MLM型结构脂质的储藏品质变化规律探究

栾 霞， 王苑力， 魏 征， 郭咪咪， 杨剀舟

(国家粮食和物资储备局科学研究院粮油加工研究所，北京 100037)

作为利用油脂分子改性技术生产的结构脂质(SLs)之一，中长碳链(MLM)型结构脂质在市场上深具潜力，并成为了改性油脂的研发热点。MLM型结构脂质的中链脂肪酸(MCFA)位于甘三酯骨架上的sn-1,3位，长链脂肪酸(LCFA)位于sn-2位，属于自然界中没有的、经过改性得到的SLs。研究表明，SLs的原料来源及架构上脂肪酸的种类、排布的差异性，都使得最终产品的物理性质和化学性质与天然油脂相比有很大的不同，进而使其具有特殊的生理功能和营养价值[1,2]。国内外大量相关研究已证实，MCFA与LCFA相比体内代谢较快，在快速供能的同时不造成脂肪堆积，也不易形成脂蛋白，还能减少血液中胆固醇和血清甘三酯含量[3-5]；Yue等[6]的针对结构脂在医学方面功效的研究证明，MLM结构脂质的补充可以减少动脉粥样硬化病变的面积，并降低与主动脉组织炎症相关的VCAM-1、MCP-1和CD68的表达，Utama等[7]还发现，sn-1,3位上的LCFA更容易与钙反应生成钙皂，而当MCFA位于sn-1,3位时不仅能避免这种情况，还能更容易地被脂肪酶水解吸收。由此看来，MLM型结构脂质兼具MCFA的特殊功效和补充必需长链脂肪酸的作用，在合理膳食条件下，可作为纠正高血脂的食用油[8]，也可专供于运动员和健身人士等人群的快速供能；在医学方面，可用于胃肠外营养补充及预防和治疗人体必需脂肪酸缺乏症，同时还广泛作为临床的注射乳制剂来使用[9]。

MLM型结构脂质的制备方法主要包括物理法、化学法和酶法，其中以酶促酯交换反应为代表的酶法具有反应条件温和，对环境友好，原料来源广泛，成本不高的特点[10]，成为实现产业化的主要方法之一。目前国内外已经有许多企业和机构具备了开发生产MLM型结构脂质的能力，针对功能性和安全性方面的研究也日渐成熟，然而关于其在储藏过程中品质变化规律的研究却鲜有报道。经过前期研究，实验室目前建立了以市售菜籽油和辛酸为反应原料，在固定化脂肪酶的催化作用下进行酯交换反应得到MLM结构脂质产品的工艺，产物中MCFA质量分数在18%以上。本实验将以结构脂质为主要研究目标，深入研究储藏过程中的品质变化规律，把握产品的质量特性，并在结构脂质产品中添加一定量的抗氧化剂，探究抗氧化剂对产品品质变化的影响，以期对储藏条件进行探索，一方面避免因油脂氧化酸败等问题对人体造成危害，另一方面可以提高产品储存时间，延长货架期，在油脂加工和食品安全等方面具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

芥花油；辛酸；Lipozyme RM固定化酶制剂；p-茴香胺(4-茴香醚)；混合脂肪酸甲酯标准品；2-硫代巴比妥酸、正己烷、乙醚等其他有机溶剂和试剂均为分析纯和色谱纯。

Omnion OSI-24油脂氧化稳定性测定仪，DHG-9076A型电热鼓风干燥箱，ME235电子分析天平，RE-52AA旋转蒸发仪，Sepctrumlab 52紫外分光光度计，YXJ-3调速离心机，安捷伦7890A气相色谱，PQX多段可编程人工气候箱。

