陸青青,程裕東,金銀哲

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

植物油的介電常數(shù)及其品質(zhì)變化之間的相關(guān)性研究

陸青青,程裕東*,金銀哲*

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

為了考察植物油介電常數(shù)的變化規(guī)律,本研究采用同軸探針技術(shù),探究了25℃溫度條件下菜籽油、調(diào)和油、葵花籽油、橄欖油、玉米油、芝麻油、大豆油及花生油等八種常見(jiàn)食用植物油的介電常數(shù)和脂肪酸組成。同時(shí),測(cè)定了大豆油在油炸過(guò)程中酸值、過(guò)氧化值等品質(zhì)變化,與介電常數(shù)的變化規(guī)律相聯(lián)系起來(lái),研究了兩者之間的相關(guān)性。結(jié)果表明:在較低頻段(100～180MHz)時(shí),除花生油外,同頻率下各種食用植物油介電常數(shù)大小與油中不飽和脂肪酸總含量呈正相關(guān)關(guān)系；在較高頻段(300～10000MHz)內(nèi),油的介電常數(shù)隨亞油酸含量的增加而增加。隨著油炸時(shí)間的增加,大豆油的酸值逐漸增加,過(guò)氧化值先增加后減小,大豆油的介電常數(shù)逐漸增加。在同一頻率下,大豆油的介電常數(shù)變化與上述品質(zhì)變化呈正相關(guān)關(guān)系。

食用植物油,介電常數(shù),脂肪酸,酸值,過(guò)氧化值

植物油在油炸過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列的熱氧化、熱聚合、水解和裂解等理化反應(yīng),影響油脂的品質(zhì),危害人體健康[1-3]。而且植物油在煎炸過(guò)程中,由于和食品之間的相互作用,還會(huì)使油炸食品的品質(zhì)發(fā)生明顯的變化,尤其是反復(fù)使用的煎炸油對(duì)食品的品質(zhì)產(chǎn)生不良的影響。因此,了解油炸過(guò)程中油品質(zhì)變化對(duì)油炸食品品質(zhì)十分關(guān)鍵[4]。

為了及時(shí)準(zhǔn)確了解食用油以及油炸過(guò)程中油的品質(zhì),從而有效控制油炸方式與條件,需要對(duì)油的品質(zhì)進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)指標(biāo)有酸值、過(guò)氧化值、碘值、皂化值、羰基價(jià)等,檢測(cè)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且化學(xué)試劑的使用對(duì)操作者和自然環(huán)境產(chǎn)生潛在的危害。而新型檢測(cè)方法,如核磁共振法、紅外或近紅外法等存在檢測(cè)儀器比較昂貴、使用過(guò)程中需要采用推薦的標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)行校正等缺點(diǎn)而難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)實(shí)地快速檢測(cè)[5]。

介電特性,是指生物分子中的束縛電荷對(duì)外加電場(chǎng)的響應(yīng)特性。目前,研究者對(duì)以研究電氣物性為主要目的的食品(如水果、蔬菜、蛋類(lèi)、豆類(lèi)、油脂類(lèi)和部分水產(chǎn)魚(yú)類(lèi))介電特性進(jìn)行了較為深入的研究[6-10],也有對(duì)食用油的介電特性進(jìn)行了初步研究[11-16]。但對(duì)于油炸過(guò)程中油品質(zhì)及介電特性的相關(guān)性研究還未見(jiàn)報(bào)道。油炸過(guò)程中發(fā)生的各種變化使油中的極性成分增加,極性成分的生成很大程度影響著介電特性的變化,本研究基于此理論基礎(chǔ),采用同軸探針技術(shù),提高了測(cè)定頻率,比較了8種常見(jiàn)食用植物油在較低頻段(100～180MHz)和較高頻段(300～10000MHz)內(nèi)介電特性的變化規(guī)律。特別測(cè)定了915MHz和2450MHz下大豆油的介電特性與其酸值和過(guò)氧化值的相關(guān)性,為工業(yè)和家用微波處理油炸食品的品質(zhì)研究提供一定的數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚(yú)精煉一級(jí)大豆油(1.8L裝)；金龍魚(yú)第二代食用調(diào)和油1∶1∶1(900mL裝)；金龍魚(yú)醇香營(yíng)養(yǎng)菜籽油(1.8L裝)；金龍魚(yú)特香花生油(1.8L裝)；多力葵花籽油(1.8L裝)；融氏純玉米油(1.018L裝)；福臨門(mén)特級(jí)初榨橄欖油(500mL裝)；金龍魚(yú)100%純芝麻油(400mL裝),均在2013年7月購(gòu)于上海市農(nóng)工商超市(臨港店),且均在保質(zhì)期內(nèi)。

