劉志明 孫清瑞 唐彥君 張藝瑋 劉肇文 劉爍菲

(黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319)

大豆油(soybean oil，SO)因含有豐富的不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acid，UFA)而易發(fā)生氧化[1-2]，其氧化是深受氧氣、溫度、濕度、光照、酶和金屬離子等因素影響的復雜過程[3-4]，結果導致色味劣化，產生的有害物質危及攝食者健康[5-8]。SO貯存容器頂空率(Head Space Rate，HSR)是指SO貯存容器或氧化試驗容器中油上部空氣體積占容器容量的百分率，它是影響油脂氧化重要因素之一。SO在長期貯存和緩慢食用過程中難免接觸空氣，貯存時油氣量比(反映貯油容器HSR)及其接觸空氣時間等問題不容忽視。SO的氧化與其貯存時容器HSR及HSR變化極為相關，研究HSR對SO氧化的影響十分必要。至今國內鮮見到關于HSR影響SO或其他食用油氧化問題的研究報道，現有與“頂空”相關的研究主要集中在檢測技術方面，如頂空固相微萃取-氣相色譜分析技術、靜態(tài)頂空GC-MS分析技術、頂空氣相色譜法等，主要用于溶劑殘留分析、油脂鑒別、貯存期內質量跟蹤(通過頂空氣體指紋分析研究產品貯藏期內質量變化規(guī)律)等，與HSR略相關的只有開、閉口容器貯存狀況下氧化程度比較[9-10]和包裝內頂空氣體對貨架期的影響[11-12]，均未定量研究或討論HSR對油脂氧化影響問題。國外有人報道過頂空體積、頂空氧濃度和油樣表面積-體積比對油脂氧化有影響[4]。

SO發(fā)生氧化時產生過氧化物、游離脂肪酸、羰基化合物等極性物質[1,4,5]，隨著氧化程度不斷加重，可電離的極性物質愈來愈多，氧化油樣的極性溶劑萃取液導電性也隨之增大，故可用電導率(κ)反映該變化。油脂κ的測定方法很多，關鍵技術是萃取液選擇與萃取分離工藝。萃取液主要有水[13]、水-正己烷[14]、丙酮[15]、水-乳化劑[16]和水-石油醚[17-18]等。在水-石油醚萃取液中，水極性強(極性指數10.2[19])，能溶出油樣中極性物質，石油醚非極性強(極性指數0.01[19])，可溶解并稀釋油樣，加之水與石油醚密度懸殊，其混合物一同與油樣接觸時，可促進油樣中極性物質和非極性物質的分離，故水-石油醚萃取液較佳。萃取方式有手搖[13]、機械攪拌[20]、超聲震蕩[21]等。手搖程度不易掌握，效果差；超聲震蕩易乳化，難分離，影響電導率測定，故以適度機械攪拌為宜。水-石油醚比例和萃取時機械攪拌(速度和時間)及靜置分離條件(靜置時間、分離器具)等均有較大影響。試驗改進了以水-石油醚為萃取液的萃取分離技術，以κ為表征參數，在不同HSR下進行加速氧化試驗，定量研究和描述HSR對大豆壓榨油(squeezed soybean oil，SSO)、大豆浸出油(extraction soybean oil，ESO)、大豆調和油(blended soybean oil，BSO)氧化的影響。

1 試驗方法

1.1 材料與儀器

SSO(熱笨榨油)、ESO(非轉基因大豆油)：均符合GB/T 1535—2003[22]三級品要求；BSO：配料為大豆油、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∶MUFA∶PUFA為(0.2～0.3)∶(0.6～1.0)∶1.0；石油醚(AR)：沸程60～90 ℃；蒸餾水：符合 GB/T 6682[23]二級水要求；一次性注射器(2 mL)及針式過濾膜(有機型，0.45 μm孔徑)等。

FE30型電導率儀；JK-EAB-3104N型電子天平；TES數位式照度計；AR847+型溫濕度計；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱；HJ-3型恒溫磁力攪拌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣氧化

