冷榨胡麻油在加速氧化過程中品質變化的研究

孫雪蓮，張 波，魏長慶，劉文玉，羅 鵬，萬銀松

(石河子大學食品學院；新疆植物藥資源利用教育部重點實驗室1，石河子 832000) (隴南市經濟林研究院核桃研究所2，隴南 746000)

胡麻(Linumusitatissimum)，又稱亞麻，為一年生草本植物。根據聯合國糧農組織(FAO)提供的數據顯示[1]，2018年世界胡麻產量約318萬t，中國約為36萬t。我國胡麻種植主要分布在甘肅、新疆、寧夏等西北省份，占全國總產量的90%以上，是我國食用植物油的主要來源之一[2]。胡麻油因其α-亞麻酸(50%～60%)，生育酚(20～70 mg/100 g)和類胡蘿卜素(約57 mg/kg)的含量異常高而聞名，因此被認為是一種極具營養保健作用的功能性油脂[3]。胡麻油的制備方法主要有冷壓榨法、有機溶劑提取法和超臨界CO2萃取法等[4]。冷榨油是一種在低于溫度60 ℃條件下，通過機械物理作用直接擠壓生產的植物油。

目前檢測油脂穩定性的方法主要有Schaal烘箱法、Rancimat法和差示掃描熱量法(DSC)等[5-7]。Schaal烘箱法是一種烘箱存儲測試，在60 ℃的黑暗環境中用盡可能少的氧化油進行，該方法與實時穩定性研究顯示出良好的相關性[8]。DSC法用于工業油的研究較多，用于植物油氧化穩定性的研究相對較少；Rancimat法在高溫下進行，會使反應復雜化，一些本無抗氧化活性的物質具有了抗氧化活性，對數據的可靠性產生影響；Schaal烘箱法雖耗時長，但其能監測油脂在氧化期間的實時變化情況，數據來源更加可靠。

本研究以冷榨胡麻油為研究對象，采用傳統的Schaal烘箱法，探討冷榨胡麻油加速氧化過程中脂肪酸、生育酚、甾醇等營養物質含量的變化和過氧化值、酸價、共軛值等理化指標的變化，以及結合主成分分析法，了解冷榨胡麻油氧化過程中相關指標的變化規律，從而探索其氧化穩定性，為提高胡麻油品質及延長保藏時間提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

胡麻籽、37種混合脂肪酸甲脂標準品(α、γ、δ-生育酚)；石油醚、氯化鈉、無水乙醇、氫氧化鉀、冰乙酸、酚酞、碘化鉀、硫代硫酸鈉、環己烷、異辛烷等均為分析級試劑；正己烷、甲醇、正庚烷、四氫呋喃等均為色譜級試劑。

1.2 儀器與設備

QP2010-Plus氣相色譜-質譜聯用儀，5810R高速冷凍離心機，101A-2B型電熱鼓風干燥箱，Agilent 1100高效液相色譜儀，PerkinElmer 紅外光譜儀，1600PC紫外-可見分光光度計。

1.3 方法

1.3.1 冷榨胡麻油樣品的制備

將胡麻籽樣品用粉碎機稍做粉碎，運輸到可控溫的螺桿榨油機內，在溫度60 ℃條件下壓榨提取即得冷榨胡麻油，然后將冷榨油離心除去沉淀，裝入20 mL的棕色樣品瓶中，避光低溫保存。

1.3.2 Schaal烘箱法加速氧化實驗

將冷榨離心后的胡麻油樣置于棕色廣口瓶中，并在(60±1) ℃條件下于電熱鼓風干燥箱中分別儲藏0、4、8、12、16、20、24、28 d。每隔1 d對其進行攪拌，并更換在烘箱中的位置，在全部指標測定完成前所有樣品均需儲藏在-20 ℃冰箱中。根據Arrhenius經驗公式，烘箱法的1 d相當于常溫20 ℃條件下貯藏1個月[9]，計算產品的貨架期。

1.3.3 理化指標的測定

過氧化值(PV)測定參照GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》中的硫代硫酸鈉滴定法，以mmol/kg表示；酸價(AV)測定參照GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》的方法，以mgKOH/g表示；茴香胺值(p-AV)測定參照GB/T 24304—2009《動植物油脂茴香胺值的測定》的方法。丙二醛的測定參考文獻[10]，采用液相色譜法測定。

