Ｖ Ｎ 油脂化学 脂肪酸含量对植物油介电特性的影响 祝 易 刘歆颖 潘晓炀 王晓燕 程裕东 金银哲 上海海洋大学 食品学院 食品热加工工程中心 国家级食品科学与工程实验教学示范中心 上海海洋大学 上海 摘要 为了提供植物油在微波和射频等介电加热技术和通电加热技术中的应用基础数据 考察脂肪 酸含量对植物油介电特性的影响 分别利用 ＬＣＲ阻抗测试仪和网络分析仪 同轴探针法 测量了 种植物油 橄榄油 自制橄榄油 橄榄调和油 大豆油 和 种脂肪酸 棕榈酸 硬脂酸 油酸 亚油 酸 亚麻酸 在低频段 Ｈ ＭＨ 和高频段 ＭＨ 的介电特性 结果表明 低 频下 植物油的介电常数比较稳定 其均值为 ± 介电损耗随着频率的增加而下降 其 中 ＭＨ时橄榄油具有最大的介电常数 ± 和介电损耗 ± 高频下 植物 油的介电特性随着频率的上升而缓慢下降 种植物油之间的介电特性的差异不显著 低频下 在植物油中加入油酸后 植物油的介电常数和介电损耗呈现先上升后下降的趋势 而添加 亚油酸呈现相反的趋势 添加脂肪酸会加快油脂的氧化反应 关键词 介电特性 植物油 脂肪酸 橄榄油 氧化反应 中图分类号 ＴＳ ＴＱ 文献标识码 Ａ 文章编号 Ｅ ＺＨＵＹ ＬＩ ＵＸ ＰＡＮＸ ＷＡＮＧＸ ＣＨＥＮＧＹ Ｊ Ｉ ＮＹ Ｎ Ｆ Ｓ Ｅ Ｅ ｍ Ｔ Ｄ ｍ Ｃ Ｓ Ｏ Ｕ Ｅ Ｒ Ｃ Ｆ Ｔ ｍ Ｐ Ｔ Ｃ Ｆ Ｓ Ｔ Ｓ Ｏ Ｕ Ｓ Ｃ Ａ Ｉ ｍ ｗ ｍ ｋ ｍ ｋ ｍ ｗ ｍ ｗ Ｈ ＭＨ ＭＨ ＬＣＲ ｍ ｍ ｗ ｋ Ｔ ｗ ｗ ｍ ｗ ± ｗ ｗ Ａｍ ｍ ｍ ｍ ± ± ＭＨ Ａ ｗ ｍ ｋ ｗ Ａ ｗ 收稿日期 修回日期 基金项目 上海高校知识服务平台 上海海洋大学水产动物 遗传育种中心 ＺＦ 作者简介 祝 易 女 在读本科 研究方向为食品热 Ｏ 加工 Ｅ ｍ ｍ ｍ 通信作者 金银哲 副教授 硕士生导师 Ｅ ｍ ｊ Ｍ ｗ
年 第 卷 第 期 中 国 油 脂 Ｋ ｗ 食用植物油是人们膳食结构中不可缺少的重要 组成部分 同时也是食品工业的重要基础原料 目前在我国市场上主要销售的食用植物油包括大豆 油 橄榄油 橄榄调和油 花生油 芝麻油等 植 物油最主要的成分是脂肪酸 脂肪酸的组成及含量 很大程度上决定了植物油的营养价值 也是评定 榈酸 ＡＲ 油 酸 ＡＲ 低 纯 度 亚 油 酸 高纯度亚油酸 亚麻酸 分别购于国药集团化学试剂有限公司和博美化学试 剂有限公司 均在保质期内 仪器与设备 ＨＩ ＯＫＩ ＬＣＲ阻抗测试仪 日本日置 植物油的主要指标之一 营养学和生物临床医学研 电机 株 式 会 社 ＰＮＡ Ｌ型 网 络 分 析 仪 Ｍ 究认为 脂肪酸在维持人体健康方面起着重要的作 Ｅ软件 美国安捷伦 科 技 有 限 公 司 ＴＨＥＲ 用 饮食中长链脂肪酸的组成及含量与各种疾病的 ＭＩ ＣＭＯＤＥＬ Ａ型 热 电 偶 测 温 仪 Ｅ ｋ 公 发病率密切相关 因此 脂肪酸的组成和含量 成为衡量食用油营养价值的最重要指标 目前 食用植物油市场质量安全参差不齐 存在 诸多安全问题 不法经营者为了追求高额利润 在优 质的食用植物油中添加低级 