微波加热对油脂的影响

◎ 王志刚，李昌模

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457）

我国是粮油消费大国，食用油是人们日常生活中不可缺少的消费品，其提供人体必需脂肪酸、脂溶性营养元素及改善食物风味等特性。美国农业部发布的最新报告显示，2016—2017年度全球食用油消费预计增长3%，反映出人口以及GDP增长的影响。

近年来，我国居民食用油人均消费量越来越高，2016年度人均年消费量为约25 kg。虽然相对其他国家和地区还不算太高（美国人均用油34 kg、欧盟29 kg），但我国油脂消费中家庭烹饪类占比多于发达国家。日常生活中，煎炒烹炸离不开油脂，它可提供人体必需脂肪酸，使食物可口香美、增进食欲，也是脂溶性营养物质的载体。人们在不断提高油脂摄入量的同时，越来越关注油脂的安全特性及加热方法的使用，以期更好地获取营养和美味的食物。

近几年的科学研究表明，油脂中脂肪酸的结构与是否致病有关。食品中的反式脂肪酸对人体的危害大，摄入含反式脂肪酸超标的食品对人类健康造成很大危害，如产生动脉硬化、血栓、增加心脏病危险性、导致妇女患Ⅱ型糖尿病、提高导致乳腺癌的可能和抑制新生儿生长发育。

对于消费者，为避免反式脂肪酸对机体的不利影响，最好的方法是避免和减少食用富含反式脂肪酸的食品，如方便面、人造黄油、薯条和巧克力食品等，同时尽量避免高温炒菜或是油炸烹饪，尤其应引起青少年和特殊体质人群高度的重视[1-2]。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

37种脂肪酸甲酯混合标准品，来自美国SUPELCO公司，市售调和油。

气相色谱仪（安杰伦公司6820）；紫外可见分光光度仪（CARY 50Bio公司）；傅里叶变换红外光谱仪（布鲁克仪器公司）。

1.2 方法

1.2.1 紫外可见分光光度测定羰基值

（1）羰基值的概念。羰基值是指油脂酸败时产生的含有醛基和酮基的脂肪酸或甘油酯及其聚合物的总量，通常是以被测油脂经处理后在440 nm下相当1 g（或100 mg）油样的吸光度表示，或以相当1 kg油样中羰基的meq数表示。大多数酸败油脂和加热劣化油的CGV超过50 meq/kg，有明显酸败味的食品可高达70 meq/kg。

（2）纯化正丁醇，去除其中的醛类物质。步骤如下：①称取1 g的NaBH4加入含有沸石圆底烧瓶，然后将1000 mL正丁醇加入其中。②连接回流装置，加热回流2 h。③收集回流液，舍去溜出液的前100 mL和后100 mL。

（3）羰基的测定原理。醛、酮能与2,4-二硝基苯肼反应生成2,4-二硝基苯肼腙的沉淀，此反应可用来鉴别羰基化合物。油脂在氧化过程中产生的过氧化物经过进一步分解后产生含羰基化合物，这些二次分解的产物用羰基值表示。羰基化合物和2,4-二硝基苯肼的反应物（腙）在碱性溶液中呈褐红色或酒红色。在420 nm波长下测其吸光度，计算羰基值[3]。步骤如下：①称处理好的油0.5 g于10 mL的容量瓶，用纯化过的正丁醇定容。②取50 mg 2,4-二硝基苯肼、3.5 mL浓盐酸，用纯化过的正丁醇定容至100 mL。③取①中的溶剂1 mL放入15 mL离心试管中，加入1 mL②中的2,4-二硝基苯肼，密闭摇匀。④在60 ℃水浴中加热20 min，反应后冷却至室温。⑤加入8 mL 2.5% KOH-正丁醇溶液，在3000 r/min离心5 min。⑥取上清液750 μL，测其在420 nm下的吸光度，同时测一个空白样的吸光度值。⑦测得5个油样的羰基值，做出羰基值-氧化时间的曲线。

（4）计算方法。

式（1）中，A为测定样品的吸光度值；A0为空白样品的吸光度值；m为样品质量，mg；V1为样品稀释下的总体积，mL；V2为测定用样品的稀释液体积，mL；854为各种醛的毫克当量吸光系数的平均值。

1.2.2 傅里叶变换红外光谱检测反式脂肪酸

（1）红外光谱仪条件。波数范围：1050～900 cm-1；分辨率：4 cm-1；在1050～900 cm-1波数范围内，分辨率4 cm-1条件下，扫描次数：32次[4]。

（2）红外光谱测定反式脂肪酸原理。红外吸收光谱是一种使用较早检测反式脂肪酸含量的方法，反式结构双键由于其C-H平面外振动使TFAs在966 cm-1处存在最大吸收，而顺式构型双键和饱和脂肪酸在此处却没有吸收。因此，利用这一原理可确定油脂中是否存在TFAs，并进行定量分析[5-6]。

本实验采用了水平衰减全反射（HATR）技术，在中红外区采集样品的吸收光谱图，通过966 cm-1处反式双键的特征峰进行定性，通过求极限得出峰高，峰高与反式脂肪酸的含量成正比，可以通过峰高来判断生成反式脂肪酸的趋势。

