温度对阿勒泰羊尾脂氧化初期脂肪酸变化的影响

李 钰,刘成江,*,李应彪

(1.新疆农垦科学院农产品加工研究所,新疆农垦科学院农产品加工重点实验室,新疆石河子832000;2.石河子大学食品学院,新疆石河子832000)

温度对阿勒泰羊尾脂氧化初期脂肪酸变化的影响

李 钰1,刘成江1,*,李应彪2,*

(1.新疆农垦科学院农产品加工研究所,新疆农垦科学院农产品加工重点实验室,新疆石河子832000;2.石河子大学食品学院,新疆石河子832000)

以阿勒泰羊尾脂为研究对象,研究了在(-4±1)、(4±1)、(8±1)、(12±1)、(16±1)、(20±1) ℃温度下储藏30 d对脂肪氧化及脂肪酸的影响,结果表明:经过(-4±1) ℃处理后的羊脂pH维持在6.6左右(p<0.05)、硫代巴比妥酸值(TBARS)未达到0.5 mg MDA/kg,氧化速率明显得到抑制(p<0.05)。(-4±1) ℃处理组的饱和脂肪酸含量增加了27.1%;单不饱和脂肪酸含量减少了15.38%;多不饱和脂肪酸含量下降了0.34%,(-4±1) ℃可作为降低和抑制脂肪酸败以及其氧化速率的参考温度。

阿勒泰羊尾脂,脂肪酸,过氧化值,硫代巴比妥酸,氧化，温度

阿勒泰羊(Altay sheep),俗称大尾羊[1],历史悠久,其形成与当地气候条件,草地资源及其生长方式密切相关,阿勒泰羊以其遗传性能稳定,生产性能优良、体格健壮、耐寒、肉质鲜嫩、无膻味、适应性强、尾部脂肪厚而著称,是新疆地区肉脂兼用的优良地方品种[2-3]。由于阿勒泰羊尾脂的利用率和深加工程度在产业发展中还是普遍偏低,特别是储存加工技术落后,使得羊脂大量积压,导致脂肪腐败变质,品质下降。近年来国外对脂类氧化研究的重点已逐渐转向对脂肪酸氧化的研究。脂肪酸氧化是指脂肪酸受到温度、金属离子、光照等因素的作用后分子内化学键断裂进而转化为游离自由基、小分子脂肪酸、饱和脂肪酸、醛类或酮类化合物等过程。课题组前期研究已经证实[4-5],阿勒泰羊脂肪含有数量可观的不饱和脂肪酸(如亚油酸、亚麻酸等),因此具有较高的营养价值。由于这些脂肪酸不饱和程度相对较高,更易受氧、水、光、热、微生物等的作用发生水解或氧化,会形成醛类、酮类等物质,这些变化均会引起风味的变化,营养价值的下降,并产生有害物质。目前,多数研究认为,脂类的自动氧化与温度有直接关系,但对低温研究及其对脂肪酸的变化影响并没有做深入研究。基于此,本研究以阿勒泰羊尾脂肪作为研究对象,通过比较不同阶段的低温储藏对阿勒泰羊尾脂氧化以及脂肪酸变化的影响,根据自然规律阐述氧化的机理,结论可为阿勒泰羊尾脂贮藏和产业开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

阿勒泰羊尾脂肪 随机采自常年生活在石河子肉羊良种繁育基地的10只健康状况良好、3～5岁性发育成熟阿勒泰大尾羊;自封袋(普厚5丝,6 cm×9 cm) 深圳吉福中胶袋公司;甲醇、氯仿、碘化钾、硫代硫酸钠、淀粉、三氯乙酸(TCA)、乙二胺四乙酸、硫代巴比妥酸、三氟化硼-甲醇、冰乙酸、氢氧化钠等 均为分析纯;正己烷 色谱纯;有机相过滤膜 0.22 μm;37种常规脂肪酸甲酯(FAME)标准品 纯度≥99%,购自Sigma公司。