1.2 方法

1.2.1 储藏实验

以酯交换反应的原料菜籽油和制得的MLM型结构脂(MCFA质量分数为18%以上，经过分子蒸馏精炼)为实验对象，设置不同的对照组，置于常温人工气候箱中进行储藏，周期为14个月，期间每隔1个月测定1次样品的酸值、过氧化值、共轭二烯和硫代巴比妥酸值、茴香胺值、OSI值等指标的变化，不同对照组样品设置情况：

结构脂组：将自制结构脂分装于100 mL的聚乙烯瓶中，充入高纯氮并压盖，在常温下进行储藏。

抗氧化剂结构脂组：在自制结构脂中添加抗氧化剂叔丁基对苯二酚(TBHQ)，添加浓度为25 mg/kg，分装于100 mL的聚乙烯瓶中，充入高纯氮并压盖，在常温下进行储藏。

原装菜籽油组：购买与自制结构脂原料同一品牌的小包装菜籽油(1.8 L)作为原装菜籽油，在常温下进行储藏。

分装菜籽油组：购买与自制结构脂原料同一品牌的大包装菜籽油(5 L)分装于100 mL聚乙烯瓶中，充入高纯氮并压盖，在常温下进行储藏。

敞口菜籽油组：在储藏实验开始1月后从原装菜籽油组中取样，分装后敞口置于常温下继续进行储藏。

1.2.2 脂肪酸组成检测

各样品脂肪酸检测前处理方法参照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》进行，GC色谱条件：色谱柱为Agilent J&W CP-Sil 88 FAME毛细管柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm)，进样口温度为260 ℃，检测器温度为280 ℃，柱温程序为100 ℃恒温13 min；10 ℃/min速率升至180 ℃保持6 min；1 ℃/min速率升至200 ℃保持20 min；4 ℃/min速率升至230 ℃保持10.5 min；载气为高纯氮气，流速0.5 mL/min，氢气流速30 mL/ min，空气流速400 mL/min，进样量1 μL，分流比100∶1，采用归一化法计算样品中的MCFA插入率。

1.2.3 产品理化指标的检测

酸值测定：参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》第一法；过氧化值测定：参照GB 5009.227—2016 《食品中过氧化值的测定》第一法；硫代巴比妥酸值测定：参照GB/T 35252—2017《动植物油脂 2-硫代巴比妥酸值的测定 直接法》；茴香胺值测定：参照GB/T 24304—2009/ISO 6885:2006《动植物油脂 茴香胺值的测定》；OSI值测定：参照GB/T 21121—2007/ISO 6886:2006 《动植物油脂 氧化稳定性的测定(加速氧化测试)》；共轭二烯值测定：参照IUPAC (1979) II.D.23方法，以232 nm处的吸光度表示共轭二烯值[11]。

2 结果与讨论

2.1 酸价

酸价反映油脂中游离脂肪酸的含量，通常作为人们判断油脂质量水平的基本指标之一。经过室温储藏后各组油样AV变化情况如图1所示，各组样品在储藏期间AV变化幅度不大，可认为5组样品经过13个月时间的储存AV值基本未变，究其原因可能是充氮保护大大减少了储藏体系中的氧气含量，从而抑制氧化腐败，另外在取样过程的规范操作也减少了瓶中氮气和外界空气的置换，还避免了空气中水分进入而导致酯键水解，提高了样品的氧化稳定性；而结构脂组和抗氧化剂结构脂组的初始AV值较高，这是由于制备结构脂时使用了过量的辛酸，后续的分离工艺中未能完全脱除导致的，另一方面，实验室采用了分子蒸馏设备进行精炼，导致原有的磷脂、VE和谷甾醇等天然抗氧化剂含量大幅减少，因此结构脂组的AV在储藏周期中一直偏高[12，13]，但依然能达到国家标准中四级油的质量指标；而抗氧化剂结构脂组中加入了TBHQ，AV整体低于结构脂组，达到了三级油的标准[14]。