（3）红外光谱的检测方法。油脂样品可直接进行测定。将处理好的样品油平铺在载液板上进行测定。

1.2.3 实验样品准备

1.2.3.1 样品前处理

（1）微波加热处理。①准备4个锥形瓶，依次做好标记a、b、c、d，分别倒入80 mL调和油。②依次放入微波炉进行加热，时间为2、4、6、8 min。③加热停止后立即用温度计测其温度，并记录。温度依次为120、156、186、210 ℃。④放置室温后，用封口膜封住瓶口，冷藏保存。

（2）传统加热处理。①取80 mL市售调和油倒入锥形瓶中，在电热炉上加热。②放入温度计，观测其温度变化，当升温至120、156、186、210 ℃，分别用胶头滴管迅速取其油样，放入螺口试管中。③用记号笔在试管上做好标记a’、b’、c’、d’。④放置室温后，盖上瓶盖，冷藏保存。

1.2.3.2 优化升温程序分离标品和调和油

（1）气相色谱的选择[7]。本实验被测物为37种脂肪酸甲酯混合标准品和微波处理后的油样甲酯，因此采用毛细管柱，检测器为氢火焰离子化检测器，气相图定量计算采用归一化法。

（2）气相色谱条件。选用HP-88型石英毛细管柱，载气：99.99%氮气；进样口温度：230 ℃；检测器温度：250 ℃；柱流量：1 mL/min；氢气流量：33.33 mL/min；空气流量：375 mL/min；吹扫流量：3.0 mL/min；分流模式：分流，分流比：12.32∶1；检测器为FID。

（3）优化升温程序。起始柱温为120 ℃，保持4 min，以10 ℃/min的速率升温到175 ℃，保持6 min，以5 ℃/min的速率升温到210 ℃，保持15 min，再以4 ℃/min升温到230 ℃，保持30 min。

（4）甲酯化的选择[8]。油脂中脂肪酸特别是长碳链脂肪酸一般不直接进行气相色谱分析，应先将它们衍生为易挥发的甲基酯再进行分析。若直接进行分析，柱温很高，高温固定相难以选择，色谱峰易拖尾，保留时间不重复，有时有假峰出现等。脂肪酸的甲酯化方法可分为酸催化法、碱催化法和三甲基硅重氮甲烷（TMS）法3大类。本实验选择酸催化法。

样品油的甲酯化处理：①配制4% HCl-甲醇溶液。②取0.03 g的油，加入60 mL配好的溶液，水浴60 ℃加热，至完全反应，冷却至室温。③加入1 mL水后，加入2.5 mL正己烷萃取。④加入无水硫酸钠进行干燥。

分离标品和调和油：①取37种脂肪酸甲酯混合标准品1 μL注入仪器。②取市售调和油，甲酯化后，用正己烷稀释，取1 μL注入仪器。

2 结果与分析

2.1 优化升温程序分离标品

37种脂肪酸甲酯混合标准品分离图如图1所示。根据各类油脂的不同沸点设定的升温程序可以较好地把37种脂肪酸甲酯混合标准品清晰的分离开来，可作为气相测定各类油脂的参比。

图1 37种脂肪酸甲酯混合标准品分离图

2.2 调和油的气相色谱分析

与37种脂肪酸甲酯混合标准品分离图比对后，能够清楚地看到调和油含有棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1n9c）、亚油酸（C18:2n6c）、花生酸（C20:0）、γ-亚麻酸（C18:3n6）和亚麻酸（C18:3n3），如图2所示。

图2 调和油甲酯化后的分离图

2.3 紫外可见分光光度仪测定羰基值

2.3.1 羰基值测定的改进

羰基值的测定在国际上最广泛的使用方法是Henick和Kumazawa的检测方法。这两种传统方法是利用羰基化合物与2,4-二硝基苯肼反应生成2,4-二硝基苯肼腙，在碱性条件下生成带有葡萄酒红色的醌离子，再利用比色法测定羰基化合物含量。但传统的测定方法使用具有致癌性的苯，对操作人员的身体健康和环境不利，且操作繁琐、时间长。

本实验采用异丙醇，正丁醇作溶剂进行定量分析，发现异丙醇在碱性条件下易行成环氧化物对测定结果有影响，最终选择正丁醇代替溶剂苯进行羰基值的测定。

2.3.2 普通加热后测定的羰基值

从图3可以看出，在温度达到120 ℃之前的加热对羰基产生的影响不明显，之后从120～186 ℃，羰基值缓慢地增加，从186～210 ℃，羰基值的增加又趋于平稳。

图3 普通加热不同温度对应的羰基值曲线图

2.3.3 微波加热后测定的羰基值

从图4可以看出，微波加热2 min（即120 ℃）之前，对羰基的生成影响不明显，从第2 min到加热的第4 min（即156 ℃），羰基值有了微小的增加，4～8 min（即210 ℃），羰基值成线性增加，幅度非常明显。