7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司;HP-5毛细管色谱柱 60 m×250 μm×250 μm JAW 19091S-436,Agilent Inc.;T6型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;DK-8D数显恒温水浴锅 常州迈科诺仪器有限公司;TD4-MR离心机 金坛市三和仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的准备及预处理 供试样品颈静脉放血后2 h内迅速取尾部脂肪组织样品切成1 cm3左右的小块后用超低温冰箱速冻,之后在-20 ℃条件下保存备用。将所有供试阿勒泰羊尾脂肪均匀混合,经过冷冻均质搅拌分成薄厚相同的60份样品,每份100 g并进行独立包装,装入自封袋中进行封口,将每10份样品分别置于恒温恒湿箱(-4±1)、(4±1)、(8±1)、(12±1)、(16±1)、(20±1) ℃内避光,自然条件下储藏27 d。储藏期间不同温度下每3 d各取出一包,测定一次硫代巴比妥酸(TBARS)、pH、过氧化值(POV)、脂肪酸。每项指标均测定三次,取平均值。

1.2.2 pH的测定 取10.0 g样品,剪碎,分别装入3个三角瓶中,倒入100 mL蒸馏水,浸泡20 min过滤,用玻璃棒每隔10 min搅拌,使得脂肪浸泡更加充分均匀。取滤液用酸度计测定pH。

1.2.3 硫代巴比妥酸(TBARS)的测定 TBARS测定参照Amc R[6]方法进行,称取5.0 g脂肪,倒入25 mL TCA溶液,混匀,放入摇床,振摇40 min,取出过滤。取滤液5 mL 放入具塞比色皿中,加入5 mL 0.02 mol/L硫代巴比妥酸,混匀,放入90 ℃水浴锅加热40 min后,取出冷却,4000 r/min 25 min,加入5 mL氯仿溶液,混匀,静置分层,取上清液待测。

以相同的TCA,硫代巴比妥酸混合液,做空白实验,记录数据。

1.2.4 过氧化值(POV)的测定 POV值参照Çiçek[7]方法进行测定,称取2.0 g脂肪,加入体积比为2∶3的氯仿-冰乙酸混合液30 mL,使油脂全部溶解,避光处加入1 mL的饱和碘化钾溶液,振摇使之混匀,置于暗处5 min后,取出加入30 mL蒸馏水,振摇混匀。立刻用0.002 mol/L的硫代硫酸钠溶液滴定,滴定至淡黄色加入1 mL淀粉指示剂。滴定终点,蓝色消失。

以相同的饱和碘化钾,氯仿-冰乙酸混合液,水做空白实验,记录下体积，按照下式计算POV值。

POV值=(X-V)×C/m×1000

式中,X:“样品”消耗的硫代硫酸钠体积(mL);V:空白消耗硫代硫酸钠体积(mL);C:硫代硫酸钠浓度(mol/L);m:油脂的重量(g)。

1.2.5 脂肪酸甲酯化及测定 方法参照国家标准(GB/T 17376-2008/ISO5509:2000),称取500 mg脂肪,放入三角瓶内,连接冷凝管,加入5 mL 0.5 mol/L氢氧化钠-甲醇溶液,70 ℃下回流5 min,进行脂肪的皂化。加入5 mL的12%～15%三氟化硼-甲醇溶液5 mL,70 ℃下回流5 min,进行脂肪的甲酯化。加入3 mL色谱纯正己烷,70 ℃下回流5 min后,加入5 mL饱和氯化钠溶液,振摇15 s,静置10 min,吸出上清液于小瓶中,-20 ℃待测。

气相色谱仪参数:进样口温度230 ℃;检测温度270 ℃。升温程序:初始温度50 ℃;保持5 min,以10 ℃/min升至170 ℃,保持20 min,再以5 ℃/min 升温至270 ℃,保持5 min。分流进样30∶1,进样量1 μL。总运行时间为47 min,载气为氦气,载气流速1 mL/min。

