姚云平，杜 樂，宋 潔，曹睿智，李昌模

(天津科技大學食品工程與生物技術學院，食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室，天津 300457)

亞麻籽油富含不飽和脂肪酸，其含量約為90%，其中n-3多不飽和脂肪酸α-亞麻酸含量最高，超過44%，是世界上公認的α-亞麻酸含量最高的植物油之一[1-2]。然而，正因為亞麻籽油富含α-亞麻酸等不飽和脂肪酸，使亞麻籽油對熱、氧和光高度敏感，極易發(fā)生氧化酸敗，在普通條件下難以長期保存。亞麻籽油氧化變質(zhì)產(chǎn)生醛、酮、酸等化合物，不僅失去原有風味和功能活性，影響油脂品質(zhì)，更會對人體健康帶來不利影響，成為制約其廣泛應用因素之一。

近年來的研究主要集中于對亞麻籽油脂質(zhì)成分的分析[3]，不同加工工藝亞麻籽油特征風味成分的分析，以及對其熱穩(wěn)定性方面的研究等[4-5]。但是，對亞麻籽油在高溫氧化過程中的氧化指標及氧化產(chǎn)物的分析還未見報道。因此，本研究詳細分析了亞麻籽油在高溫氧化過程中過氧化值、酸價、羰基值以及二次氧化產(chǎn)物脂肪族醛類化合物的動態(tài)變化,以期為亞麻籽油的高溫氧化機理及食用條件提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

市售亞麻籽油；異丙醇、正己烷、乙腈為色譜純；37種脂肪酸甲酯混標；冰醋酸、異辛烷、無水乙醇、甲醇、濃硫酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉、氫氧化鉀、2,4-二硝基苯肼為分析純；丙醛、反-2-丁烯醛、戊醛、反-2-戊烯醛、反-2-己烯醛、己醛、反-2-壬烯醛、反，反-2，4-癸二烯醛、壬醛標品；酚酞指示劑、淀粉指示劑現(xiàn)配現(xiàn)用。

分析天平，電熱恒溫水浴鍋，油浴加熱循環(huán)器，離心機，紫外可見分光光度計，島津GC-2010氣相色譜儀，島津LC-20AT液相色譜儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 亞麻籽油脂肪酸組成測定

參照王永進等[6]的方法進行亞麻籽油脂肪酸組成的測定。

1.2.2 亞麻籽油的氧化處理

分別稱取約10.00 g亞麻籽油置于50 mL燒杯中，分別在100、120、140、160、180、200℃氧化1、3、5 h，氮封，-80℃條件下保存。

1.2.3 亞麻籽油理化指標的測定

過氧化值按照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》進行測定；酸價按照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》進行測定；羰基值參考文獻[7]采用比色法進行測定。

1.2.4 高效液相色譜法(HPLC)檢測亞麻籽油中的脂肪族醛類化合物

1.2.4.1 高效液相色譜條件

島津LC-20AT液相色譜儀，配備SPD-M20A二極管陣列檢測器，檢測范圍200～800 nm，色譜柱為TSK GEL ODS-80Ts C18柱(250 mm×4.6 mm)，以乙腈-水(體積比75∶ 25)作為流動相，柱溫50℃，檢測波長365 nm，流速1.3 mL/min，進樣量20 μL。

1.2.4.2 標準曲線的繪制

分別準確稱取丙醛、反-2-丁烯醛、戊醛、反-2-戊烯醛、反-2-己烯醛、己醛、反-2-壬烯醛、反,反-2,4-癸二烯醛和壬醛各10.00 mg于10 mL棕色容量瓶中，用異丙醇溶解，定容至刻度，振蕩混勻，作為標準儲備液，質(zhì)量濃度為1 mg/mL，氮封，-20℃下保存。用移液管精確移取不同體積的標準儲備液于10 mL棕色容量瓶，用異丙醇稀釋制得1、2、5、10、20、50 μg/mL的標準工作液混標，氮封，-20℃下保存。準確移取不同質(zhì)量濃度的標準工作液1 mL于10 mL比色管中，加入1 mL 2,4-二硝基苯肼溶液，于40℃水浴加熱30 min，在冷水中停止反應，冷卻至室溫。用0.22 μm的有機濾膜進行過濾，取20 μL注入HPLC按1.2.4.1進行檢測。以各標品的質(zhì)量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.4.3 脂肪族醛類化合物的檢測

