玉米油和大豆油回色關鍵因素及控制措施研究

尤夢圓, 陳 焱, 劉芯羽, 李世磊, 李曉龍，王翔宇, 王風艷

(中糧營養健康研究院有限公司；營養健康與食品安全北京市重點實驗室；老年營養食品研究北京市工程實驗室1，北京 102209) (江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心2，南京 210023)

成品油在儲存、運輸和使用等過程中色澤逐漸加深呈現明顯紅色的現象稱為回色。回色問題普遍存在，其中以玉米油最為典型，其次是大豆油。近年來也有學者通過研究，證實β-胡蘿卜素和甾醇不會對油脂回色造成影響，磷脂雖能加深油脂顏色[1，2]，但也不是造成油脂發生回色可逆變化的影響因素[3]，而原料水分、金屬離子及生育酚與回色密切相關[4]。學界普遍認為回色油脂中的紅色物質主要成分是生育酚氧化后的醌類化合物[5-7]，但至今紅色物成分尚無定論，回色機理也不明確。在控制回色方面也有很多研究報道，如通過高溫瞬時蒸汽處理鈍化酶活性，延緩γ-生育酚的氧化，以期達到延緩回色目的[8]；通過高溫高壓水蒸汽處理破碎的玉米胚芽，以期制備不易回色的玉米毛油[9]；通過陽離子交換樹脂處理油樣，吸附相關色原體，以期達到延緩回色的目的[10]；通過添加抗氧化劑TBHQ以控制回色現象的發生等[11]。生產中仍然缺少簡單可行、效果顯著的控制措施。

學界普遍認同回色現象與γ-生育酚氧化或油脂氧化有關，γ-生育酚氧化產物眾多，如5,6-鄰醌-γ-生育酚(俗稱生育紅)、5-(γ-氧化生育酚基-5＇)-γ-生育酚(簡稱γ-TED)、5-(γ-生育酚基-5＇)-γ-生育酚(簡稱γ-TBD)等，表征油脂氧化程度的指標也較多，如過氧化值、全氧化值、丙二醛、共軛三烯、共軛四烯及氧化甘油三酯及其聚合物等，但具體何種指標影響了成品油的回色程度鮮見相關報道。

本實驗圍繞表征油脂氧化的眾多指標進行檢測分析，脫臭油的全氧化值與回色程度密切相關，甚至決定了回色程度。基于以上規律，通過測定成品油的全氧化值即可快速判斷其回色程度，為后續產品選擇銷售方式提供參考。聚焦影響成品油回色的關鍵因素，圍繞控制油脂的全氧化值，提出簡單可行的且便于工業生產的控制措施以減少油脂回色現象的發生。

1 材料與方法

1.1 實驗與試劑

分子蒸餾玉米油、脫色玉米油、脫臭玉米油、大豆油、抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)、生育酚標準品。

丙酮、溴酚藍、氧化鋅、氫氧化鉀、濃硫酸、鉬酸鈉、硫酸聯氨、磷酸二氫鉀均為分析純試劑；硝酸為優級純試劑；鹽酸標準溶液，氫氧化鈉標準溶液。

1.2 儀器與設備

Lovibond PFX-i羅維朋比色儀，UV-1900i紫外分光光度計，脫臭設備(定制)，脫色、脫臭設備(組裝)。

1.3 實驗方法

1.3.1 脫臭油的制備

關閉冷肼通氣口，打開冷肼開關，設置溫度至-50 ℃。待溫度降至設定溫度時，打開真空泵。稱取500 g的脫色玉米油置于2 L燒瓶中，插入溫度感應器，關閉所有活塞，保證密閉環境。待冷肼溫度降至設定溫度-50 ℃時，打開真空泵并打開與燒瓶連接的閥門，保證燒瓶中的真空環境。按照實驗計劃設置脫臭溫度，待玉米油樣品溫度升至140 ℃時，緩慢打開水蒸氣旋鈕，使圓底燒瓶中的玉米油樣品呈現飛濺狀態。待樣品溫度升至設定溫度時，記錄蒸餾水的液面高度，通過調節閥門大小和水蒸氣溫度來控制水蒸氣用量。到達脫臭時間后，關閉水蒸氣閥門，移開加熱套，待油溫降至60 ℃時，打開通氣閥，關閉真空泵的連接閥門。依次關閉真空泵開關和冷肼開關，打開冷肼通氣口。將圓底燒瓶中的脫臭油轉移至樣品瓶中待測。

