用光学光谱法快速表征食用油中的氧化变质

摘要

本研究旨在研究重复使用食用油的动力学反应，并找到其最佳工艺条件。原料是从市售葵花籽油中收集的。我们的研究表明，再利用葵花籽油的动力学反应(自氧化)在未暴露的葵花籽吸收系数的变化为0.05，而暴露的葵花籽吸收系数为0.075。通过光学吸收光谱研究，得出未曝光葵花籽油的室温最佳工艺条件为0.267，曝光葵花籽油的室温最佳工艺条件为0.194。此外，我们所获得的FTIR光谱结果是准确和精确的，足以检测暴露油中的游离脂肪酸(FFA ~ 26%)，酸~ 53%和皂化~ 192%。

关键字

葵花油;氧化;蔬菜;照片光谱法

介绍

在南亚，油炸是一种流行的食物制备技术，因为它是一种快速方便的过程[1]。煎炸油的质量和用这种油煎炸的食物的质量是密切相关的，尤其是葵花籽油。反复使用煎炸油会产生有害成分，可能对健康造成危害，例如引起喉咙和胃的慢性感染[2，3.]。油脂氧化是影响食用油的重要变质反应之一，由多种因素引起，包括光照、高温、氧气和被油炸食品污染的水。在油炸过程中，食用油要经历热氧化、聚合和水解，由此产生的产品分解会对风味和颜色产生不利影响(黄色到深红色)，由于存在过多的水分(湿度)，它主要在海滨地区旺盛[4-6]。油炸油的变质通常伴随着游离脂肪酸水平的变化，使用过的油的颜色，或油的极性增加。因此，各种标准被用来调节何时需要丢弃油炸油。传统的石油化学分析方法通常耗时、昂贵且/或需要大量的溶剂。此外，为了能够监测油品质量，还需要开发一种简单快速的测试方法。我们简单地演示了在食品工业中使用光学传输分析系统和光学吸收光谱方法及其傅里叶变换红外(FTIR)化学结构分析对煎炸油和油炸产品的质量控制和监测过程[7-9]。

在这篇手稿中，我们报告了使用光学吸收/透射测量和未曝光/曝光向日葵油的吸收系数的结果。此外，傅里叶变换红外(FTIR)光谱被用于分类和区分各种强度的油酸败，并区分良好，边缘，和不可接受的油炸油。

实验

样品制备

在目前的调查中，市售特级初榨葵花籽油是从(k.s.油品有限公司，孟买)购买的。更具体地说，使用了两种类型的葵花籽油，即接受的葵花籽油和暴露的葵花籽油。研究了牛至油中可能存在的抗氧化作用。

吸收/透射分析仪

该方法通过专门设计的吸收/透射谱分析仪来测量氧化变质。分别考察了它们在氧化变质过程中各特殊注意事项的吸收系数。为了确定是否可以通过吸收/透射强度的测量来检测食用油的变质，我们监测了光谱位置和强度的变化。对所有暴露和未暴露的油样品进行了FTIR光谱记录，所有光谱记录的分辨率为4 cm⁻¹并具有4000-400厘米的全扫描¹在相同的环境大气条件下。在室温条件下记录所有样品的分光光度计数据，以确定游离脂肪酸的百分比FFA和酸值。

结果与讨论

图1一个显示光学照片的向日葵原始油与黄色和图1 b显示氧化变质油的光学照片。采用标准分光光度计对氧化变质油进行分析。图2显示了吸收系数随波长变化的函数关系。观察到，未暴露葵花籽油的吸收系数为~ 0.27，暴露葵花籽油的吸收系数为~ 0.20。此外，与初榨油相比，暴露葵花籽油的氧化作用更明显，暴露葵花籽油和未暴露葵花籽油在6.78 nm左右的波长有较大的变化。未暴露(~ 370.33)nm的最大强度被观察到与未暴露的葵花籽油(~ 363.55)nm相似。这表明暴露的葵花籽油比原始葵花籽油氧化和变质程度更高。还观察了暴露和未暴露葵花籽油的吸收系数的变化。结果表明，未暴露葵花籽油的吸收系数最小(~ 0.05)，暴露葵花籽油的吸收系数为(~0.075)。向日葵油的强度变化(a.u.)作为波长变化的函数也进行了研究，并显示了暴露和未暴露向日葵油的后续变化。