分別準確稱取0.200 g不同方式氧化處理的亞麻籽油，置于10 mL的棕色容量瓶中，用異丙醇定容至刻度，振蕩混勻。精確移取1 mL該樣品溶液于10 mL比色管中，平行3組，分別加入1 mL 2,4-二硝基苯肼溶液，于40℃水浴加熱30 min，在冷水中停止反應，冷卻至室溫。用0.22 μm的有機濾膜進行過濾，取20 μL注入HPLC進行檢測，將峰面積代入標準曲線方程中計算脂肪族醛類化合物的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞麻籽油的脂肪酸組成(見表1)

表1 亞麻籽油的脂肪酸組成及相對含量

由表1可知，亞麻籽油中不飽和脂肪酸含量達到89.87%。亞麻籽油的主要脂肪酸是亞麻酸，其相對含量為49.29%，脂肪酸組成中以α-亞麻酸為主，相對含量為(45.17±0.27)%，其次是油酸和亞油酸，相對含量分別為(22.57±0.22)%、(17.49±0.19)%，棕櫚酸、硬脂酸等飽和脂肪酸相對較少，相對含量在4%～6%范圍內(nèi)。

2.2 高溫條件下亞麻籽油過氧化值的動態(tài)變化(見圖1)

圖1 亞麻籽油的過氧化值在不同溫度下隨加熱時間的變化

氫過氧化物是油脂氧化過程的一次產(chǎn)物，測定過氧化值可判斷油脂初級氧化程度。由圖1可知，在高溫條件下，亞麻籽油的過氧化值在不同溫度下隨加熱時間的變化趨勢有明顯差異。在100℃加熱3 h，過氧化值為5.27 mmol/kg，依然符合國家標準限值，隨著加熱時間的繼續(xù)延長，過氧化值逐漸升高。在較高的溫度條件(120～200℃)下過氧化值均先升高后下降。在120～160℃下加熱3 h，亞麻籽油的過氧化值達到極值。由于高溫下過氧化物形成的速率高于分解速率，其平衡傾向于過氧化物的積累，超過一定時間后過氧化物分解速率加快導致過氧化值的降低。在180℃僅加熱1 h，亞麻籽油的過氧化值即達到最高值，當溫度達到200℃時過氧化物分解速率加快導致過氧化值的降低。

2.3 高溫條件下亞麻籽油酸價的動態(tài)變化(見圖2)

圖2 亞麻籽油的酸價在不同溫度下隨加熱時間的變化

酸價是反映油脂酸敗的主要指標，也是表征油脂高溫氧化常用的指標之一。由圖2可知，在高溫條件下，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長，亞麻籽油的酸價穩(wěn)步增加，并且在加熱1 h內(nèi)溫度越高，酸價增加越快，加熱1 h后，隨著加熱溫度的升高，酸價增加的速率減緩，可能是加熱1 h后有部分水解生成的游離脂肪酸發(fā)生氧化導致。

2.4 高溫條件下亞麻籽油羰基值的動態(tài)變化(見圖3)

圖3 亞麻籽油的羰基值在不同溫度下隨加熱時間的變化

油脂的羰基值是油脂氧化、劣變的重要指標。由圖3可知，在高溫條件下，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長，亞麻籽油的羰基值增加，在200℃加熱5 h時羰基值達到最大值(44.54±0.32)meq/kg，是未加熱亞麻籽油的8.26倍。加熱1 h內(nèi)，隨著加熱溫度的升高，羰基值增加的速率最快，說明在加熱1 h內(nèi)即有大量的羰基化合物生成，且加熱溫度越高，油脂氧化生成羰基化合物的速率越快；加熱1 h后，隨著加熱溫度的升高，羰基值增加的速率減緩。

