏溫度為60 ℃時,紫外線輻照花生油飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量在貯藏后期呈迅速遞增趨勢,多不飽和脂肪酸在貯藏后期呈迅速遞減趨勢。說明較高的溫度使紫外輻照花生油的飽和脂肪酸總量和單不飽和脂肪酸總量遞增,多不飽和脂肪酸總量遞減,較低溫度則影響不大。

2.4 紫外線輻照花生油貯藏過程中脂肪酸組成的主成分分析

主成分分析[21-23]是一種通過降維技術把多個變量化為少數幾個主成分(即綜合變量)的統計方法,利用模型“合成”為一個整體性的評價值,進而對樣品總體進行評價,不但可將多指標問題轉化為較少的綜合指標,而且能給出較為客觀的權重,為紫外線輻照花生油在貯藏過程中脂肪酸的變化提供科學而客觀的評價方法。

采用SAS軟件對60 ℃下加速氧化紫外線輻照花生油脂肪酸組成進行主成分分析(Principal Components),所得主要結果包括相關系數矩陣的特征值和特征向量,結果分別為表1和表2。

表1 特征值和方差貢獻率

表1為相關系數矩陣的特征值,相關系數矩陣的特征值越大,它所對應的主成分變量包含的信息就越多。從表1可以看出,第1主成分的特征值最大,貢獻率為90.12%,說明第一主成分包含了原來10個指標大部分的信息。前4個主成分提取了原來10個指標全部的信息。綜合以上指標,對第1個主成分進行深入分析。

表2為主成分分析得到的特征向量,Y1～Y10分別為該主成分對應脂肪酸的特征向量,在第1主成分所對應的特征向量中,第1分量Y1(C16∶0)、第3分量Y3(C18∶0)、第4分量Y4(C18∶1n9c)、第5分量Y5(C18∶2n6)、第6分量Y6(C18∶3n3)、第7分量Y7(C20∶0)、第8主成分Y8(C20∶1)、第9分量Y9(C22∶0)的特征值比較相近,說明第1主成分以這幾種脂肪酸的影響為主。其中,第5分量Y5(C18∶2n6)和第6分量Y6(C18∶3n3)的系數為負,第1分量Y1(C16∶0)、第3分量Y3(C18∶0)、第4分量Y4(C18∶1n9c)、第7分量Y7(C20∶0)、第8主成分Y8(C20∶1)、第9分量Y9(C22∶0)的系數為正,結合實際意義可以看出,亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)為多不飽和脂肪酸,在花生油各種脂肪酸中氧化速率最大,容易最先被氧化;其它分量分別為單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸,相對不容易被氧化,且在貯藏過程中呈遞增趨勢,其內在具體的聯系有待進一步的研究。

表2 各指標主成分特征向量

2.5 紫外線輻照花生油貯藏過程中脂肪酸的相關性分析

油脂在60 ℃條件下與在室溫存儲下具有相似的初級氧化產物、二級氧化產物及短鏈脂肪酸生成機制[24],根據化學反應動力學原理[26],可通過氧化動力學模型推測常溫貨架期的油脂品質變化情況。紫外線輻照花生油在60 ℃儲存28 d時,過氧化值開始下降,二級氧化產物開始產生,60 ℃下貯藏前28 d屬于油脂初級氧化階段[12]。因此對其脂肪酸組成變化進行相關性分析,探究紫外輻照花生油貯藏過程中各脂肪酸之間的關聯性。分析結果見表3和表4。

表3 紫外線輻照花生油貯藏過程中各種脂肪酸的相關性分析

表4 紫外線輻照花生油中各類脂肪酸含量間的相關性分析

由表3可知,棕櫚酸(C16∶0)與油酸(C18∶1n9c)存在極顯著正相關,與亞油酸(C18∶2n6)存在極顯著負相關;油酸(C18∶1n9c)與亞油酸(C18∶2n6)、亞麻酸(C18∶3n3)存在極顯著負相關,與花生酸(C20∶0)、山崳酸(C22∶0)存在極顯著正相關;亞油酸(C18∶2n6)與花生酸(C20∶0)、花生一烯酸(C20∶1)、山崳酸(C22∶0)存在極顯著負相關,與亞麻酸(C18∶3n3)存在極顯著正相關;亞麻酸(C18∶3n3)與花生酸(C20∶0)存在極顯著負相關;花生酸(C20∶0)、花生一烯酸(C20∶1)與山崳酸(C22∶0)存在極顯著正相關。

由表4可知,紫外線輻照花生油中多不飽和脂肪酸與單不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸存在極顯著或顯著的負相關;單不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸存在極顯著的正相關。

結合相關性分析和主成分分析結果,推斷紫外輻照花生油在脂質氧化誘導階段和鏈傳遞階段,多不飽和脂肪酸——亞油酸(C18∶2n6)和亞麻酸(C18∶3n3)最先被氧化[19-20]。由于花生油中富含多不飽和脂肪酸(PUFA)且氧化過程中多不飽和脂肪酸(PUFA)分解的比例高于飽和脂肪酸(SFA)和單不飽和脂肪酸(MUFA),因此,各種脂肪酸組成會發生不同程度的變化[25]。

3 結論

經紫外線輻照花生油在加速氧化貯藏過程中各種脂肪酸變化幅度比對照組大,對照組花生油的各種脂肪酸在加速氧化貯藏過程中均變化不大;當貯藏溫度相對較低的時候,各種脂肪酸在貯藏過程中的變化不大。花生油適宜在常溫下進行儲藏保存;通過對加速氧化下紫外線輻照花生油貯藏過程中脂肪酸組成進行主成分分析和相關性分析,紫外線輻照花生油中亞油酸(C18∶2n6)、亞麻酸(C18∶3n3)與棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1n9c)、花生酸(C20∶0)、花生一烯酸(C20∶1)、山崳酸(C22∶0)主要影響紫外組的脂肪酸組成,多不飽和脂肪酸與單不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸存在極顯著的負相關,單不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸存在極顯著的正相關。推斷花生油中氧化過程中多不飽和脂肪酸(PUFA)分解的比例高于飽和脂肪酸(SFA)和單不飽和脂肪酸(MUFA),因此,各種脂肪酸組成會發生不同程度的變化。