加热过程中植物油品质变化规律的研究

(北京市理化分析测试中心，北京市食品安全分析测试工程技术研究中心，北京市科学技术研究院分析测试技术重点实验室，北京 100089)

营养学和生物临床医学研究认为，脂肪酸在维持人体健康方面起着重要的作用，饮食中长链脂肪酸的组成及含量与各种疾病(如肿瘤、冠心病、心脑血管病和老年痴呆症等)的发病率呈正相关性[1]。但因为植物油在工业应用以及日常生活中常存在着高温处理，高温导致油脂的品质发生改变[2]，而植物油脂成分中不饱和脂肪酸比饱和脂肪酸多，所以高温加热过程中较易氧化、酸败，并且不饱和酸含量越高的植物油加热时氧化、酸败的趋势就越大[3]。研究表明，油脂在加热过程中容易发生水解、聚合、氧化等反应，产生氧化初级产物以及次级产物，导致油脂品质逐渐下降，同时产生有毒有害物质甚至多种致癌物质，危害健康[4]。而且不同油种具有不同脂肪酸组分及含量，油脂经过加热之后，其脂肪酸组分和含量也会发生巨大变化，如对花生油、大豆油分别进行加热试验，结果表明食用油加热至300℃时，其反式脂肪酸含量是未加热时的2倍以上[5]。所以脂肪酸是评价食用油品质的重要指标之一，其组成、含量和比例在很大程度上决定了食用油的营养价值。

本研究选取市售家庭常用烹饪花生油、大豆油、橄榄油、玉米油、菜籽油、亚麻籽油和葵花籽油作为原料，采用一般烹饪温度180℃，在加热时间上，分别在0.5h、1h、2h、4h和6h取样，分析加热时间对植物油中酸价、过氧化值及脂肪酸的变化情况，研究其变化规律。为日常用油提供指导，并对相关部门研究食品中脂类变质提供理论基础。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

Agilent 7890A/5975C气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦)；色谱柱：HP-88毛细管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；恒温水浴锅(常州国华)；球形冷凝管(北京博美玻璃)；分析天平(赛多利斯科学仪器)；电热板EH20B(莱伯泰科)。

37种混合脂肪酸甲脂标准品(J&K)；4种混合亚油酸甲酯顺反异构体标准品(SUPELCO)；8种混合亚麻酸甲酯顺反异构体标准品(SUPELCO)；十三碳酸甲酯标准品(AccuStandard)；二十一碳酸甲酯标准品(AccuStandard)；13%～15%三氟化甲醇溶液(J&K)；正庚烷和甲醇(Fisher)均为色谱纯；三氯甲烷、冰乙酸、碘化钾、无水乙醚、无水乙醇、硫代硫酸钠、氢氧化钠、氯化钠和无水硫酸钠(国药)均为分析纯。

花生油、玉米油、大豆油、葵花籽油、橄榄油、菜籽油和亚麻籽油均购于超市。

1.2 样品处理

1.2.1 加热处理

分别取7种植物油各100 mL倒入250 mL烧杯中，置于电热板上加热，待电热板温度到达180℃时开始计时，分别在加热时间为0.5、1、2、4和6h，取油样，冷却至室温，备用。

1.2.2 酸价的测定

参照GB 5009.229—2016[6]食品中酸价的测定的第一法

1.2.3 过氧化值的测定

参照GB 5009.227—2016[7]食品中过氧化值的测定的第一法

1.2.4 脂肪酸提取

参考GB5009.168—2016中脂肪酸甲酯制备方法[8]，称取植物油 50 mg(精确到 0.1 mg)，置于50 mL具塞试管中，加入4 mL 2%氢氧化钠甲醇溶液混匀，连接到回流冷凝管水浴回流，直至油滴消失，然后加入5 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，继续回流 2 min，用去离子水冲洗冷凝管。迅速冷却至室温，准确加入10 mL正庚烷，振摇，加入饱和食盐水静置分层，吸取上层提取液，加入无水硫酸钠以除去微量的水，最后吸取约1.0 mL除水后的上清液，加入100 μL内标溶液，定容至1.0 mL后进行GC-MS测定。

1.3 仪器分析条件

1.3.1 色谱条件

HP-88毛细管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；程序升温，初始温度120℃，保持1min，以5℃/min升至210℃，保持5min，再以2℃/min升至240℃，保持3min；进样口温度：240℃；载气：高纯He；载气流量：1.0 mL/min；分流比：30∶1；进样量：1.0 μL。

1.3.2 质谱条件

EI离子源；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃；传输线温度：250℃；电子能量：70 eV；溶剂延迟：8min；选择离子监测(SIM)模式。

