劉志明,類彥波,孫清瑞,趙建波,李秋兵,樊云雪,黃蕊蕊
(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江大慶 163319;2.大慶市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心,黑龍江大慶 163319)
大豆油脂肪酸(Fatty acid,F(xiàn)A) 由飽和脂肪酸(Saturated fatty acid,SFA) 與 不 飽 和 脂 肪 酸(Unsaturated fatty acid,USFA) 構(gòu)成,且USFA含量很高[1-3]。USFA具有調(diào)節(jié)生理機(jī)能、增強(qiáng)機(jī)體健康、預(yù)防多種疾病等功能,尤其能預(yù)防心血管疾病、神經(jīng)或精神類疾病、內(nèi)分泌失調(diào)及代謝綜合癥類疾病,還能抗炎和抗癌等。在減緩記憶力衰退、防止皮膚老化、延緩衰老、抗過敏反應(yīng)及促進(jìn)毛發(fā)生長(zhǎng)等方面也有積極作用[4-5]。大豆油是我國主要的食用植物油,既以純油食用,又常與其他食用植物油復(fù)配成大豆調(diào)和油(Blended soybean oil,BSO),以改善營養(yǎng)結(jié)構(gòu)與風(fēng)味。BSO中亞油酸和亞麻酸等USFA含量因原料油不同而有較大差異,但其氧化穩(wěn)定性較差的屬性未變。大豆油的USFA在其貯存過程中,受外界因素(氧氣、溫度、光照、水分、酶、金屬離子等)影響易發(fā)生氧化酸敗[6-10],產(chǎn)生的初、次級(jí)產(chǎn)物劣化風(fēng)味,影響健康,乃至引發(fā)疾病[11-13]。其氧化初期形成不穩(wěn)定氫過氧化物,繼而分解成次級(jí)產(chǎn)物,如醇、醛、酮、酸、環(huán)氧化物或生成聚合物等[14-15],產(chǎn)生的過氧化物與自由基,進(jìn)入人體可引起衰老、癌癥及其他有關(guān)疾病[16-17],加大其貯藏、運(yùn)輸、消費(fèi)等過程中的保質(zhì)難度。因此,對(duì)部分模擬貯存條件的加速氧化酸敗BSO試樣進(jìn)行綜合儀器分析,弄清BSO的FA和USFA含量變化,以及由氧化酸敗產(chǎn)生的有害物質(zhì)情況,可對(duì)BSO貯存期內(nèi)的食品安全狀況提供有益信息,也為全面分析與正確判斷BSO等食用植物油的氧化酸敗情況提供參考。
大豆調(diào)和油:SFA MUFA PUFA 為 (0.2~0.3)(0.6~1.0) 1.0;37組分脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品(C4~C24);三氟化硼(14%甲醇溶液)、甲醇,色譜純;氫氧化鈉(AR)、正己烷(GC),天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所提供;氯化鈉(AR),杭州嘉辰化工有限公司提供;無水硫酸鈉(AR),天津市大茂化學(xué)試劑廠提供。
7890A GC system,安捷倫科技有限公司產(chǎn)品;TRACE 1300 ISQ LT單四極桿氣相色譜質(zhì)譜儀聯(lián)用儀(Gas Chromatograph-ISQ LT Single Quadrupole Mass Spectrometer),賽默飛世爾科技公司產(chǎn)品;傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR),珀金埃默儀器有限公司產(chǎn)品。
1.2.1 試樣氧化
模擬室內(nèi)照度(840 lx)和相對(duì)濕度(40%),控制氧化溫度50℃,氧化試樣容器初始頂空率50%,氧分壓(Oxygen partial pressure,OPP) 分別設(shè)為5.3,10.5,21.0,42.0,84.0 kPa,進(jìn)行BSO氧化試驗(yàn),累計(jì)氧化79~87 d,直至感評(píng)其徹底腐敗,期間多次測(cè)定試樣各種性能參數(shù)(等量取樣,保持頂空率不變),探究其氧化規(guī)律(另著文)。選取經(jīng)84.0 kPa累計(jì)氧化1 918 h的氧化試樣,將其與原始試樣一并甲酯化,同時(shí)進(jìn)行GC,GC-MS和FTIR分析,對(duì)比BSO氧化前后試樣的特征組分,確定有害物質(zhì)。
