相對濕度對大豆調和油氧化酸敗的影響

劉志明，唐彥君，孫清瑞，成柳潔，時寧寧，張亞瑾

(黑龍江八一農墾大學 食品學院，黑龍江 大慶163319)

大豆油是我國傳統食用植物油，在食用油結構中占有很大比例，2016年消費量已達1.60×107t[1]。目前，大豆油主要以大豆原油和大豆調和油(BSO)形式食用。大豆油含多種飽和脂肪酸(SFA)與不飽和脂肪酸(UFA)。其中UFA極易氧化酸敗，產生過氧化物(PO)與次生產物(游離脂肪酸、醇、醛、酮等小分子極性物質及某些聚合產物)，既導致其感官品質劣化，又損害消費者健康[2-5]。

影響大豆油氧化酸敗的因素主要有大豆油脂肪酸組成及其所含的微量活性物質、抗氧化劑、金屬離子、雜質、水分、貯藏環境溫濕度及包裝、運輸方式等[6-11]，關于微量活性物質、抗氧化劑等因素對油脂氧化酸敗的影響方面的研究較多，但環境濕度對大豆油的氧化酸敗的相關研究較少。因此，本文采用自組裝氧化裝置模擬大豆油實際貯存條件為主、加速試驗條件為輔的方式氧化BSO試樣，測定其不同氧化時間的過氧化值(POV)和酸價(AV)變化，繪制不同環境相對濕度(RH)下POV、AV與氧化時間關系曲線，探求RH對其氧化酸敗的影響及其氧化酸敗的化學動力學規律。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

BSO：金龍魚(1∶1∶1)牌，配料為大豆油、菜籽油、葵花籽油、玉米油、花生油、稻米油、芝麻油和亞麻籽油，SFA與MUFA、PUFA比例為(0.2～0.3)∶(0.6～1.0)∶1.0，遼寧省營口市益海嘉里公司。冰乙酸、異辛烷、石油醚(沸程60～90℃)，分析純；碘化鉀，硫代硫酸鈉，可溶性淀粉，水楊酸，磷酸氫二鉀，氫氧化鉀，乙醇，酚酞， 0.1 mol/L鹽酸標準溶液。

1.1.2 儀器與設備

JK-EAB-3104N型電子天平；AR847+型溫濕度計；TES-1336A 型TES數位式照度計；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱；小器鬼牌LED燈；自組裝試樣氧化容器(見圖1)，母容器2 L(有錐度的方柱體)，雙面透明,子容器300 mL(碗狀)；微注射器。

注：1.放壓口；2.頂蓋；3.母容器；4.子容器；5.試樣。

1.2 試驗方法

1.2.1 BSO試樣氧化

將設計量的試樣裝入母容器中，子容器裝入150 mL設計濃度的磷酸氫二鉀溶液，子、母容器內部相通，母容器內的RH通過子容器所盛的試驗溫度(50℃)下不同濃度的磷酸氫二鉀溶液進行調控。RH(%)與磷酸氫二鉀溶液濃度(c，mol/L)的數學關系RH=-7.062 2c+98.751(R=0.998 9)。試驗設定初始頂空率(HSR)為50%(在母容器中裝入1 000 mL試樣，確保在設計的氧化時間內可測定試樣13～15次)，通過磷酸氫二鉀溶液分別調節RH為50%、60%、70%、80%和90%。將密閉狀態的試樣氧化容器放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，調控溫度為50℃、光照強度為840 lx(通過調整LED燈的功率及其與容器的位置和角度控制，用照度計測定盛樣位置的照度)、容器內總壓為大氣壓，氧分壓(OPP)為大氣OPP(21 kPa)，待恒溫后，輕輕地擰開試樣氧化容器的放壓口，將容器內因升溫后膨脹空氣產生的過壓泄掉，再擰緊放壓口。在不同氧化時間取樣，測定POV和AV(各做3次平行測定)。試樣氧化時間(t)按其氧化酸敗速率及理想的測定次數而定(每個RH條件下的BSO試樣分別連續氧化1 100～1 300 h)，直至試樣徹底酸敗。氧化過程中保持溫度、光照強度、氧分壓、總壓和RH條件(每次測樣時等量地取出試樣，HSR只發生等幅度的梯度變化)不變。

