适合中老年人群食用的芝麻调和油的工艺研究

马钢 马浩翔 童俊杰 孙汉巨 沈阳 沈源 刘淑芸

摘要：以芝麻油為主要油，玉米油、亚麻籽油、橄榄油、山茶油、牡丹籽油和深海鱼油为辅助油，开发一款适合中老年人脂肪酸需求的芝麻调和油。采用气相色谱-质谱法（GC-MS）检测各油料中的脂肪酸含量，利用线性规划数学模型以及正交实验，对调和油脂肪酸配比与调配因素进行优化。得到芝麻调和油的最佳调配比例，即芝麻油33%、玉米油24%、亚麻籽油14%、橄榄油17%、山茶油8%、牡丹籽油3%和深海鱼油1%。最优调配工艺为调配时间30 min、调配温度40 ℃、转速800 r/min。该调和油的碘值为（114.12±0.56） g/100 g，过氧化值为（1.49±0.03） mmol/kg，并对该调配油的氧化稳定性进行评价，其氧化诱导期较原芝麻油提高近50%，同时在模拟烹饪温度实验中调和油比原芝麻油氧化稳定性更好。此调和油符合中老年人脂肪酸需求，且稳定性良好。该研究为芝麻调和油的大规模生产提供了技术支撑。

关键词：芝麻调和油；中老年人群；气相色谱-质谱法；数学模型；氧化稳定性

中图分类号：TS225.11      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）07-0091-06

Abstract： With sesame oil as the main oil， corn oil， linseed oil， olive oil， camellia oil， peony seed oil and deep-sea fish oil as the auxiliary oils， a kind of sesame blended oil suitable for the fatty acid requirements of middle-aged and elderly people is developed. The fatty acid content in various oils is detected by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）， and then fatty acid ratio and blending factors of blended oil are optimized by linear programming mathematical model and orthogonal experiment. The optimal blending ratio of sesame blended oil is determined as follows： sesame oil is 33%， corn oil is 24%， linseed oil is 14%， olive oil is 17%， camellia oil is 8%， peony seed oil is 3% and deep-sea fish oil is 1%. The optimal blending process is blending time of 30 min， blending temperature of 40 ℃ and rotating speed of 800 r/min. The iodine value of the blended oil is （114.12±0.56） g/100 g， and the peroxide value is （1.49±0.03） mmol/kg， and then the oxidative stability of the blended oil is evaluated， its oxidative induction time is nearly 50% longer than that of the original sesame oil， and the oxidative stability of the blended oil is better than that of the original sesame oil in the simulated cooking temperature experiment. The blended oil meets the fatty acid requirements of middle-aged and elderly people and has excellent stability.This research has provided technical support for the large-scale production of sesame blended oil.

Key words：sesame blended oil; middle-aged and elderly people; gas chromatography-mass spectrometry; mathematical model; oxidative stability

食用油是人体能量来源的主要物质之一，同时在人体膳食营养中有重要作用 [1]。芝麻油富含人体必需的单不饱和脂肪酸——油酸（38%～45%）和多不饱和脂肪酸——亚油酸（41%～47%），具有降低血液中胆固醇和预防动脉粥样硬化等生理功效[2-3]，中老年人经常食用对健康有益。

调和油是以健康、营养为目的，通过科学的方法将不同油进行配比，得到满足人群营养需求的油类[4]。脂肪酸是油脂的主要营养成分，其类型对人体营养健康有较大影响。研究发现，食用较多饱和脂肪酸（SFA）会提高心血管疾病的发病率。单不饱和脂肪酸（MUFA）具有降低血脂的作用。2～4 g/d的ω-3族不饱和脂肪酸摄入量可降低心脑血管等中老年人常见病的发病率[5]。同时在多不饱和脂肪酸（PUFA）中，ω-3族脂肪酸（ω-3 PUFA）与ω-6族脂肪酸（ω-6 PUFA）的摄入比值可能会影响人体免疫力[6]。因此，国内外提出了适用于人体营养健康与机体吸收的脂肪酸比例要求，即SFA∶MUFA∶PUFA为1∶1∶1，ω-6 PUFA∶ω-3 PUFA为4∶1～6∶1。由于芝麻油具有浓郁的香气，且MUFA与PUFA的比例接近1∶1，可调性较好，因此可作为调和油的较好基油。