1.2.2GC與GC-MS分析
(1) 試樣甲酯化。參照文獻(xiàn)[18-19]方法,甲酯化BSO原始樣及其氧化試樣。用滴管向50 mL圓底燒瓶中加2滴試樣、10 mL濃度0.5 mol/L的氫氧化鈉甲醇溶液,于85℃條件下回流10 min,用移液槍加入三氟化硼甲醇溶液7 mL,繼續(xù)回流5 min。取出后冷卻,加入2 mL正己烷(萃?。?,搖動(dòng),加入適量飽和氯化鈉溶液,輕搖,促進(jìn)體系分層。繼續(xù)加入氯化鈉飽和溶液至燒瓶頸部,靜置,吸出上層溶液,放入5 mL具蓋塑料樣品杯中,加入3 g無水硫酸鈉粉末,蓋上蓋子,手動(dòng)振搖1 min,靜置5 min(脫水),用有機(jī)針式濾膜過濾,取適量放入樣品瓶,密閉,冷藏備用。
(2) GC分析。參照GB 5009.168—2016[20]中5.3法對(duì)比分析甲酯化試樣和混合脂肪酸標(biāo)樣。色譜柱:Agilent DB-FFAP毛細(xì)管柱,載氣:氮?dú)猓?9.99%),1.0 mL/min,進(jìn)樣口溫度260℃,分流比10∶1,檢測(cè)器溫度280℃,柱溫初溫140℃,保持5 min,再以4℃/min升溫至240℃,保持15 min,進(jìn)樣量0.5 μL。
(3) GC-MS分析[19-20]。①GC分析。對(duì)比混合脂肪酸標(biāo)樣確定甲酯化試樣的FA組分。Agilent DB-5型毛細(xì)管柱:柱長(zhǎng)30 m,內(nèi)徑0.25 mm,膜厚0.10 μm,固定相為5%苯基-甲基聚硅氧烷;進(jìn)樣口溫度280℃;柱溫初溫150℃,保持5 min,再以3℃/min升溫至170℃,保持5 min,再以3℃/min升溫至210℃,保持2 min,最后再以10℃/min升溫至260℃,保持5 min;試樣進(jìn)樣量為1 μL,分流比100∶1,載氣為氦氣(99.99%),流速1.2 mL/min。②MS分析。對(duì)甲酯化試樣進(jìn)行全離子掃描,得GC-MS總離子流圖,同時(shí)分析混合脂肪酸標(biāo)樣,利用標(biāo)樣譜圖對(duì)比解析試樣譜圖及其各保留時(shí)間對(duì)應(yīng)的FA組分,并用峰面積歸一化法求算FA相對(duì)含量(Rrelative content,RC)。傳輸線溫度250℃,EI離子化模式,離子源溫度230℃,電子能量70 eV,全掃描模式,分子離子掃描范圍50~650 m/z,溶劑延遲5 min。
1.2.3 FTIR分析
向一片干凈的KBr晶片中心滴1滴試樣,在其上疊放另一干凈的KBr晶片,小心轉(zhuǎn)動(dòng)晶片,使試樣形成均勻薄膜。將疊放的KBr晶片裝入可拆式液體池中,固定好,放在紅外光譜儀樣品支架上,在設(shè)定條件下分析試樣,得其紅外吸收光譜圖,分析確定BSO中所含物質(zhì)。
BSO試樣的GC譜圖見圖1,BSO氧化試樣的GC譜圖見圖2。
圖1 BSO試樣的GC譜圖
對(duì)比混合脂肪酸標(biāo)樣譜圖,并參照GB 5009.168—2016中圖B.1和表C.1,得出表1分析結(jié)果。表1數(shù)據(jù)表明:①BSO試樣經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間氧化后,SFA的 RC由 26.09%增至 37.56%,C16∶0,C17∶0,C18∶0的RC分別增加了1.34%,4.45%,5.68%。②USFA的RC由73.91%降至62.07%,且主要USFA的RC顯著降低。C18∶1n9t+C18∶1n9c的RC由25.28%降至20.86%,并且C18∶2n6t+C18∶2n6c的RC由17.03%降至6.01%。其中,C18∶2n6t的RC由9.20%至消失,C18∶3n6的RC由27.85%降至25.35%。③其他USFA的RC略增,C16∶1,C17∶1,C18∶3n3的RC分別由1.10%,0.68%,1.98%變至1.59%,0.79%,7.46%,前兩者增幅不大,而后者增幅很大,是否發(fā)生了結(jié)構(gòu)改變或與氧化后C18∶2n6t的消失有關(guān),尚不清楚,也可能是GC法局限性所致。這些情況揭示BSO在試驗(yàn)條件下經(jīng)1 918 h氧化后,F(xiàn)A組分發(fā)生了顯著變化,且飽和化嚴(yán)重,僅靠GC法確定FA構(gòu)成尚有不確定性。
