植物油的介电常数及其品质变化之间的相关性研究

陆青青,程裕东,金银哲

(上海海洋大学食品学院,上海 201306)

植物油的介电常数及其品质变化之间的相关性研究

陆青青,程裕东*,金银哲*

(上海海洋大学食品学院,上海 201306)

为了考察植物油介电常数的变化规律,本研究采用同轴探针技术,探究了25℃温度条件下菜籽油、调和油、葵花籽油、橄榄油、玉米油、芝麻油、大豆油及花生油等八种常见食用植物油的介电常数和脂肪酸组成。同时,测定了大豆油在油炸过程中酸值、过氧化值等品质变化,与介电常数的变化规律相联系起来,研究了两者之间的相关性。结果表明:在较低频段(100～180MHz)时,除花生油外,同频率下各种食用植物油介电常数大小与油中不饱和脂肪酸总含量呈正相关关系；在较高频段(300～10000MHz)内,油的介电常数随亚油酸含量的增加而增加。随着油炸时间的增加,大豆油的酸值逐渐增加,过氧化值先增加后减小,大豆油的介电常数逐渐增加。在同一频率下,大豆油的介电常数变化与上述品质变化呈正相关关系。

食用植物油,介电常数,脂肪酸,酸值,过氧化值

植物油在油炸过程中会发生一系列的热氧化、热聚合、水解和裂解等理化反应,影响油脂的品质,危害人体健康[1-3]。而且植物油在煎炸过程中,由于和食品之间的相互作用,还会使油炸食品的品质发生明显的变化,尤其是反复使用的煎炸油对食品的品质产生不良的影响。因此,了解油炸过程中油品质变化对油炸食品品质十分关键[4]。

为了及时准确了解食用油以及油炸过程中油的品质,从而有效控制油炸方式与条件,需要对油的品质进行及时检测。传统的检测指标有酸值、过氧化值、碘值、皂化值、羰基价等,检测方法费时费力,而且化学试剂的使用对操作者和自然环境产生潜在的危害。而新型检测方法,如核磁共振法、红外或近红外法等存在检测仪器比较昂贵、使用过程中需要采用推荐的标准物进行校正等缺点而难以实现实时实地快速检测[5]。

介电特性,是指生物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性。目前,研究者对以研究电气物性为主要目的的食品(如水果、蔬菜、蛋类、豆类、油脂类和部分水产鱼类)介电特性进行了较为深入的研究[6-10],也有对食用油的介电特性进行了初步研究[11-16]。但对于油炸过程中油品质及介电特性的相关性研究还未见报道。油炸过程中发生的各种变化使油中的极性成分增加,极性成分的生成很大程度影响着介电特性的变化,本研究基于此理论基础,采用同轴探针技术,提高了测定频率,比较了8种常见食用植物油在较低频段(100～180MHz)和较高频段(300～10000MHz)内介电特性的变化规律。特别测定了915MHz和2450MHz下大豆油的介电特性与其酸值和过氧化值的相关性,为工业和家用微波处理油炸食品的品质研究提供一定的数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金龙鱼精炼一级大豆油(1.8L装)；金龙鱼第二代食用调和油1∶1∶1(900mL装)；金龙鱼醇香营养菜籽油(1.8L装)；金龙鱼特香花生油(1.8L装)；多力葵花籽油(1.8L装)；融氏纯玉米油(1.018L装)；福临门特级初榨橄榄油(500mL装)；金龙鱼100%纯芝麻油(400mL装),均在2013年7月购于上海市农工商超市(临港店),且均在保质期内。

PNA-L型网络分析仪 美国安捷伦科技有限公司；Model85070E软件 美国安捷伦科技有限公司；THERMIC MODEL 2100A型热电偶测温仪 ETODENKI公司；BS 224S型赛多利斯分析天平 德国Sartorious集团；ADF-P22A电油炸锅 ACA北美电器；A级具四氟芯滴定管25mL 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 实验方法

脂肪酸含量的测定,由中国商业联合会食品质量监督检测中心根据《GB/T17377-2008(动植物油脂)脂肪酸甲酯的气相色谱分析》、《GB/T17376-2008(动植物油脂)脂肪酸甲酯制备》测定8种食用植物油的脂肪酸含量。

