维生素D3在食用油中的稳定性及应用研究

尚嘉毅，孙东哲，陈中煜，赵文君，惠 菊，王翔宇，初柏君,*

1.中粮营养健康研究院有限公司，营养健康与食品安全北京市重点实验室，老年营养食品研究北京市工程实验室 (北京 102209) 2.江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心 (南京 210023)

维生素D3，又名胆钙化醇，是维生素D最主要的活性形式，具有促进钙吸收、维持人体骨骼健康的重要作用，是人体必需的脂溶性维生素。近年最新研究表明，维生素D3的缺乏将增加糖尿病、冠心病等慢性病及类风湿性关节炎、肥胖的风险，若孕期缺乏导致子代自闭症发病风险增加[1-6]。维生素D3主要来源包括人体内合成及膳食摄入两条途径。人体皮肤中含有的7-脱氢胆固醇，经紫外线照射可形成维生素D3。然而，由于空气污染等问题，导致人们接受日照的时间不足，导致维生素D3缺乏在世界范围内广泛存在[7]。此外，维生素D3膳食来源较少，在天然食物中含量较低，主要存在于深海鱼等少数动物性食物。

我国居民膳食指南对维生素D的推荐摄入量为10 μg/d，65岁以上人群为15 μg/d[8]。我国居民的膳食习惯相比于西方饮食，动物性食物、奶制品摄入较少。前期调查显示，我国多地区成人维生素D缺乏率高于60%，儿童青少年缺乏比例过半，不足比例超30%[9,10]。营养强化食品是改善维生素D缺乏现状的重要手段之一，在乳制品、谷类食品中广泛应用。近年来，欧盟各国、印度相继推出了强化维生素D的小包装食用油产品。食用油能够提高脂溶性维生素的吸收率，同时作为中国居民饮食最不可或缺的元素之一，适合作为强化维生素D的载体，以改善营养素缺乏的问题。

本试验以我国居民常用的食用油——玉米油作为研究对象，通过高温加热实验、添加抗氧化剂实验以及烘箱加速实验，考察维生素D3在食用油中的稳定性和应用情况，以期能够为生产实践提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

一级玉米油，安徽中粮油脂有限公司; 维生素 D3(1.0 MIU/g，油状液体)，购于DSM公司；特丁基对苯二酚( TBHQ) ，安徽仟顺生物科技有限公司; 抗坏血酸棕榈酸酯(AP) ，河北兴润生物科技股份有限公司；混合生育酚标准品，Sigma公司；迷迭香提取物，西安赛邦生物技术有限公司；碘化钾、硫代硫酸钠、冰乙酸、三氯甲烷、可溶性淀粉、乙醚、异丙醇、百里酚酞、氢氧化钾等，均为分析纯；乙腈、甲醇、丙酮、异丙醇等，均为色谱纯。

1.2 仪器与设备

电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海) 有限公司; Agilent-7890B型气相色谱仪，Agilent-1260型液相色谱仪，美国安捷伦公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；赛默飞2838型水浴锅；IKA HS7型加热磁力搅拌器等。

1.3 方法

1.3.1抗氧化剂添加试验

在玉米油中添加200 μg/kg的维生素D3标准品，设置只添加维生素D3、未添加抗氧化剂的1组，和添加维生素D3及抗氧化剂的5组，样品分别按以下方法配制。

无抗氧化剂组：将添加维生素D3的玉米油装入1.8 L抗紫外线塑料瓶中，旋盖待用。

特丁基对苯二酚(TBHQ)组：将TBHQ添加到含维生素D3的玉米油中，添加量为 200 mg/kg，分装到1.8 L抗紫外线塑料瓶中。

抗坏血酸棕榈酸酯(AP) 组： 将AP添加到含维生素D3的玉米油中，添加量为200 mg/kg，分装到 1.8 L抗紫外线塑料瓶中。

迷迭香组：将迷迭香提取物添加到含维生素D3的玉米油中，添加量为700 mg/kg，分装到1.8 L抗紫外线塑料瓶中。

维生素E组：将生育酚标准品添加到含维生素D3的玉米油中，添加量分别为300 mg/kg和150 mg/kg，命名为VE-1组和VE-2组，每组分别分装到 1.8 L抗紫外线塑料瓶中。