共軛值的測定參照文獻[11，12]，將加速氧化的冷榨胡麻油樣品溶于10 mL的環己烷中，配成質量濃度為0.02～0.04 g/L的溶液，在233、268 nm下分別測定吸光度。根據公式計算：

式中:A為測定的吸光度；b為吸光池光程，取1 cm；ρ為油脂溶液質量濃度/g/L。

1.3.4 營養指標的測定

脂肪酸測定采用氣相色譜連用質譜法[13]。生育酚測定采用高效液相色譜法，外標法定量[14]。甾醇測定采用液相色譜法，外標法定量[15]。角鯊烯測定采用氣相色譜法，外標法定量[16]。

1.4 數據處理

每個數據測定3個平行，試驗數據用Excel 2007進行初步整理與計算，試驗圖用Origin 9.0和Unscrambler v 9.7軟件繪制，試驗數據結果均用“平均數±標準差”表示。試驗數值間用SPSS19.0的ANOVA法進行差異顯著性分析，顯著性水平設置為P<0.05。Pearson法進行相關性分析，相關系數用r表示。

2 結果與分析

2.1 冷榨胡麻油在加速氧化中理化指標的變化

2.1.1 過氧化值和酸價的變化

不同加熱時間下冷榨胡麻油PV和AV的變化如圖1所示，在整個加速氧化過程中，隨著加熱時間的延長，PV和AV都呈上升趨勢，表明冷榨胡麻油的氧化程度加深。AV的增加是由于油在加熱后甘油三酸酯的水解，產生了游離脂肪酸；PV的增加歸因于脂質氫過氧化物的形成[17]。在加速氧化的第0天時，冷榨胡麻油過氧化值和酸價分別為0.56 mmol/kg和0.77 mgKOH/g，加熱至第28天時分別增加到11.08 mmol/kg和3.7 mgKOH/g。根據GB 2716—2018《食品安全國家標準植物油》對于食用植物油品質指標的規定，過氧化值和酸價分別不超過0.25 g/100 g(10 mmol/kg)、3 mgKOH/g，說明了冷榨胡麻油在加速氧化的后期油脂劣變比較嚴重。由此可見，冷榨胡麻油在儲存的前24 d內品質良好，未超出規定限量標準。

注：不同字母表示具有顯著性差異(P<0.05)，余同。圖1 加速氧化期間冷榨胡麻油PV和AV的變化

2.1.2 茴香胺值和丙二醛含量的變化

不同加熱時間下冷榨胡麻油p-AV和丙二醛的變化如圖2所示，隨著時間的延長，p-AV和丙二醛呈上升趨勢，表明氧化程度加深。第0天時的p-AV為2.12，在加熱至第28天時上升至111.98，原因是冷榨胡麻油的初級氧化產物在高溫下極其不穩定，在氧化初期會進一步分解為二次氧化產物，醛類化合物高速累積；氧化8～12 d期間，醛類化合物的分解速度增加導致p-AV增加緩慢；氧化12～28 d期間，p-AV又迅速上升，原因可能是醛類化合物的合成速率高于分解速率。氧化第0天時丙二醛的含量為0.06 mg/kg，但在第12天時，含量有所減小，原因可能是油脂生成的氫過氧化物又進一步分解生成了其他的醛類及有機酸等物質。隨后其含量顯著增加，在氧化第28天時，含量高達3.54 mg/kg，胡麻油中丙二醛含量共增加了3.48 mg/kg。通常認為，丙二醛是通過含有至少3個雙鍵的脂肪酸(過氧化氫環)內過氧化物的分解形成的[18]。

圖2 加速氧化期間冷榨胡麻油中丙二醛和p-AV的變化

2.1.3 共軛值的變化

多不飽和脂肪酸在形成氫過氧化物的過程中雙鍵會發生重排，形成共軛二烯和共軛三烯結構[10]，其中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。冷榨胡麻油在加速氧化過程中共軛值變化如圖3所示，在加速氧化的前16 d內，共軛二烯和共軛三烯值緩慢上升，這可能與冷榨胡麻油富含抗氧化活性物質有關[19]。在加速氧化的16～20 d內，共軛二烯值迅速下降，主要由于在氧化的早期階段，不飽和脂肪酸之間形成共軛結構，反應以氫過氧化物的形成為主，而到了中后期則以氫過氧化物的分解為主，當油脂氧化到一定程度時氫過氧化物形成醛和酮，其分解速度大于形成的速度，導致共軛二烯的減少；而此時的共軛三烯值卻迅速上升顯著(P<0.05)，共軛三烯的增加可能是由共軛二烯脫水產生的[20]。在加速氧化的20～24 d內，共軛三烯值顯著下降(P<0.05)，可能與冷榨胡麻油中的亞油酸和亞麻酸含量相關。在加速氧化后期第28天時，共軛二烯和共軛三烯含量分別增加至66.63、9.13 mmol/kg。