PNA-L型網(wǎng)絡(luò)分析儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司；Model85070E軟件 美國(guó)安捷倫科技有限公司；THERMIC MODEL 2100A型熱電偶測(cè)溫儀 ETODENKI公司；BS 224S型賽多利斯分析天平 德國(guó)Sartorious集團(tuán)；ADF-P22A電油炸鍋 ACA北美電器；A級(jí)具四氟芯滴定管25mL 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

脂肪酸含量的測(cè)定,由中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)食品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心根據(jù)《GB/T17377-2008(動(dòng)植物油脂)脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》、《GB/T17376-2008(動(dòng)植物油脂)脂肪酸甲酯制備》測(cè)定8種食用植物油的脂肪酸含量。

煎炸油的制備:將1200mL的大豆油加到油炸鍋(意大利德龍股份有限公司F885V型)中,170±1℃連續(xù)油炸,每隔2h取油樣,取12次。

酸值的測(cè)定:GB/T5530-2005

過(guò)氧化值的測(cè)定:GB/T5538-2005

介電特性測(cè)定:由E5071C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及85070B末端開(kāi)路的同軸探頭(安捷倫公司,日本)、安捷倫85070測(cè)試軟件和計(jì)算機(jī)組成同軸探頭測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定。測(cè)試前,先開(kāi)機(jī)預(yù)熱1h,用開(kāi)路、短路和25℃的去離子水校準(zhǔn)同軸探頭。選擇測(cè)量頻率范圍為300～10000MHz,線(xiàn)性采樣點(diǎn)為98個(gè)。測(cè)試時(shí),將盛有各種植物油的燒杯放于探頭下,讓探頭充分浸入油樣,并保證探頭端面無(wú)氣泡時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)試軟件計(jì)算介電參數(shù)和頻率的關(guān)系。測(cè)定時(shí),周?chē)h(huán)境溫度控制在(25±1)℃。所有數(shù)據(jù)都一式三份,計(jì)算平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 八種食用植物油的脂肪酸含量

八種食用植物油中不飽和脂肪酸的總含量從大到小依次為菜籽油(92.70%)、調(diào)和油(87.50%)、葵花籽油(87.30%)、橄欖油(85.90%)、玉米油(84.50%)、芝麻油(84.20%)、大豆油(82.70%)、花生油(80.90%)。八種植物油中油酸和亞油酸是各種脂肪酸中含量最多的,其中橄欖油(78.50%)和菜籽油(61.90%)的油酸含量較高,而亞油酸的含量相對(duì)較低；葵花籽油(26.90%)、大豆油(25.90%)及玉米油(29.90%)的油酸含量相對(duì)最低,而相應(yīng)的亞油酸含量是相對(duì)最高的(表1)。

2.2 常溫下八種食用植物油的介電常數(shù)

25℃下,在低頻段(100～180MHz)和高頻段(300～10000MHz)內(nèi)分別測(cè)定了八種食用植物油介電常數(shù)變化,如圖1、圖2所示。

圖1 八種食用植物油在不同頻率(100～180MHz)下的介電常數(shù)Fig.1 The dielectric constant of eight kinds of edible vegetable oil under different frequencies(100～180MHz)

圖2 八種食用植物油在不同頻率(300～10000MHz)下的介電常數(shù)Fig.2 The dielectric constant of eight kinds of edible vegetable oil under different frequencies(300～10000MHz)

不同頻率下八種油食用植物油的介電常數(shù)值都很小(圖1和圖2),ε′<4.4(100～180MHz)；ε′<2.5(300～10000MHz)。這是因?yàn)槲镔|(zhì)的介電常數(shù)值與其極化成分和固有的偶極矩有關(guān)。