本文采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定食用油中的脂肪酸组成；利用数学模型，以芝麻油为基油，适当添加亚麻籽油、橄榄油、山茶油、玉米油、少量深海鱼油和牡丹籽油，制备满足中老年人脂肪酸需求的芝麻调和油。进一步以碘值和酸价为指标，研究调配条件对该调和油品质的影响。通过正交实验优化该调和油的调配条件。在此基础上，利用油脂氧化测定仪对其氧化稳定性进行评价；以酸价与过氧化值为指标，在模拟烹饪温度条件下，对该油的品质进行探究。

1 材料和方法

1.1 试验材料与试剂

芝麻油、玉米油、橄榄油、亚麻籽油：安徽达园粮油有限公司；山茶油：深圳市禾竹科技有限公司；深海鱼油：西安天广源生物科技有限公司；牡丹籽油：铜陵亚通生态农业科技有限公司；脂肪酸甲酯混标（标准品）：美国Sigma-Aldrich公司；无水乙醇、三氯甲烷、冰乙酸、异辛烷、石油醚、正己烷（均为分析纯）：昆山金城试剂有限公司；氢氧化钾、酚酞、碘化鉀、硫代硫酸钠、无水硫酸钠（均为分析纯）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器设备

HJ-6多头磁力加热搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司；QP2010SE气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；SC-3614高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；HH-2数显恒温水浴锅 金坛市天瑞仪器有限公司；Metrohm Rancimat 743型油脂氧化稳定性测定仪 瑞士万通Metrohm公司。

1.3 调和油的调配

1.3.1 油脂的脂肪酸成分分析

油脂中脂肪酸含量的检测参照Ceylan等[7]的方法，并进行适当修改。将油脂的脂肪酸进行衍生化处理，取0.2 g油脂于离心管中，加入4 mL正己烷与1 mL KOH（2 mol/L）充分混合。再以4 000 r/min离心5 min，取上清液，进行GC-MS检测，气相色谱-质谱的分析条件如下：

色谱柱：DB-17MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱箱温度 45 ℃；进样口温度260 ℃；进样采用分流模式；载气为氦气（He，纯度99.99%）；分流比为9∶1，进样量为1 μL；流量控制方式：线速度模式。程序升温：40 ℃保持6 min；以8 ℃/min升温至170 ℃，保持10 min；以5 ℃/min升温至200 ℃，保持15 min；以10 ℃/min升温至230 ℃，保持5 min。离子源温度为200 ℃，接口温度为260 ℃，延迟时间为2.5 min。脂肪酸含量用面积归一化法计算。

1.3.2 调和油的调配设计

数学模型的建立参考李姗泽[8]的方法并做适当修改。以芝麻油为基油，适当添加玉米油、橄榄油、山茶油、亚麻籽油、深海鱼油和牡丹籽油，根据数学模型调整比例。在调和油产品配方设计上，根据中国营养学会的推荐，中老年人食用的调和油不饱和脂肪酸比例约为MUFA∶PUFA为1∶1，ω-6 PUFA∶ω-3 PUFA为4∶1～6∶1，饱和脂肪酸含量低于15%。考虑到中老年人的健康，ω-3 PUFA的摄入量应不低于2～4 g/d，根据中国营养学会推荐的脂肪酸摄入总量50 g左右推算，ω-3 PUFA的比例应不低于4%。因所选食用油的饱和脂肪含量普遍较低，因此不做数学模型约束。具体实施方案见表1。

根据芝麻调和油的脂肪酸比例建立数学模型。将7种油脂中4种脂肪酸含量用矩阵来表示：

A=（a ij）=a 11a 12a 13a 14a 21a 22a 23a 24a 31a 32a 33a 34a 41a 42a 43a 44a 51a 52a 53a 54a 61a 62a 63a 64a 71a 72a 73a 74。

其中，a ij表示第i种油脂中的第j种脂肪酸的含量（%），a ij＞0，i=1，2，3，4，5，6，7；j=1，2，3，4。芝麻调和油总量为100 g， 油脂中第i种油的含量为x i，该模型可以由下式表示：