1.3.2 回色實驗

將脫臭玉米油置于133.4 mm光程的比色槽中，調節紅、黃、白值至色板顏色與油脂樣品一致，記錄紅、黃、白值，即為該樣品的初始色澤R0。再稱取100 g脫臭油于250 mL錐形瓶中，放入105 ℃，6 h后取出錐形瓶，冷卻至室溫，再測其色澤，即為回色后的色澤R1，回色程度ΔR即為回色后色澤R1與初始色澤R0的差值，因紅黃值多為1∶10的關系，此處直接用紅值代表色澤深淺。

1.3.3 抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)添加實驗

根據羅維朋比色法測定樣品初始色澤，再分別稱取0、5、10、15、20 mg AP溶解于5份20 mL乙醇溶液中。稱取5份100 g脫臭玉米油分別置于250 mL錐形瓶中，將上述乙醇溶液添加至玉米油樣品中，在70 ℃條件下超聲10 min以脫除乙醇。將樣品置于105 ℃烘箱中，加熱6 h，取出冷卻值室溫，測定加熱后的樣品色澤。

1.3.4 充氮實驗

根據羅維朋比色法測定樣品初始色澤，再分別稱取9份100 g脫臭玉米油分別置于250mL螺口瓶中。使用高純氮氣進行充氮，氮氣的流量以輕微攪動樣品液面但又不引起樣品飛濺為宜并保持一致，充氮時間分別為10 s、20 s、30 s、1 min、3 min、5 min、7 min、9 min。充氮結束后旋緊螺口瓶蓋，并將樣品置于105 ℃烘箱中，加熱6 h，取出冷卻至室溫，測定加熱后的樣品色澤。

1.3.5 指標測定

過氧化值的測定方法根據GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》中第一法“滴定法”進行測定。稱取2 g樣品于250 mL碘量瓶中，加入30 mL三氯甲烷-冰乙酸混合液，使樣品充分溶解。準確加入1.00 mL飽和碘化鉀溶液，塞緊震搖30 s，并在暗處放置3 min。取出加100 mL水，搖勻后立即用硫代硫酸鈉標準溶液滴定，至淡黃色時，加1 mL 淀粉指示劑，繼續滴定并強烈震搖至溶液藍色消失為終點。同時做空白實驗，經計算得過氧化值。結果用每千克樣品中活性氧的毫摩爾數(mmol/kg)表示。

茴香胺值按照 GB/T 24304—2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》進行測定。稱取1 g樣品置于25 mL容量瓶中。用10 mL 異辛烷溶解，并稀釋至刻度。用移液管吸取5 mL測試溶液于具塞試管中，用移液管加1 mL 茴香胺試劑，蓋上塞子并充分搖動。在暗處放置8 min。在2 min內將溶液轉移到趕緊的比色皿中。從添加茴香胺試劑計時，反應時間總計(10±1)min，隨即測定吸光度值。同時測定未反應溶液和空白溶液吸光度值，經計算即可得出樣品茴香胺值。

生育酚含量按照GB 5009.82—2016《食品安全國家標準 食品中維生素A、D、E的測定》第二法進行測定。稱取1 g樣品至10 mL容量瓶中，加入正己烷定容至刻度。過0.22 μm有機系濾頭于進樣瓶中。流動相∶正己烷∶異丙醇=98.5∶1.5；流速：1 mL/min。試樣液經高效液相色譜儀分析，測得峰面積，采用外標法通過標準曲線計算濃度。樣品中生育酚含量以每千克樣品中毫克數(mg/kg)表示。

1.4 統計分析

采用SPSS 17.0 軟件進行實驗數據的差異性分析，P<0.05表示顯著性差異。圖表采用Excel 2007及origin 2022進行繪制。

2 結果與分析

2.1 回色程度與生育酚損失量

回色程度與總生育酚損失量的關系如圖1所示。

圖1 回色程度與生育酚損失量的關系

從分子蒸餾的二級塔和三級塔的輕相中取出玉米油樣品，置于實驗室貨架上。60 d后，12個玉米油樣品均發生了明顯的色澤變化。測定其色澤變化和生育酚的損失量，發現二者呈現良好的相關性R2=0.853 1。當油脂的紅值變化0.3時，其色澤的差異就能被明顯感知。從圖1可以看出，微量的生育酚的損失就能引起油脂色澤的明顯變化，如1#樣品生育酚損失12 mg/kg，紅值上升1.6，2#樣品生育酚損失29 mg/kg，紅值則上升了1.3。