在溫度50 ℃、氧分壓21 kPa[大氣氧分壓，p(O2)]、室內相對濕度(RH，40%)和光照度(840 lx，室內日光折射處光照度，通過調整LED燈位置和角度控制，用照度計測定)的前提下，分別在20%、35%、50%、65%和80%的HSR條件下密閉氧化試樣(即油樣)。用1 L容積的農夫山泉母嬰礦泉水瓶(規(guī)則柱狀，透明。預畫出刻度)盛樣，在電熱恒溫鼓風干燥箱內進行氧化試驗。每個HSR試驗條件下做3個平行樣，連續(xù)氧化21 d，每7 d測定1次試樣κ值(到設計測樣時間時取出盛樣容器，搖勻并取出試樣，氧化時間以小時計)。

1.2.2 電導率測定

以80:10體積比的水-石油醚混合物為萃取液。稱取試樣20.0 g(稱準至0.1 mg)，放入100 mL燒杯中，加入10 mL石油醚，用磁力攪拌器緩慢攪拌2 min，加入80 mL蒸餾水，再嚴格控制攪拌速度連續(xù)攪拌20 min，將液體全部轉入125 mL分液漏斗中，靜置40 min，緩慢地將水相液體全部放入100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻。依試樣水相萃取液κ值范圍選擇校準液，校準電導率儀，測定水相萃取液κ，并進行平行樣和空白樣測定。水相萃取液κ測定值減去蒸餾水κ測定值即為試樣κ值，并將其校準到25 ℃。

2 結果分析與討論

SSO、ESO與BSO的各HSR下氧化試樣的不同氧化時間(t)時的κ測定數據分別如圖1和表1所示。連續(xù)氧化21 d時，HSR與κ的關系曲線如圖2所示。

圖1 各HSR下不同SO氧化試樣的κ與t關系曲線

圖2 κ與HSR關系曲線

數據表明，在溫度、相對濕度、初始氧分壓和照度相同時，20%、35%、50%、65%和80%的5種HSR氧化條件下，連續(xù)21 d的氧化時間內：1)SSO、ESO和BSO三種SO的κ～t曲線均呈二項式關系，有很好的正相關性，相關系數R在0.982 4～1.000 0之間(如圖1～圖3所示)。無論在何HSR下，κ總是隨t的延長而增大，這反映出t越長氧化產生的極性物質越多；2)三種SO的κ值均隨HSR增大而升高(如圖2所示)，κ和HSR亦為二項式關系。對SSO，κ=8×10-5HSR2+0.009 4 HSR+1.892 9(R2=0.997 1)；對ESO，κ=3×10-4HSR2-0.011 6 HSR+0.504 1(R2=0.989 6)；對BSO，κ=-3×10-5HSR2+0.020 5 HSR+0.204 3(R2=0.961 1)。

表1 三種大豆油在五個HSR下的氧化試驗數據

在非真空、非氣調情況下，其他條件相同時，HSR越大，氧氣量越充足，一般試樣氧化程度越高、一定時間內的氧化速率愈快。HSR的大小反映的是密閉容器內氧氣(實為空氣)相對量的多少，即頂空氣體氧化能力的相對強弱。固定規(guī)格的容器中油量一定時，HSR小意味著油相對量大，容器內空氣量少，頂空氣體相對氧化能力弱，油發(fā)生氧化的相對量趨少，其氧化程度趨輕；HSR大，油相對量少，頂空氣體相對氧化能力則強，試樣氧化程度趨重。Eunok Choe等[4]曾報道：當油樣體積小或油樣表面積與其體積比高時，氧和食用油能更有效地反應。所言即為此理。因此，SO的氧化表面看是受HSR影響所致，實質上是其氧氛圍在發(fā)揮作用；3)原始試樣κ值依BSO、ESO、SSO順序遞增，氧化試樣κ值依ESO、BSO、SSO次序漸大。三種SO的κ值差異較大，可能與其生產工藝[24]、組成[25]和有無添加物[26]有關。