图1 储藏过程中油样酸价的变化

2.2 过氧化值

各组油样在储藏期间的POV值变化情况如图2所示，由图2可知，除敞口菜籽油组以外其他各组指标均呈现平缓上升的趋势，在整个储藏期间均保持在一级油的水平，并且从第3个月开始添加抗氧化剂结构脂的POV低于结构脂，证明抗氧化剂发挥作用；此外结构脂组的POV从第4个月起逐渐高于原装和分装菜籽油组，造成这一现象的原因可能是制备工艺和精炼工艺破坏了原料油中的天然抗氧化剂，导致产物的抗氧化能力下降[13,15]，另一方面，由于酶促酯交换需要在一定的温度下进行，并且反应过程中需要添加一定量的水来保证酶制剂的活性，因此长时间的受热和水分的加入都诱导了甘油酯加速水解和氧化，导致产品的POV高于原料油[16]；而敞口菜籽油组的POV则显著上升，第4个月时(敞口存放3个月)即超过国家标准中四级油规定的水平，出现了明显的哈喇味道，已经不能食用，在第13个月则高达78.40 meq/kg，是结构脂的9倍以上。

图2 储藏过程中油样过氧化值的变化

2.3 OSI值

油脂在常温储藏中自动氧化过程非常缓慢，实际测定时常用加速氧化的方法来判断其氧化稳定性。氧化稳定性指数法是常用的加速氧化方法之一，通过高温与干燥空气的通入使得油样快速氧化生成易挥发的小分子有机酸，以电极感应测量有机酸溶液电导率的变化，通过计算得到油样的诱导时间[17]，从而评价油脂的氧化稳定性及抗氧化性能，进而推测其在常温下的货架期和保存期[18]。在储藏过程中定时取样并分别测定其OSI值，得其变化规律如图3所示，可以看出添加了TBHQ的油样OSI值最高，且在13个月的储藏时间内变化幅度较为稳定，而结构脂组、分装和原装菜籽油组的OSI值变化幅度也不明显，只有敞口菜籽油组因为长时间与空气接触，其氧化稳定性大幅下降，从初始的6.75 h降至1.75 h。

图3 储藏过程中油样OSI值的变化

2.4 共轭二烯值

油脂在氧化初期生成氢过氧化物的同时，也在氧气的作用下发生双键重排，使得非共轭双键异构化生成共轭双键稳定结构(共轭二烯)，该结构在紫外波长为232 nm下的吸光度即为CDV值，可用来评价油脂初期的氧化程度[19]。由图4可以看出，敞口菜籽油组的CDV值变化幅度最大，而其余几组则整体呈现缓慢上升的趋势，变化幅度差异不大。研究表明，CDV值与油脂中的多不饱和脂肪酸尤其是亚油酸、亚麻酸的降解有关，亚油酸在热氧化时产生的共轭双键可以与另一个亚油酸分子反应生成环状二聚物，导致CDV值上升[20,21]，而结构脂样品则通过酯交换反应，将甘三酯分子上的一部分不饱和脂肪酸替换成了饱和的辛酸，因此含有结构脂的2组样品初始CDV低于原料菜籽油组，并且在整个储藏期内均保持较低的水平，结合各组的脂肪酸测定结果可以看出，在10月和11月时结构脂组的多不饱和脂肪酸含量高于原装菜籽油组，因此11月时则产生了结构脂组CDV值高于原装组的现象；此外，各组样品在储藏中后期都出现了指标下降的情况，这是由于这一时期形成醛类和酮类物质，氢过氧化物的生成速度小于分解速度导致的[22]，而最后的第13个月，各组指标则均出现了明显的上升。整体来说，结构脂组与原料油相比在储藏期间更为稳定，具备良好的储藏品质。