分装完毕后，使用高纯氮气( 99.99% ) 吹扫顶部空气60 s，旋盖待用。每组样品各分装6瓶，每月开封1瓶测定维生素D3含量。

1.3.2高温加热试验

分别在玉米油中添加50 μg/kg和200 μg/kg的维生素D3标准品，命名为VD-1组和VD-2组，未添加维生素D3的玉米油命名为空白组。分别称取100 g上述3组玉米油于烧杯中，置于磁力搅拌器加热，待油温达到试验温度(100 ℃、150 ℃、180 ℃)后计时，间隔不同时间(0 min、10 min、20 min、30 min)取样，考察不同高温和加热时间下维生素D3含量的变化，同时测定酸价、过氧化值、茴香胺值、维生素E和植物甾醇含量。

1.3.3烘箱加速试验

在玉米油中添加200 μg/kg的维生素D3标准品，采用Schaal烘箱氧化试验方法，将样品放入60 ℃电热鼓风干燥箱中连续加热氧化6周(42 d)。每7 d取出样品1瓶，检测其维生素D3的含量。

1.3.4理化指标及营养成分含量检测

维生素D3的测定，参照《食品安全国家标准 食品中维生素A、D、E的测定》GB 5009.82—2016中的第四法；酸值的测定，参照《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》GB 5009.229—2016；过氧化值的测定，参照《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》GB 5009.229—2016；茴香胺值的测定，参照《动植物油脂 茴香胺值的测定》GB/T 24304—2009；植物甾醇含量的测定，参照《动植物油脂甾醇组成和甾醇总量的测定 气相色谱法》GB/T 25223—2010；维生素E的测定，参照《食品安全国家标准 食品中维生素A、D、E的测定》GB 5009.82—2016中的第二法。

1.3.5数据处理

所有试验数据均为3次测定后计算所得的平均值，同时计算标准偏差，用Excel作图。

2 结果与讨论

2.1 不同抗氧化剂对维生素D3含量的影响

抗氧化剂能够有效降低油脂氧化速率。《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》GB 2760—2014中规定，食用油中允许添加的抗氧化剂包括TBHQ、AP、迷迭香提取物、维生素E等，TBHQ、AP和迷迭香提取物的最大允许添加量为200 mg/kg、200 mg/kg、700 mg/kg。

图1 不同抗氧化剂对维生素D保留率的影响

常温下储存6个月的分析结果表明，与空白组相比，添加抗氧化剂能够提升维生素D3在食用油中的储藏稳定性，6个月后维生素D3的保留率为：VE-1组>TBHQ组>AP组>迷迭香组>VE-2组>空白组(图1)。目前食用油中常用的抗氧化剂可分为人工合成和天然抗氧化剂。TBHQ和AP属于人工合成的抗氧化剂，前期研究表明TBHQ是潜在的肿瘤促进剂，AP虽未发现健康风险，但人工合成的抗氧化剂难以符合高端、健康食用油产品的发展趋势[11]。迷迭香提取物属于天然抗氧化剂，成本较高。相比而言，维生素E作为抗氧化剂添加到食用油中，既不会带来健康风险，也不会对生产成本有较大影响。因此，强化维生素D3的食用油，可同时添加维生素E作为抗氧化剂，以提升保留率。

2.2 高温加热对维生素D3含量的影响

高温加热是评价油脂产品高温稳定性的重要方法之一。高温加热过程中，维生素D3由于异构化而降解，随着加热时间增长、加热温度提高，维生素D3含量逐渐下降。如图2所示，当加热温度在100 ℃和150 ℃时，加热30 min依然有80%的维生素D3可以保留，且维生素D3的损失主要集中在前15 min，随着时间延长，下降趋于平缓。当加热温度上升到180 ℃，维生素D3的含量大幅下降，30 min后的VD-1组和VD-2组的保留率分别为23.61%、19.88%，说明添加维生素D3的食用油不适宜煎炸等温度过高、时间过长的烹饪方式，以凉拌、蒸煮、快炒为宜。

图2 维生素D3在高温加热下的含量变化

高温加热过程中各组的酸价变化如图3所示，空白组上升幅度略高于添加了维生素D3的两组。100 ℃和150 ℃下，酸价变化幅度较小，VD-1和VD-2组的酸价基本接近，空白组也仅由0.141 mgKOH/g上升到0.166 mgKOH/g、0.186 mgKOH/g。当温度上升到180 ℃，30 min后空白组为0.398 mgKOH/g，略高于VD-1组和VD-2组，两者的酸价为0.231 mgKOH/g和0.274 mgKOH/g。