圖2 BSO氧化試樣的GC譜圖
BSO試樣及其氧化試樣的GC分析結(jié)果見表1,BSO試樣GC-MS分析結(jié)果見表2。
表1 BSO試樣及其氧化試樣的GC分析結(jié)果
表2 BSO試樣GC-MS分析結(jié)果
數(shù)據(jù)表明:①BSO試樣氧化后,F(xiàn)A由6種增至10種,較原來的多了C18∶2n6t,C22∶0,C20∶0,C20∶1n11c。氧化酸敗過程使BSO的FA組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,且令FA高級(jí)化。②SFA中C16∶0和C18∶0的RC無明顯變化,因其屬于穩(wěn)定FA。③USFA中亞油酸的RC略減,且產(chǎn)生反式亞油酸(一般認(rèn)為高溫是食用植物油加工、含油食品加工時(shí)USFA反式異構(gòu)化主要原因[21],未見試驗(yàn)溫度下發(fā)生異構(gòu)化的報(bào)道),若果真如此,機(jī)理不明,且會(huì)增加食品安全風(fēng)險(xiǎn)[22]。油酸的RC略有增多,亞麻酸含量基本無變化。這些FA在BSO中是主要成分也是發(fā)生氧化酸敗的主體,且變化較為復(fù)雜。④不同的分析方法得到的FA的RC差異較大。C18∶1n9t在表1中由1.96%升至2.54%,明顯增多,而其在表2中幾乎無變化;C18∶2n6t在表1中由1.92%而消失,在表2中卻由無到0.30%;C18∶3n3在表1中由1.98%增至7.46%,在表2中幾乎無變化。FA的這些差異仍難解釋。但就分析方法而言,GC-MS分析得到的表2數(shù)據(jù)應(yīng)比GC分析得到的表1數(shù)據(jù)更可靠。⑤不能孤立地分析BSO的氧化酸敗過程,F(xiàn)A變化還需用其他方法協(xié)同分析加以解釋。理論上,氧化酸敗過程能使USFA飽和化,還可使初級(jí)氧化產(chǎn)物(過氧化物)分解為較小分子的次級(jí)產(chǎn)物,如酸、醇、醛、酮等。因GC-MS法仍是以匹配度為依據(jù)的分析方法,對(duì)于結(jié)構(gòu)相近的同系物、異構(gòu)體等,因質(zhì)譜圖相似,可能造成檢索結(jié)果的不可靠,故難以全面、準(zhǔn)確地判定試樣氧化酸敗產(chǎn)物及其含量,上述僅從FA組分與含量角度的分析只能部分地反映BSO氧化酸敗狀況,并不能反映其氧化酸敗的全貌,若要從結(jié)構(gòu)變化入手描述BSO試樣的氧化酸敗,還應(yīng)借助于FTIR分析。
BSO試樣的FTIR譜圖見圖3,BSO氧化試樣的FTIR譜圖見圖4。
圖3 BSO試樣的FTIR譜圖
圖4 BSO氧化試樣的FTIR譜圖
綜合分析表明:①BSO原始試樣的FTIR譜圖只有8個(gè)峰,其試樣氧化后譜圖增至18個(gè)峰,官能團(tuán)數(shù)目大大增加,說明氧化產(chǎn)生了多種化合物;②BSO原始試樣譜峰以烯烴中次甲基(3 009.17 cm-1),烷烴中甲基、亞甲基(2 925.27,2 854.28,1 463.93,1 377.80 cm-1)的C-H振動(dòng)為主。在1 745.70 cm-1處有酯基或羧基中的C=O伸縮振動(dòng);1 162.93 cm-1處有甘油三酯中C-O,(RCO)2O中C-O,-COOR中C-O-C的伸縮振動(dòng),R-O-R'中C-O的不對(duì)稱伸縮振動(dòng);722.92 cm-1處碳鏈的骨架振動(dòng)、長(zhǎng)碳鏈烷基-CH2-的面內(nèi)搖擺振動(dòng)、長(zhǎng)鏈-(CH2)n-(n≥4)的面外彎曲振動(dòng)、-(CH2)n-鏈中-CH2-的C-H變形振動(dòng)、順式-CH=CH-中C-H的面外彎曲振動(dòng)、順式-CH=CH-中C-H鍵的彎曲振動(dòng),而其氧化試樣中除了有甲基、亞甲基(2 