冷榨胡麻油在加速氧化过程中品质变化的研究

孙雪莲，张 波，魏长庆，刘文玉，罗 鹏，万银松

(石河子大学食品学院；新疆植物药资源利用教育部重点实验室1，石河子 832000) (陇南市经济林研究院核桃研究所2，陇南 746000)

胡麻(Linumusitatissimum)，又称亚麻，为一年生草本植物。根据联合国粮农组织(FAO)提供的数据显示[1]，2018年世界胡麻产量约318万t，中国约为36万t。我国胡麻种植主要分布在甘肃、新疆、宁夏等西北省份，占全国总产量的90%以上，是我国食用植物油的主要来源之一[2]。胡麻油因其α-亚麻酸(50%～60%)，生育酚(20～70 mg/100 g)和类胡萝卜素(约57 mg/kg)的含量异常高而闻名，因此被认为是一种极具营养保健作用的功能性油脂[3]。胡麻油的制备方法主要有冷压榨法、有机溶剂提取法和超临界CO2萃取法等[4]。冷榨油是一种在低于温度60 ℃条件下，通过机械物理作用直接挤压生产的植物油。

目前检测油脂稳定性的方法主要有Schaal烘箱法、Rancimat法和差示扫描热量法(DSC)等[5-7]。Schaal烘箱法是一种烘箱存储测试，在60 ℃的黑暗环境中用尽可能少的氧化油进行，该方法与实时稳定性研究显示出良好的相关性[8]。DSC法用于工业油的研究较多，用于植物油氧化稳定性的研究相对较少；Rancimat法在高温下进行，会使反应复杂化，一些本无抗氧化活性的物质具有了抗氧化活性，对数据的可靠性产生影响；Schaal烘箱法虽耗时长，但其能监测油脂在氧化期间的实时变化情况，数据来源更加可靠。

本研究以冷榨胡麻油为研究对象，采用传统的Schaal烘箱法，探讨冷榨胡麻油加速氧化过程中脂肪酸、生育酚、甾醇等营养物质含量的变化和过氧化值、酸价、共轭值等理化指标的变化，以及结合主成分分析法，了解冷榨胡麻油氧化过程中相关指标的变化规律，从而探索其氧化稳定性，为提高胡麻油品质及延长保藏时间提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

胡麻籽、37种混合脂肪酸甲脂标准品(α、γ、δ-生育酚)；石油醚、氯化钠、无水乙醇、氢氧化钾、冰乙酸、酚酞、碘化钾、硫代硫酸钠、环己烷、异辛烷等均为分析级试剂；正己烷、甲醇、正庚烷、四氢呋喃等均为色谱级试剂。

1.2 仪器与设备

QP2010-Plus气相色谱-质谱联用仪，5810R高速冷冻离心机，101A-2B型电热鼓风干燥箱，Agilent 1100高效液相色谱仪，PerkinElmer 红外光谱仪，1600PC紫外-可见分光光度计。

1.3 方法

1.3.1 冷榨胡麻油样品的制备

将胡麻籽样品用粉碎机稍做粉碎，运输到可控温的螺杆榨油机内，在温度60 ℃条件下压榨提取即得冷榨胡麻油，然后将冷榨油离心除去沉淀，装入20 mL的棕色样品瓶中，避光低温保存。

1.3.2 Schaal烘箱法加速氧化实验

将冷榨离心后的胡麻油样置于棕色广口瓶中，并在(60±1) ℃条件下于电热鼓风干燥箱中分别储藏0、4、8、12、16、20、24、28 d。每隔1 d对其进行搅拌，并更换在烘箱中的位置，在全部指标测定完成前所有样品均需储藏在-20 ℃冰箱中。根据Arrhenius经验公式，烘箱法的1 d相当于常温20 ℃条件下贮藏1个月[9]，计算产品的货架期。

1.3.3 理化指标的测定

过氧化值(PV)测定参照GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》中的硫代硫酸钠滴定法，以mmol/kg表示；酸价(AV)测定参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》的方法，以mgKOH/g表示；茴香胺值(p-AV)测定参照GB/T 24304—2009《动植物油脂茴香胺值的测定》的方法。丙二醛的测定参考文献[10]，采用液相色谱法测定。