與文獻報道類似，在該批次回色的油脂中各單體生育酚均有不同程度的損失[12-15]。因在回色過程中，4種生育酚均以一定的速率減少，因此，總生育酚含量與回色程度間也呈現了一定的相關性。分析了α-生育酚，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚損失量與回色程度間的關系，發現隨著回色現象的發生，除β-生育酚(因其初始含量低，加上檢測誤差，損失量出現了多個負值)外，另外3種生育酚單體的損失量均與回色程度呈正相關，但相關性最好的是γ-生育酚，這與文獻報道的回色與γ-生育酚氧化有關的論斷一致。生育酚單體的損失量與回色程度的關系見表1。

表1 生育酚單體的損失量與回色程度的關系

2.2 回色程度與過氧化值的變化

回色程度與過氧化值變化量的關系如圖2所示。

圖2 回色程度與過氧化值變化量的關系

回色的過程中，隨著油脂紅值的增加，過氧化值也呈現一定的上升趨勢。雖然過氧化值是眾多油脂氧化指標中的一個，但過氧化值的上升也表明了回色過程伴隨著油脂的氧化。有研究者從回色的物質中分離鑒定出了含羥基的的氧化甘油三酯和γ-生育醌[16]，這二者分別是甘油三酯和生育酚的氧化產物。結合圖1和圖2，回色過程的確伴隨著γ-生育酚和甘油三酯的氧化。

2.3 影響油脂回色的關鍵指標

γ-生育酚方面，玉米油和大豆油中均含有大量的γ-生育酚，溫運啟等[17]研究發現玉米油的γ-生育酚含量在425.4～425.4 mg/kg之間，大豆油的γ-生育酚含量在495.2 ～799.1 mg/kg之間。玉米油的γ-生育酚含量甚至略低于大豆油的，但玉米油卻是所有油脂品種中回色最嚴重的。之前的研究也表明幾乎所有的玉米油均發生回色現象，回色率甚至達到了95.6%；同時玉米油的回色程度也是所有油種中最大的。其次才是大豆油，其回色率為66.4%[18-20]，回色程度也低于玉米油。少量γ-生育酚的損失即會引起顏色的明顯變化，因此對玉米油和大豆油而言，γ-生育酚含量高，不是影響回色的限制性因素。

甘油三酯氧化方面，通常使用過氧化值來表征油脂的氧化程度。但如果油脂氧化程度加深，氫過氧化物分解，此時過氧化值不能準確地衡量油脂的氧化程度。在油脂加工過程中，為了較完善地表達油脂的氧化程度，通常使用全氧化值這一指標，即全氧化值=茴香胺值+2×過氧化值[21]。

從工廠獲取了7個新鮮的脫臭大豆油和13個脫臭玉米油，進行檢測分析。玉米油和大豆油全氧化值水平分析如圖3所示。從圖3可以看出，大豆油的全氧化值普遍在1～4之間，而玉米油的全氧化值則基本在3～7之間，玉米油的全氧化值水平普遍高于大豆油的。

圖3 玉米油和大豆油全氧化值水平分析

圍繞玉米脫臭油和大豆脫臭油的生育酚含量和氧化指標進行了分析，發現與回色程度相關性較好的是全氧化值。即在γ-生育酚充足的情況下，脫臭油的全氧化值越高，油脂越容易回色。玉米油和大豆油的全氧化值與回色程度的關系如圖4所示。

圖4 玉米油和大豆油的全氧化值與回色程度的關系

將玉米油和大豆油兩種不同品類的油脂放在一起分析，成品油的全氧化值與其回色程度相關性也很好，R2達到了0.810 8。雖然大豆油的全氧化值普遍較低，回色程度較小，但當其原料、加工工藝等條件導致成品油的全氧化值上升時，其回色程度也隨之加劇，如大豆油樣品(全氧化值=7.07，ΔR=2.5)。回色過程伴隨著油脂的氧化和γ-生育酚的氧化，但玉米油和大豆油成品的氧化程度即初始全氧化值卻決定了其儲存期間的回色程度。玉米油和大豆油成品的γ-生育酚含量水平相當，但全氧化值差別較大，二者回色程度也呈現明顯差距。從全氧化值角度分析，便明確了為何發生回色現象最普遍、回色程度最明顯的是玉米油，而非大豆油。因此，影響玉米油和大豆油回色程度的關鍵因素是全氧化值。

2.4 回色控制措施

2.4.1 脫臭工藝對脫臭油回色程度的影響

在油脂精煉過程中，甘油三酯的氧化產物不易受脫膠，中和工段的酸、堿處理的影響；脫色過程由于活性白土的催化作用，初級氧化產物急劇向二級氧化產物轉變，氧化產物仍存在于油脂體系中；脫臭過程能脫除游離脂肪酸，發揮熱脫色效果，氧化產生的小分子醛、酮及不飽和碳氫化合物等物質也會在高溫和高真空條件下借助水蒸汽蒸餾被脫除[22，23]。脫臭過程能減少成品油中氧化產物的含量，降低全氧化值，利于提高油脂的色澤穩定性。以脫臭過程中的重要工藝參數：脫臭溫度、蒸汽量和脫臭時間為考察因素，通過檢測脫臭油的全氧化值和回色程度的變化程度，考察各因素對脫臭油的影響。正交實驗因素與水平見表2，脫臭正交實驗見表3，脫臭油全氧化值方差分析見表4。