2.5 高溫條件下亞麻籽油中脂肪族醛類化合物的動態(tài)變化

亞麻籽油中油酸、亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪酸在高溫條件下發(fā)生劇烈的氧化反應，產(chǎn)生二次產(chǎn)物脂肪族醛類化合物[8]。

2.5.1 亞麻酸氧化的特征二次產(chǎn)物

當亞麻酸受到氧的攻擊時，在C11和C14上的兩個活性亞甲基上的氫脫除產(chǎn)生兩個戊二烯基，這些中間體與末端碳上的氧反應，生成C9-、C12-、C13-、C16-氫過氧化物的混合物。其中C9-氫過氧化物進一步氧化裂解生成癸三烯醛和含辛酸的中碳鏈甘油三酯，C12-氫過氧化物進一步氧化裂解生成2,4-庚二烯醛，C13-氫過氧化物進一步氧化裂解生成反-2-己烯醛和反-2-戊烯醛，C16-氫過氧化物進一步氧化裂解生成丙醛和丁烯醛[8]。檢測到高溫氧化亞麻籽油中亞麻酸氧化的特征二次產(chǎn)物有丙醛、反-2-戊烯醛和反-2-己烯醛，其他脂肪族醛類化合物含量微量，形成的醛類化合物含量變化見圖4。

由圖4A可知，在100～140℃下，隨著加熱溫度的升高及加熱時間的延長，丙醛含量急劇增加，160℃以后，隨加熱溫度升高及加熱時間延長，丙醛含量降低。在160℃加熱1 h時丙醛含量最高，為(18.44±0.25)mg/kg。當加熱溫度達到200℃時，丙醛含量有些許下降但仍然較高，加熱5 h為(11.03±0.13)mg/kg。由圖4B可知，隨著加熱溫度的升高及加熱時間的延長，反-2-戊烯醛的生成量逐漸增加，在100～140℃時其生成量較小，當加熱溫度超過160℃后，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長，反-2-戊烯醛生成量快速增加，在200℃加熱5 h時其生成量達到(1.27±0.01)mg/kg。由圖4C可知，100℃加熱1～5 h并沒有反-2-己烯醛的生成，在120℃加熱1 h時反-2-己烯醛含量為(0.49±0.04)mg/kg，之后隨著加熱溫度的升高及加熱時間的延長，反-2-己烯醛的含量增加，在200℃加熱3 h時達到最大，為(1.97±0.04)mg/kg。但200℃加熱5 h反-2-己烯醛的含量反而下降，可能是由于此加熱溫度已大大超過反-2-己烯醛的沸點(150℃)，也可能是由于長時間高溫加熱使反-2-己烯醛氧化生成相應的酸所致。

圖4 高溫氧化亞麻籽油中亞麻酸氧化的特征二次產(chǎn)物的含量變化

綜合分析以上3種脂肪族醛類化合物，丙醛的生成量最大，說明丙醛是亞麻酸氧化最易形成的脂肪族醛類化合物。相比而言，反-2-戊烯醛和反-2-己烯醛產(chǎn)生較晚、較慢，說明亞麻酸外側(cè)的C16位置比內(nèi)側(cè)的C13位置在高溫條件下更易被氧攻擊發(fā)生氧化斷裂。

2.5.2 亞油酸氧化的特征二次產(chǎn)物

當亞油酸受到氧的攻擊時，在活性雙烯丙基C11上的氫脫除產(chǎn)生戊二烯基。該中間體在兩端與氧反應以產(chǎn)生共軛的C9-氫過氧化物和13-氫過氧化物的混合物。其中：C9-氫過氧化物通過裂解生成反-2-壬烯醛、9-氧代壬酸酯、反,反-2,4-癸二烯醛和含辛酸的中碳鏈甘油三酯；C13-氫過氧化物通過裂解生成己醛、戊烷、1-戊醇和戊醛。實驗檢測到亞麻籽油中的亞油酸氧化特征二次產(chǎn)物有己醛、反-2-壬烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛，形成的醛類化合物的含量變化如圖5所示。

