高温条件下亚麻籽油二次氧化产物的动态变化

姚云平，杜 乐，宋 洁，曹睿智，李昌模

(天津科技大学食品工程与生物技术学院，食品营养与安全教育部重点实验室，天津 300457)

亚麻籽油富含不饱和脂肪酸，其含量约为90%，其中n-3多不饱和脂肪酸α-亚麻酸含量最高，超过44%，是世界上公认的α-亚麻酸含量最高的植物油之一[1-2]。然而，正因为亚麻籽油富含α-亚麻酸等不饱和脂肪酸，使亚麻籽油对热、氧和光高度敏感，极易发生氧化酸败，在普通条件下难以长期保存。亚麻籽油氧化变质产生醛、酮、酸等化合物，不仅失去原有风味和功能活性，影响油脂品质，更会对人体健康带来不利影响，成为制约其广泛应用因素之一。

近年来的研究主要集中于对亚麻籽油脂质成分的分析[3]，不同加工工艺亚麻籽油特征风味成分的分析，以及对其热稳定性方面的研究等[4-5]。但是，对亚麻籽油在高温氧化过程中的氧化指标及氧化产物的分析还未见报道。因此，本研究详细分析了亚麻籽油在高温氧化过程中过氧化值、酸价、羰基值以及二次氧化产物脂肪族醛类化合物的动态变化,以期为亚麻籽油的高温氧化机理及食用条件提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

市售亚麻籽油；异丙醇、正己烷、乙腈为色谱纯；37种脂肪酸甲酯混标；冰醋酸、异辛烷、无水乙醇、甲醇、浓硫酸、碘化钾、硫代硫酸钠、氢氧化钾、2,4-二硝基苯肼为分析纯；丙醛、反-2-丁烯醛、戊醛、反-2-戊烯醛、反-2-己烯醛、己醛、反-2-壬烯醛、反，反-2，4-癸二烯醛、壬醛标品；酚酞指示剂、淀粉指示剂现配现用。

分析天平，电热恒温水浴锅，油浴加热循环器，离心机，紫外可见分光光度计，岛津GC-2010气相色谱仪，岛津LC-20AT液相色谱仪。

1.2 实验方法

1.2.1 亚麻籽油脂肪酸组成测定

参照王永进等[6]的方法进行亚麻籽油脂肪酸组成的测定。

1.2.2 亚麻籽油的氧化处理

分别称取约10.00 g亚麻籽油置于50 mL烧杯中，分别在100、120、140、160、180、200℃氧化1、3、5 h，氮封，-80℃条件下保存。

1.2.3 亚麻籽油理化指标的测定

过氧化值按照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》进行测定；酸价按照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》进行测定；羰基值参考文献[7]采用比色法进行测定。

1.2.4 高效液相色谱法(HPLC)检测亚麻籽油中的脂肪族醛类化合物

1.2.4.1 高效液相色谱条件

岛津LC-20AT液相色谱仪，配备SPD-M20A二极管阵列检测器，检测范围200～800 nm，色谱柱为TSK GEL ODS-80Ts C18柱(250 mm×4.6 mm)，以乙腈-水(体积比75∶ 25)作为流动相，柱温50℃，检测波长365 nm，流速1.3 mL/min，进样量20 μL。

1.2.4.2 标准曲线的绘制

分别准确称取丙醛、反-2-丁烯醛、戊醛、反-2-戊烯醛、反-2-己烯醛、己醛、反-2-壬烯醛、反,反-2,4-癸二烯醛和壬醛各10.00 mg于10 mL棕色容量瓶中，用异丙醇溶解，定容至刻度，振荡混匀，作为标准储备液，质量浓度为1 mg/mL，氮封，-20℃下保存。用移液管精确移取不同体积的标准储备液于10 mL棕色容量瓶，用异丙醇稀释制得1、2、5、10、20、50 μg/mL的标准工作液混标，氮封，-20℃下保存。准确移取不同质量浓度的标准工作液1 mL于10 mL比色管中，加入1 mL 2,4-二硝基苯肼溶液，于40℃水浴加热30 min，在冷水中停止反应，冷却至室温。用0.22 μm的有机滤膜进行过滤，取20 μL注入HPLC按1.2.4.1进行检测。以各标品的质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

1.2.4.3 脂肪族醛类化合物的检测

分别准确称取0.200 g不同方式氧化处理的亚麻籽油，置于10 mL的棕色容量瓶中，用异丙醇定容至刻度，振荡混匀。精确移取1 mL该样品溶液于10 mL比色管中，平行3组，分别加入1 mL 2,4-二硝基苯肼溶液，于40℃水浴加热30 min，在冷水中停止反应，冷却至室温。用0.22 μm的有机滤膜进行过滤，取20 μL注入HPLC进行检测，将峰面积代入标准曲线方程中计算脂肪族醛类化合物的含量。

2 结果与分析

2.1 亚麻籽油的脂肪酸组成(见表1)