1.4 数据处理

每个样品平行分析测定3次。所有数据采用SPSS 19.0进行统计分析，One-way analysis of variance和Duncan's multiple range test用来比较数据间的显著性差异，p<0.05表示数据间有显著性差异，具有统计学意义。

2 结果与讨论

2.1 植物油在加热过程中酸价变化

对7种植物油进行酸价测定，与国标中的指标相比较[9-15]，得到表1。其中，橄榄油属于特级初榨，菜籽油和葵花籽油属于三级水平，其余4种植物油均属于一级水平。

在植物油加热过程中，油脂中酸性物质主要由于脂肪酸发生一系列化学反应所致，但在此过程中酸价存在复杂的变化过程：(1)油脂分解，产生游离脂肪酸；(2)油脂中的不饱和脂肪酸在高温加热易被氧化，产生氢过氧化物，而氢过氧化物不稳定分解产生醛、酮，醛被继续氧化产生酸；(3)油脂中饱和脂肪酸被氧化，分解产物中含醛类，而醛进一步氧化则产生酸；(4)氢过氧化物分解产生的小分子酸与脂肪酸分子聚合导致油脂中游离脂肪酸减少，酸价下降[16,17]。因此，促进酸价增高和导致酸价降低的因素同时存在。

如图1所示，7种植物油酸价随着加热时间的增加呈现波动状态，且整体呈升高趋势，但酸价随加热时间增加增幅并不明显，这与谭念等[18]对玉米油、橄榄油和稻米油研究结果相同。这是由于植物油中甘油三酯发生水解反应和不饱和脂肪酸易发生氧化分解反应，导致游离脂肪酸不断产生，引起酸价升高。而加热温度较低时，氢过氧化物的分解有限，被氧化成为酸部分较少，所以酸价没有明显的增加。同时小分子脂肪酸挥发，导致油脂中游离脂肪酸减少酸价下降，从而使酸价随时间变化呈波动趋势。

表1 7种植物油的酸价和等级

注：“-”压榨花生油和亚麻籽油未规定三级指标，“*”橄榄油是按特级、中级和精炼等区分等级。

图1 植物油加热过程中酸价的变化

2.2 植物油在加热过程中过氧化值变化

对7种植物油进行过氧化值测定，与国标中的指标相比较，得到表2。其中，橄榄油属于特级初榨，其余6种植物油均属于一级水平。

油脂氧化初期形成的一级氧化反应产物是氢过氧化物，其数量一般用过氧化值表示，因此过氧化值是有效监测初期氧化反应的指标，并能反映油脂的氧化速度[19]。如图2所示，7种植物油在加热过程中，过氧化值均呈现出波动状态，即先上升达到峰值后下降再上升，这与曹亮等[20]对橄榄油和油茶籽油的研究结果相一致。这是由于加热过程中不饱和脂肪酸发生自动氧化反应，产生氢过氧化物，而氢过氧化物不稳定，可分解生成二级氧化产物，当氢过氧化物达到一定值时分解的速度大于其产生的速度，导致氢过氧化物含量下降。除亚麻籽油外，其余6种植物油在加热1小时后，过氧化值均超过国家标准中规定的四级指标限量6.0 mmol/kg，其中大豆油在加热0.5h时，过氧化值就已经超过四级指标的限量，达到7.82 mmol/kg。此外，亚麻籽油增幅最小，大豆油增幅最大，达到13.57 mmol/kg，这说明除亚麻籽油外，其余6种植物油大部分处于初级氧化阶段。

表2 7种植物油的过氧化值和等级

图2 植物油加热过程中过氧化值的变化

2.3 脂肪酸检测与分析

由表3和图3、4可见，本实验所分析的46种脂肪酸甲脂在39分钟之内出峰完整，同时都得到了较好的分离，不存在拖尾峰和前伸峰。通过选择基峰离子、分子离子峰离子、各脂肪酸的特征离子(图5)，建立了脂肪酸甲酯的离子扫(SIM)方法，如表3所示。在对植物油进行分析时，通过以保留时间和特征离子相对应来定性，根据定量离子的峰面积，采用内标法定量，就能准确的对植物油中脂肪酸各组分进行分析研究。

表3 脂肪酸甲酯的特征离子

续表3

图3 37种脂肪酸甲酯SIM色谱图

图4 亚油酸甲酯异构体和亚麻酸甲酯异构体SIM色谱图

图5 五类脂肪酸甲酯典型质谱图A.硬脂酸甲酯；b.油酸甲酯；c.亚油酸甲酯；d.亚麻酸甲酯；e.二十五碳五烯酸甲酯

2.4 植物油中脂肪酸组成

7种植物油中主要脂肪酸种类相同，均含有饱和类棕榈酸和硬脂酸、不饱和类油酸、亚油酸和α-亚麻酸，且主要以碳十八不饱和类脂肪酸为主，含量均超过80%以上，其中饱和脂肪酸含量最高为橄榄油(17.27 g/100g)，最低为菜籽油(7.97 g/100g)；而不饱和脂肪酸含量最高为菜籽油(92.03 g/100g)，最低为橄榄油(82.73 g/100g)；单不饱和脂肪酸含量最高为橄榄油(71.96 g/100g)，最低为亚麻籽油(22.45 g/100g)；多不饱和脂肪酸含量最高为亚麻籽油(68.39 g/100g)，最低为橄榄油(10.77 g/100g)。

