植物油的介電常數及其品質變化之間的相關性研究

陸青青,程裕東,金銀哲

(上海海洋大學食品學院,上海 201306)

植物油的介電常數及其品質變化之間的相關性研究

陸青青,程裕東*,金銀哲*

(上海海洋大學食品學院,上海 201306)

為了考察植物油介電常數的變化規律,本研究采用同軸探針技術,探究了25℃溫度條件下菜籽油、調和油、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食用植物油的介電常數和脂肪酸組成。同時,測定了大豆油在油炸過程中酸值、過氧化值等品質變化,與介電常數的變化規律相聯系起來,研究了兩者之間的相關性。結果表明:在較低頻段(100～180MHz)時,除花生油外,同頻率下各種食用植物油介電常數大小與油中不飽和脂肪酸總含量呈正相關關系；在較高頻段(300～10000MHz)內,油的介電常數隨亞油酸含量的增加而增加。隨著油炸時間的增加,大豆油的酸值逐漸增加,過氧化值先增加后減小,大豆油的介電常數逐漸增加。在同一頻率下,大豆油的介電常數變化與上述品質變化呈正相關關系。

食用植物油,介電常數,脂肪酸,酸值,過氧化值

植物油在油炸過程中會發生一系列的熱氧化、熱聚合、水解和裂解等理化反應,影響油脂的品質,危害人體健康[1-3]。而且植物油在煎炸過程中,由于和食品之間的相互作用,還會使油炸食品的品質發生明顯的變化,尤其是反復使用的煎炸油對食品的品質產生不良的影響。因此,了解油炸過程中油品質變化對油炸食品品質十分關鍵[4]。

為了及時準確了解食用油以及油炸過程中油的品質,從而有效控制油炸方式與條件,需要對油的品質進行及時檢測。傳統的檢測指標有酸值、過氧化值、碘值、皂化值、羰基價等,檢測方法費時費力,而且化學試劑的使用對操作者和自然環境產生潛在的危害。而新型檢測方法,如核磁共振法、紅外或近紅外法等存在檢測儀器比較昂貴、使用過程中需要采用推薦的標準物進行校正等缺點而難以實現實時實地快速檢測[5]。

介電特性,是指生物分子中的束縛電荷對外加電場的響應特性。目前,研究者對以研究電氣物性為主要目的的食品(如水果、蔬菜、蛋類、豆類、油脂類和部分水產魚類)介電特性進行了較為深入的研究[6-10],也有對食用油的介電特性進行了初步研究[11-16]。但對于油炸過程中油品質及介電特性的相關性研究還未見報道。油炸過程中發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,采用同軸探針技術,提高了測定頻率,比較了8種常見食用植物油在較低頻段(100～180MHz)和較高頻段(300～10000MHz)內介電特性的變化規律。特別測定了915MHz和2450MHz下大豆油的介電特性與其酸值和過氧化值的相關性,為工業和家用微波處理油炸食品的品質研究提供一定的數據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚精煉一級大豆油(1.8L裝)；金龍魚第二代食用調和油1∶1∶1(900mL裝)；金龍魚醇香營養菜籽油(1.8L裝)；金龍魚特香花生油(1.8L裝)；多力葵花籽油(1.8L裝)；融氏純玉米油(1.018L裝)；福臨門特級初榨橄欖油(500mL裝)；金龍魚100%純芝麻油(400mL裝),均在2013年7月購于上海市農工商超市(臨港店),且均在保質期內。

PNA-L型網絡分析儀 美國安捷倫科技有限公司；Model85070E軟件 美國安捷倫科技有限公司；THERMIC MODEL 2100A型熱電偶測溫儀 ETODENKI公司；BS 224S型賽多利斯分析天平 德國Sartorious集團；ADF-P22A電油炸鍋 ACA北美電器；A級具四氟芯滴定管25mL 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 實驗方法

脂肪酸含量的測定,由中國商業聯合會食品質量監督檢測中心根據《GB/T17377-2008(動植物油脂)脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》、《GB/T17376-2008(動植物油脂)脂肪酸甲酯制備》測定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℃連續油炸,每隔2h取油樣,取12次。

酸值的測定:GB/T5530-2005

過氧化值的測定:GB/T5538-2005

介電特性測定:由E5071C矢量網絡分析儀及85070B末端開路的同軸探頭(安捷倫公司,日本)、安捷倫85070測試軟件和計算機組成同軸探頭測試系統測定。測試前,先開機預熱1h,用開路、短路和25℃的去離子水校準同軸探頭。選擇測量頻率范圍為300～10000MHz,線性采樣點為98個。測試時,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,并保證探頭端面無氣泡時測試數據。通過測試軟件計算介電參數和頻率的關系。測定時,周圍環境溫度控制在(25±1)℃。所有數據都一式三份,計算平均值。