（∑a i1x i）∶（∑a i2x i）=1∶1；（∑a i3x i）∶（∑a i4x i）=4∶1～6∶1；∑a i4x i≥4；∑x i=100。

式中：x i≥0，i=1，2，3，4，5，6，7。

对上述模型进行线性求解，应用Matlab 2018软件编程，调用命令语句Linprog对此表达式进行分析求解，计算出中老年芝麻调和油每种原油的含量。

1.4 调和油调配工艺优化

在芝麻调和油调配过程中，调配温度、调配转速及调配时间为3个影响芝麻调和油稳定性的主要因素。刘龙龙等[9]发现，调和油调配不充分可能会降低调和油碘值（IV）的测定水平，进而影响调和油的稳定性。调配过程对油脂整体的过氧化值（POV）也可能产生影响。因此，对这两个指标进行评价，设计单因素实验及正交实验，筛选出最佳调配工艺。

1.4.1 调和油调配的单因素实验

按照芝麻油33%、玉米油24%、亚麻籽油14%、橄榄油17%、山茶油8%、牡丹籽油3%和深海鱼油1%的质量比进行混合，放置在磁力搅拌器上。调配温度30 ℃、调配转速600 r/min、调配时间20 min为起始条件，控制其中两个变量，改变另外一个因素，分别考察调配时间（20，30，40，50，60 min）、调配转速（400，600，800，1 000，1 200 r/min）以及调配温度（30，40，50，60，70 ℃）对调和油脂碘值与过氧化值的影响。

1.4.2 调和油调配工艺的正交实验设计

根据中老年人芝麻调和油调配的单因素实验结果进行 L 9（33）正交实验设计，见表2。

1.5 调和油的氧化稳定性研究

1.5.1 调和油的氧化诱导期分析

脂类的自动氧化是一个自由基连锁反应，可分为4个阶段，初始阶段是诱导期、传播期，最后阶段是终止期和二次产物的形成。在实际脂类氧化研究中，对诱导期的检测较为重要[10]。本研究利用油脂氧化稳定性测定仪，在110，120，130，140，150 ℃下，以未调和的芝麻油进行对照，对调和油的诱导期进行评价。

1.5.2 调和油加热稳定性分析

蒸、煮及炒是中国常用的烹饪方法，这些方法的温度一般在100～200 ℃，这也是食用油形成风味的最重要时期[11-12]。因此，为保证食品的营养和安全，抑制或减少高温下油脂变质是至关重要的。本次研究加热温度分别选用120，150，180，210 ℃，以过氧化值和酸价为指标，模拟日常烹饪温度对调和油的影响，初步探究该芝麻调和油的热稳定性。

1.6 理化指标的测定

油脂过氧化值的测定参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》[13]；碘值的测定参照GB/T 5532—2008《动植物油脂 碘值的测定》[14]；酸价的测定参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》[15]。

1.7 数据统计分析

芝麻油等油脂的脂肪酸成分分析由GC-MS Solution软件处理完成，各脂肪酸谱图相似度检索根据NIST Library质谱库完成。 数学模型分析利用Matlab 2018软件完成。 使用Origin 2019、SPSS 24、Microsoft Office Excel 2010进行数据分析。实验重复3次，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 油脂的脂肪酸成分分析