理论上，PUFA含量越高油脂就越易酸败氧化。但实际上植物油中脂肪酸组成复杂，且各脂肪酸氧化能力各异。所以不能用一种脂肪酸含量的多少来判断植物油氧化能力的强弱。因此，Fatemi等[21]提出纯的油酸、亚油酸、亚麻酸的氧化速率比为1∶10.3∶21.6。利用 Calculated oxidizability(COX，〔1(18∶1%)+10.3(18∶2%)+21.6(18∶3%)/100〕)来估算油脂的氧化稳定性。即COX值越小，氧化能力越小。从图6可知，7种植物油COX值大小依次为亚麻籽油>大豆油>葵花籽油>玉米油>菜籽油>花生油>橄榄油。

植物油进行精炼脱臭的处理过程中，不稳定的多不饱和脂肪酸会发生热聚合反应，发生反式异构化，产生反式脂肪酸(TFA)[22]，其组分、含量与精炼程度、脱臭温度及植物油种类有关[23]。这7种植物油中均检出反式脂肪酸，且以C18系列的反式脂肪酸为主。其中，橄榄油中反式脂肪酸的总量最低，仅为0.04 g/100g，而大豆油中含量最高，达到1.88 g/100g。丹麦是世界上最早出台食品中反式脂肪酸限量相关规定的国家，规定中要求任何含TFA超过2%的本国或进口油脂食品均禁止在丹麦市场上销售[24]。我国仅在GB 23347—2009中规定了橄榄油中反式脂肪酸的限量，对其他油种中反式脂肪酸的含量仍未有国家限量标准来规范。本实验所测定的这7种植物油中反式脂肪酸含量均低于2%。

图6 不同植物油中脂肪酸组成

2.5 植物油在加热过程中脂肪酸变化

从表4数据可以看出，7种植物油的脂肪酸在加热过程中呈现出了随加热时间的增加而增大、降低和上下波动的变化趋势，其中：

饱和脂肪酸的含量在加热过程中菜籽油、玉米油、大豆油和亚麻籽油都呈现出规律的显著性增大，这是因为植物油在加热时，多不饱和脂肪酸在高温下最不稳定易发生氧化分解生成单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸。而葵花籽油和橄榄油以上下浮动的形式增大，花生油则保持不变，说明这些油中饱和脂肪酸在加热处理过程中，并不只是作为产物使含量一直增加，同时也作为反应底物参与到整个体系的化学变化中。

单不饱和脂肪酸的变化情况主要与油酸相关，因为作为主要的单不饱和脂肪酸，油酸在加热过程中呈现出增长的趋势。因此除橄榄油出现上下波动增大外，其余6种植物油均呈现出规律的显著性增大。

多不饱和脂肪酸的变化主要与亚油酸和亚麻酸相关，在加热过程中均呈现出规律的显著性减小，即其含量与加热时间成正相关。这与徐婷婷等[25]研究结果相同。

反式脂肪酸的含量在加热过程中均呈现出规律的显著性增大。其中增幅最大的是菜籽油，最小的是橄榄油。说明植物油的不饱和度越高，反式脂肪酸越容易生成或变化。这与赵昕等[26]研究结果相一致。此外，每种植物油的脂肪酸组成和抗氧化剂的不同都会导致其在加热过程中反式脂肪酸的生成量不同[27]。

表4 加热过程中脂肪酸组成的变化

注：数值以均值±标准偏差(mean±sd)的形式表达，同一排相同字母表示在p<0.05下没有显著性差异。

SFA：饱和脂肪酸；MUFA:单不饱和脂肪酸；PUFA：多不饱和脂肪酸；TFA：反式脂肪酸。

3 结论

综上所述，在加热过程中，7种植物油的酸价整体呈升高趋势；过氧化值均呈现出先上升达到峰值后下降再上升的规律；脂肪酸虽在短时间加热中其含量未有显著变化，但在长时间加热过程中会对其相对含量带来影响。理论上多不饱和脂肪酸在高温下最不稳定易发生氧化分解，相对使单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸含量增加，但植物油的组成成分复杂以致氧化因素较多，比如不同结构脂肪酸组成；再如自身含有生育酚等天然抗氧化剂等，导致油脂氧化过程中，脂肪酸变化没有规律或上下波动。日后对植物油中天然抗氧化剂种类、含量分析及自动氧化抑制方法的开发值得进一步深入研究。此外国人烹调方式习惯于高油温、长时间，但是这种烹调方式容易使植物油中脂肪酸组成发生改变，产生反式脂肪酸，增加植物油的酸价及过氧化值，导致植物油中必需脂肪酸含量减少，品质下降，长期食用影响国民身体健康。因此对于我国植物油类氧化稳定性的研究势在必行，同时建议在日常生活中应该控制好油温，尽量选择低温或高温短时间的加热方式进行烹调。