表2 正交實驗因素與水平

表3 脫臭正交實驗

表4 脫臭油全氧化值方差分析

由表4可知，3個因素對脫臭油全氧化值影響大小順序依次為A>C>B，即脫臭溫度>脫臭時間>蒸汽量，其中脫臭溫度對脫臭油的全氧化值影響顯著。各因素對全氧化值影響趨勢圖如圖5所示，各因素對回色程度影響趨勢圖如圖6所示。

圖5 各因素對全氧化值影響趨勢圖

圖6 各因素對回色程度影響趨勢圖

從圖5和圖6可以看出，對脫臭油的全氧化值和回色程度影響最大的是脫臭溫度，脫臭溫度越高，脫臭油的全氧化值越低，其回色程度也越小。但脫臭溫度過高，脫臭時間過長，對營養素的保留不利，因此在實際生產中，可以根據油脂品質和內控要求進行脫臭參數的優化和調整，兼顧成品油的色澤穩定性和營養物質的保留。選擇270 ℃，90 min，水蒸氣用量15%進行重復實驗，該脫臭油回色程度為1.6，即在優化條件下，脫臭油回色程度能由3.1降至1.6。

2.4.2 成品油抗氧化措施對回色程度的影響

抑制回色的重要措施就是控制氧化，成品油在儲存期間的抗氧化至關重要。抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)是一種氧淬滅劑，也是一種可用于嬰兒配方食品的抗氧化劑。AP在被氧化形成自由基時，自身能發生歧化反應，從而消除自由基，而不去進攻甘油三酯奪取氫離子[24]。GB 2760中規定油脂中的最大使用量為0.2 g/kg。以脫臭油為原料，分別添加50、100、150、200 mg/kg的AP。添加抗壞血酸棕櫚酸酯(AP)與回色程度的關系如圖7所示。與對照組相比，添加AP后成品油的回色程度更低，回色后的樣品的全氧化值也更低，可見，添加AP能抑制油脂氧化，同時有效降低回色程度。添加150 mg/kg的AP時即表現出了較好的抑制回色的作用；添加200mg/kg的AP，回色程度降至1.8。

注：圖中不同字母表示差異顯著。余同。圖7 添加抗壞血酸棕櫚酸酯與回色程度的關系

氮氣的化學性質穩定，不會與油脂發生化學反應，現已廣泛應用油脂精煉和成品油儲存過程中，具有成本低、效果好、安全性高的特點。利用高純氮氣能將油脂中的氧氣排除，同時將油脂與氧氣進行隔離，從而有效地避免油脂被氧化。充氮是非常有效的防止油脂氧化的措施之一，對抑制回色也有很明顯的效果。充氮對控制回色效果如圖8所示。充氮時間越長，充氮越充分，油脂中含氧量越少，其抑制回色的效果越明顯，回色后樣品的全氧化值也越低。對照組回色程度為2.2，經充分充氮后回色程度可降低至0.4，降幅達81.8%。但充氮措施對油脂抗氧化的保護局限于油脂產品包裝開封前，一旦開啟容器包裝，氧氣將容器中的氮氣置換出來，氮氣就失去了隔絕氧氣的作用。因此，可將充氮和添加抗氧化劑AP的措施組合使用，可更大限度地保證油脂產品在貨架期和使用階段的色澤穩定性。

圖8 充氮對控制回色效果

3 結論

通過篩選表征油脂氧化程度的指標，發現成品油的全氧化值與回色程度高度相關。對于玉米油和大豆油而言，其γ-生育酚含量是充足的，油脂的氧化程度即全氧化值才是決定回色程度的關鍵因素。

以全氧化值和回色程度為考察指標，進行脫臭工段參數的優化。脫臭溫度對全氧化值和回色程度的影響最大，提高脫臭溫度，能有效脫除小分子的醛酮類化合物，減少成品油中的氧化產物含量，降低成品油的全氧化值，回色程度可由3.1降至1.6，從而降低成品油的回色程度。儲存期間，抑制回色的關鍵就是控制氧化，對成品油采取添加抗氧化劑(AP)或充氮的保護措施，最高可降低81.8%的回色程度，因此成品油的抗氧化保護也是抑制油脂回色的有效措施。