表1 亚麻籽油的脂肪酸组成及相对含量

由表1可知，亚麻籽油中不饱和脂肪酸含量达到89.87%。亚麻籽油的主要脂肪酸是亚麻酸，其相对含量为49.29%，脂肪酸组成中以α-亚麻酸为主，相对含量为(45.17±0.27)%，其次是油酸和亚油酸，相对含量分别为(22.57±0.22)%、(17.49±0.19)%，棕榈酸、硬脂酸等饱和脂肪酸相对较少，相对含量在4%～6%范围内。

2.2 高温条件下亚麻籽油过氧化值的动态变化(见图1)

图1 亚麻籽油的过氧化值在不同温度下随加热时间的变化

氢过氧化物是油脂氧化过程的一次产物，测定过氧化值可判断油脂初级氧化程度。由图1可知，在高温条件下，亚麻籽油的过氧化值在不同温度下随加热时间的变化趋势有明显差异。在100℃加热3 h，过氧化值为5.27 mmol/kg，依然符合国家标准限值，随着加热时间的继续延长，过氧化值逐渐升高。在较高的温度条件(120～200℃)下过氧化值均先升高后下降。在120～160℃下加热3 h，亚麻籽油的过氧化值达到极值。由于高温下过氧化物形成的速率高于分解速率，其平衡倾向于过氧化物的积累，超过一定时间后过氧化物分解速率加快导致过氧化值的降低。在180℃仅加热1 h，亚麻籽油的过氧化值即达到最高值，当温度达到200℃时过氧化物分解速率加快导致过氧化值的降低。

2.3 高温条件下亚麻籽油酸价的动态变化(见图2)

图2 亚麻籽油的酸价在不同温度下随加热时间的变化

酸价是反映油脂酸败的主要指标，也是表征油脂高温氧化常用的指标之一。由图2可知，在高温条件下，随着加热温度的升高和加热时间的延长，亚麻籽油的酸价稳步增加，并且在加热1 h内温度越高，酸价增加越快，加热1 h后，随着加热温度的升高，酸价增加的速率减缓，可能是加热1 h后有部分水解生成的游离脂肪酸发生氧化导致。

2.4 高温条件下亚麻籽油羰基值的动态变化(见图3)

图3 亚麻籽油的羰基值在不同温度下随加热时间的变化

油脂的羰基值是油脂氧化、劣变的重要指标。由图3可知，在高温条件下，随着加热温度的升高和加热时间的延长，亚麻籽油的羰基值增加，在200℃加热5 h时羰基值达到最大值(44.54±0.32)meq/kg，是未加热亚麻籽油的8.26倍。加热1 h内，随着加热温度的升高，羰基值增加的速率最快，说明在加热1 h内即有大量的羰基化合物生成，且加热温度越高，油脂氧化生成羰基化合物的速率越快；加热1 h后，随着加热温度的升高，羰基值增加的速率减缓。

2.5 高温条件下亚麻籽油中脂肪族醛类化合物的动态变化

亚麻籽油中油酸、亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸在高温条件下发生剧烈的氧化反应，产生二次产物脂肪族醛类化合物[8]。

2.5.1 亚麻酸氧化的特征二次产物

当亚麻酸受到氧的攻击时，在C11和C14上的两个活性亚甲基上的氢脱除产生两个戊二烯基，这些中间体与末端碳上的氧反应，生成C9-、C12-、C13-、C16-氢过氧化物的混合物。其中C9-氢过氧化物进一步氧化裂解生成癸三烯醛和含辛酸的中碳链甘油三酯，C12-氢过氧化物进一步氧化裂解生成2,4-庚二烯醛，C13-氢过氧化物进一步氧化裂解生成反-2-己烯醛和反-2-戊烯醛，C16-氢过氧化物进一步氧化裂解生成丙醛和丁烯醛[8]。检测到高温氧化亚麻籽油中亚麻酸氧化的特征二次产物有丙醛、反-2-戊烯醛和反-2-己烯醛，其他脂肪族醛类化合物含量微量，形成的醛类化合物含量变化见图4。

由图4A可知，在100～140℃下，随着加热温度的升高及加热时间的延长，丙醛含量急剧增加，160℃以后，随加热温度升高及加热时间延长，丙醛含量降低。在160℃加热1 h时丙醛含量最高，为(18.44±0.25)mg/kg。当加热温度达到200℃时，丙醛含量有些许下降但仍然较高，加热5 h为(11.03±0.13)mg/kg。由图4B可知，随着加热温度的升高及加热时间的延长，反-2-戊烯醛的生成量逐渐增加，在100～140℃时其生成量较小，当加热温度超过160℃后，随着加热温度的升高和加热时间的延长，反-2-戊烯醛生成量快速增加，在200℃加热5 h时其生成量达到(1.27±0.01)mg/kg。由图4C可知，100℃加热1～5 h并没有反-2-己烯醛的生成，在120℃加热1 h时反-2-己烯醛含量为(0.49±0.04)mg/kg，之后随着加热温度的升高及加热时间的延长，反-2-己烯醛的含量增加，在200℃加热3 h时达到最大，为(1.97±0.04)mg/kg。但200℃加热5 h反-2-己烯醛的含量反而下降，可能是由于此加热温度已大大超过反-2-己烯醛的沸点(150℃)，也可能是由于长时间高温加热使反-2-己烯醛氧化生成相应的酸所致。