[1] William C E.Importance ofn-3 fatty acids in health and disease[J], Am J Clin Nutr, 2000, 71( supp):171-175.

[2] Debnath S, Rastogi N K, Krishna A G G,et al. Effect of frying cycles on physical chemical and heat transfer quality of rice bran oil during deep-fat frying of poori:An Indian traditional fried food[J].Food and Bioproducts Processing, 2012, 90:249-256.

[3]张虹, 高霞.高温加热对植物油脂品质的影响[J].粮油加工, 1998, 19(2):15-16.

[4] Soupas L, Juntunen L, Lampi A M, et al. Effects of Sterol Structure, Temperature, and Lipid Medium on Phytosterol Oxidation[J], Food and Feed Chemistry, 2004, 52 (21):6485-6491.

[5]苏德森, 陈涵贞, 林虬.食用油加热过程中反式脂肪酸的形成和变化[J].中国粮油学报, 2011, 26(1): 69-73.

[6]GB 5009.229-2016 食品安全国家标准食品中酸价的测定[S].北京:中国标准出版社2016 .

[7] GB 5009.227-2016 食品安全国家标准食品中过氧化值的测定[S].北京:中国标准出版社2016 .

[8] GB 5009.168-2016 食品安全国家标准食品中脂肪酸的测定[S].北京:中国标准出版社2016.

[9] GB 1535-2003大豆油国家标准[S]. 北京:中国标准出版社, 2003 .

[10] GB 1536-2004菜籽油国家标准[S].北京:中国标准出版社, 2004.

[11] GB 1534-2003花生油国家标准[S]. 北京:中国标准出版社, 2003.

[12] GB 10464-2003葵花籽油国家标准[S].北京:中国标准出版社, 2003.

[13] GB 19111-2003玉米油国家标准[S].北京:中国标准出版社, 2003.

[14] GB 23347-2009橄榄油国家标准[S].北京:中国标准出版社, 2009.

[15] GB/T 8235-2008亚麻籽油国家标准[S].北京:中国标准出社, 2008

[16] Afaf K E, Gloria M R, Carmen D. Characterisation of aldehydic acids in used and unused frying oils[J], Journal of Chromatography A, 1997, 776(3): 245-254

[17] Gary D, William C, Jean L S. Saturated bicyclic fatty acids formed in heated sunflower oils[J], Chemistry and Physics of Lipids, 1997, 87(5): 137-147.

[18]谭念, 赵昕, 谢昕.加热温度对植物油酸值的影响[J].粮食与食品工业, 2016, 23(2):19-24.

[19] Mohdaly A A A, Sarhan M A, Mahmoud A,et al.Antioxidant efficacy of potato peels and sugar beet pulp extracts in vegetable oils protection[J], Food Chemistry, 2010, 123:1019-1026.

[20]曹亮, 黄莉, 李杨, 等.橄榄油和茶籽油油炸薯条后品质特性的对比研究[J].食品工业, 2015, 36(3):225-229.

[21] Fatemi, S H, Hammond, E G. Analysis of oleate, linoleate and linolenate hydroperoxides in oxidized ester mixtures. Lipids, 1980, 15:379-385.

[22]Bruhl L. Determination of trans acids in cold pressed oils[J].Eur J Med Res, 1995, 1(2):89-93.

[23] 左青.植物油的营养和如何在加工中减少反式脂肪酸[J]. 中国油脂, 2006, 31(5):11-13.

[24]Danish Veterinary and Food Administration. Trans fatty acids[EB/OL].Denmark: DVFA.2010-06-30.

[25] 徐婷婷, 李静, 阚丽娇, 等. 不同脂肪酸组成的食用油热氧化稳定性研究 [J]. 食品工业科技, 2013, 34(24):93-97.

[26]赵昕, 罗诗棋, 张琰, 等. 植物油加热过程中品质及反式脂肪酸的变化[J]. 食品工业, 2016, 37(6):170-172.

[27] Tsuzuki W, Matsuoka A, Ushida K. Formation of trans fatty acids in edible oils during the frying and heating process[J], Food Chemistry, 2010, 123:976-982