1.2.2POV測定

稱取試樣1.0 g，用體積比3∶2的冰乙酸-異辛烷混合液溶解，振搖5 min，用1 mL微注射器滴定。氧化前期的試樣在加完碘化鉀溶液和水后直接加淀粉溶液，氧化后期的試樣在加淀粉溶液前先加少量硫代硫酸鈉標準溶液(消除部分顏色，防止因掩蓋或加深淀粉與I3-相互作用呈現的藍色而導致結果偏小或偏大)，加入淀粉后，再繼續滴定。其他參照GB 5009.227—2016進行。

1.2.3AV測定

用250 mL薄壁錐形瓶稱取1.00 g(精確至0.000 1 g)試樣，加入38 mL石油醚，適當振搖，使試樣溶于石油醚，再加入50%乙醇水溶液62 mL，充分搖蕩，滴加2～3滴酚酞指示液，以0.003 mol/L的氫氧化鉀標準溶液(配制后經鹽酸標準溶液標定)為滴定液，用1 mL注射器滴定至剛好出現淡粉紅色(保持30 s不褪色)即為終點。參照GB 5009.229—2016計算AV。

2 結果與分析

2.1 BSO氧化酸敗過程中POV與AV的變化規律

測定不同RH、t條件下POV、AV，繪制不同RH下POV、AV隨t的關系曲線，結果見圖2、圖3。

由圖2、圖3可看出：①在控制溫度、光照強度、OPP和初始HSR等條件不變的情況下，各RH下BSO試樣的POV和AV均隨t的延長而呈線性增大，即在試樣氧化時間內，BSO氧化酸敗程度是時間函數；②在試驗RH范圍內，POV-t曲線和AV-t曲線均呈相關性較好的線性關系，BSO氧化酸敗符合零級反應動力學特征；③BSO試樣氧化酸敗的速率常數(k，線性方程斜率)隨RH增大而升高。RH越大，反應速率越快，試樣越易發生氧化酸敗。以AV表征BSO氧化酸敗的k值小于以POV表征BSO氧化酸敗的k值。AV體現的是油脂氧化酸敗所發生的諸多反應中生成游離脂肪酸的一類反應，而POV反映的是油脂氧化酸敗的整體程度，因此后者更適于表征油脂的氧化酸敗。同時發現試樣前期氧化速率較慢，哈變不明顯，該階段POV和AV不大，待POV和AV增大到一定程度后(約600 h)，試樣即產生哈喇味兒，且越來越重，試樣芳香味消失的時間為550～700 h，在氧化后期變得黏稠而渾濁，說明可能有聚合類反應發生而生成較大分子化合物。

圖2 各RH條件下POV與t關系曲線

圖3 各RH條件下AV與t關系曲線

2.2 RH對BSO氧化酸敗速率的影響

由圖2、圖3的RH與k數據，以RH為橫坐標、k為縱坐標繪制的分別由POV和AV描述的BSO氧化酸敗過程k-RH曲線如圖4和圖5所示。

由圖4、圖5可知，在試驗范圍內，RH越大，BSO的氧化酸敗速率越快，其保質期越短，兩者均呈現出規律性較好的二項式數學關系。通常油脂酸敗分為氧化酸敗和水解酸敗。kPOV在低RH范圍增加較快(PO生成為主)，高RH范圍增加較緩(PO轉化凸顯)，kAV恰好相反，這可能是因為在低RH范圍脂肪酸以氧化酸敗生成為主，在高RH范圍脂肪酸以水解酸敗生成為主，表明RH既能加速BSO氧化酸敗(POV與AV均增大)，又可誘發BSO水解酸敗(AV增大可能是氧化酸敗與水解酸敗的共同結果)。

圖4 以POV描述BSO氧化酸敗時k與RH關系曲線

圖5 以AV描述BSO氧化酸敗時k與RH關系曲線

2.3 討論

(1)雖然現有研究幾乎都聚焦在食用植物油的含水量或水活度對其氧化酸敗的影響上，對該影響是否存在臨界值的觀點也不一致[12-15]，但就商品BSO而言，自身含水量及其變化幅度小，因此油脂自身含水量的影響較小，但環境RH的變化可影響油脂的含水量，從而促進油脂的氧化酸敗。并且試驗在RH為50%～90%的范圍內并未出現POV、AV和k的臨界值或臨界范圍。