理論上可采取控制溫度、光照、水分，添加抗氧化劑，選擇隔光、密閉性好的非金屬包裝，充氮或真空包裝等保質貯存措施[27]，但HSR對SO氧化的影響不易消除。無論如何控制影響SO氧化的其他因素(溫度、氧分壓、相對濕度、照度等)，在不大幅增加包裝成本的前提下，HSR問題都難以解決。采用小、微型包裝或其他定量包裝，其容量均不易與單次消費量匹配(除非采用精細化容量包裝)，包裝成本亦會大增。雖然真空貯油保質效果好，但通常的真空包裝或氣調包裝不適于多次使用同一包裝內SO的情況，而該情況又最為普遍。因此，對于日用量較少的情況，SO宜采用特殊真空包裝，以解決食用過程中因HSR逐漸增大而加重其氧化問題。劉志明等[28]設計了一種家庭食用植物油貯存桶，在不銹鋼貯油容器內安有彈簧與活塞，可實現食用油的絕氧、避光與隔潮貯存，雖然包裝容器制造成本高，但可長期反復使用，包裝成本隨使用次數增多而逐步降低。工業(yè)規(guī)格貯油罐引入以活塞隔絕空氣的設計亦可起到同樣效果。

試樣氧化條件與實際情況既有相符性，又有差異性。試驗是在5種固定HSR下氧化試樣的，而現實的食用油包裝狀況是初始HSR較小且較為固定，使用中HSR不斷增大，并且同一包裝內HSR的變化，具有時間的不確定性和速率的不一致性。SO消費過程中HSR總是明確地增大，但另一氧化重要影響因素p(O2)(即頂空氧濃度)卻處于不明確的變化之中。在密閉容器內特定初始HSR下的氧化過程中，p(O2)和HSR均不斷發(fā)生變化，且該變化因初始HSR或試樣面積體積比不同而異?？刂蒲醴謮簳r，在封閉試樣恒溫后，須輕輕地擰開盛樣容器蓋，將容器內因升溫后膨脹空氣產生的過壓泄掉，再擰緊容器蓋，雖在恒溫下容器內同時獲得大氣壓力和大氣氧分壓，但致氧氣總量略低于恒溫前的室溫狀態(tài)，并且HSR越大，容器內氧氣總量越低，在HSR設計合理時也可能無顯著影響，即便有影響，由此產生的相對誤差亦非越來越大。

由于SO氧化的影響因素較多，其氧化程度是與試驗條件和方法相對應的，若改變氧化條件或κ測定方法，κ值可能不同，甚至κ與HSR的數學關系也可能改變。

3 結論

SO氧化的電學規(guī)律性較強，可用κ描述其過程。在其他氧化條件相同時，HSR對SO氧化程度影響甚大。用體積比8010的水-石油醚混合物作萃取液，在嚴格控制攪拌速度、攪拌時間和靜置時間條件下，測定SO氧化試樣水相分離液的κ，試驗條件下HSR越大、t越長，κ越大，氧化越嚴重。κ～t曲線和κ～HSR曲線均符合二項式數學關系，且呈較好正相關性。HSR對SO試樣κ的影響，依SSO、ESO、BSO順序分別為κ= 8×10-5HSR2+ 0.009 4 HSR+ 1.892 9、κ= 3×10-4HSR2-0.011 6 HSR + 0.504 1和κ= -3×10-5HSR2+ 0.020 5 HSR + 0.204 3。

試樣是在統(tǒng)一規(guī)格圓筒狀容器內氧化的，未考慮容器徑高比(內截面積與高度之比，引申為一定量油的表面積與體積之比)的影響。和HSR一樣，徑高比也是影響油脂氧化的重要因素。靜態(tài)氧化試驗中或通常貯油條件下，包裝內的油脂氧化主要發(fā)生在油-氣界面，即使同樣的頂空體積或HSR，空氣與油接觸面積不同，氧化程度會有顯著差異，故細高容器比粗矮容器更有利于油脂的保質貯存。

HSR既是SO氧化的重要影響因素，又是食用植物油貯存和消費過程中普遍存在的復雜問題，在實際貯存條件下，須有針對性地深入研究并加以解決。大容器貯存的食用植物油的銷售過程及小包裝貯存的食用植物油的消費過程均涉及HSR自小而大的變化，且消費過程中多次開、閉包裝，使包裝容器內消耗的氧氣得到不斷補充，故該情況屬于HSR遞進式變大過程，該問題的研究對于選擇正確而有效的貯存方式尤為重要。在當前嚴控使用抗氧化型食品添加劑(限劑和限量)和食品安全備受重視的形勢下，從包裝設計入手，盡量消除或減小HSR的影響是解決SO使用過程中保質貯存的根本性措施。