图4 高温氧化亚麻籽油中亚麻酸氧化的特征二次产物的含量变化

综合分析以上3种脂肪族醛类化合物，丙醛的生成量最大，说明丙醛是亚麻酸氧化最易形成的脂肪族醛类化合物。相比而言，反-2-戊烯醛和反-2-己烯醛产生较晚、较慢，说明亚麻酸外侧的C16位置比内侧的C13位置在高温条件下更易被氧攻击发生氧化断裂。

2.5.2 亚油酸氧化的特征二次产物

当亚油酸受到氧的攻击时，在活性双烯丙基C11上的氢脱除产生戊二烯基。该中间体在两端与氧反应以产生共轭的C9-氢过氧化物和13-氢过氧化物的混合物。其中：C9-氢过氧化物通过裂解生成反-2-壬烯醛、9-氧代壬酸酯、反,反-2,4-癸二烯醛和含辛酸的中碳链甘油三酯；C13-氢过氧化物通过裂解生成己醛、戊烷、1-戊醇和戊醛。实验检测到亚麻籽油中的亚油酸氧化特征二次产物有己醛、反-2-壬烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛，形成的醛类化合物的含量变化如图5所示。

图5 高温氧化亚麻籽油中亚油酸氧化的特征二次产物的含量变化

由图5A可知，当加热温度在100～140℃时，随着加热温度的升高和加热时间的延长己醛含量增加，在140℃加热5 h时含量达到最高，为(1.58±0.04) mg/kg。当加热温度在160～200℃时，随加热时间从3 h延长至5 h和加热温度升高，己醛含量降低，说明当加热温度超过160℃后，随着加热时间的延长，己醛的挥发量大于生成量，导致含量减少。由图5B可知，亚麻籽油在100℃加热时产生少量反-2-壬烯醛，随着加热温度的升高和加热时间的延长，反-2-壬烯醛含量总体增加。加热温度在100～140℃时，反-2-壬烯醛含量在油脂中增加的速率较慢，加热温度在160～200℃时，随着加热时间的延长反-2-壬烯醛生成速率加快。由图5C可知，亚麻籽油在120℃加热5 h时开始产生反,反-2,4-癸二烯醛，随着加热温度的升高和加热时间的延长反,反-2,4-癸二烯醛含量缓慢增加，当加热温度为180℃时，反,反-2,4-癸二烯醛含量快速增加，在200℃加热3 h时含量达到最高值(1.58±0.04)mg/kg。

综合分析以上3种脂肪族醛类化合物，己醛最先生成，反-2-壬烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛生成较晚、较慢，说明亚油酸C13位置比C9位置更易被氧攻击，氧化最先在C13位置发生。另外，在相同的加热温度和加热时间下亚麻酸氧化特征二次产物的积累量是亚油酸氧化特征二次产物积累量的5～11 倍，说明在相同的高温条件下亚麻酸比亚油酸更易发生氧化。

2.5.3 油酸氧化的特征二次产物

当油酸受到氧的攻击时，在C8和C11上的氢脱除形成两个烯丙基。氧攻击这些中间体的末端碳位置，生成C9-氢过氧化物和C10-氢过氧化物的混合物。C9-或C10-氢过氧化物进一步氧化裂解形成壬醛。亚麻籽油中油酸氧化二次产物壬醛的含量变化如图6所示。

图6 高温氧化亚麻籽油中油酸氧化的特征二次产物壬醛的含量变化

由图6可知，亚麻籽油在120℃加热1 h时并未发现壬醛的生成，加热3～5 h随加热时间延长壬醛含量增加。140～200℃，壬醛含量均在加热3 h时达到最高值后有所下降，可能是由于长时间高温加热壬醛的挥发量大于生成量或是壬醛进一步氧化生成相应的酸所致。

综上所述，亚麻籽油中含有大量的不饱和脂肪酸如油酸、亚油酸和亚麻酸，通过分析氧化裂解产生的脂肪族醛类化合物，不同的不饱和脂肪酸氧化产生的特征二次产物含量由多到少依次为亚麻酸>亚油酸>油酸，其中亚麻酸产生的特征二次产物中丙醛的含量为其特征二次产物中其他两种醛类化合物的6～21倍。

3 结 论

亚麻籽油由于富含大量的不饱和脂肪酸极易发生氧化，在高温条件下(100～200℃)，过氧化值先升高后降低(除100℃)，而酸价、羰基值持续升高。亚麻籽油高温氧化的特征二次产物中亚麻酸氧化的特征二次产物为丙醛、反-2-戊烯醛和反-2-己烯醛；亚油酸氧化的特征二次产物为己醛、反-2-壬烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛；油酸氧化的特征二次产物为壬醛。