共轭值的测定参照文献[11，12]，将加速氧化的冷榨胡麻油样品溶于10 mL的环己烷中，配成质量浓度为0.02～0.04 g/L的溶液，在233、268 nm下分别测定吸光度。根据公式计算：

式中:A为测定的吸光度；b为吸光池光程，取1 cm；ρ为油脂溶液质量浓度/g/L。

1.3.4 营养指标的测定

脂肪酸测定采用气相色谱连用质谱法[13]。生育酚测定采用高效液相色谱法，外标法定量[14]。甾醇测定采用液相色谱法，外标法定量[15]。角鲨烯测定采用气相色谱法，外标法定量[16]。

1.4 数据处理

每个数据测定3个平行，试验数据用Excel 2007进行初步整理与计算，试验图用Origin 9.0和Unscrambler v 9.7软件绘制，试验数据结果均用“平均数±标准差”表示。试验数值间用SPSS19.0的ANOVA法进行差异显著性分析，显著性水平设置为P<0.05。Pearson法进行相关性分析，相关系数用r表示。

2 结果与分析

2.1 冷榨胡麻油在加速氧化中理化指标的变化

2.1.1 过氧化值和酸价的变化

不同加热时间下冷榨胡麻油PV和AV的变化如图1所示，在整个加速氧化过程中，随着加热时间的延长，PV和AV都呈上升趋势，表明冷榨胡麻油的氧化程度加深。AV的增加是由于油在加热后甘油三酸酯的水解，产生了游离脂肪酸；PV的增加归因于脂质氢过氧化物的形成[17]。在加速氧化的第0天时，冷榨胡麻油过氧化值和酸价分别为0.56 mmol/kg和0.77 mgKOH/g，加热至第28天时分别增加到11.08 mmol/kg和3.7 mgKOH/g。根据GB 2716—2018《食品安全国家标准植物油》对于食用植物油品质指标的规定，过氧化值和酸价分别不超过0.25 g/100 g(10 mmol/kg)、3 mgKOH/g，说明了冷榨胡麻油在加速氧化的后期油脂劣变比较严重。由此可见，冷榨胡麻油在储存的前24 d内品质良好，未超出规定限量标准。

注：不同字母表示具有显著性差异(P<0.05)，余同。图1 加速氧化期间冷榨胡麻油PV和AV的变化

2.1.2 茴香胺值和丙二醛含量的变化

不同加热时间下冷榨胡麻油p-AV和丙二醛的变化如图2所示，随着时间的延长，p-AV和丙二醛呈上升趋势，表明氧化程度加深。第0天时的p-AV为2.12，在加热至第28天时上升至111.98，原因是冷榨胡麻油的初级氧化产物在高温下极其不稳定，在氧化初期会进一步分解为二次氧化产物，醛类化合物高速累积；氧化8～12 d期间，醛类化合物的分解速度增加导致p-AV增加缓慢；氧化12～28 d期间，p-AV又迅速上升，原因可能是醛类化合物的合成速率高于分解速率。氧化第0天时丙二醛的含量为0.06 mg/kg，但在第12天时，含量有所减小，原因可能是油脂生成的氢过氧化物又进一步分解生成了其他的醛类及有机酸等物质。随后其含量显著增加，在氧化第28天时，含量高达3.54 mg/kg，胡麻油中丙二醛含量共增加了3.48 mg/kg。通常认为，丙二醛是通过含有至少3个双键的脂肪酸(过氧化氢环)内过氧化物的分解形成的[18]。

图2 加速氧化期间冷榨胡麻油中丙二醛和p-AV的变化

2.1.3 共轭值的变化

多不饱和脂肪酸在形成氢过氧化物的过程中双键会发生重排，形成共轭二烯和共轭三烯结构[10]，其中共轭二烯主要在氧化初始阶段形成，共轭三烯则与次级氧化产物、亚油酸和亚麻酸的降解有关。冷榨胡麻油在加速氧化过程中共轭值变化如图3所示，在加速氧化的前16 d内，共轭二烯和共轭三烯值缓慢上升，这可能与冷榨胡麻油富含抗氧化活性物质有关[19]。在加速氧化的16～20 d内，共轭二烯值迅速下降，主要由于在氧化的早期阶段，不饱和脂肪酸之间形成共轭结构，反应以氢过氧化物的形成为主，而到了中后期则以氢过氧化物的分解为主，当油脂氧化到一定程度时氢过氧化物形成醛和酮，其分解速度大于形成的速度，导致共轭二烯的减少；而此时的共轭三烯值却迅速上升显著(P<0.05)，共轭三烯的增加可能是由共轭二烯脱水产生的[20]。在加速氧化的20～24 d内，共轭三烯值显著下降(P<0.05)，可能与冷榨胡麻油中的亚油酸和亚麻酸含量相关。在加速氧化后期第28天时，共轭二烯和共轭三烯含量分别增加至66.63、9.13 mmol/kg。