(2)油脂含水量或其環境RH對油脂穩定性的影響與油脂自身狀況、貯存條件密切相關。無論油脂的消費過程還是氧化試驗過程，在反復開、封容器時，氧氣不斷得到補充，多數情況下容器中的油脂處于富氧狀態，故在實際商品油脂貯存時，氧的作用一般大于含水量的作用，后者的影響通常會被掩蔽，而空氣RH較大時，其影響則很突出。

(3)油脂氧化過程中PO的產生與其分解為次級產物的過程是動態的。油脂氧化酸敗的初級產物是PO，可由POV表征PO的產生和積累過程，當其發生氧化還原、分解等反應，生成醇、醛、酮、脂肪酸等次級產物時，PO含量隨之減少，POV由大變小，理論上存在折點，但在試驗中POV折點并未出現，即便是試樣已經產生嚴重的異味，其POV也未出現折點。原因有幾種可能：一是油脂氧化酸敗過程中，PO的生成和轉化是同時發生的，且生成的速率大于轉化的速率，在試驗條件下及試樣氧化時間內，無POV折點；二是當POV增大到一定程度后，其測定方法(如GB 5009.227—2016)已不能完全滿足測定需要(盡管參照該法在不同氧化酸敗階段優化試樣量等條件)；三是油脂氧化酸敗的實際情況與理論有差距，理論較為單純，而實際情況較為復雜(如次級產物的種類及其氧化還原性等很復雜)。

(4)試驗含有部分加速因素，為縮短試驗周期，BSO試樣氧化的溫度、濕度等條件設定值較高，但在其貯運中亦可遇到該類苛刻條件。油脂實際貯存時，其光照強度、溫度、濕度等環境條件隨季節、地域和貯存場所變化很大，其包裝內的HSR、OPP、油-空氣接觸面積(反映容器徑高比)等因素亦多變，這些都對試驗結果產生影響。

(5)測定POV的影響因素有試樣、試劑的稱量時間長短，試樣量大小，氧化還原試液濃度及其暴露(空氣中，光線下)程度、時間、指示劑的狀態等。影響AV測定的因素有游離脂肪酸的溶解效果、試樣量、滴定過程是否產生乳化、滴定終點的正確判斷等?？刂圃嚇友趸疧PP時，雖在恒溫下的容器內同時獲得大氣壓力和大氣OPP，但致氧氣總量略低于恒溫前的室溫狀態，并且HSR越大，容器內氧氣絕對量減少越多，試樣氧化容器中RH的增大也會使OPP變小，兩種作用都使試驗條件偏離原設計，對測定結果產生影響(在HSR設計合理時可消除部分影響)。此外，還有靜態氧化下試樣的均勻程度、掛壁油比例的差異，HSR變化的一致性，試驗條件控制程度的一致性，試樣累計凈氧化時間的準確性，測樣耗時差異性、環境條件差異性等。上述各方面產生的誤差既有疊加性又有抵消性，可能影響測定結果的準確性，但RH對BSO氧化酸敗過程中POV、AV和k的影響仍然有較好規律。

3 結 論

以大豆調和油為原料，采用自組裝氧化裝置模擬不同環境相對濕度(RH)下油脂的氧化酸敗情況，研究相對濕度對油脂氧化酸敗的影響。通過測定不同氧化時間(t)下油脂POV、AV，繪制不同RH下POV-t和AV-t關系曲線，進而得到RH對油脂氧化酸敗速率的影響。結果表明：

(1)在5種RH(50%～90%)試驗條件下，BSO試樣的POV、AV均隨氧化時間的延長而增大，且POV-t曲線和AV-t曲線皆呈正相關線性關系，該過程可用零級反應描述，POV、AV可作為不同RH條件下BSO氧化酸敗過程的表征參數。

(2)相同條件下，大豆油POV、AV隨著RH增大而增大。

(3)試驗條件下氧化速率常數k隨RH遞增而有規律地增大，對以表征參數POV和AV描述的BSO氧化酸敗，兩者關系分別為kPOV=-1E-05RH2+0.002 4RH-0.049 6和kAV=2E-07RH2-2E-05RH+0.000 5。

因此，降低RH是減緩油脂氧化酸敗的有效途徑之一，在生產、貯存、運輸和消費過程中，應盡量降低油脂貯存環境的濕度。