甚至非食用油脂 威胁 消费者的身体健康 因此 需要精准 高效的方法 司 ＨＳ Ｇ电热恒温水浴锅 Ｔ ＧＣＵ 气相色谱 仪 美国热电 Ｔ ｍ公司 实验方法 样品配制 自制橄榄油通过索氏提取法提取 将预处理过 的生橄榄置于塑封袋中使用破纤维铁锤充分破碎 为食用植物油的检测提供依据 解决食用植物油在生 将生橄榄碎片放置于 Ｌ装塑料桶用石油醚浸泡 产 贮藏 运输 销售等环节中的质量管控问题 一周后使用蒸馏法分离石油醚提取橄榄油并 目前 植物油的分析检测技术有近红外光谱分析 将获得的橄榄油自然冷却后置于 冰箱中保藏 技术 拉曼光谱技术 电子鼻 用于后续实验 油酸 亚油酸和亚麻酸在常温下为 技术 等 但这些方法仪器昂贵 检测成本高 样品 液体 可以直接进行测量 而棕榈酸 硬脂酸在常温 前处理严格 不利于推广应用 介电检测技术 是无 下为固体 不便测量 故按照 的比例分 脉冲式核磁共振法 损检测技术中的一种 该检测技术在不破坏待测 物原来的状态 化学性质等前提下 获取与待测物品 别溶于石油醚中进行测量 低频段油脂介电特性的测量 目前介电常数的检 低频段油脂检测采用 ＬＣＲ阻抗测试仪 频率设 测仪器与方法有很多种 主要为平行板电容法 同轴 定为 Ｈ ＭＨ 选用 个线性采样点 在常 质相关的内容 性质 成分等 探头检测法等 张春娥等 对植物油的介电特 温下配合规格为 ｍ ｍ ｍ的长方形自制 性进行研究 认为介电特性与植物油中饱和脂肪酸与 模具对样品进行测量 不饱和脂肪酸含量间具有良好的线性相关性 高频段油脂介电特性的测量 本研究以 种食用植物油为对象 在了解其主 高频段油脂检测使用由 Ｅ Ｃ矢量网络分析仪 要脂肪酸组成的基础上 研究频率对植物油介电特 及 Ｂ末端开路的同轴探头 安捷伦公司 安捷伦 性的影响 同时通过在植物油中加入不同种类与不 测试软件和计算机组成同轴探头测试系统测定 同含量的脂肪酸 分析介电特性变化的原因和氧化 测试前 先开机预热 用开路 短路和 的去离 反应的速度 从而了解脂肪酸含量对介电特性的影 子水校准同轴探头 选择测量频率范围为 响 为植物油在微波射频等介电加热技术应用提供 ＭＨ 线性采样点为 个 测试时 将盛有各种植物 基础数据 油的烧杯放于探头下 让探头充分浸入油样 并保证探 材料与方法 头端面无气泡时测试数据 通过测试软件计算介电特 实验材料 性和频率的关系 测定时 周围环境温度控制在 ± 原料与试剂 平行测定 次 计算平均值 金龙鱼精炼一级大豆油 Ｌ装 福临门特 级初榨橄榄油 ｍｌ装 金龙鱼橄榄食用调和油 植物油脂肪酸含量测定 脂肪酸含量的测定由中国商业联合会食品质量 Ｌ装 以上食物油均在 年 月购于上海 监 督 检 测 中 心 根 据 ＧＢ Ｔ ＧＢ Ｔ 市农工商超市 临港店 生橄榄 硬脂酸 ＡＲ 棕 测定 种食用植物油的脂肪酸含量
