相对湿度对大豆调和油氧化酸败的影响

刘志明，唐彦君，孙清瑞，成柳洁，时宁宁，张亚瑾

(黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆163319)

大豆油是我国传统食用植物油，在食用油结构中占有很大比例，2016年消费量已达1.60×107t[1]。目前，大豆油主要以大豆原油和大豆调和油(BSO)形式食用。大豆油含多种饱和脂肪酸(SFA)与不饱和脂肪酸(UFA)。其中UFA极易氧化酸败，产生过氧化物(PO)与次生产物(游离脂肪酸、醇、醛、酮等小分子极性物质及某些聚合产物)，既导致其感官品质劣化，又损害消费者健康[2-5]。

影响大豆油氧化酸败的因素主要有大豆油脂肪酸组成及其所含的微量活性物质、抗氧化剂、金属离子、杂质、水分、贮藏环境温湿度及包装、运输方式等[6-11]，关于微量活性物质、抗氧化剂等因素对油脂氧化酸败的影响方面的研究较多，但环境湿度对大豆油的氧化酸败的相关研究较少。因此，本文采用自组装氧化装置模拟大豆油实际贮存条件为主、加速试验条件为辅的方式氧化BSO试样，测定其不同氧化时间的过氧化值(POV)和酸价(AV)变化，绘制不同环境相对湿度(RH)下POV、AV与氧化时间关系曲线，探求RH对其氧化酸败的影响及其氧化酸败的化学动力学规律。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

BSO：金龙鱼(1∶1∶1)牌，配料为大豆油、菜籽油、葵花籽油、玉米油、花生油、稻米油、芝麻油和亚麻籽油，SFA与MUFA、PUFA比例为(0.2～0.3)∶(0.6～1.0)∶1.0，辽宁省营口市益海嘉里公司。冰乙酸、异辛烷、石油醚(沸程60～90℃)，分析纯；碘化钾，硫代硫酸钠，可溶性淀粉，水杨酸，磷酸氢二钾，氢氧化钾，乙醇，酚酞， 0.1 mol/L盐酸标准溶液。

1.1.2 仪器与设备

JK-EAB-3104N型电子天平；AR847+型温湿度计；TES-1336A 型TES数位式照度计；DGG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱；小器鬼牌LED灯；自组装试样氧化容器(见图1)，母容器2 L(有锥度的方柱体)，双面透明,子容器300 mL(碗状)；微注射器。

注：1.放压口；2.顶盖；3.母容器；4.子容器；5.试样。

1.2 试验方法

1.2.1 BSO试样氧化

将设计量的试样装入母容器中，子容器装入150 mL设计浓度的磷酸氢二钾溶液，子、母容器内部相通，母容器内的RH通过子容器所盛的试验温度(50℃)下不同浓度的磷酸氢二钾溶液进行调控。RH(%)与磷酸氢二钾溶液浓度(c，mol/L)的数学关系RH=-7.062 2c+98.751(R=0.998 9)。试验设定初始顶空率(HSR)为50%(在母容器中装入1 000 mL试样，确保在设计的氧化时间内可测定试样13～15次)，通过磷酸氢二钾溶液分别调节RH为50%、60%、70%、80%和90%。将密闭状态的试样氧化容器放入电热恒温鼓风干燥箱中，调控温度为50℃、光照强度为840 lx(通过调整LED灯的功率及其与容器的位置和角度控制，用照度计测定盛样位置的照度)、容器内总压为大气压，氧分压(OPP)为大气OPP(21 kPa)，待恒温后，轻轻地拧开试样氧化容器的放压口，将容器内因升温后膨胀空气产生的过压泄掉，再拧紧放压口。在不同氧化时间取样，测定POV和AV(各做3次平行测定)。试样氧化时间(t)按其氧化酸败速率及理想的测定次数而定(每个RH条件下的BSO试样分别连续氧化1 100～1 300 h)，直至试样彻底酸败。氧化过程中保持温度、光照强度、氧分压、总压和RH条件(每次测样时等量地取出试样，HSR只发生等幅度的梯度变化)不变。

