【コラム】入門 食用油の分析

このコラムでは、食用油とは何か、どのように製造しているか、どのように分析するのか、そして品質と安全性を分析するために重要な分析項目について解説しています。

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• 食用油とは何ですか？
• 食用油はどのように製造していますか？
• 食用油はどのように分析しますか？
• 食用油の分析項目にはどんなものがありますか？

食用油とは何ですか？

食用脂肪や調理用油は、人間が消費するのに適していると考えられ、主に食品や化粧品に使用されます。これらは重要なビタミンや飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸を含んでいます。食用脂肪と油の両方は、主に脂肪酸とグリセロールの水に溶けないエステル、グリセリドから構成されています。

脂肪と油は、常温で固体か液体かによって一般的に分類されます。基本的な分類は、油植物の種子や果実から得られる植物性脂肪と油、および動物由来の脂肪と油の間で行われます。しかし、合成食用脂肪と油は、フィッシャー・トロプシュ法のような化学プロセスを使用して原材料から製造することができます。

一般的に、不飽和脂肪（特に多価不飽和脂肪酸）の割合が高いほど、脂肪や油は健康に良いとされています。ひまわり油、菜種油、サフラワー油、大豆油、オリーブ油は特に不飽和脂肪酸や多価不飽和脂肪酸が豊富です。これらは調理や揚げ物に使用できますが、自然な状態で食べるのが最適です。一方で、ココナッツオイル、パーム核油、バター脂肪、パーム油は飽和脂肪が非常に多く含まれています。これらは主に焼き菓子、ロースト、揚げ物、および工業用石鹸や化粧品の製造に使用されます。

食用油の例 (クリックすると解説が開きます)：

保管と品質で注意すべき事項

賞味期限と製品の品質は非常に重要な考慮事項です。食用油や脂肪は、発酵、保管中の劣化、油の由来に関連する天然物質や農薬の痕跡による汚染、さらには意図的な混入によって悪化する可能性があります。

これらの製品は、自動酸化により腐敗することがあります。この過程で長鎖脂肪酸が分解され、短鎖化合物（例：酪酸）が形成されます。脂肪や油の加水分解は、トリアシルグリセロールの分解を促進し、遊離脂肪酸（FFA）、モノアシルグリセロール、およびジアシルグリセロールを形成します。これらの遊離脂肪酸はさらに自動酸化を受ける可能性があります。加えて、トリアシルグリセロールの酸化は、グリセロール骨格を持つカルボン酸の形成を引き起こし、油の酸性度を増加させます【1】。

食用油はどのように製造されますか？

異なるカテゴリーの油には以下のものがあります：ネイティブ（バージン）、未精製、精製、加水素化、トランスエステリファイ、分別、仕上げ（製造）、および耐冷。各カテゴリーについて、以下で詳細に説明します（クリックして展開できます）。

要するに食用油が加工されるほど、その品質は低下します。食用油の品質管理項目は分析することで確認ができます。

食用油はどのように分析しますか？

滴定

酸化安定性試験

ランシマット法による食用油の酸化安定性の測定について詳しくは、以下の記事をご覧ください。

食用油の酸化はどのように測定する？

ガスクロマトグラフィ（GC）

ガスクロマトグラフィ（GC）は、脂肪酸をその対応する脂肪酸メチルエステル（FAMEs）にエステル化した後に、食用油の脂肪酸組成を決定するために使用されます。

GCは、液体または気体のサンプルを移動相（不活性キャリアガス）に注入することによって、混合物中のさまざまな化合物を分離します。移動相は、揮発性物質をガス流に乗せて吸着材の固定相を通過させます。分析対象物は固定相に対する親和性が異なるため、検出前に分離されます。検出は、質量分析（MS）やその他の技術によって行われることが一般的です。

特定のUV波長での酸化指標

紫外可視分光法（UV/VIS分光法）は、化合物の吸収スペクトルを固体または溶液として取得するために使用されます。UV/VIS領域は200〜800 nmの波長範囲をカバーしています。各食用油は350〜700 nmの波長領域で独自の吸収特性を持っています。そのため、UV可視領域を利用して、さまざまな食用油を示し、区別することができます。