结果与分析 不同频率下植物油的介电特性 见图 从图 可以看出 低频下 种植物油的介电特性 值都较小 ε ε 频率为 ＭＨ时 橄 榄油的介电常数 ± 和介电损耗 ± 最高 其次为大豆油 自制橄榄油 橄榄调和油 植物油的介电常数在 Ｈ ＭＨ间波动较 大 在 ＭＨ后开始趋于平稳 介电损耗也在特别 低的频率下显现出了无规律的波动 随后在 ＭＨ 左右开始趋于平稳 接着出现快速上升的趋势 高频 下 种植物油的介电特性值都较小 ε ε 且相互之间差别较小 植物油的介 电常数和介电损耗都随着频率的增加平稳下降 介电 Ｖ Ｎ 常数均值为 介电损耗均值为 这一变化和 低频下的介电损耗呈相反的规律 介电 特 性 值 与 其 极 化 成 分 和 固 有 偶 极 矩 有 关 在低频下 离子的导电性是影响物质节点性 质的主要原因 而油是弱极性液体 其中的离子 很少 因此其介电特性值很小 在高频下 偶极子转 向极化是产生介电损耗的主要原因 水分子是最 普通的偶极分子 水分子转动的快慢受频率影响 而油中的含水率非常小 因此偶极分子对食用油介电 损耗的影响也非常小 对于弱极性植物油 其极化成 分一般仅在 之间 油脂的介电性与水相 比很低 对微波能的吸收很弱 此外 在低频下出 现无规律波动属于实验仪器的误差 图 低频和高频下 种植物油的介电常数与介电损耗 植物油脂肪酸组成 为了进一步研究 种植物油介电特性的差异 检 测了植物油中的脂肪酸组成及含量 结果如表 所示 其次为橄榄油 大豆油 自制橄榄 表 不同植物油的脂肪酸组成及含量 其 次 为 大 豆 油 橄 榄 油 脂肪酸 棕榈酸 棕榈一烯酸 十七烷酸 硬脂酸 油酸 十九醇 亚油酸 花生酸 亚麻酸 花生一烯酸 山嵛酸 橄榄油 大豆油 自制橄榄油 橄榄调和油 橄榄调和油不饱和脂肪酸含量最高 油 自 制 橄 榄 油 饱 和 脂 肪 酸 含 量 最 高 橄榄调和油 其中 橄榄油的油 酸 含 量 最 高 其 次 为 橄 榄 调 和 油 自 制 橄 榄 油 大 豆 油 自制橄榄油中油酸含量偏低是因为索氏 提取法操作较为粗糙 提取的油脂较少且纯度低 但 是相比较于大豆油其油酸含量还是略高的 此外 亚 油酸也是植物油脂肪酸主要组成部分 种植物油 其次为 中橄榄调和油的亚油酸含量最高 大豆油 自制橄榄油 橄 榄 油 橄榄调和油使用葵花籽油与橄榄油进行
年 第 卷 第 期 中 国 油 脂 调和 葵花籽油亚油酸含量较高 从而导致橄榄调和 和 在植物油中 不饱和脂肪酸对植 油中的亚油酸含量偏高 物油的介电特性有一定的影响 其中油酸含量越高 低频下 同一频率时橄榄油的介电特性值均高 于其他植物油 由表 可见 橄榄油中的油酸含量 低频下植物油的介电特性值越大 不同频率下脂肪酸的介电特性 见图 最高 为 亚 油 酸 和 亚 麻 酸 含 量 分 别 为 图 低频和高频下不同脂肪酸的介电常数与介电损耗 由于 ＬＣＲ阻抗测试仪使用的模具内壁为金属 随着被测样品的体积或数量而改变 不论是油酸 亚 板 金属板的导热性很好 在测量过程中会迅速导致 油酸还是亚麻酸 每 ｍ 的脂肪酸所携带的羧基 晶体的析出 将模具事先加热也不能有很好的效果 量是一样的 因此不饱和脂肪酸中的双键是影响脂 因此 只测量了棕榈酸和硬脂酸高频下的介电特性 肪酸介电特性的主要原因 高频下 随着频率的增 从图 可以看出 在低频下 不饱和脂肪酸的介 加 饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸介电常数趋于稳定 电常数和介电损耗都随着频率的增加呈现出上升趋 高频下 ＧＨ 亚麻酸的介电常数最高 均值为 势 介电常数从小到大依次为 油酸 低纯度亚油 ± 其 次 为 低 纯 度 亚 油 酸 油 酸 棕 榈 酸 高纯度亚油酸 亚麻酸 这一规律与脂肪酸的不 酸 硬脂酸 脂肪酸的介电常数随着不饱和度的增 饱和度及碳链的长度有关 介电特性与极性物质有 加而增加 这是因为脂肪酸是一种极性物质 但是相 关 虽然有研究认为甘油三酯中的羟基 ＯＨ 和 比于水等 其极性还是相对较小的 ε 不饱 羧基 ＣＯＯＨ 是植物油具 有 介 电 特 性 的 主 要 原 和脂肪酸的介电损耗与频率呈负相关 油酸 亚油 因 但对于单纯的脂肪酸来说 其介电常数不会 酸 亚麻酸的值都较为接近 尽管有小
Ｖ Ｎ 幅度的波动 饱和脂肪酸的介电损耗值随着频率的 了进一步验证 本实验测量了 油酸大豆油混合 增大而趋于稳定 物的介电特性值 其值远远低于大豆油和 油酸 低频下 不饱和脂肪酸的介电特性与频率呈正 大豆油混合油脂的介电特性值 在植物油中加入油 相关关系 在高频下与频率呈负相关关系 同样 不 酸后 混合油脂的介电常数和介电损耗呈现先上升 饱和脂肪酸的介电特性随着频率的增加表现出与植 后下降的趋势 加入亚油酸后 除橄榄调和油外 其 物油相类似的变化趋势 由此可见不饱和脂肪酸对 他混合油脂的介电特性值均呈现先下降后上升的趋 植物油介电特性影响较大 相反 频率的增加不会 势 混合油脂中的极性成分增加 进而使介电常数 影响饱和脂肪酸的介电特性值 可见饱和脂肪酸不 增加 由于橄榄调和油使用葵花籽油和橄榄油 影响植物油的介电特性 进行调和 导致其中亚油酸含量偏高 油酸含量偏 不同频率下混合油脂的介电特性 低 因此介电特性值均随着脂肪酸含量的增加而上 为了研究不饱和脂肪酸对植物油的影响 分别 升 在其他频率下 种植物油介电特性的 均 值 为 在 种植物油中加入了油酸与亚油酸 比例分别为 ± ε ± 加了 和 ε 与 混合后搅拌均匀进行测量 由于在高 油酸后的 均 值 分 别 为 ε ± ε ± 频下 油脂的介电常数与介电损耗随着频率增加变 和 ε ± ε ± 加了 化不显著 因此测量了 ｋ Ｈ ＭＨ的介电特性 和 亚 油 酸 的 均 值 分 别 为 ε ± ε 值 在低频下介电特性值会由于仪器误差而出现无 ± 和 ε ± ε ± 规律波动 于是选取了具有代表性的 ｋ Ｈ和 ＭＨ进行对比分析 上述结果表明 不饱和脂肪酸对植物油介电特 性影响较大 种植物油中橄榄油油酸含量最高 在上述两个频率下 加入油酸后 自制橄榄油混 在低频下其介电常数和介电损耗也最高 相反亚油 合油脂与橄榄调和油混合油脂的介电常数和介电损 酸含量最高的橄榄调和油 其介电特性值在 种植 耗值均随着油酸含量的增加呈现出上升趋势 然而 物油中略低 大豆油混合油脂与橄榄油混合油脂的介电特性值却 不同频率下氧化油脂的介电特性 见图 随着油酸含量的增加呈现先上升后下降的趋势 为 图 混合油脂氧化前后的介电常数与介电损耗