基于電導(dǎo)率的食用油氧化判別分析

王思陽，王夢竹，劉婷婷，寇宇星，于修燭

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100; 2.西安市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測院，西安710000)

食用油易發(fā)生氧化酸敗，產(chǎn)生刺激性氣味，色澤會逐漸加深，黏度增大。這些變化不僅會降低油脂的營養(yǎng)價值，還會產(chǎn)生一些對人體有害的物質(zhì)[1-2]。油脂氧化的主要初級產(chǎn)物氫過氧化物易分解成醛、酮、酸等可電離物質(zhì)，隨著氧化的加深，這些可電離物質(zhì)含量也不斷增加。監(jiān)測食用油氧化的方法有滴定法、光譜法、電子鼻法等[3-5]。滴定法雖然簡單，但操作煩瑣，需要使用有毒試劑，對人體和環(huán)境造成潛在危害。光譜法因其準(zhǔn)確、高效無損的特點，被廣泛應(yīng)用于食用油氧化定性和定量分析[6-11]。然而，光譜法需專業(yè)光譜預(yù)處理來構(gòu)建模型，增加了一定難度[12]。電子鼻法同樣具有高效、快速的特點。但是，電子鼻設(shè)備昂貴，需要定期維護(hù)，檢測成本較高[13]。近幾年，在油脂快速檢測方面，利用電導(dǎo)率(EC)對氧化指標(biāo)分析和地溝油鑒別方面研究報道較多[12-16]。EC法操作簡便，儀器便于攜帶且價格低廉，準(zhǔn)確度較高，可以作為傳統(tǒng)檢測方法的替代方法。本文以亞麻籽油、葵花籽油、大豆油、花生油、棉籽油、菜籽油、玉米油及其混合油為研究對象，以去離子水提取油脂中的可電離物質(zhì)，利用電導(dǎo)率儀測定水相中的EC值，以GB 2716—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》中的過氧化值和酸價規(guī)定判定其氧化程度。基于不同油樣的EC值建立模型，并對其進(jìn)行驗證，以期為建立基于電導(dǎo)率的食用油氧化快速判別分析方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

大豆油(金龍魚，一級)，益海嘉里(興平)食品工業(yè)有限公司；亞麻籽油(關(guān)中油坊， 一級)，陜西關(guān)中油坊油脂有限公司；花生油(西王，一級濃香)，山東西王食品有限公司；花生油(福臨門，一級特香)，山東西王食品有限公司；棉籽油(億家福，一級)，山東億家福糧油有限公司；菜籽油(福臨門，三級)，江蘇張家港市科力貿(mào)易有限公司；葵花籽油(魯花，一級)，山東魯花集團(tuán)商貿(mào)有限公司；玉米油(魯花，一級)，深圳廣源商貿(mào)有限公司。以上食用油的標(biāo)簽均聲稱不添加任何抗氧化劑。

冰醋酸、三氯甲烷、硫代硫酸鈉、正己烷、碘化鉀、乙醚、異丙醇、氫氧化鉀等，均為分析純；酚酞指示劑。

1.1.2 儀器與設(shè)備

5021筆式電導(dǎo)率儀，上海三鑫儀器廠；QL-901渦旋振蕩器，海門市其林貝爾儀器制造有限公司；HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

油樣包括上述7種食用油，及其按1∶1(2種油)和1∶1∶1(3種油)相互混合，共20種油樣。將20種油樣在烘箱60℃條件下氧化，在不同的氧化狀態(tài)下取樣，共獲得150個樣品。將150個樣品隨機(jī)分為兩組，其中82個樣品用于建模，68個樣品用于驗證分析。

1.2.2 檢測條件分析

按一定水油體積比值，取一定量去離子水與油樣混合，振蕩一定時間，靜置分層后，取水相，在一定溫度下采用電導(dǎo)率儀測定其EC值，考察溫度、振蕩時間及水油體積比值對EC值的影響。

1.2.3 氧化指標(biāo)測定與判定

過氧化值的測定參照GB 5009.227—2016；酸價的測定參照GB 5009.229—2016。根據(jù)GB 2716—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》，將油樣的氧化程度分為：過氧化值>0.25 g/100 g或酸價(KOH)>3 mg/g的油樣為氧化樣品；過氧化值≤0.25 g/100 g且酸價(KOH)≤3 mg/g的樣品為未氧化樣品；通過前期預(yù)實驗研究，當(dāng)過氧化值和酸價在標(biāo)準(zhǔn)值(過氧化值0.25 g/100 g和酸價(KOH)3 mg/g)附近的樣品或者其中一個指標(biāo)超標(biāo)而另外一個指標(biāo)較低時，利用EC值無法準(zhǔn)確判斷其氧化與否，將這些樣品定義為疑似氧化樣品。

1.2.4 模型建立

取10 mL建模油樣(82個)，與一定體積的去離子水混合，振蕩一定時間，靜置，待其分層，取下層水相，一定溫度下測定其EC值。重復(fù)測定3次,以EC平均值作為最終結(jié)果。將不同過氧化值和酸價的油樣與其水相EC值做線性判別分析(LDA)，建立油脂氧化程度模型。

1.2.5 驗證分析

根據(jù)GB 2716—2018，通過測定68個驗證油樣的過氧化值和酸價判斷其氧化程度。同時測定驗證樣品的EC值，利用模型判斷樣品的氧化程度，將模型與GB 2716—2018的判斷結(jié)果進(jìn)行比較分析，計算模型判別的正確率。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

分別對不同過氧化值和酸價梯度下的EC值進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，利用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行LDA。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測條件分析