MS条件:电子轰击离子(EI)源,全扫描方式;电子能量70 eV;四极杆扫描范围(m/z)35～780。

1.2.6 统计与分析 动物油脂的各项指标平均测定三次(N=3)。采用Origin 8.0 和SPSS 18.0 软件包进行数据分析。测定结果以平均值±标准差表示。实验数据采用AVOVA进行邓肯氏(Duncan’s)差异分析,以p<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 pH的变化

图1表示,不同温度贮藏对阿勒泰羊尾脂脂肪pH变化的影响,随着时间变化呈现逐渐下降的趋势。其中,(-4±1) ℃低温储藏下的pH下降的较其他处理组趋势缓慢且平稳(p<0.05),而(20±1) ℃储藏下的pH下降速率较其他处理组大(p<0.05),反映出低温会抑制脂肪的酸败,而高温会加速pH下降速率,导致脂肪的氧化速率增加,加速脂肪的酸化腐败程度。第27 d(-4±1) ℃处理组的pH平稳维持在6.6左右(p<0.05)。由于受到应激性和肌肉损伤影响,乳酸和肌肉中的肌糖原被释放到血液中,使得pH降低[8],由于低温条件下氧化速率降低,使得脂肪维持在一个稳定的pH环境中,因此,(-4±1) ℃可作为降低和抑制脂肪酸败的参考温度。

图1 温度对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪pH的影响Fig.1 The change of pH under different temperature in Altay sheep fat during refrigerated storage in initial autoxidation stages

2.2 POV的变化

如图2所示,不同温度对阿勒泰羊尾脂脂肪储藏期间POV变化的影响,不同温度下储藏的脂肪样品的POV值在氧化初期变化较大,其中,(-4±1)、(4±1)和(8±1) ℃处理下的POV值较其他各组POV明显滞后,最高峰维持在低氧化水平阶段(p<0.05),除(-4±1)、(4±1) ℃和(8±1) ℃处理组,剩余处理组POV值变化非常明显,最高峰都前移,尤其是(16±1) ℃处理组和(20±1) ℃处理组POV值明显在第12 d和9 d后开始快速升高,直至最高峰,是由于高温处理组加速了脂肪在储藏期间的氧化速率,导致POV值的快速升高。在储藏期间,过氧化值随着储藏时间的延长而有缓慢的回落趋势,推测可能是由于氢过氧化物分解的速率大于其生成的速率致使在第9 d后逐渐降低。Sohn[9]也通过实验证实,POV值在氧化最快的时间段内达到最高值,随后开始下降。据此推测,过氧化值与氢过氧化物的生成和分解存在相关性,并且这一过程呈动态平衡。

图2 温度对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪POV的影响Fig.2 The change of POV under different temperature in Altay sheep fat during refrigerated storage in initial autoxidation stages

2.3 TBARS的变化

如图3所示,不同温度对阿勒泰羊尾脂脂肪储藏期间TBARS值变化的影响,不同温度处理后的脂肪样品的TBARS值在阿勒泰羊尾脂肪储藏的整个周期内呈现出递增的趋势(p<0.05),其中,硫代巴比妥酸值最初测定的TBARS值为0.07 mg/kg,表明脂质氧化从一开始就存在。其中,(-4±1) ℃和(4±1) ℃处理下的TBARS值较其他各组增长趋势缓慢(p<0.05)。(8±1) ℃处理组和(12±1) ℃处理组在5～15 d变化不明显(p>0.05),但TBARS升高速率明显高于0～5 d(p<0.05),并且(-4±1) ℃处理组TBARS在第27 d比(4±1) ℃处理组升高速率低,但(-4±1) ℃在0～15 d反应速率均低于其他各组,且TBARS在第27 d时还未达到0.5 mg MDA/kg。Bragagnolo[10]已经通过实验证实了,当油脂TBARS值达到0.5 mg MDA/kg时,就很容易闻到油脂氧化酸败的味道。因此,(-4±1) ℃能较大程度上抑制氧化的过程。脂肪的组织结构是长时间储藏过程中自动氧化的主要原因,TBARS含量的增加表明脂质氧化的刺激代谢产物引起了脂类的风味恶化[11],由于阿勒泰羊尾中含有大量的脂肪物质,更容易发生氧化,腐败变质,受到微生物的侵染[12-13]。