图3 加速氧化期间冷榨胡麻油共轭值的变化

2.2 冷榨胡麻油在加速氧化中营养品质的变化

2.2.1 脂肪酸的变化

脂肪酸的组成是衡量植物油营养价值的重要指标，同时也影响着植物油的稳定性。从实验在新鲜油(0 d)中共检出13种脂肪酸，含量从高到低依次为α-亚麻酸、油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、二十二烯酸、花生烯酸，其中不饱和脂肪酸占总脂肪酸的87.44%。不饱和脂肪酸中含量最高的是α-亚麻酸，占总脂肪酸比例的50.91%。由图4可知，在不饱和脂肪酸中，α-亚麻酸在加热条件下相对含量呈下降趋势，共减少了16.28%，而亚油酸基本保持不变，油酸则呈现先升后降的趋势，出现这一现象可能是由于油酸是单不饱和脂肪酸，另一种可能就是多不饱和脂肪酸氧化成单不饱和脂肪酸的速率大于单不饱和脂肪酸氧化成饱和脂肪酸的速率[21]；而饱和脂肪酸中，硬脂酸和棕榈酸的相对含量随着加热时间的延长而有所上升。其原因是饱和脂肪酸稳定性高于不饱和脂肪酸，并且不饱和脂肪酸在持续加热条件下，大部分转变成了饱和脂肪酸[22]。

图4 加速氧化对冷榨胡麻油中主要脂肪酸含量的影响

2.2.2 生育酚的变化

生育酚是一种天然的抗氧化剂，可以通过抑制自由基反应或清除氧来延缓油脂的氧化速度，从而提高油脂的稳定性。表1显示了冷榨胡麻油在60 ℃加速氧化过程中生育酚含量的变化，共检测到了3种构型的生育酚(α、γ、δ)，其中以γ-生育酚为主，含量高达473.93 mg/kg，约占总生育酚含量的82.34%；其次是α-生育酚和δ-生育酚，含量分别为69.99、31.64 mg/kg，这与文献[23]所报道的结果基本一致。冷榨胡麻油在加速氧化过程中3种生育酚的含量都显著下降(P<0.05)，其中α-生育酚的含量在8 d后就无法检测出，原因可能是其含量低于了仪器的检测限度，而δ-生育酚和γ-生育酚的含量则在前8 d内缓慢下降；当α-生育酚被消耗完时，δ-生育酚和γ-生育酚的含量显著下降(P<0.05)，说明在冷榨胡麻油样品中当α-生育酚的含量较高时，δ-生育酚和γ-生育酚稳定性较强。已报道生育酚的供氢能力依次为：α-生育酚>β-生育酚>γ-生育酚>δ-生育酚[24]。因此，高含量的α-生育酚和β-生育酚的存在构成了植物油的抗氧化保护因素，橄榄油在60 ℃氧化条件下生育酚含量的变化也得出了相类似的结论[25]。