煎炸油的制备:将1200mL的大豆油加到油炸锅(意大利德龙股份有限公司F885V型)中,170±1℃连续油炸,每隔2h取油样,取12次。

酸值的测定:GB/T5530-2005

过氧化值的测定:GB/T5538-2005

介电特性测定:由E5071C矢量网络分析仪及85070B末端开路的同轴探头(安捷伦公司,日本)、安捷伦85070测试软件和计算机组成同轴探头测试系统测定。测试前,先开机预热1h,用开路、短路和25℃的去离子水校准同轴探头。选择测量频率范围为300～10000MHz,线性采样点为98个。测试时,将盛有各种植物油的烧杯放于探头下,让探头充分浸入油样,并保证探头端面无气泡时测试数据。通过测试软件计算介电参数和频率的关系。测定时,周围环境温度控制在(25±1)℃。所有数据都一式三份,计算平均值。

2 结果与讨论

2.1 八种食用植物油的脂肪酸含量

八种食用植物油中不饱和脂肪酸的总含量从大到小依次为菜籽油(92.70%)、调和油(87.50%)、葵花籽油(87.30%)、橄榄油(85.90%)、玉米油(84.50%)、芝麻油(84.20%)、大豆油(82.70%)、花生油(80.90%)。八种植物油中油酸和亚油酸是各种脂肪酸中含量最多的,其中橄榄油(78.50%)和菜籽油(61.90%)的油酸含量较高,而亚油酸的含量相对较低；葵花籽油(26.90%)、大豆油(25.90%)及玉米油(29.90%)的油酸含量相对最低,而相应的亚油酸含量是相对最高的(表1)。

2.2 常温下八种食用植物油的介电常数

25℃下,在低频段(100～180MHz)和高频段(300～10000MHz)内分别测定了八种食用植物油介电常数变化,如图1、图2所示。

图1 八种食用植物油在不同频率(100～180MHz)下的介电常数Fig.1 The dielectric constant of eight kinds of edible vegetable oil under different frequencies(100～180MHz)

图2 八种食用植物油在不同频率(300～10000MHz)下的介电常数Fig.2 The dielectric constant of eight kinds of edible vegetable oil under different frequencies(300～10000MHz)

不同频率下八种油食用植物油的介电常数值都很小(图1和图2),ε′<4.4(100～180MHz)；ε′<2.5(300～10000MHz)。这是因为物质的介电常数值与其极化成分和固有的偶极矩有关。

表1 8种食用植物油的各种脂肪酸含量

低频段时,引起介电损耗的主要原因是离子的导电性,而油是弱极性液体,其中的离子很少,因此其介电常数值很小。随着频率的增大,偶极子的极化是产生介电损耗的主要原因。水是典型的偶极子,而油中的含水率非常小,因此偶极子对食用油介电损耗的影响也非常小。对于弱极性植物油,极化成分一般在3%～5%之间,因此表现出较小的介电常数值[17]。

随着频率增加,八种油的介电频谱显示基本相同的变化趋势(图1)。在145MHz之前,介电常数随着频率的增加而增加,145MHz达到最大值,之后随着频率的增加而减小。而且,菜籽油的介电常数最大,大豆油的最小。整个低频段(100～180MHz)内,同频率下各种食用油的介电常数从大到小依次为菜籽油、调和油、葵花籽油、花生油、橄榄油、玉米油、芝麻油和大豆油。除花生油以外,这种顺序与上述不饱和脂肪酸总含量的顺序恰好相同。这是由于不饱和脂肪酸含量越多,极化成分就越多,介电常数也就越大。

图2表明了在300～10000MHz频段内介电常数的变化。随着频率的增大,介电常数逐渐减小。其中,菜籽油、玉米油及大豆油的介电常数值相近；芝麻油、调和油及花生油的介电常数值相近；菜籽油与橄榄油的介电常数相近,这正好与这八种食用植物油的亚油酸含量有着极其相似的现象。菜籽油(60.20%)、玉米油(53.60%)及大豆油(50.70%)的亚油酸含量相近；芝麻油(42.60%)、调和油(36.10%)及花生油(31.90%)的亚油酸含量相近；菜籽油(18.50%)与橄榄油(6.00%)的亚油酸含量相近,这表明在较高频段(300～10000MHz)时,介电常数变化与植物油中亚油酸的含量有关,而且随着亚油酸含量的降低,介电常数值也相应变小。通过常温下对八种食用植物油介电特性的测定,可以确定的是在低频段内,主要是不饱和脂肪酸含量影响介电常数值,在较高频段内,不饱和脂肪酸中的亚油酸对介电常数影响显著。

2.3 大豆油在高温下的酸值和过氧化值变化

随着油炸的进行,大豆油的酸值和过氧化值逐渐增加。酸值在前14h增加缓慢,油炸14h后酸值迅速增加(表2),表明大豆油的品质开始急剧恶化。油炸16h之前,大豆油的酸值小于4、过氧化值小于12,均在安全值范围内。但16h之后,过氧化值继续增大直到20h以后开始减小,这是因为油脂在油炸过程中形成的过氧化物在高温下开始发生热分解、热聚合,生成醛、酮、醇、环氧化物等,过氧化值呈现缓慢降低的趋势,但不代表油脂的品质变好了。