圖3 加速氧化期間冷榨胡麻油共軛值的變化

2.2 冷榨胡麻油在加速氧化中營養品質的變化

2.2.1 脂肪酸的變化

脂肪酸的組成是衡量植物油營養價值的重要指標，同時也影響著植物油的穩定性。從實驗在新鮮油(0 d)中共檢出13種脂肪酸，含量從高到低依次為α-亞麻酸、油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、二十二烯酸、花生烯酸，其中不飽和脂肪酸占總脂肪酸的87.44%。不飽和脂肪酸中含量最高的是α-亞麻酸，占總脂肪酸比例的50.91%。由圖4可知，在不飽和脂肪酸中，α-亞麻酸在加熱條件下相對含量呈下降趨勢，共減少了16.28%，而亞油酸基本保持不變，油酸則呈現先升后降的趨勢，出現這一現象可能是由于油酸是單不飽和脂肪酸，另一種可能就是多不飽和脂肪酸氧化成單不飽和脂肪酸的速率大于單不飽和脂肪酸氧化成飽和脂肪酸的速率[21]；而飽和脂肪酸中，硬脂酸和棕櫚酸的相對含量隨著加熱時間的延長而有所上升。其原因是飽和脂肪酸穩定性高于不飽和脂肪酸，并且不飽和脂肪酸在持續加熱條件下，大部分轉變成了飽和脂肪酸[22]。

圖4 加速氧化對冷榨胡麻油中主要脂肪酸含量的影響

2.2.2 生育酚的變化

生育酚是一種天然的抗氧化劑，可以通過抑制自由基反應或清除氧來延緩油脂的氧化速度，從而提高油脂的穩定性。表1顯示了冷榨胡麻油在60 ℃加速氧化過程中生育酚含量的變化，共檢測到了3種構型的生育酚(α、γ、δ)，其中以γ-生育酚為主，含量高達473.93 mg/kg，約占總生育酚含量的82.34%；其次是α-生育酚和δ-生育酚，含量分別為69.99、31.64 mg/kg，這與文獻[23]所報道的結果基本一致。冷榨胡麻油在加速氧化過程中3種生育酚的含量都顯著下降(P<0.05)，其中α-生育酚的含量在8 d后就無法檢測出，原因可能是其含量低于了儀器的檢測限度，而δ-生育酚和γ-生育酚的含量則在前8 d內緩慢下降；當α-生育酚被消耗完時，δ-生育酚和γ-生育酚的含量顯著下降(P<0.05)，說明在冷榨胡麻油樣品中當α-生育酚的含量較高時，δ-生育酚和γ-生育酚穩定性較強。已報道生育酚的供氫能力依次為：α-生育酚>β-生育酚>γ-生育酚>δ-生育酚[24]。因此，高含量的α-生育酚和β-生育酚的存在構成了植物油的抗氧化保護因素，橄欖油在60 ℃氧化條件下生育酚含量的變化也得出了相類似的結論[25]。