1.2.2POV测定

称取试样1.0 g，用体积比3∶2的冰乙酸-异辛烷混合液溶解，振摇5 min，用1 mL微注射器滴定。氧化前期的试样在加完碘化钾溶液和水后直接加淀粉溶液，氧化后期的试样在加淀粉溶液前先加少量硫代硫酸钠标准溶液(消除部分颜色，防止因掩盖或加深淀粉与I3-相互作用呈现的蓝色而导致结果偏小或偏大)，加入淀粉后，再继续滴定。其他参照GB 5009.227—2016进行。

1.2.3AV测定

用250 mL薄壁锥形瓶称取1.00 g(精确至0.000 1 g)试样，加入38 mL石油醚，适当振摇，使试样溶于石油醚，再加入50%乙醇水溶液62 mL，充分摇荡，滴加2～3滴酚酞指示液，以0.003 mol/L的氢氧化钾标准溶液(配制后经盐酸标准溶液标定)为滴定液，用1 mL注射器滴定至刚好出现淡粉红色(保持30 s不褪色)即为终点。参照GB 5009.229—2016计算AV。

2 结果与分析

2.1 BSO氧化酸败过程中POV与AV的变化规律

测定不同RH、t条件下POV、AV，绘制不同RH下POV、AV随t的关系曲线，结果见图2、图3。

由图2、图3可看出：①在控制温度、光照强度、OPP和初始HSR等条件不变的情况下，各RH下BSO试样的POV和AV均随t的延长而呈线性增大，即在试样氧化时间内，BSO氧化酸败程度是时间函数；②在试验RH范围内，POV-t曲线和AV-t曲线均呈相关性较好的线性关系，BSO氧化酸败符合零级反应动力学特征；③BSO试样氧化酸败的速率常数(k，线性方程斜率)随RH增大而升高。RH越大，反应速率越快，试样越易发生氧化酸败。以AV表征BSO氧化酸败的k值小于以POV表征BSO氧化酸败的k值。AV体现的是油脂氧化酸败所发生的诸多反应中生成游离脂肪酸的一类反应，而POV反映的是油脂氧化酸败的整体程度，因此后者更适于表征油脂的氧化酸败。同时发现试样前期氧化速率较慢，哈变不明显，该阶段POV和AV不大，待POV和AV增大到一定程度后(约600 h)，试样即产生哈喇味儿，且越来越重，试样芳香味消失的时间为550～700 h，在氧化后期变得黏稠而浑浊，说明可能有聚合类反应发生而生成较大分子化合物。

图2 各RH条件下POV与t关系曲线

图3 各RH条件下AV与t关系曲线

2.2 RH对BSO氧化酸败速率的影响

由图2、图3的RH与k数据，以RH为横坐标、k为纵坐标绘制的分别由POV和AV描述的BSO氧化酸败过程k-RH曲线如图4和图5所示。

由图4、图5可知，在试验范围内，RH越大，BSO的氧化酸败速率越快，其保质期越短，两者均呈现出规律性较好的二项式数学关系。通常油脂酸败分为氧化酸败和水解酸败。kPOV在低RH范围增加较快(PO生成为主)，高RH范围增加较缓(PO转化凸显)，kAV恰好相反，这可能是因为在低RH范围脂肪酸以氧化酸败生成为主，在高RH范围脂肪酸以水解酸败生成为主，表明RH既能加速BSO氧化酸败(POV与AV均增大)，又可诱发BSO水解酸败(AV增大可能是氧化酸败与水解酸败的共同结果)。

图4 以POV描述BSO氧化酸败时k与RH关系曲线

图5 以AV描述BSO氧化酸败时k与RH关系曲线

2.3 讨论

(1)虽然现有研究几乎都聚焦在食用植物油的含水量或水活度对其氧化酸败的影响上，对该影响是否存在临界值的观点也不一致[12-15]，但就商品BSO而言，自身含水量及其变化幅度小，因此油脂自身含水量的影响较小，但环境RH的变化可影响油脂的含水量，从而促进油脂的氧化酸败。并且试验在RH为50%～90%的范围内并未出现POV、AV和k的临界值或临界范围。

