維生素D3在食用油中的穩(wěn)定性及應用研究

尚嘉毅，孫東哲，陳中煜，趙文君，惠 菊，王翔宇，初柏君,*

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

維生素D3，又名膽鈣化醇，是維生素D最主要的活性形式，具有促進鈣吸收、維持人體骨骼健康的重要作用，是人體必需的脂溶性維生素。近年最新研究表明，維生素D3的缺乏將增加糖尿病、冠心病等慢性病及類風濕性關(guān)節(jié)炎、肥胖的風險，若孕期缺乏導致子代自閉癥發(fā)病風險增加[1-6]。維生素D3主要來源包括人體內(nèi)合成及膳食攝入兩條途徑。人體皮膚中含有的7-脫氫膽固醇，經(jīng)紫外線照射可形成維生素D3。然而，由于空氣污染等問題，導致人們接受日照的時間不足，導致維生素D3缺乏在世界范圍內(nèi)廣泛存在[7]。此外，維生素D3膳食來源較少，在天然食物中含量較低，主要存在于深海魚等少數(shù)動物性食物。

我國居民膳食指南對維生素D的推薦攝入量為10 μg/d，65歲以上人群為15 μg/d[8]。我國居民的膳食習慣相比于西方飲食，動物性食物、奶制品攝入較少。前期調(diào)查顯示，我國多地區(qū)成人維生素D缺乏率高于60%，兒童青少年缺乏比例過半，不足比例超30%[9,10]。營養(yǎng)強化食品是改善維生素D缺乏現(xiàn)狀的重要手段之一，在乳制品、谷類食品中廣泛應用。近年來，歐盟各國、印度相繼推出了強化維生素D的小包裝食用油產(chǎn)品。食用油能夠提高脂溶性維生素的吸收率，同時作為中國居民飲食最不可或缺的元素之一，適合作為強化維生素D的載體，以改善營養(yǎng)素缺乏的問題。

本試驗以我國居民常用的食用油——玉米油作為研究對象，通過高溫加熱實驗、添加抗氧化劑實驗以及烘箱加速實驗，考察維生素D3在食用油中的穩(wěn)定性和應用情況，以期能夠為生產(chǎn)實踐提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

一級玉米油，安徽中糧油脂有限公司; 維生素 D3(1.0 MIU/g，油狀液體)，購于DSM公司；特丁基對苯二酚( TBHQ) ，安徽仟順生物科技有限公司; 抗壞血酸棕櫚酸酯(AP) ，河北興潤生物科技股份有限公司；混合生育酚標準品，Sigma公司；迷迭香提取物，西安賽邦生物技術(shù)有限公司；碘化鉀、硫代硫酸鈉、冰乙酸、三氯甲烷、可溶性淀粉、乙醚、異丙醇、百里酚酞、氫氧化鉀等，均為分析純；乙腈、甲醇、丙酮、異丙醇等，均為色譜純。

1.2 儀器與設備

電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海) 有限公司; Agilent-7890B型氣相色譜儀，Agilent-1260型液相色譜儀，美國安捷倫公司；電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；賽默飛2838型水浴鍋；IKA HS7型加熱磁力攪拌器等。

1.3 方法

1.3.1抗氧化劑添加試驗

在玉米油中添加200 μg/kg的維生素D3標準品，設置只添加維生素D3、未添加抗氧化劑的1組，和添加維生素D3及抗氧化劑的5組，樣品分別按以下方法配制。

無抗氧化劑組：將添加維生素D3的玉米油裝入1.8 L抗紫外線塑料瓶中，旋蓋待用。

特丁基對苯二酚(TBHQ)組：將TBHQ添加到含維生素D3的玉米油中，添加量為 200 mg/kg，分裝到1.8 L抗紫外線塑料瓶中。

抗壞血酸棕櫚酸酯(AP) 組： 將AP添加到含維生素D3的玉米油中，添加量為200 mg/kg，分裝到 1.8 L抗紫外線塑料瓶中。

迷迭香組：將迷迭香提取物添加到含維生素D3的玉米油中，添加量為700 mg/kg，分裝到1.8 L抗紫外線塑料瓶中。

維生素E組：將生育酚標準品添加到含維生素D3的玉米油中，添加量分別為300 mg/kg和150 mg/kg，命名為VE-1組和VE-2組，每組分別分裝到 1.8 L抗紫外線塑料瓶中。

分裝完畢后，使用高純氮氣( 99.99% ) 吹掃頂部空氣60 s，旋蓋待用。每組樣品各分裝6瓶，每月開封1瓶測定維生素D3含量。

1.3.2高溫加熱試驗

分別在玉米油中添加50 μg/kg和200 μg/kg的維生素D3標準品，命名為VD-1組和VD-2組，未添加維生素D3的玉米油命名為空白組。分別稱取100 g上述3組玉米油于燒杯中，置于磁力攪拌器加熱，待油溫達到試驗溫度(100 ℃、150 ℃、180 ℃)后計時，間隔不同時間(0 min、10 min、20 min、30 min)取樣，考察不同高溫和加熱時間下維生素D3含量的變化，同時測定酸價、過氧化值、茴香胺值、維生素E和植物甾醇含量。