图3 温度对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪TBARS的影响Fig.3 The change of TBARS under different temperature in Altay sheep fat during refrigerated storage in initial autoxidation stages

2.4 氧化初期时间的变化

图4 (-4±1) ℃对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪的影响Fig.4 The initial autoxidation stage under(-4±1) ℃ in Altay sheep fat during refrigerated storage

如图4～图9所示,过氧化值POV主要用于测定油脂中的过氧化氢含量,通常用来测定脂类的氧化程度,在氧化初期,氢过氧化物的形成速度超过分解速度,因此POV值会有上升趋势,在氧化后期则相反,POV值则呈下降趋势[14-16]。本文是通过POV达到最高时所需时间的长短作为氧化初期脂肪氧化稳定性的衡量指标。不同温度下的处理组,对阿勒泰羊尾脂脂肪储藏期间氧化初期时间变化的影响,不同温度处理后的脂肪样品的氧化初期的时间在阿勒泰羊尾脂肪储藏的整个周期内呈现出递减的趋势(p<0.05),我们可以确定阿勒泰羊尾脂肪在(4±1) ℃低温储藏27 d内,前25 d为脂质的氧化初期阶段。其中,(-4±1) ℃和(4±1) ℃处理下氧化初期的时间较其他各组明显推后,氧化初期维持在20～22 d之间(p<0.05),而(8±1) ℃处理组和(12±1) ℃处理组氧化初期的时间提前在18～20 d左右,(20±1) ℃处理组氧化初期的时间提前到了第10 d,显著提高了阿勒泰羊尾脂肪的氧化程度(p<0.05)。由此推出,温度越低,氧化初期的时间越长,而温度越高则会缩短氧化初期的时间。

图5 (4±1) ℃对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪的影响Fig.5 The initial autoxidation stage under(4±1) ℃ in Altay sheep fat during refrigerated storage

图6 (8±1) ℃对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪的影响Fig.6 The initial autoxidation stage under(8±1) ℃ in Altay sheep fat during refrigerated storage

图7 (12±1) ℃对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪的影响Fig.7 The initial autoxidation stage under(12±1) ℃ in Altay sheep fat during refrigerated storage

图8 (16±1) ℃对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪的影响Fig.8 The initial autoxidation stage under(16±1) ℃ in Altay sheep fat during refrigerated storage

图9 (20±1) ℃对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪的影响Fig.9 The initial autoxidation stage under(20±1) ℃ in Altay sheep fat during refrigerated storage

2.5 脂肪酸组成的变化

表1 不同温度对氧化初期阿勒泰羊尾脂肪酸的影响Table 1 The change of fatty acids under different temperature in Altay sheep fat during refrigerated storage in initial autoxidation stages

不同温度对阿勒泰羊尾脂脂肪酸含量的影响,如表1所示。阿勒泰羊尾脂肪主要为饱和脂肪酸(SFA)、单不饱和脂肪酸(MUFA)、多不饱和脂肪酸(PUFA),其中,棕榈酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)作为主要的饱和脂肪酸;(C18∶1)作为主要的单不饱和脂肪酸;在多不饱和脂肪酸中,(C18∶2)含量最高,其次是(C18∶3)含量。与Brasil[17]的报道相一致,棕榈酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)是羊体里含量最高的不饱和脂肪酸;(C18∶1)和(C16∶1)作为羊体内主要的单不饱和脂肪酸,Santercole[18]同样发现了山羊肉中同样含有小部分的(C18∶3)。其中,(-4±1) ℃处理组、(4±1) ℃处理组、(8±1) ℃处理组、(12±1) ℃处理组、(16±1) ℃处理组和(20±1) ℃处理组饱和脂肪酸含量分别增加了27.1%、9.4%、74.27%、97.35%、70.27%和76.29%;(-4±1) ℃处理组、(4±1) ℃处理组、(8±1) ℃处理组、(12±1) ℃处理组、(16±1) ℃处理组和(20±1) ℃处理组单不饱和脂肪酸含量分别减少了15.38%、4.97%、32.03%、58.72%、11.36%和15.78%;(-4±1) ℃处理组、(4±1) ℃处理组、(8±1) ℃处理组、(12±1) ℃处理组、(16±1) ℃处理组和(20±1) ℃处理组多不饱和脂肪酸含量分别下降了0.34%、0.75%、0.62%、1.08%、0.46%和1.43%,结论推出高温处理组对多不饱和脂肪酸都有加速氧化的作用,加速了羊脂在储藏中氧化的速率以及氧化的程度。与多不饱和脂肪酸中的(C18∶3)相比,(C18∶2)在储藏期间含量保持相对的稳定,几乎没有变化,与Brasil,Zhang H[17,19]的结论相一致。