图4 储藏过程中油样共轭二烯值的变化

2.5 茴香胺值

在油脂的品质检测中，p-AV值对应2-直链烯醛的含量，是反映氧化过程中油脂生成二级氧化产物的重要指标[23]。由不同油样在储藏过程中的变化情况(图5)可知，各组指标随着氧化时间的延长均呈上升趋势，其中敞口组氧化速度最快，p-AV值上升显著，并且在1～2月时上升幅度最大，而原装菜籽油组在开封后未经充氮处理，p-AV值上升幅度也较为明显，在3～8月上升较快，结合脂肪酸测定结果(附)也可看出原装组的不饱和脂肪酸含量始终高于其他3组；研究表明，油脂中含有生育酚能够明显降低p-AV值[24]，2个结构脂组因精炼过程损失了天然抗氧化剂导致第1月时的初始p-AV较高，从第5个月开始抗氧化剂组的p-AV低于结构脂组，表明抗氧化剂开始发挥作用；另外抗氧化剂组的变化规律呈现出波浪形上下浮动的趋势，可能的原因是氧化过程中醛类物质生成的速度大于其分解的速度导致p-AV上升，而抗氧化剂的加入使得醛类物质生成速率降低导致p-AV下降，这样就呈现出上升、下降、再上升的波浪式变化[25]。目前国家针对常见食用油的相关标准中并没有对茴香胺值做出限定，只有水产行业标准SC/T 3502—2016《鱼油》中对一级精制鱼油的的规定为≤20.0 g/100 g[26]，但不同种类的油脂对应指标的限定也不尽相同，总体来看，结构脂的茴香胺值并未出现大幅度的变化，储藏品质良好。

图5 储藏过程中油样茴香胺值的变化

2.6 硫代巴比妥酸值

油脂变质主要是由于水解和氧化两大类反应导致的，而日常食用油的精炼过程可以破坏引起水解的相关脂肪酶，因此实际上氧化才是食用油变质的最主要原因[27]。氧化过程首先是脂类化合物和氧之间发生自由基链锁反应生成极不稳定的氢过氧化物，随后氢过氧化物达到一定浓度后迅速分解成短碳链有机化合物，最终生成小分子的醛、酮、酸、醇等危害人体健康[28]，TBA值则主要通过丙二醛(MDA)的生成量来反映油脂的二次氧化程度。图6结果表明除敞口组外各个油样整体变化并不十分明显，但在5～8月时出现了2组结构脂TBA值大于菜籽油的情况，这与p-AV值变化趋势中的状况比较类似，究其原因，一方面是结构脂损失了大量的VE，另一方面可能与TBHQ的抗氧化机理有关：研究表明，TBHQ是H的给予体，可以提供H终止自由基连锁反应[29]，但这并不影响醛类酮类等物质的合成。

图6 储藏过程中油样硫代巴比妥酸值的变化

因此当TBHQ发挥作用时，氢过氧化物的生成速度会减慢，但MDA仍然在持续合成，因此导致了MDA生成速度大于分解速度，即TBA值短期上升；在氧化后期，合成受到抑制的氢过氧化物不足逐渐影响到MDA，才使得TBA值开始下降，但整体来说，虽然结构脂组呈现出较为明显的变化，但在实验期间的储藏品质依然良好。

3 结论

以经过不同处理方式的菜籽油和以其为原料制得的MLM型结构脂作为研究对象，检测常温储藏条件下各项指标的变化，进而探究结构脂品质变化规律。结果表明，敞口存放的菜籽油在与空气充分接触3个月后即发生明显的酸败，产生哈味；而MLM结构脂经过13个月的常温储藏后，其各项指标均能稳定在不发生明显酸败的正常范围之内，POV值仍能达到一级油的水平，OSI值和CDV值水平甚至优于原装菜籽油，表明制备的MLM结构脂储藏品质良好；酯交换反应会导致结构脂产品中某些天然抗氧化剂的损失，使得p-AV值、CDV和TBA值上下浮动，而抗氧化剂TBHQ的加入有助于结构脂AV值、POV值、OSI值和CDV值的改善，提高其氧化稳定性，但对反映二级氧化产物含量的p-AV值和TBA值则无明显作用。