表1 加速氧化期间冷榨胡麻油生育酚含量的变化

2.2.3 甾醇和角鲨烯的变化

植物甾醇具有抗癌、降低胆固醇和预防冠状动脉硬化等生理功能；角鲨烯是一种从海洋生物中提取的三十碳直链烃类甾体化合物，主要来源于深海鲨鱼肝油，曾被用作皮肤润肤剂[26]。如表2所示，本研究对冷榨胡麻油中在加速氧化期间的3种植物甾醇(β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇)和角鲨烯进行了定量分析。在确定的植物甾醇中，β-谷甾醇是主要成分，其含量为181.38 mg/100 g，约占植物甾醇总量的59.25%，其次是菜油甾醇和豆甾醇。在加速氧化的0～ 28 d期间，冷榨胡麻油中β-谷甾醇，菜油甾醇和豆甾醇的含量都有一定程度的下降，分别减少了约22.09%、32.72%、34.26%，其中β-谷甾醇在加速氧化过程中的损失率较低，而豆甾醇损失率较高，说明豆甾醇的稳定性较差。但与生育酚相比，植物甾醇在加速氧化过程中的稳定性较强。虽然在植物油中甾醇可以发挥抗氧化剂的作用，但在长时间加热条件下其本身含量会由于发生降解而减少[27]。冷榨胡麻油中角鲨烯的含量在加速氧化过程中显著降低，在第0天时其含量最高，为27.34 mg/kg。与第0天时相比，在氧化第28天时，角鲨烯含量为11.93 mg/kg，损失了43.63%。虽然氧化胡麻油中角鲨烯含量变化的机理尚未阐明，但实验的结果表明，加热氧化可以降低冷榨胡麻油中角鲨烯的含量。

表2 加速氧化期间冷榨胡麻油中植物甾醇和角鲨烯含量的变化

2.3 冷榨胡麻油在加速氧化中营养品质与理化指标的相关性分析

冷榨胡麻油在加速氧化中营养品质与理化指标相关性结果见表3。饱和脂肪酸的含量与理化指标呈正相关(r为0.897～0.961，P<0.01)。不饱和脂肪酸含量与理化指标呈负相关(r为-0.976～-0.920，P<0.01)。生育酚含量与过氧化值、茴香胺值，丙二醛、共轭二烯值、共轭三烯值均呈负相关。甾醇含量与酸价、茴香胺值、丙二醛、共轭二烯值、共轭三烯值均呈负相关；与过氧化值呈正相关。角鲨烯含量与酸价、茴香胺值、丙二醛、共轭二烯值、共轭三烯值均呈负相关；与过氧化值呈正相关。研究结果说明了冷榨胡麻油氧化程度的加深促进了其中有益伴随物的降解和消耗。

2.4 冷榨胡麻油在加速氧化中品质指标的主成分分析

为了综合评价冷榨胡麻油在加速氧化过程中营养物质和理化指标随氧化时间延长的变化情况，利用主成分分析(PCA)，得到的结果见图5，PC1和PC2的贡献率分别为98%和2%，能够很好地反映出不同氧化时期冷榨胡麻油样品品质变化的整体信息。从样品之间的距离对比可知，冷榨胡麻油的氧化过程可分为3个阶段，第1阶段为0～8 d，第2阶段为12～20 d，第3阶段为24～28 d。0～8 d时期的冷榨胡麻油的氧化可能处于自动氧化的链引发阶段，各理化指标未发生明显变化；12 d以后过氧化值等指标急速上升，与文献[28]报道的结果相一致，说明此时处于自动氧化的链增殖阶段，氧化值迅速上升是由于初级代谢产物快速累积造成；24 d后过氧化值等指标逐渐稳定，说明油脂的氧化进入链终止阶段，且生成的氢过氧化物降解与生成速率逐渐趋于平衡。

表3 加速氧化期间冷榨胡麻油营养品质与理化指标的相关性分析

图5 不同氧化时期冷榨胡麻油的主成分分析

3 结论

在避光条件下，采用Schaal烘箱法连续加热冷榨胡麻油28 d，通过测定理化指标和营养成分的变化，分析了冷榨胡麻油在加速氧化过程中品质变化规律。由实验结果可知，过氧化值、酸价、茴香胺值等理化品质指标都呈上升趋势，但在加速氧化20 d(相当于常温20个月)内，过氧化值(5.85 mmol/kg)和酸价(1.6 mgKOH/g)均未超出GB 2716—2018对食用植物油的限定标准；而冷榨胡麻油中主要不饱和脂肪酸(α-亚麻酸、β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和角鲨烯)含量下降，生育酚的含量显著下降，其中α-生育酚的含量在8 d后则无法检出。采用主成分分析法评价品质指标随氧化时间增长的变化情况，可将冷榨胡麻油的氧化过程分为3个阶段：第1阶段(0～8 d)，第2阶段(12～20 d)，第3阶段(24～28 d)。冷榨胡麻油在加速氧化20 d内具有良好的稳定性，但从有益伴随物的角度分析其在氧化8 d内适合储藏。