首先，对原料油（芝麻油、玉米油、亚麻籽油、橄榄油、山茶油、牡丹籽油和深海鱼油）的脂肪酸组成进行分析，油脂中各脂肪酸的含量见表3。

由表3可知，各油脂之间脂肪酸种类与含量差别较大。其中，橄榄油与山茶油的MUFA含量最高，分别为81.12%和80.52%，主要由油酸组成，这与报道的较为一致。亚麻籽油、牡丹籽油和深海鱼油中PUFA含量较丰富，分别占总脂肪酸的63.88%、69.27%和79.40%。其中，ω-3族PUFA含量较多，分别为40.50%、46.12%和69.76%，这是其他油脂不具备的。同时，深海鱼油中ω-3族PUFA主要由EPA（26.16%）和DHA（35.26%）组成。亚麻籽油及牡丹籽油中ω-3族PUFA基本组成为α-亚麻酸。EPA、DHA及α-亚麻酸都是人体必需的脂肪酸，且只能从外界获取。因此，亚麻籽油、牡丹籽油和深海鱼油可以作为良好的ω-3族PUFA补充剂。芝麻油和玉米油中ω-6族PUFA（亚油酸）含量较高，分别为46.73%和57.12%，远高于其他油脂。ω-6族PUFA是人体需求量最大的不饱和脂肪酸，合理增加摄入量对人体营养健康有积极作用。可以看出不同食用油中，脂肪酸种类不尽相同。因此，利用科学的方法对油脂的脂肪酸进行选择，使调和油的脂肪酸组成能够满足中老年人营养需求是有必要的。

2.2 芝麻调和油的配方

在各油脂的脂肪酸组成基础上建立数学模型，得出芝麻调和油的配方，见表4。对比脂肪酸理论结果与实际结果，芝麻调和油调配后的脂肪酸类别见表5。

利用GC-MS测定的结果与模拟结果接近，MUFA∶PUFA约为1∶1，ω-6 PUFA∶ω-3 PUFA为4.15，处于4∶1～6∶1之间，且ω-3 PUFA的含量为8.36%＞4%，饱和脂肪酸含量为13.33%＜15%。所以，该调和油中MUFA与PUFA的比例符合中国营养学会推荐的比例，满足了中老年人群摄入脂肪酸平衡的需求，对中老年人群免疫力的提高及心脑血管疾病的预防起到一定的作用。

2.3 调配温度对芝麻调和油的影响

调配温度对芝麻调和油品质的影响见图1。

由图1可知，随着调配温度的增加，油脂的POV与IV均发生改变，调和油的IV变化显著，先升高后降低。温度为50 ℃时，IV最大，为（113.75±0.36） g/100 g。随着温度继续增加，IV逐渐降低。同时，随着调配温度的升高，调和油的POV变化相对较小，在50 ℃之前变化不明显，在50 ℃之后过氧化值有较多的增加。这可能是由于加热促进了油脂之间的混合，提高了该芝麻调和油的POV水平[9]。但是过高的温度使不饱和脂肪酸发生氧化，从而使油脂的IV降低，POV升高。因此，该调和油的合适调配温度为50 ℃。

2.4 调配时间对芝麻调和油的影响

调配时间对芝麻调和油品质的影响见图2。

由图2可知，随着调配时间的增加，油脂的POV与IV均发生改变。其中，调配时间从20 min增加到60 min，IV呈现先上升后下降的趋势。当调配时间为40 min时，IV最大，为（113.45±0.32） g/100 g。但当调配时间超过40 min后，IV水平逐渐降低。然而，调和油的POV整体呈现上升的趋势。尤其是当调配时间从40 min延长到50 min时，POV从（1.52±0.03） mmol/kg增加到（1.56±0.03） mmol/kg，相对于较短的调配时间，POV升高较多。原因可能是当调配40 min时，IV水平最高，芝麻调和油调配得较均匀，并且过氧化值较低。在40 min后，随着调配时间的增加，芝麻调和油与空气的接触时间越来越长，脂肪酸发生氧化的量逐渐增多，从而导致芝麻调和油的不饱和程度越来越低，过氧化值的水平也逐漸升高[16]。因此，调配时间选择40 min较合适。

2.5 调配转速对芝麻调和油的影响

调配转速对芝麻调和油品质的影响见图3。

由图3可知，随着转速从400 r/min增加到1 200 r/min，调和油的IV变化明显，呈现先上升后下降的趋势。当转速达到800 r/min时，IV最大，为（113.65±0.26） g/100 g，但是当转速超过800 r/min后，IV逐渐降低。同时，随着转速的增加，调和油的POV整体呈现上升的趋势。当转速从400 r/min增加到800 r/min时，POV从（1.52±0.03） mmol/kg增加到（1.53±0.02） mmol/kg，上升趋势不明显，然而，当转速从800 r/min增加到1 000 r/min时，POV从（1.53±0.02） mmol/kg增加到（1.57±0.03） mmol/kg，相对于较低转速，POV升高较多。因此可以推测，当转速为800 r/min时，IV水平最高，调和油调配得比较均匀。当转速高于800 r/min后，调和油与空气的接触频率增加，促使不饱和脂肪酸氧化分解[17]，造成IV逐渐下降，同时，芝麻调和油的POV增加。因此，该芝麻调合油的适合转速为800 r/min。