表1 8種食用植物油的各種脂肪酸含量

低頻段時(shí),引起介電損耗的主要原因是離子的導(dǎo)電性,而油是弱極性液體,其中的離子很少,因此其介電常數(shù)值很小。隨著頻率的增大,偶極子的極化是產(chǎn)生介電損耗的主要原因。水是典型的偶極子,而油中的含水率非常小,因此偶極子對(duì)食用油介電損耗的影響也非常小。對(duì)于弱極性植物油,極化成分一般在3%～5%之間,因此表現(xiàn)出較小的介電常數(shù)值[17]。

隨著頻率增加,八種油的介電頻譜顯示基本相同的變化趨勢(shì)(圖1)。在145MHz之前,介電常數(shù)隨著頻率的增加而增加,145MHz達(dá)到最大值,之后隨著頻率的增加而減小。而且,菜籽油的介電常數(shù)最大,大豆油的最小。整個(gè)低頻段(100～180MHz)內(nèi),同頻率下各種食用油的介電常數(shù)從大到小依次為菜籽油、調(diào)和油、葵花籽油、花生油、橄欖油、玉米油、芝麻油和大豆油。除花生油以外,這種順序與上述不飽和脂肪酸總含量的順序恰好相同。這是由于不飽和脂肪酸含量越多,極化成分就越多,介電常數(shù)也就越大。

圖2表明了在300～10000MHz頻段內(nèi)介電常數(shù)的變化。隨著頻率的增大,介電常數(shù)逐漸減小。其中,菜籽油、玉米油及大豆油的介電常數(shù)值相近；芝麻油、調(diào)和油及花生油的介電常數(shù)值相近；菜籽油與橄欖油的介電常數(shù)相近,這正好與這八種食用植物油的亞油酸含量有著極其相似的現(xiàn)象。菜籽油(60.20%)、玉米油(53.60%)及大豆油(50.70%)的亞油酸含量相近；芝麻油(42.60%)、調(diào)和油(36.10%)及花生油(31.90%)的亞油酸含量相近；菜籽油(18.50%)與橄欖油(6.00%)的亞油酸含量相近,這表明在較高頻段(300～10000MHz)時(shí),介電常數(shù)變化與植物油中亞油酸的含量有關(guān),而且隨著亞油酸含量的降低,介電常數(shù)值也相應(yīng)變小。通過(guò)常溫下對(duì)八種食用植物油介電特性的測(cè)定,可以確定的是在低頻段內(nèi),主要是不飽和脂肪酸含量影響介電常數(shù)值,在較高頻段內(nèi),不飽和脂肪酸中的亞油酸對(duì)介電常數(shù)影響顯著。

2.3 大豆油在高溫下的酸值和過(guò)氧化值變化

隨著油炸的進(jìn)行,大豆油的酸值和過(guò)氧化值逐漸增加。酸值在前14h增加緩慢,油炸14h后酸值迅速增加(表2),表明大豆油的品質(zhì)開(kāi)始急劇惡化。油炸16h之前,大豆油的酸值小于4、過(guò)氧化值小于12,均在安全值范圍內(nèi)。但16h之后,過(guò)氧化值繼續(xù)增大直到20h以后開(kāi)始減小,這是因?yàn)橛椭谟驼ㄟ^(guò)程中形成的過(guò)氧化物在高溫下開(kāi)始發(fā)生熱分解、熱聚合,生成醛、酮、醇、環(huán)氧化物等,過(guò)氧化值呈現(xiàn)緩慢降低的趨勢(shì),但不代表油脂的品質(zhì)變好了。

表2 大豆油在油炸過(guò)程中的酸值和過(guò)氧化值變化

2.4 大豆油在油炸過(guò)程中介電常數(shù)的變化

由圖3可以看到,隨著頻率的增大,大豆油的介電常數(shù)逐漸減小,且隨著油炸時(shí)間的增加,大豆油的介電常數(shù)呈逐漸增大的趨勢(shì),并且從14h開(kāi)始,介電常數(shù)增加的幅度略有增加,這和表2中14h后大豆油的酸值和過(guò)氧化值增加幅度略有提高相關(guān)。這是因?yàn)殡S著油炸的進(jìn)行,油脂品質(zhì)發(fā)生變化,油脂中極性成分開(kāi)始增加,而油脂中的極性成分是影響油脂介電特性變化的主要原因,結(jié)果使得油脂介電常數(shù)呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