991.10,2 925.27,1 377.78 cm-1)、烯基(3 009.17,1 652.18,7 22.92 cm-1)、叔丁基(1 464.21 cm-1)的官能團(tuán)振動(dòng)峰外,還有酮(1 652.18 cm-1)、醛(914.16 cm-1)、酯(3 470.55,1 745.70,1652.18cm-1)和羰基(2 326.47 cm-1),羧基(1 652.18,1 238.43,914.16 cm-1)及羧羰基(1 745.70,1 652.18 cm-1),醚基(1 162.93 cm-1),酸酐基團(tuán)(1 163.44,1 099.29 cm-1),醇基(1 238.43,1 099.29 cm-1)等官能團(tuán)的振動(dòng)峰,這些官能團(tuán)極性較強(qiáng),其相應(yīng)化合物可使氧化試樣κ增大,同時(shí)也是BSO試樣氧化的重要標(biāo)志。其中許多化合物也是引發(fā)潛在食品安全問題的有害物質(zhì),抑制或避免食用油品質(zhì)下降及此等有害物質(zhì)的產(chǎn)生也是油脂貯藏應(yīng)解決的難題。我國食用植物油銷量大、種類多[23],其保質(zhì)貯存是關(guān)乎食品安全的大事。
食用植物油的脂肪酸和活性物質(zhì)的種類與含量都影響其氧化穩(wěn)定性[24],試驗(yàn)用BSO產(chǎn)品的配料油的生產(chǎn)工藝、精煉程度,BSO是否加入抗氧化劑(包裝標(biāo)簽標(biāo)注的配料中有“食品添加劑”字樣,可能為抗氧化劑)等都對(duì)試驗(yàn)結(jié)果(與BSO貯藏穩(wěn)定性相關(guān)) 有影響[9,25-26]。試樣氧化溫度與OPP遠(yuǎn)高于一般貯存及消費(fèi)情況,相對(duì)濕度和溫度均為常見情況,故可認(rèn)為高溫和高OPP是引起試樣氧化酸敗的主因。BSO貯存時(shí),溫度可控度較大,OPP理論上可通過氣調(diào)或真空包裝等方式加以控制[27],但僅限于貯存期,消費(fèi)期宜采用特定隔氧容器包裝。試樣氧化條件及氧化狀態(tài)(氧化條件控制狀態(tài)與程度、試樣的均勻程度、氧化酸敗結(jié)果的再現(xiàn)性等)可能影響分析結(jié)果,試樣前處理方法的差異也可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響[4],這些方面還有待深入研究。
BSO試樣氧化酸敗的結(jié)果使SFA增多,USFA減少,F(xiàn)A組分變化較大,嚴(yán)重?fù)p害其營養(yǎng)功能和風(fēng)味,試驗(yàn)條件下已嚴(yán)重哈變。BSO試樣中FA的變化與很多因素(BSO調(diào)配比例、氧化試驗(yàn)條件與方法、FA等組分的分析條件與方法等)相關(guān),其FA的RC既由各自絕對(duì)量變化決定,也受各FA的RC“此消彼長(zhǎng)”的影響,只是特定試驗(yàn)條件下的結(jié)果。BSO試樣在高OPP和較高溫度加速模擬試驗(yàn)條件下的深度氧化酸敗,產(chǎn)生了酮、醛、酯等羰基化合物,游離羧酸、酸酐,醚、醇等物質(zhì),其品質(zhì)嚴(yán)重下降,繼續(xù)食用將引發(fā)食品安全問題。加速模擬試驗(yàn)條件雖然與通常食用植物油的生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)的情況不完全一致,發(fā)生氧化酸敗的速率、程度和產(chǎn)物也不盡相同,但發(fā)生的相關(guān)反應(yīng)及產(chǎn)物的種類基本相同,反映出食用植物油貯藏期間氧化酸敗的事實(shí)。以GC,GC-MS和FTIR耦合分析技術(shù)能全面、準(zhǔn)確地揭示破壞性氧化酸敗試驗(yàn)中BSO試樣的FA變化及次級(jí)產(chǎn)物的組成與結(jié)構(gòu)情況,而單獨(dú)以GC或GC-MS中的1種或2種都難以達(dá)到滿意的表達(dá)效果,甚至得出錯(cuò)誤結(jié)論。