2.6 芝麻调和油调配工艺的正交实验

单因素实验结果表明，调配温度、调配时间和调配转速对芝麻调和油IV的影响较明显。以IV为指标，对芝麻调和油的调配工艺进行正交实验优化，优化结果见表6。

由R值可知，3个因素对芝麻调和油的影响主次顺序为A＞B＞C，即调配温度＞调配时间＞调配转速，这与刘静波等[18]的结果相似。因此，该调和油的最佳调配工艺为A 2B 2C 2，即调配温度40 ℃、调配时间30 min和调配转速800 r/min。经过验证，在该条件下该调和油的碘值为（114.12±0.56） g/100 g，过氧化值为（1.49±0.03） mmol/kg，质量较好，符合最优组合。

2.7 调和油的氧化稳定性

为了进一步探究该调和油的热稳定性，将其在110～150 ℃下加热，分析其氧化诱导期，结果见图4。

由图4可知，在110 ℃下芝麻调和油的氧化诱导时间（8.32±0.12） h远高于芝麻油的氧化诱导时间（4.25±0.10） h，这可能是调和油中抗氧化物质如多酚类的增加，使得体系中的抗氧化能力增强，延缓了调和油氧化诱导期的出现[19-20]。 同时，随着温度的升高，两种油的氧化诱导时间均降低，说明温度越高，油脂氧化分解引起电导率越高，从而使诱导时间均变短[21]。在同一温度下，该调和油的氧化诱导时间大于芝麻油，由此可得出该调和油的稳定性良好，符合大众需求。

2.8 调和油的热稳定性

为了探究该调和油在日常烹饪温度（120～210 ℃）下过氧化值与酸价的变化，进行模拟加热反应，结果见表7。

由表7可知，随着温度的升高，调和油与芝麻油的过氧化值呈现增加趋势。未加热处理的调和油与芝麻油的POV分别为（1.49±0.55），（1.55±0.10） mmol/kg，相差不大。而在热处理后，150 ℃时POV分别为（5.21±0.42），（9.25±0.61） mmol/kg，可以看出热处理下调和油的POV更低，热稳定性更好。同时，调和油的AV和POV的变化趋势整体相同，未加热处理的调和油（（0.14±0.02） mg/g）与芝麻油（（0.18±0.03） mg/g）的AV相差不大。而在热处理后，调和油的酸价变化更小，酸败程度更低。例如，210 ℃时调和油与芝麻油的AV分别为（1.16±0.06），（1.55±0.08） mg/g。这可能是因为调和增加了油中的抗氧化物质，如橄榄油中有较强抗氧化性的多酚类物质，提高了整体油脂的氧化稳定性，使该调和油的品质得到提升[22]。

3 结论

本文以芝麻油為基油，制备满足中老年人对脂肪酸需求的芝麻调和油，利用数学模型，得到该调和油的最佳调配比例为芝麻油33%、玉米油24%、亚麻籽油14%、橄榄油17%、山茶油8%、牡丹籽油3%和深海鱼油1%。进一步利用L 9（33）正交实验确定其最优调配工艺：调配时间为30 min，调配温度为40 ℃，调配转速为800 r/min。此时，所测碘值为（114.12±0.56） g/100 g，过氧化值为（1.49±0.03） mmol/kg，均符合国家标准。另外，对该调合油的氧化稳定性进行评价，在110 ℃下该调和油的诱导时间（8.32±0.12） h远高于芝麻油的诱导时间（4.25±0.10） h，氧化诱导期较芝麻油提高近50%。并且在高温条件下该调和油的POV与AV变化较芝麻油小，氧化稳定性更好。 本研究为符合中老年人群脂肪酸需求的芝麻调和油的生产提供了理论依据。

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