UV領域での吸着の変化は、脂肪や油の品質、純度、および真偽性の基準として使用されます。

近赤外分光法（NIR）

NIR分光法は非破壊的な技術であり、サンプル前処理なしで数秒でさまざまな分析項目を測定することができます。また、溶媒や試薬を使用しないため、環境にも優しい方法です。

この技術は、–CH、–NH、–OH、–SHなどの特定の官能基に非常に敏感です。そのため、NIRSは水分含量、ヨウ素価、酸価など、食用油の化学的パラメータを定量するのに理想的な手法です。

パーム油の品質管理におけるNIRの利用方法については、以下の記事や動画でさらに詳しくご覧ください。

近赤外分析によるパームオイルのスクリーニングと品質管理

食用油の分析項目

食用油の品質と特性を評価するためには、以下のような項目があります：

• 水分（湿気）含量
• 酸化安定性
• ヨウ素価
• 過酸化物価
• 鹸化価
• 酸価および遊離脂肪酸
• 脂肪酸組成
• 水酸基価
• 酸化指標
• 屈折率

これらのパラメータは、食用油の品質管理や特性の把握に重要な役割を果たします。

水分

水分含量は、サンプルに含まれる水の量を示す指標です。このパラメータは複数の分野で使用され、0%（完全に乾燥）から100%（純水）までの範囲で表されます。水分含量は体積ベースまたは質量（重量）ベースで示されることがあります。水分分析は、最も一般的な実験室での測定の一つです。

食用油の水分含量は、細菌や真菌による劣化を防ぐために狭い範囲内で管理する必要があります。水分含量が0.05%から0.3%の範囲にあると、これらの製品で酸化が起こりやすくなります。ほとんどの規制では、食用油の最大許容水分含量を0.2%と設定しています。一方で、バターは最大16%の水分を含むことがあります。

オーブン気化法や放射線測定法に加えて、カールフィッシャー水分測定法が様々な製品の水分含量を測定するために頻繁に使用されます。純粋な油脂の水分含量が低いため、クーロメトリックカールフィッシャー滴定法が好まれます。水分含量が高いバターやマーガリンのようなスプレッド可能な脂肪には、容量式カールフィッシャー水分測定法が推奨されます。水分含量を測定するもう一つの人気のある方法は、NIR分光法であり、–OH官能基に対して非常に敏感です。

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• 参加安定性試験に関するアプリケーションはこちらから
  

ヨウ素価

ヨウ素は、不飽和脂肪酸に見られる二重結合と反応します。ヨウ素価は、油脂の不飽和度を示す合成パラメータであり、油100グラムあたりのヨウ素のグラム数で表されます。

不飽和脂肪酸は、健康的な脂肪酸の一種です。また、これらの二重結合では酸化が起こるため、食用油の保存期間にも重要です。

さまざまな食用油のヨウ素価の典型的な値は、表3に示されています。

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過酸化物価

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鹸化価

鹸化価（けん化価）は、1グラムの脂肪中の結合および遊離脂肪酸の量を測定する指標です。これは、油1グラムあたりの水酸化カリウムのミリグラム数で表されます。けん化数には、サンプル中に存在するすべての脂肪酸の平均分子量に関する情報が含まれています。けん化価が高いほど、すべての脂肪酸の分子量は低くなります。

このパラメータは、脂肪および油の化学的特性を示す重要な指標です。主に純度試験や品質管理に使用され、食用油の識別を行います。

測定には、既知の量の食用油または脂肪をエタノール溶液の水酸化カリウムとともにリフラックスで沸騰させます。未使用の過剰な水酸化カリウムは標準化された酸で逆滴定されます。滴定剤の消費量が記録されます。

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酸価と遊離脂肪酸 (FFA)

酸価は、食用油中の遊離脂肪酸の量を示す指標で、油1グラムあたりの水酸化カリウムのミリグラムで表されます。遊離脂肪酸（FFA、％で表される）は、油中のグリセロールに結合しておらず、油の抽出、精製、または保管中にトリグリセリドが加水分解されることによって生成されます。