表1 加速氧化期間冷榨胡麻油生育酚含量的變化

2.2.3 甾醇和角鯊烯的變化

植物甾醇具有抗癌、降低膽固醇和預防冠狀動脈硬化等生理功能；角鯊烯是一種從海洋生物中提取的三十碳直鏈烴類甾體化合物，主要來源于深海鯊魚肝油，曾被用作皮膚潤膚劑[26]。如表2所示，本研究對冷榨胡麻油中在加速氧化期間的3種植物甾醇(β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇)和角鯊烯進行了定量分析。在確定的植物甾醇中，β-谷甾醇是主要成分，其含量為181.38 mg/100 g，約占植物甾醇總量的59.25%，其次是菜油甾醇和豆甾醇。在加速氧化的0～ 28 d期間，冷榨胡麻油中β-谷甾醇，菜油甾醇和豆甾醇的含量都有一定程度的下降，分別減少了約22.09%、32.72%、34.26%，其中β-谷甾醇在加速氧化過程中的損失率較低，而豆甾醇損失率較高，說明豆甾醇的穩定性較差。但與生育酚相比，植物甾醇在加速氧化過程中的穩定性較強。雖然在植物油中甾醇可以發揮抗氧化劑的作用，但在長時間加熱條件下其本身含量會由于發生降解而減少[27]。冷榨胡麻油中角鯊烯的含量在加速氧化過程中顯著降低，在第0天時其含量最高，為27.34 mg/kg。與第0天時相比，在氧化第28天時，角鯊烯含量為11.93 mg/kg，損失了43.63%。雖然氧化胡麻油中角鯊烯含量變化的機理尚未闡明，但實驗的結果表明，加熱氧化可以降低冷榨胡麻油中角鯊烯的含量。

表2 加速氧化期間冷榨胡麻油中植物甾醇和角鯊烯含量的變化

2.3 冷榨胡麻油在加速氧化中營養品質與理化指標的相關性分析

冷榨胡麻油在加速氧化中營養品質與理化指標相關性結果見表3。飽和脂肪酸的含量與理化指標呈正相關(r為0.897～0.961，P<0.01)。不飽和脂肪酸含量與理化指標呈負相關(r為-0.976～-0.920，P<0.01)。生育酚含量與過氧化值、茴香胺值，丙二醛、共軛二烯值、共軛三烯值均呈負相關。甾醇含量與酸價、茴香胺值、丙二醛、共軛二烯值、共軛三烯值均呈負相關；與過氧化值呈正相關。角鯊烯含量與酸價、茴香胺值、丙二醛、共軛二烯值、共軛三烯值均呈負相關；與過氧化值呈正相關。研究結果說明了冷榨胡麻油氧化程度的加深促進了其中有益伴隨物的降解和消耗。

2.4 冷榨胡麻油在加速氧化中品質指標的主成分分析

為了綜合評價冷榨胡麻油在加速氧化過程中營養物質和理化指標隨氧化時間延長的變化情況，利用主成分分析(PCA)，得到的結果見圖5，PC1和PC2的貢獻率分別為98%和2%，能夠很好地反映出不同氧化時期冷榨胡麻油樣品品質變化的整體信息。從樣品之間的距離對比可知，冷榨胡麻油的氧化過程可分為3個階段，第1階段為0～8 d，第2階段為12～20 d，第3階段為24～28 d。0～8 d時期的冷榨胡麻油的氧化可能處于自動氧化的鏈引發階段，各理化指標未發生明顯變化；12 d以后過氧化值等指標急速上升，與文獻[28]報道的結果相一致，說明此時處于自動氧化的鏈增殖階段，氧化值迅速上升是由于初級代謝產物快速累積造成；24 d后過氧化值等指標逐漸穩定，說明油脂的氧化進入鏈終止階段，且生成的氫過氧化物降解與生成速率逐漸趨于平衡。

表3 加速氧化期間冷榨胡麻油營養品質與理化指標的相關性分析

圖5 不同氧化時期冷榨胡麻油的主成分分析

3 結論

在避光條件下，采用Schaal烘箱法連續加熱冷榨胡麻油28 d，通過測定理化指標和營養成分的變化，分析了冷榨胡麻油在加速氧化過程中品質變化規律。由實驗結果可知，過氧化值、酸價、茴香胺值等理化品質指標都呈上升趨勢，但在加速氧化20 d(相當于常溫20個月)內，過氧化值(5.85 mmol/kg)和酸價(1.6 mgKOH/g)均未超出GB 2716—2018對食用植物油的限定標準；而冷榨胡麻油中主要不飽和脂肪酸(α-亞麻酸、β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和角鯊烯)含量下降，生育酚的含量顯著下降，其中α-生育酚的含量在8 d后則無法檢出。采用主成分分析法評價品質指標隨氧化時間增長的變化情況，可將冷榨胡麻油的氧化過程分為3個階段：第1階段(0～8 d)，第2階段(12～20 d)，第3階段(24～28 d)。冷榨胡麻油在加速氧化20 d內具有良好的穩定性，但從有益伴隨物的角度分析其在氧化8 d內適合儲藏。