1.3.3烘箱加速試驗

在玉米油中添加200 μg/kg的維生素D3標準品，采用Schaal烘箱氧化試驗方法，將樣品放入60 ℃電熱鼓風干燥箱中連續(xù)加熱氧化6周(42 d)。每7 d取出樣品1瓶，檢測其維生素D3的含量。

1.3.4理化指標及營養(yǎng)成分含量檢測

維生素D3的測定，參照《食品安全國家標準 食品中維生素A、D、E的測定》GB 5009.82—2016中的第四法；酸值的測定，參照《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》GB 5009.229—2016；過氧化值的測定，參照《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》GB 5009.229—2016；茴香胺值的測定，參照《動植物油脂 茴香胺值的測定》GB/T 24304—2009；植物甾醇含量的測定，參照《動植物油脂甾醇組成和甾醇總量的測定 氣相色譜法》GB/T 25223—2010；維生素E的測定，參照《食品安全國家標準 食品中維生素A、D、E的測定》GB 5009.82—2016中的第二法。

1.3.5數(shù)據(jù)處理

所有試驗數(shù)據(jù)均為3次測定后計算所得的平均值，同時計算標準偏差，用Excel作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同抗氧化劑對維生素D3含量的影響

抗氧化劑能夠有效降低油脂氧化速率?！妒称钒踩珖覙藴?食品添加劑使用標準》GB 2760—2014中規(guī)定，食用油中允許添加的抗氧化劑包括TBHQ、AP、迷迭香提取物、維生素E等，TBHQ、AP和迷迭香提取物的最大允許添加量為200 mg/kg、200 mg/kg、700 mg/kg。

圖1 不同抗氧化劑對維生素D保留率的影響

常溫下儲存6個月的分析結(jié)果表明，與空白組相比，添加抗氧化劑能夠提升維生素D3在食用油中的儲藏穩(wěn)定性，6個月后維生素D3的保留率為：VE-1組>TBHQ組>AP組>迷迭香組>VE-2組>空白組(圖1)。目前食用油中常用的抗氧化劑可分為人工合成和天然抗氧化劑。TBHQ和AP屬于人工合成的抗氧化劑，前期研究表明TBHQ是潛在的腫瘤促進劑，AP雖未發(fā)現(xiàn)健康風險，但人工合成的抗氧化劑難以符合高端、健康食用油產(chǎn)品的發(fā)展趨勢[11]。迷迭香提取物屬于天然抗氧化劑，成本較高。相比而言，維生素E作為抗氧化劑添加到食用油中，既不會帶來健康風險，也不會對生產(chǎn)成本有較大影響。因此，強化維生素D3的食用油，可同時添加維生素E作為抗氧化劑，以提升保留率。

2.2 高溫加熱對維生素D3含量的影響

高溫加熱是評價油脂產(chǎn)品高溫穩(wěn)定性的重要方法之一。高溫加熱過程中，維生素D3由于異構(gòu)化而降解，隨著加熱時間增長、加熱溫度提高，維生素D3含量逐漸下降。如圖2所示，當加熱溫度在100 ℃和150 ℃時，加熱30 min依然有80%的維生素D3可以保留，且維生素D3的損失主要集中在前15 min，隨著時間延長，下降趨于平緩。當加熱溫度上升到180 ℃，維生素D3的含量大幅下降，30 min后的VD-1組和VD-2組的保留率分別為23.61%、19.88%，說明添加維生素D3的食用油不適宜煎炸等溫度過高、時間過長的烹飪方式，以涼拌、蒸煮、快炒為宜。

圖2 維生素D3在高溫加熱下的含量變化

高溫加熱過程中各組的酸價變化如圖3所示，空白組上升幅度略高于添加了維生素D3的兩組。100 ℃和150 ℃下，酸價變化幅度較小，VD-1和VD-2組的酸價基本接近，空白組也僅由0.141 mgKOH/g上升到0.166 mgKOH/g、0.186 mgKOH/g。當溫度上升到180 ℃，30 min后空白組為0.398 mgKOH/g，略高于VD-1組和VD-2組，兩者的酸價為0.231 mgKOH/g和0.274 mgKOH/g。