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脂肪酸組成

脂肪酸（FA）組成は、食用油中の脂肪酸の構成および含有量（％）を示します（例：リノール酸 / C18:2n-6 およびリノレン酸 / C18:3n-3）。これらは体内で合成できず、食事から摂取する必要がある必須脂肪酸であるため、測定する重要なパラメータです。

食用油の脂肪酸組成は、室温でメタノール中の水酸化カリウムを用いたトランスエステル化によって得られたメチルエステルのキャピラリーGC分析によって決定できます【3】。

脂肪酸組成は、NIR分光法を用いて、サンプル準備や化学試薬を使用せずに、数秒で非常に簡単に測定することもできます。図6に示されているように、食用油の脂肪酸組成における計算値と基準値のNIRS相関は非常に良好です（R2 = 0.958–0.999）。

さらに、脂肪酸組成はラマン分光法を使用して決定することもできます。ラマン装置によって収集されたスペクトル情報は、食用油中のさまざまな脂肪酸の濃度の定量分析に使用されます。NIRSと同様に、参照値のために一次法（例：GC-MS）を使用してキャリブレーションモデルを構築できます。

表7には、異なる食用油に含まれるさまざまな脂肪酸の典型的な値が示されています【4】。

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水酸基価/ヒドロキシル価

水酸基価は、遊離ヒドロキシル基を含む物質1グラムをアセチル化する際に生成される酢酸を中和するために必要な水酸化カリウムのミリグラム数として定義されます。これは油1グラムあたりの水酸化カリウムのミリグラムで表されます。

この値は、系の化学量論を決定するのに役立つため重要です。また、等価重量を計算するためにも使用され、機能性が分かっていれば分子量も計算できます。食用油の場合、水酸基価は主に品質特性として使用されます。

水酸基数の測定は、補助溶液の追加後、一定量の食用油を標準化されたアルカリ溶液で滴定することによって行います。滴定に消費された溶液の体積を記録します。表8には、さまざまな食用油における水酸基数の許容範囲が示されています。

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酸化指標（K値）

酸化指標（またはK値）は、200 nmから300 nmの波長間の吸収帯であり、ジエンおよびトリエン系と関連しています。UV領域での吸収の変化は、食用脂肪および油の品質、純度、真正性の基準として使用されます。例えば、200–300 nmの間の低い吸収は高品質のエキストラバージンオリーブ油を示し、一方、混入または精製された油はこの領域でより高い吸収を示します。

食用油サンプルは、K値を測定するためにイソオクタンに希釈した後、UV/VIS分光光度計で測定されます。オリーブ油の3つの等級に対するK値（K232、K266、K270、およびK274）は表9に示されています。油がさらに加工されるにつれて、酸化指標が増加することが明らかです。

まとめ

食用油の品質は、いくつかの異なる指標を使用して評価することができます。最も重要なのは、水分（湿気）含量、酸化安定性、ヨウ素価、過酸化物価、けん化価、酸価および遊離脂肪酸、脂肪酸組成、水酸基価価、酸化指標を測定し、食用油が消費に適しているかどうかを判断することです。これらの指標を決定するためには、多くの分析方法が利用可能であり、滴定、安定性測定、分光法（例：NIRやラマン）などが含まれます。

参考文献

[1] Sakaino, M.; Sano, T.; Kato, S.; et al. Carboxylic Acids Derived from Triacylglycerols That Contribute to the Increase in Acid Value during the Thermal Oxidation of Oils. Sci Rep 2022, 12 (1), 12460. DOI:10.1038/s41598-022-15627-3

[2] Cayuela Sánchez, J. A.; Moreda, W.; García, J. M. Rapid Determination of Olive Oil Oxidative Stability and Its Major Quality Parameters Using Vis/NIR Transmittance Spectroscopy. J. Agric. Food Chem. 2013, 61 (34), 8056–8062. DOI:10.1021/jf4021575

[3] Cert, A.; Moreda, W.; Pérez-Camino, M. C. Methods of Preparation of Fatty Acid Methyl Esters (FAME). Statistical Assessment of the Precision Characteristics from a Collaborative Trial. Grasas y Aceites 2000, 51, 447–456. DOI:10.3989/gya.2000.v51.i6.464

[4] Australian Oilseeds Federation Inc. (AOF). Section 1: Quality Standards, Technical Information & Typical Analysis, 2022.