表3 不同頻率下大豆油介電常數(shù)與酸值和過(guò)氧化值的擬合系數(shù)

圖3 大豆油油炸24小時(shí)的介電常數(shù)變化(油炸溫度:170℃)Fig.3 The change of dielectric constant for soybean oil during frying(frying temperature：170℃)

顯然,隨著酸值和過(guò)氧化值的升高,相對(duì)介電常數(shù)也升高,其擬合關(guān)系可表示為:

Y=ax2+bx+c

(1)

式(1)中x-介電常數(shù)(ε′)；Y-酸值(AV)或過(guò)氧化值(PV)；a,b,c-均為擬合系數(shù)。

表3給出了幾個(gè)頻率下大豆油的介電常數(shù)與酸值和過(guò)氧化值的擬合判定系數(shù),表明各頻率下的判定系數(shù)幾乎都大于0.90,擬合度較好。圖4為大豆油在915MHz和2450MHz下油炸過(guò)程中酸值和過(guò)氧化值與介電常數(shù)的變化關(guān)系。這表明油炸過(guò)程中大豆油的酸值和過(guò)氧化值的變化與介電常數(shù)之間存在相關(guān)性。

圖4 915MHz(a)和2450MHz(b)時(shí),大豆油油炸過(guò)程中酸值和過(guò)氧化值與介電常數(shù)的變化關(guān)系Fig.4 The variation relationship between AV, PV and dielectric constant during frying at 915(a)and 2450MHz(b)

3 結(jié)論

本研究對(duì)幾種常見(jiàn)食用植物油的介電特性進(jìn)行了探索,結(jié)果表明,植物油的介電常數(shù)值較小,且有一定的規(guī)律性。對(duì)食用植物油的脂肪酸組成及含量進(jìn)行了測(cè)定,將其與介電特性變化規(guī)律進(jìn)行了比較。在較低頻段(100～180MHz)時(shí),除花生油外,同頻率下各種食用植物油介電常數(shù)大小與油中不飽和脂肪酸總含量呈正相關(guān)關(guān)系；在較高頻段(300～10000MHz)內(nèi),油的介電常數(shù)隨亞油酸含量的增加而增加。對(duì)大豆油進(jìn)行高溫(170±1)℃油炸,隨著油炸時(shí)間的增加,大豆油的酸值逐漸增加,過(guò)氧化值先增加后減小,大豆油的介電常數(shù)逐漸增加,在同一頻率下,大豆油的介電常數(shù)變化與上述品質(zhì)變化呈正相關(guān)關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)油炸過(guò)程中大豆油酸值和過(guò)氧化值的變化與其介電常數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行了初步的研究,為進(jìn)一步探究利用介電特性方法測(cè)定油炸過(guò)程中的食用油與油炸食品品質(zhì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Correlation research between dielectric constant and the quality variation for vegetable oil

LU Qing-qing,CHENG Yu-dong*,JIN Yin-zhe*

(College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

In order to investigate the changing rule of dielectric constant, the dielectric constant of colza oil,blend oil, sunflower oil,olive oil,corn oil,sesame oil,soybean oil and peanut oil were studied by the open-ended coaxial probe technology at 25℃. And the compositions of the fatty acid were measured. The change of acid value and peroxide value for soybean oil were been measured during frying, and connected to the changing rule of dielectric constant. The results indicated that at lower frequencies(100～180MHz),the positive relationship was between dielectric constant and unsaturated fatty acid except for peanut oil;at higher frequencies(300～10000MHz),dielectric constant of soybean oil was increasing with the content of linoleic acid. The acid value of soybean oil was increasing with the frying time,but peroxide value was increasing and then decreasing during frying. The dielectric constant was increasing during frying. At the same frequency,the positive relationship between dielectric constant and quality variation were found in this study.

edible vegetable oil;dielectric constant;fatty acid;acid value;peroxide value

2014-05-19

陸青青(1989-),女,碩士研究生,研究方向:食品熱加工。

*通訊作者:程裕東(1961-),男,博士,教授，研究方向:食品熱加工。 金銀哲(1977-),男,博士,副教授,研究方向:食品工程。

上海市科委部分院校能力建設(shè)項(xiàng)目(12290502200)；上海高校知識(shí)服務(wù)平臺(tái),上海海洋大學(xué)水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種中心(ZF1206)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)07-0109-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.014