脂类的FTIR光谱主要包含由碳氢链振动引起的波段，也有一些来自极性基团的贡献，如图所示图3一．图3 b到f为葵花籽油在不同频率范围内的FTIR光谱。从FTIR数据观察到，主要波段在1800 cm以下的光谱区域⁻¹能在1537.26厘米左右找到吗⁻¹(顺式双键对称岩石δ (C-H)， 1556.55厘米⁻¹(同相亚甲基扭转)，1519.90厘米⁻¹(亚甲基δ (CH₂)， 3008厘米⁻¹(顺式双键在2922.15和2854.64厘米处拉伸ν(C-C)⁻¹(酯拉伸ν(C-O)[10,11]。区域在2854.64 ~ 2922.15 cm之间⁻¹（图1一个)是甲基和亚甲基的对称和不对称C-H拉伸振动的特征。大约3007厘米⁻¹可以发现对称的C-H拉伸振动。暴露与未暴露向日葵油样品的光谱差异主要集中在2854.64、2881.65、2989.66和3008 cm波段⁻¹（图1一个)，对应于顺式双键的振动。这些带的强度反映了总不饱和度，并与油的碘值有关。它们的饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的百分比不同，初榨橄榄油的碘值在80之间，葵花籽油的碘值在166之间。图3一显示了氧化过程中葵花籽油FTIR光谱变化最显著的区域[7-14]。一般情况下，不参与C-C损失或异构化的能带在氧化过程中没有变化。在2852.71 ~ 2989.66 cm之间，强度变化较小⁻¹观察了暴露和未暴露的葵花籽油，但由于这些带的起源，这些变化的解释是非常困难的。在暴露的葵花籽油中观察到C-O酯带的变化，这表明水解正在发生。水解发生在较高的温度，但近海阵雨区可能容易捕获和存在水分。因此，决定使用该波段的强度来标准化图中所示波段的强度。

这样做是为了更好地可视化频带增加、减少或移动的一般趋势。归一化校正了由于油的密度和粘度的变化而引起的整个光谱上的小强度变化。初榨葵花籽油的光谱最初显示一个位于2959.33 cm的谱带⁻¹（图3一)在高共轭体系中，它可以被分配给C-C拉伸，如类胡萝卜素。这些化合物存在于初榨葵花籽油中，但不存在于精制葵花籽油中。类胡萝卜素在脂质氧化中作为自由基清除剂和单线态氧猝灭剂具有抗氧化性能[12-14]。类胡萝卜素的抗氧化行为与其自身的氧化密切相关，在2922.15和2881.65 cm的加热期开始时，类胡萝卜素的损失可以明显观察到⁻¹．图3一．氧化过程中葵花籽油FTIR光谱变化最显著的区域:(a)整个光谱，(b) 400-700，(c) 700-1000和(d) 2700-3600 cm⁻¹，反式- 9,10 -和顺式- 9,10 -环氧硬脂酸是油酸与环氧烷在双键位置的氧化产物。除了C-H拉伸区外，两种油在3008 cm处均表现为中等强度带⁻¹．不幸的是，它们与其他油(如葵花籽油)的主要波段重合，而光谱中存在的其他波段非常微弱。因此，在氧化油中鉴定这类化合物是不可能的。这种转变和强度的增加是由于碳碳键的共轭作用。C-C拉伸带FTIR强度位于1614.41 cm⁻¹、1633.70、1651.06、1681.91、1697.35厘米¹．在3008 ~ 2852 ~ 1700 cm之间均出现了一条宽带⁻¹随着氧化的进行，可以看出图3 bc代表葵花籽油。为了更好地可视化变化，将未氧化油(t = 0)的光谱从所有其他光谱中减去。这样，在1690年左右的一个宽频带就清晰可见了(图3 b而且3 c）.此外，在1725厘米左右的区域⁻¹可以注意到轻微的增加。借助参考化合物的光谱，可以确定这些波段。1725厘米⁻¹， C-O拉伸饱和，约1690 cm⁻¹共轭不饱和醛的C-O拉伸。

脂质结构在氧化过程中最典型的变化是由于氧的攻击和随后的自由基反应而失去不饱和。在3008和1537.26 cm的条带上可以观察到氧化过程中顺式双键的普遍损失⁻¹在两种油的光谱。图3 f显示了向日葵油氧化过程中C-C和C-O拉伸区域的变化。光谱归一化到2922.15 cm处的强度⁻¹并对未氧化油的光谱进行了减除。除上述条带外，在640.36 cm处条带减少⁻¹是观察到的图3 b．在醇酸树脂涂层自氧化过程中脂肪酸甲酯的光谱研究中，该带被分配给反式双键。然而，反式双键在氧化过程中形成，因此其强度预计会增强。此外，我们可以得出在640.36 cm处的条带⁻¹更可能对应于顺式双键的非相H-C= C-H摇摆振动，在这个频率下也必须预期到。图3 cd表示葵花籽油的所有这些谱带的变化，包括顺式双键拉伸ν(C-C)，谱带分别在1697.35、1681.92、1651.06、1633.70和1614.41 cm¹．这些变化和不饱和程度的明显增加是由于不同的ν(C-C)带，由氧化过程中产生的反式和共轭双键产生，与顺式双键产生的带重叠。FTIR光谱显示了向日葵油氧化过程中FTIR光谱变化最显著的区域:(a)完整的FTIR光谱400-4000 cm¹， (b) 400-700厘米⁻¹(c) 600-1000厘米⁻¹， (d) 1500-1600厘米¹， (e) 1600-1900厘米¹(f) 2700-3600厘米¹．在3008、2922.15和2852.71之间出现了一条宽波段，可能是葵花籽油氧化过程的结果。这样，在2922.15附近的一个宽幅带变得清晰可见。1537.26厘米⁻¹饱和态的C-O拉伸。从FTIR分析可以清楚地看出，与未暴露的油样相比，暴露的油样显示出更多的氧化和条带漂移的痕迹[15]。