图4 微波加热下不同时间对应的羰基值曲线图

2.3.4 微波加热与普通加热对羰基值生成的比较

总体上看，两种加热方式每一阶段微波加热生成的羰基值都要大于普通加热生成的羰基值，而且随着温度的升高，羰基的差值越明显，如图5所示。

图5 两种不同加热方式对应生成羰基值的柱形图

2.4 红外光谱测定反式脂肪酸

2.4.1 测定微波加热后的油样

在966 cm-1处，有明显的反式脂肪酸峰，如图6所示，由上往下依次为微波加热8 min、 6 min、4 min、2 min和原油。随着加热时间的增加，峰值也越来越大。

图6 微波加热不同时间对应生成反式脂肪酸的峰图

因为峰高与反式脂肪酸的含量成正比，所以可以用来代替反式脂肪酸的含量看其趋势。在波加热前2 min，反式脂肪酸的含量几乎没有变化，2～6 min，反式脂肪酸的含量有了小幅度的增加，6～8 min，反式脂肪酸的含量陡然增加，幅度非常大，如图7所示。

图7 微波加热不同时间对应峰高的曲线图

2.4.2 测定普通加热后的油样

与微波加热相同，在966 cm-1处有明显的反式脂肪酸的峰，如图8从上往下依次为原加热到212、186、156、120 ℃，原油。随着温度升高，峰值越来越大。

图8 普通加热不同温度对应反式脂肪酸的峰图

普通加热到120 ℃时，反式脂肪酸的含量略有增加，120～212 ℃，反式脂肪酸含量持续明显增长，其中156～186 ℃反式脂肪酸含量增长幅度略小，如图9所示。

图9 普通加热不同温度下对应峰高的曲线图

2.4.3 微波加热和普通加热对反式脂肪酸含量生成的比较

两种加热的比较图（图10）中，总体上看，每一阶段微波加热生成的反式脂肪酸含量都要大于普通加热生成的反式脂肪酸含量，而且随着温度的升高，反式脂肪酸含量的差值越明显。

图10 两种不同加热方式对应生成反式脂肪酸含量的柱形图

3 结论

微波加热也是现代人们生活中一种极为普遍的食品加热方式，为了研究测定微波加热对反式脂肪酸生成的影响，本文首先优化了柱温升温程序，把37种脂肪酸甲酯混合标准品基本分离开，以其作参比，按照优化的升温条件把调和油进行气相分析。其次把油样分别进行处理，采用传统加热和微波加热两种方式，再用傅立叶变换红外光谱仪对处理后的油样进行测定分析，得出两种加热反式脂肪酸生成的趋势，同时采用紫外分光光度计测定其羰基值，作为辅助分析，从而选择更为健康的加热方式。

通过微波实验得到以下结论：优化升温程序为起始柱温为120 ℃，保持4 min，以10 ℃/min的速率升温到175 ℃，保持6 min，以5 ℃/min的速率升温到210 ℃，保持15 min，再以4 ℃/min升温到230 ℃，保持30 min，可以将37种脂肪酸甲酯混合标准品清晰地分离开。调和油中含有棕榈酸（C16:0），硬脂酸（C18:0），油酸（C18:1n9c），亚油酸（C18:2n6c），花生酸（C20:0），γ-亚麻酸（C18:3n6），亚麻酸（C18:3n3）共7种脂肪酸。两种加热方式随着温度升高，油脂中所含羰基值和反式脂肪酸含量都持续增高。加热到相同温度，每一阶段的微波加热后油脂中所含的羰基值和反式脂肪酸含量都大于普通加热油脂，但短时间加热即微波加热6 min以前不明显。微波不合适长时间加热食物，6 min以后羰基值和反式脂肪酸的含量都大幅度增加。

由于反式脂肪酸对消费者健康会产生危害影响，通过实验比较传统加热方法与微波加热，对比其反式脂肪酸生成的量的关系[9-11]，进而得出更为健康的加热方式，同时也能够为科学控制油脂及油脂食品中的TFAs含量，引导人们正确选择。优化升温程序，将37种脂肪酸甲酯混合标准品分离开，用设定好的升温程序对市售调和油（甲酯化处理好）进行气相分析。对样品油采用普通加热和微波加热两种处理方法，然后用傅里叶变换红外光谱仪对其中的反式脂肪酸进行分析，同时用紫外分光光度计对其羰基值进行测定。

我国食品类企业普遍对反式脂肪酸膳食安全问题比较淡漠，企业需要投入大量的设备、人员及资源等物资，产品的附加值反馈没有得到消费者认同[12-15]。我国人造奶油和起酥油等西式糕点中含有反式脂肪酸的油脂年产量和消费量迅速增长，尤其是我国的青少年和中产阶层，逐渐养成了西方的饮食习惯，反式脂肪酸的日摄入量不容忽视，而我国对煎炸类食品、烘焙类食品及微波加热食品的热爱，也使人们日常生活中更多的摄入了反式脂肪酸。因此，对我国今后开展主要食用油品和主要油脂食品中的反式酸含量的安全性控制十分重要。