油脂加熱過程中，高溫促進了油脂氧化反應，導致過氧化值的升高，過氧化物能夠進一步分解形成醛、酮等二級氧化產(chǎn)物，茴香胺值也隨之升高。同時，油脂氧化也會進一步促進維生素D3的降解[12]。高溫加熱過程中各組的過氧化值變化如圖4所示。加熱溫度為100 ℃時，油脂氧化程度較低，各組過氧化值相差不大；當溫度為150 ℃時，加熱30 min后空白組的過氧化值由初始的2.04 mmol/kg上升到了24.42 mmol/kg；相比之下，維生素D3的添加有效抑制了氧化產(chǎn)物的生成，30 min后VD-1組和VD-2組的過氧化值分別為8.70 mmol/kg、10.73 mmol/kg，遠低于空白組。當溫度升高到180 ℃，由于維生素D3的分解，對氧化的抑制作用有所減弱，但添加維生素D3的兩組過氧化值上升幅度仍小于空白組。茴香胺值表征了油脂中醛、酮等二級氧化產(chǎn)物的含量，其變化如圖5所示，與過氧化值類似，當溫度為150 ℃時，加熱30 min后空白組的茴香胺值由初始值2.77 mmol/kg上升到了33.67 mmol/kg；相比之下，維生素D3的添加有效抑制了油脂氧化反應的進程，降低了次級氧化產(chǎn)物生成，VD-1組和VD-2組的茴香胺值分別為11.20、16.53，遠低于空白組。

由此可見，高溫加熱過程中，酸價、過氧化值和茴香胺值的上升幅度為空白組>VD-2組>VD-1組。添加維生素D3對食用油的熱穩(wěn)定性具有提升作用，減少高溫加熱過程中的各類油脂氧化產(chǎn)物的生成，且這種作用與維生素D3的添加量呈正相關(guān)。

圖3 高溫加熱對各組酸價的影響

圖4 高溫加熱對各組過氧化值的影響

圖5 高溫加熱對各組茴香胺值的影響

高溫加熱過程中各組維生素E含量變化如圖6所示。一級玉米油樣品的初始維生素E含量為335.92 mg/kg，高溫加熱過程中，不同溫度下各組的維生素E保留率均為VD-1組>VD-2組>空白組。在100 ℃的過程中維生素E損失不大，添加維生素D3的兩組均在90%以上，空白組為84.24%。在150 ℃和180 ℃下，空白組的保留率分別為57.64%和46.32%，相比之下，保留率最高的VD-1組為86.12%和65.32%。

圖6 高溫加熱下各組維生素E含量變化

圖7 高溫加熱下各組植物甾醇含量變化

高溫下各組植物甾醇含量變化如圖7所示。相較一級玉米油樣品的初始植物甾醇含量(8 283.94 mg/kg) 可見，當溫度為100 ℃和150 ℃時，植物甾醇在加熱過程中相對穩(wěn)定，保留率均在90%以上，VD-1組和VD-2組基本接近，略高于空白組。當溫度達到180 ℃，植物甾醇的保留率開始隨加熱時間延長而降低，30 min后的保留率VD-1組>VD-2組>空白組。由此可見，添加維生素D3能夠減少食用油高溫加熱過程中維生素E和植物甾醇的損失，對營養(yǎng)素保留有積極作用，且這種效果和VD添加量呈正相關(guān)。烹飪過程中，為了盡可能保留食用油中的各種維生素和微量營養(yǎng)素，應控制溫度不宜過高、時間不宜過長，涼拌、蒸煮、快炒等烹飪方式最有利于營養(yǎng)素保留。

2.3 烘箱加速對維生素D3含量的影響

目前測定油脂氧化穩(wěn)定性的方法眾多，將產(chǎn)品置于加速氧化條件下(63 ℃±2 ℃)進行試驗能夠預測產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性和貨架壽命[13]。維生素D3經(jīng)過烘箱加速42 d(6周)的含量變化如圖8所示，維生素D3在2～4周的降解速率最快，6周后損失率為78.05%。周盛敏等的研究也采用烘箱加速方法評估營養(yǎng)強化菜籽油中維生素A和維生素E的穩(wěn)定性，42 d后維生素A和維生素E的損失率分別達到71.2%、91.2%[14]。前期對維生素A和維生素E的烘箱加速實驗結(jié)果與維生素D3的結(jié)果類似，均對較高的溫度敏感，在高溫下易分解，不利于營養(yǎng)成分的保留。因此，添加維生素D3等脂溶性維生素的營養(yǎng)強化食用油應在適宜的溫度下儲存，以降低營養(yǎng)成分的損失。

圖8 烘箱加速對維生素D3含量的影響

3 結(jié)論

在一級玉米油中添加維生素D3，考察了不同抗氧化劑添加、高溫加熱、烘箱加速對玉米油中的維生素D3含量的影響情況。結(jié)果表明：添加抗氧化劑有助于提升食用油中維生素D3的儲藏穩(wěn)定性，綜合考慮選擇維生素E作為抗氧化劑效果最佳。高溫加熱過程中，添加維生素D3對食用油熱穩(wěn)定性提升有積極作用，能夠降低氧化產(chǎn)物的生成，提高維生素E、植物甾醇的保留率。添加維生素D3的食用油適宜采用蒸煮、快炒等低溫短時烹飪方式，維生素D3的保留率可在80%以上。維生素D3在食用油產(chǎn)品中的應用有助于提升產(chǎn)品品質(zhì)及營養(yǎng)價值，改善人群中普遍存在的缺乏問題。