(2)油脂含水量或其环境RH对油脂稳定性的影响与油脂自身状况、贮存条件密切相关。无论油脂的消费过程还是氧化试验过程，在反复开、封容器时，氧气不断得到补充，多数情况下容器中的油脂处于富氧状态，故在实际商品油脂贮存时，氧的作用一般大于含水量的作用，后者的影响通常会被掩蔽，而空气RH较大时，其影响则很突出。

(3)油脂氧化过程中PO的产生与其分解为次级产物的过程是动态的。油脂氧化酸败的初级产物是PO，可由POV表征PO的产生和积累过程，当其发生氧化还原、分解等反应，生成醇、醛、酮、脂肪酸等次级产物时，PO含量随之减少，POV由大变小，理论上存在折点，但在试验中POV折点并未出现，即便是试样已经产生严重的异味，其POV也未出现折点。原因有几种可能：一是油脂氧化酸败过程中，PO的生成和转化是同时发生的，且生成的速率大于转化的速率，在试验条件下及试样氧化时间内，无POV折点；二是当POV增大到一定程度后，其测定方法(如GB 5009.227—2016)已不能完全满足测定需要(尽管参照该法在不同氧化酸败阶段优化试样量等条件)；三是油脂氧化酸败的实际情况与理论有差距，理论较为单纯，而实际情况较为复杂(如次级产物的种类及其氧化还原性等很复杂)。

(4)试验含有部分加速因素，为缩短试验周期，BSO试样氧化的温度、湿度等条件设定值较高，但在其贮运中亦可遇到该类苛刻条件。油脂实际贮存时，其光照强度、温度、湿度等环境条件随季节、地域和贮存场所变化很大，其包装内的HSR、OPP、油-空气接触面积(反映容器径高比)等因素亦多变，这些都对试验结果产生影响。

(5)测定POV的影响因素有试样、试剂的称量时间长短，试样量大小，氧化还原试液浓度及其暴露(空气中，光线下)程度、时间、指示剂的状态等。影响AV测定的因素有游离脂肪酸的溶解效果、试样量、滴定过程是否产生乳化、滴定终点的正确判断等。控制试样氧化OPP时，虽在恒温下的容器内同时获得大气压力和大气OPP，但致氧气总量略低于恒温前的室温状态，并且HSR越大，容器内氧气绝对量减少越多，试样氧化容器中RH的增大也会使OPP变小，两种作用都使试验条件偏离原设计，对测定结果产生影响(在HSR设计合理时可消除部分影响)。此外，还有静态氧化下试样的均匀程度、挂壁油比例的差异，HSR变化的一致性，试验条件控制程度的一致性，试样累计净氧化时间的准确性，测样耗时差异性、环境条件差异性等。上述各方面产生的误差既有叠加性又有抵消性，可能影响测定结果的准确性，但RH对BSO氧化酸败过程中POV、AV和k的影响仍然有较好规律。

3 结 论

以大豆调和油为原料，采用自组装氧化装置模拟不同环境相对湿度(RH)下油脂的氧化酸败情况，研究相对湿度对油脂氧化酸败的影响。通过测定不同氧化时间(t)下油脂POV、AV，绘制不同RH下POV-t和AV-t关系曲线，进而得到RH对油脂氧化酸败速率的影响。结果表明：

(1)在5种RH(50%～90%)试验条件下，BSO试样的POV、AV均随氧化时间的延长而增大，且POV-t曲线和AV-t曲线皆呈正相关线性关系，该过程可用零级反应描述，POV、AV可作为不同RH条件下BSO氧化酸败过程的表征参数。

(2)相同条件下，大豆油POV、AV随着RH增大而增大。

(3)试验条件下氧化速率常数k随RH递增而有规律地增大，对以表征参数POV和AV描述的BSO氧化酸败，两者关系分别为kPOV=-1E-05RH2+0.002 4RH-0.049 6和kAV=2E-07RH2-2E-05RH+0.000 5。

因此，降低RH是减缓油脂氧化酸败的有效途径之一，在生产、贮存、运输和消费过程中，应尽量降低油脂贮存环境的湿度。