图4显示了暴露和未暴露葵花籽油的(a)敏感系数和(b)介电常数(k)随葵花籽油操作温度的变化。从……可以清楚地看出图4一灵敏度系数对温度相当敏感，灵敏度系数在达到600℃时迅速升高，随后缓慢升高，在约800℃时趋于饱和[15]。我们还研究了温度对介电常数的影响作为操作温度的函数。从图4 b，可以清楚地看到介电常数随温度的变化而迅速衰减。图5显示了(a)未暴露油和(b)暴露油的葵花籽油粘度随操作温度的变化。它清楚地揭示了图5对于未暴露的葵花籽油，粘度随操作温度呈线性下降。而在暴露的葵花籽油样品中，粘度随操作温度的变化而随机减小。由于加工过程中发生热氧化，暴露的葵花籽油样品的粘度随机下降[16，17]。

结论

专门设计的吸收/透射光谱分析仪和FT-IR光谱区被证明对掺假的测定以及自动氧化过程的研究非常有用。在3008厘米处观测到带移⁻¹已用于测定特级初榨葵花籽油与不同类型植物油的掺假情况。目前的研究表明，葵花籽油掺假的检出限为50-75%。此外，3008-2852、1732-1633.70和1537.26 cm出现了光谱变化⁻¹区域暴露于高温和/或暴露于紫外线辐射后，有助于氧化过程的监测。如果加热前在油中加入牛至等抗氧化化合物，这些变化就不会出现，但如果油还暴露在紫外线辐射下，这些变化就会很大。该方法快速，无过量样品制备，不涉及有害溶剂和试剂。该方法可用于其他食用油氧化状态的评估，简便快捷，适用于家庭应用和食品工业。

利益冲突

作者声明没有相互竞争的经济利益。

作者的贡献

这份手稿是由所有作者共同撰写的。所有作者都同意了手稿的最终版本。

确认

P. S. More教授感谢孟买高等教育和科学研究所主任提供设施。Dr. d.j. Late，感谢DST(印度政府)的拉马努金奖学金。这项研究主要由教资会资助。感谢DST快速通道项目的部分支持。

参考文献

1. 梅尔顿等。煎炸油和油炸食品香精稳定性测定方法综述。JOACS (1994), 71: 1301 - 1308。
2. Orthoefer ft .食品服务油炸油护理。Joacs(1988);65: 1417-1419。
3. Paradis AJ和nawar WW。评价用过煎炸油的新方法。JFS (1981)46: 449 - 451。
4. 谭雅等。SAS用户指南统计(1985)版本8版卡里NC美国:SAS研究所有限公司。
5. 谭亚等。加热精制棕榈油快速显色原因的研究。中国棕榈油学会(1985), 62: 999 - 1006。
6. Tyagi VK和vasishtha AK。油炸过程中油脂特性和成分的变化。JOACS (1996), 73: 499 - 506。
7. 傅立叶变换红外光谱法测定过氧化值。JOACS (1994), 71: 921 - 926。
8. De Voort FR和Ismail AA。一种快速测定高脂肪产品脂肪和水分的FTIR质量控制方法。食品化学(1993)48: 213 - 221。
9. 白色PJ。测量深脂肪煎炸油变化的方法。食品技术(1991)45: 75 - 80。
10. 杨华，李志强。半固态脂肪和食用油的傅里叶变换红外光声光谱表征。JOACS (2000), 77: 291 - 295。
11. 金WT和崔MY。汽车发动机油变质的测量与分析，KSNT韩国无损检测协会(2003), 220 - 224。
12. 用于汽车发动机油劣化的电容式传感器。韩国传感器学会(2001), 10: 266 - 272。
13. 维辛C等。冷榨亚麻籽油的理化特性和品质特征。食品成分与分析杂志(2007)20: 202 - 211。
14. Eunok C和David BM。食品科学与食品安全综合综述(2006)雷竞技苹果下载5: 169 - 186。
15. 铂(Pt)的室温H2S气敏特性涂层多孔氧化铝(PoAl)厚膜。材料科学与工程学报(自然科学版)(2014);
16. NzikouJM等。植物油油炸过程中氧化稳定性和热稳定性的研究。应用科学(2009)4: 94 - 100。
17. 一些植物油在油炸温度下加热时的氧化变化。保加利亚化学通讯(2012);44:57-63。