2.1.1 溫度對食用油水相EC值的影響

取50 mL去離子水和10 mL油樣混合，振蕩時間設(shè)為80 s，靜置，待其分層，取下層水相。將下層水相置于不同溫度(20、25、30、35、40、45℃)下水浴，直至達(dá)到設(shè)定溫度，測定其EC值，研究溫度對EC值的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，油樣的EC值在20～45℃范圍內(nèi)有小幅度變化但無明顯差異性。溫度對各類食用油電導(dǎo)率的測定結(jié)果影響較小，因此用電導(dǎo)率法測定時在室溫下進(jìn)行即可。

2.1.2 振蕩時間對食用油水相EC值的影響

取50 mL去離子水和10 mL油樣混合，振蕩時間分別設(shè)定為20、40、60、80、100、120 s，靜置，待其分層，取下層水相，室溫下測定其EC值。研究振蕩時間對EC值的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 振蕩時間對水相EC值的影響

振蕩時間決定了可電離物質(zhì)是否完全分散在測量水相中。由圖2可知，在20～80 s范圍內(nèi)油樣的EC值隨著振蕩時間的延長而平穩(wěn)增加，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是隨著振蕩時間的延長，可電離物質(zhì)充分分散在水相中。振蕩時間為80～120 s時油樣的EC值略有下降。綜合考慮振蕩時間選擇80 s。

2.1.3 水油體積比值對食用油水相EC值的影響

取10 mL油樣和不同體積(水油體積比值為3、4、5、6、7、8)的去離子水混合，振蕩時間設(shè)為80 s，靜置，待其分層，取下層水相，室溫下測定其EC值。研究水油體積比值對EC值的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 水油體積比值對水相EC值的影響

由圖3可知，油樣的EC值與水油體積比值呈負(fù)相關(guān)。水油體積比值為3和4，加水量比較小，油水混合不充分，一部分可電離物質(zhì)尚存于油相中，此時水相EC值并不足以代表油樣的電導(dǎo)率，且操作時會帶來不便。而水油體積比值為7和8時，去離子水的加入量過高，過度稀釋了可電離物質(zhì)的濃度，導(dǎo)致EC值降低，檢測精度降低，實驗誤差增大。綜合考慮，選定水油體積比值為5進(jìn)行后續(xù)研究。

2.2 氧化程度建模

在上述結(jié)果選定的測定條件(室溫，振蕩時間80 s，水油體積比值5)下，測定82個不同氧化程度樣品的EC值，對不同氧化程度油樣的EC值進(jìn)行分析，結(jié)果見圖4。

圖4 不同氧化程度樣品EC值的LDA圖

由圖4可知，LD1方差貢獻(xiàn)率為99.8%，LD2方差貢獻(xiàn)率為0.2%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到100%。LD1幾乎貢獻(xiàn)了全部的樣品信息。通過LDA，油樣的EC值被分為三區(qū)域。第一區(qū)域樣品的EC值小于6.9 μS/cm，該部分均為未氧化樣品；第二區(qū)域樣品的EC值介于6.9～8.9 μS/cm范圍，該部分均為疑似氧化樣品；第三區(qū)域樣品的EC值大于8.9 μS/cm，該部分均為氧化樣品。EC值介于6.9～8.9 μS/cm范圍的樣品利用EC值無法準(zhǔn)確判別，其氧化程度需要進(jìn)一步鑒定分析。

2.3 驗證分析

為檢驗EC法模型的判別能力，采用68個未參與模型建立的樣品對模型進(jìn)行驗證。其中包括未氧化油(27個)、疑似氧化油(18個)和氧化油(23個)。根據(jù)模型建立相同的方法對驗證樣品進(jìn)行判別，判別結(jié)果如表1所示。

表1 EC法驗證結(jié)果

由表1可知，氧化、疑似氧化和未氧化油樣的模型判別率分別達(dá)到91.3%、94.4%和88.9%，所有驗證樣品的總判別率達(dá)到91.2%。18個疑似氧化油樣的過氧化值和酸價均接近標(biāo)準(zhǔn)值(過氧化值0.25 g/100 g，酸價(KOH)3 mg/g)，其中17個樣品的預(yù)測是正確的，錯誤樣品的過氧化值為 0.19 g/100 g，酸價(KOH)為2.7 mg/g，EC值為7.2 μS/cm。由于疑似氧化樣品實際的過氧化值和酸價均在標(biāo)準(zhǔn)值附近，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地判別樣品的氧化程度。

3 結(jié) 論

本文利用EC法簡化食用油的氧化分析過程，研究發(fā)現(xiàn)氧化程度與EC值之間存在良好的相關(guān)性。分別研究了檢測參數(shù)溫度、振蕩時間、水油體積比值對EC值的影響，結(jié)果表明溫度和振蕩時間對EC值無明顯影響，水油體積比值對EC值有較大影響。根據(jù)結(jié)果分析，確定在振蕩時間80 s、水油體積比值5、室溫下進(jìn)行EC值測定。通過建立不同氧化程度樣品的EC值模型發(fā)現(xiàn)，未氧化油樣EC值小于6.9 μS/cm，疑似氧化油樣EC值在6.9～8.9 μS/cm范圍，氧化油樣EC值大于8.9 μS/cm。在驗證過程中，用于驗證的樣本總判別率達(dá)到91.2%，結(jié)果與國標(biāo)方法獲得的結(jié)果基本一致。EC法操作簡單，檢測裝置體積小，攜帶方便，電導(dǎo)率儀價格低廉(不到200元)，無需定期維護(hù)，檢測成本較低。數(shù)據(jù)處理過程簡單快捷，可避免有毒溶劑的使用，其應(yīng)用前景廣闊。