圖5 高溫氧化亞麻籽油中亞油酸氧化的特征二次產(chǎn)物的含量變化

由圖5A可知，當加熱溫度在100～140℃時，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長己醛含量增加，在140℃加熱5 h時含量達到最高，為(1.58±0.04) mg/kg。當加熱溫度在160～200℃時，隨加熱時間從3 h延長至5 h和加熱溫度升高，己醛含量降低，說明當加熱溫度超過160℃后，隨著加熱時間的延長，己醛的揮發(fā)量大于生成量，導致含量減少。由圖5B可知，亞麻籽油在100℃加熱時產(chǎn)生少量反-2-壬烯醛，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長，反-2-壬烯醛含量總體增加。加熱溫度在100～140℃時，反-2-壬烯醛含量在油脂中增加的速率較慢，加熱溫度在160～200℃時，隨著加熱時間的延長反-2-壬烯醛生成速率加快。由圖5C可知，亞麻籽油在120℃加熱5 h時開始產(chǎn)生反,反-2,4-癸二烯醛，隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長反,反-2,4-癸二烯醛含量緩慢增加，當加熱溫度為180℃時，反,反-2,4-癸二烯醛含量快速增加，在200℃加熱3 h時含量達到最高值(1.58±0.04)mg/kg。

綜合分析以上3種脂肪族醛類化合物，己醛最先生成，反-2-壬烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛生成較晚、較慢，說明亞油酸C13位置比C9位置更易被氧攻擊，氧化最先在C13位置發(fā)生。另外，在相同的加熱溫度和加熱時間下亞麻酸氧化特征二次產(chǎn)物的積累量是亞油酸氧化特征二次產(chǎn)物積累量的5～11 倍，說明在相同的高溫條件下亞麻酸比亞油酸更易發(fā)生氧化。

2.5.3 油酸氧化的特征二次產(chǎn)物

當油酸受到氧的攻擊時，在C8和C11上的氫脫除形成兩個烯丙基。氧攻擊這些中間體的末端碳位置，生成C9-氫過氧化物和C10-氫過氧化物的混合物。C9-或C10-氫過氧化物進一步氧化裂解形成壬醛。亞麻籽油中油酸氧化二次產(chǎn)物壬醛的含量變化如圖6所示。

圖6 高溫氧化亞麻籽油中油酸氧化的特征二次產(chǎn)物壬醛的含量變化

由圖6可知，亞麻籽油在120℃加熱1 h時并未發(fā)現(xiàn)壬醛的生成，加熱3～5 h隨加熱時間延長壬醛含量增加。140～200℃，壬醛含量均在加熱3 h時達到最高值后有所下降，可能是由于長時間高溫加熱壬醛的揮發(fā)量大于生成量或是壬醛進一步氧化生成相應的酸所致。

綜上所述，亞麻籽油中含有大量的不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸和亞麻酸，通過分析氧化裂解產(chǎn)生的脂肪族醛類化合物，不同的不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生的特征二次產(chǎn)物含量由多到少依次為亞麻酸>亞油酸>油酸，其中亞麻酸產(chǎn)生的特征二次產(chǎn)物中丙醛的含量為其特征二次產(chǎn)物中其他兩種醛類化合物的6～21倍。

3 結(jié) 論

亞麻籽油由于富含大量的不飽和脂肪酸極易發(fā)生氧化，在高溫條件下(100～200℃)，過氧化值先升高后降低(除100℃)，而酸價、羰基值持續(xù)升高。亞麻籽油高溫氧化的特征二次產(chǎn)物中亞麻酸氧化的特征二次產(chǎn)物為丙醛、反-2-戊烯醛和反-2-己烯醛；亞油酸氧化的特征二次產(chǎn)物為己醛、反-2-壬烯醛和反,反-2,4-癸二烯醛；油酸氧化的特征二次產(chǎn)物為壬醛。