3 结论

通过研究阿勒泰羊尾脂脂肪在不同温度条件的下的贮藏情况,可知温度对pH、TBARS值、氧化初期的时间和脂肪酸都有一定的影响,当温度为(-4±1) ℃时,随着时间的增加,pH下降的速率降低;TBARS值直至储藏末期还未达到0.5 mg MDA/kg,相对于其他温度下的处理组,抑制脂质氧化的速率明显得到提高;氧化初期的时间最长,维持在20～22 d之间,而(20±1) ℃处理组氧化初期的时间提前至了第10 d,高温加速了脂肪的氧化分解;在此期间,对脂肪酸影响也较大,其中,(-4±1) ℃和(20±1) ℃处理组饱和脂肪酸含量分别增加了27.1%和76.29%;(-4±1) ℃和(20±1) ℃处理组不饱和脂肪酸含量分别减少了15.72%和17.21%,鉴于阿勒泰羊尾脂脂肪具有较高的营养价值,因此其在食品工业生产应用方面具有广阔的开发空间。但是在食品储藏期间,脂类会发生较多诸如氧化、水解、聚合等化学反应,最终导致食品的变质以及毒性的产生,在此过程中,不同温度条件对脂类脂肪酸的影响也会不同,因此,通过本实验的研究发现低温储藏对含脂类的食品安全性和营养效值产生积极的作用。

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Influence of different temperature in lipid oxidation and fatty acids in Altay sheep fat during initial autoxidation stage

LI Yu1,LIU Cheng-jiang1,*,LI Ying-biao2,*

(1.Key Laboratory of Agro-Products Processing,XinJiang Academy of Agricultural And Reclamation Science,Institute of agro-Products Processing Science and Technology Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science,Shihezi 832000,China；2.Food Collage,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

Influence of different temperature in lipid oxidation and fatty acids in Altay sheep fat during initial autoxidation stage were investigated. The result showed that after(-4±1) ℃ treatment of fat,the pH valve was around 6.6(p<0.05),TBARS value did not reach the 0.5 mg MDA/kg(p<0.05),the rate of oxidation decreased slowly. After treatment(-4±1) ℃ group,saturated fatty acid content was increased 27.1%,the content of monounsaturated fatty acids was decreased by 15.38%,the content of polyunsaturated fatty acid decreased by 0.34%. So,(-4±1) ℃ could be used as a reference concentration to reduce and inhibit fat rancidity and oxidation rate.

Altay sheep fat;fatty acids;POV;TBARS;oxidation;temperature

2016-09-01

李钰(1990-)，女，在读硕士研究生，研究方向：畜产品加工,E-mail：keaidou2345@163.com。

*通讯作者:李应彪(1964-),男，本科，教授，研究方向：畜产品加工，E-mail：Lybfood@sohu.com。 刘成江(1978-)，男，硕士，副研究员，研究方向：畜产品加工,E-mail：lcj_5@sina.cn。

国家自然科学基金(31460401)。

TS251.1

A

:1002-0306(2017)04-0311-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.050