表2 大豆油在油炸过程中的酸值和过氧化值变化

2.4 大豆油在油炸过程中介电常数的变化

由图3可以看到,随着频率的增大,大豆油的介电常数逐渐减小,且随着油炸时间的增加,大豆油的介电常数呈逐渐增大的趋势,并且从14h开始,介电常数增加的幅度略有增加,这和表2中14h后大豆油的酸值和过氧化值增加幅度略有提高相关。这是因为随着油炸的进行,油脂品质发生变化,油脂中极性成分开始增加,而油脂中的极性成分是影响油脂介电特性变化的主要原因,结果使得油脂介电常数呈现增大的趋势。

表3 不同频率下大豆油介电常数与酸值和过氧化值的拟合系数

图3 大豆油油炸24小时的介电常数变化(油炸温度:170℃)Fig.3 The change of dielectric constant for soybean oil during frying(frying temperature：170℃)

显然,随着酸值和过氧化值的升高,相对介电常数也升高,其拟合关系可表示为:

Y=ax2+bx+c

(1)

式(1)中x-介电常数(ε′)；Y-酸值(AV)或过氧化值(PV)；a,b,c-均为拟合系数。

表3给出了几个频率下大豆油的介电常数与酸值和过氧化值的拟合判定系数,表明各频率下的判定系数几乎都大于0.90,拟合度较好。图4为大豆油在915MHz和2450MHz下油炸过程中酸值和过氧化值与介电常数的变化关系。这表明油炸过程中大豆油的酸值和过氧化值的变化与介电常数之间存在相关性。

图4 915MHz(a)和2450MHz(b)时,大豆油油炸过程中酸值和过氧化值与介电常数的变化关系Fig.4 The variation relationship between AV, PV and dielectric constant during frying at 915(a)and 2450MHz(b)

3 结论

本研究对几种常见食用植物油的介电特性进行了探索,结果表明,植物油的介电常数值较小,且有一定的规律性。对食用植物油的脂肪酸组成及含量进行了测定,将其与介电特性变化规律进行了比较。在较低频段(100～180MHz)时,除花生油外,同频率下各种食用植物油介电常数大小与油中不饱和脂肪酸总含量呈正相关关系；在较高频段(300～10000MHz)内,油的介电常数随亚油酸含量的增加而增加。对大豆油进行高温(170±1)℃油炸,随着油炸时间的增加,大豆油的酸值逐渐增加,过氧化值先增加后减小,大豆油的介电常数逐渐增加,在同一频率下,大豆油的介电常数变化与上述品质变化呈正相关关系。本实验主要对油炸过程中大豆油酸值和过氧化值的变化与其介电常数的相关性进行了初步的研究,为进一步探究利用介电特性方法测定油炸过程中的食用油与油炸食品品质提供了基础数据。

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Correlation research between dielectric constant and the quality variation for vegetable oil

LU Qing-qing,CHENG Yu-dong*,JIN Yin-zhe*

(College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

In order to investigate the changing rule of dielectric constant, the dielectric constant of colza oil,blend oil, sunflower oil,olive oil,corn oil,sesame oil,soybean oil and peanut oil were studied by the open-ended coaxial probe technology at 25℃. And the compositions of the fatty acid were measured. The change of acid value and peroxide value for soybean oil were been measured during frying, and connected to the changing rule of dielectric constant. The results indicated that at lower frequencies(100～180MHz),the positive relationship was between dielectric constant and unsaturated fatty acid except for peanut oil;at higher frequencies(300～10000MHz),dielectric constant of soybean oil was increasing with the content of linoleic acid. The acid value of soybean oil was increasing with the frying time,but peroxide value was increasing and then decreasing during frying. The dielectric constant was increasing during frying. At the same frequency,the positive relationship between dielectric constant and quality variation were found in this study.

edible vegetable oil;dielectric constant;fatty acid;acid value;peroxide value

2014-05-19

陆青青(1989-),女,硕士研究生,研究方向:食品热加工。

*通讯作者:程裕东(1961-),男,博士,教授，研究方向:食品热加工。 金银哲(1977-),男,博士,副教授,研究方向:食品工程。

上海市科委部分院校能力建设项目(12290502200)；上海高校知识服务平台,上海海洋大学水产动物遗传育种中心(ZF1206)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)07-0109-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.014