2 結果與討論

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%)的油酸含量相對最低,而相應的亞油酸含量是相對最高的(表1)。

2.2 常溫下八種食用植物油的介電常數

25℃下,在低頻段(100～180MHz)和高頻段(300～10000MHz)內分別測定了八種食用植物油介電常數變化,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值都很小(圖1和圖2),ε′<4.4(100～180MHz)；ε′<2.5(300～10000MHz)。這是因為物質的介電常數值與其極化成分和固有的偶極矩有關。

表1 8種食用植物油的各種脂肪酸含量

低頻段時,引起介電損耗的主要原因是離子的導電性,而油是弱極性液體,其中的離子很少,因此其介電常數值很小。隨著頻率的增大,偶極子的極化是產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,因此偶極子對食用油介電損耗的影響也非常小。對于弱極性植物油,極化成分一般在3%～5%之間,因此表現出較小的介電常數值[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(圖1)。在145MHz之前,介電常數隨著頻率的增加而增加,145MHz達到最大值,之后隨著頻率的增加而減小。而且,菜籽油的介電常數最大,大豆油的最小。整個低頻段(100～180MHz)內,同頻率下各種食用油的介電常數從大到小依次為菜籽油、調和油、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,介電常數也就越大。

圖2表明了在300～10000MHz頻段內介電常數的變化。隨著頻率的增大,介電常數逐漸減小。其中,菜籽油、玉米油及大豆油的介電常數值相近；芝麻油、調和油及花生油的介電常數值相近；菜籽油與橄欖油的介電常數相近,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,介電常數變化與植物油中亞油酸的含量有關,而且隨著亞油酸含量的降低,介電常數值也相應變小。通過常溫下對八種食用植物油介電特性的測定,可以確定的是在低頻段內,主要是不飽和脂肪酸含量影響介電常數值,在較高頻段內,不飽和脂肪酸中的亞油酸對介電常數影響顯著。

2.3 大豆油在高溫下的酸值和過氧化值變化

隨著油炸的進行,大豆油的酸值和過氧化值逐漸增加。酸值在前14h增加緩慢,油炸14h后酸值迅速增加(表2),表明大豆油的品質開始急劇惡化。油炸16h之前,大豆油的酸值小于4、過氧化值小于12,均在安全值范圍內。但16h之后,過氧化值繼續增大直到20h以后開始減小,這是因為油脂在油炸過程中形成的過氧化物在高溫下開始發生熱分解、熱聚合,生成醛、酮、醇、環氧化物等,過氧化值呈現緩慢降低的趨勢,但不代表油脂的品質變好了。

表2 大豆油在油炸過程中的酸值和過氧化值變化

2.4 大豆油在油炸過程中介電常數的變化

由圖3可以看到,隨著頻率的增大,大豆油的介電常數逐漸減小,且隨著油炸時間的增加,大豆油的介電常數呈逐漸增大的趨勢,并且從14h開始,介電常數增加的幅度略有增加,這和表2中14h后大豆油的酸值和過氧化值增加幅度略有提高相關。這是因為隨著油炸的進行,油脂品質發生變化,油脂中極性成分開始增加,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,結果使得油脂介電常數呈現增大的趨勢。

表3 不同頻率下大豆油介電常數與酸值和過氧化值的擬合系數

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

顯然,隨著酸值和過氧化值的升高,相對介電常數也升高,其擬合關系可表示為:

Y=ax2+bx+c

(1)

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

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

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

3 結論

本研究對幾種常見食用植物油的介電特性進行了探索,結果表明,植物油的介電常數值較小,且有一定的規律性。對食用植物油的脂肪酸組成及含量進行了測定,將其與介電特性變化規律進行了比較。在較低頻段(100～180MHz)時,除花生油外,同頻率下各種食用植物油介電常數大小與油中不飽和脂肪酸總含量呈正相關關系；在較高頻段(300～10000MHz)內,油的介電常數隨亞油酸含量的增加而增加。對大豆油進行高溫(170±1)℃油炸,隨著油炸時間的增加,大豆油的酸值逐漸增加,過氧化值先增加后減小,大豆油的介電常數逐漸增加,在同一頻率下,大豆油的介電常數變化與上述品質變化呈正相關關系。本實驗主要對油炸過程中大豆油酸值和過氧化值的變化與其介電常數的相關性進行了初步的研究,為進一步探究利用介電特性方法測定油炸過程中的食用油與油炸食品品質提供了基礎數據。

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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項目(12290502200)；上海高校知識服務平臺,上海海洋大學水產動物遺傳育種中心(ZF1206)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)07-0109-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.014