油脂加热过程中，高温促进了油脂氧化反应，导致过氧化值的升高，过氧化物能够进一步分解形成醛、酮等二级氧化产物，茴香胺值也随之升高。同时，油脂氧化也会进一步促进维生素D3的降解[12]。高温加热过程中各组的过氧化值变化如图4所示。加热温度为100 ℃时，油脂氧化程度较低，各组过氧化值相差不大；当温度为150 ℃时，加热30 min后空白组的过氧化值由初始的2.04 mmol/kg上升到了24.42 mmol/kg；相比之下，维生素D3的添加有效抑制了氧化产物的生成，30 min后VD-1组和VD-2组的过氧化值分别为8.70 mmol/kg、10.73 mmol/kg，远低于空白组。当温度升高到180 ℃，由于维生素D3的分解，对氧化的抑制作用有所减弱，但添加维生素D3的两组过氧化值上升幅度仍小于空白组。茴香胺值表征了油脂中醛、酮等二级氧化产物的含量，其变化如图5所示，与过氧化值类似，当温度为150 ℃时，加热30 min后空白组的茴香胺值由初始值2.77 mmol/kg上升到了33.67 mmol/kg；相比之下，维生素D3的添加有效抑制了油脂氧化反应的进程，降低了次级氧化产物生成，VD-1组和VD-2组的茴香胺值分别为11.20、16.53，远低于空白组。

由此可见，高温加热过程中，酸价、过氧化值和茴香胺值的上升幅度为空白组>VD-2组>VD-1组。添加维生素D3对食用油的热稳定性具有提升作用，减少高温加热过程中的各类油脂氧化产物的生成，且这种作用与维生素D3的添加量呈正相关。

图3 高温加热对各组酸价的影响

图4 高温加热对各组过氧化值的影响

图5 高温加热对各组茴香胺值的影响

高温加热过程中各组维生素E含量变化如图6所示。一级玉米油样品的初始维生素E含量为335.92 mg/kg，高温加热过程中，不同温度下各组的维生素E保留率均为VD-1组>VD-2组>空白组。在100 ℃的过程中维生素E损失不大，添加维生素D3的两组均在90%以上，空白组为84.24%。在150 ℃和180 ℃下，空白组的保留率分别为57.64%和46.32%，相比之下，保留率最高的VD-1组为86.12%和65.32%。

图6 高温加热下各组维生素E含量变化

图7 高温加热下各组植物甾醇含量变化

高温下各组植物甾醇含量变化如图7所示。相较一级玉米油样品的初始植物甾醇含量(8 283.94 mg/kg) 可见，当温度为100 ℃和150 ℃时，植物甾醇在加热过程中相对稳定，保留率均在90%以上，VD-1组和VD-2组基本接近，略高于空白组。当温度达到180 ℃，植物甾醇的保留率开始随加热时间延长而降低，30 min后的保留率VD-1组>VD-2组>空白组。由此可见，添加维生素D3能够减少食用油高温加热过程中维生素E和植物甾醇的损失，对营养素保留有积极作用，且这种效果和VD添加量呈正相关。烹饪过程中，为了尽可能保留食用油中的各种维生素和微量营养素，应控制温度不宜过高、时间不宜过长，凉拌、蒸煮、快炒等烹饪方式最有利于营养素保留。

2.3 烘箱加速对维生素D3含量的影响

目前测定油脂氧化稳定性的方法众多，将产品置于加速氧化条件下(63 ℃±2 ℃)进行试验能够预测产品的氧化稳定性和货架寿命[13]。维生素D3经过烘箱加速42 d(6周)的含量变化如图8所示，维生素D3在2～4周的降解速率最快，6周后损失率为78.05%。周盛敏等的研究也采用烘箱加速方法评估营养强化菜籽油中维生素A和维生素E的稳定性，42 d后维生素A和维生素E的损失率分别达到71.2%、91.2%[14]。前期对维生素A和维生素E的烘箱加速实验结果与维生素D3的结果类似，均对较高的温度敏感，在高温下易分解，不利于营养成分的保留。因此，添加维生素D3等脂溶性维生素的营养强化食用油应在适宜的温度下储存，以降低营养成分的损失。

图8 烘箱加速对维生素D3含量的影响

3 结论

在一级玉米油中添加维生素D3，考察了不同抗氧化剂添加、高温加热、烘箱加速对玉米油中的维生素D3含量的影响情况。结果表明：添加抗氧化剂有助于提升食用油中维生素D3的储藏稳定性，综合考虑选择维生素E作为抗氧化剂效果最佳。高温加热过程中，添加维生素D3对食用油热稳定性提升有积极作用，能够降低氧化产物的生成，提高维生素E、植物甾醇的保留率。添加维生素D3的食用油适宜采用蒸煮、快炒等低温短时烹饪方式，维生素D3的保留率可在80%以上。维生素D3在食用油产品中的应用有助于提升产品品质及营养价值，改善人群中普遍存在的缺乏问题。