孜然油樹脂及其主要成分的體外抗氧化活性比較及動力學分析

陳芹芹，甘芝霖，戴蘊青，楊 陽，倪元穎

(中國農業大學食品科學與營養工程學院，國家果蔬加工工程技術研究中心，農業部果蔬加工重點開放實驗室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京100083)

孜然油樹脂及其主要成分的體外抗氧化活性比較及動力學分析

陳芹芹，甘芝霖，戴蘊青，楊 陽，倪元穎*

(中國農業大學食品科學與營養工程學院，國家果蔬加工工程技術研究中心，農業部果蔬加工重點開放實驗室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京100083)

采用β-胡蘿卜素—亞油酸法對孜然油樹脂及其主要成分的體外抗氧化活性進行測定，通過IC50值(各物質抗氧化活性達到50%的濃度值)及動力學反應速率對其抗氧化能力進行綜合評價，并與2，6-二叔丁基對甲酚(BHT)進行了比較。結果表明，孜然油樹脂、β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯、枯茗醛等都表現出不同程度的抗氧化能力，但對β-胡蘿卜素的氧化抑制作用小于BHT;抗氧化活性排序為γ-萜品烯＞孜然油樹脂＞枯茗醛＞β-蒎烯＞p-對傘花烴，說明γ-萜品烯是孜然油樹脂中的最有效的抗氧化活性組分之一，其IC50值為(0.73±0.07)mg/mL，動力學反應速率Rγ=-0.0168。

β-胡蘿卜素—亞油酸法，孜然油樹脂，抗氧化，動力學分析

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

孜然 新疆和田地區的21-6新孜2號，由新疆農業科學研究院提供;BHT(2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚)、吐溫-20(分析純)、氯仿(分析純)等 北京藍弋化工;枯茗醛、β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯、亞油酸、β-胡蘿卜素等標準品 Sigma-aldrich公司。

HA-121-50-02型超臨界CO2流體萃取裝置江蘇南通華安超臨界萃取有限公司;SK5200H超聲波清洗器 上海科導超聲儀器有限公司;BP221S精密電子天平 德國SATORIOUS公司;RE-52A旋轉蒸發器、SHZ-Ⅲ循環水真空泵 上海亞榮生化儀器廠;UV757CRT紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;WKX高速粉碎機 青州市精誠機械有限公司;7890A/5975c氣相色譜-質譜聯用儀美國安捷倫科技公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 孜然油樹脂的提取 采用超臨界萃取法提取孜然油樹脂。超臨界萃取工藝參數為:萃取壓力35MPa，萃取溫度40℃，CO2流量25kg/h，分離壓力6MPa，分離溫度50°C，萃取時間2h。在此條件下孜然油樹脂的得率達到13.56%。

1.2.2 孜然油樹脂的成分分析 采用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)對孜然油樹脂的成分進行分析。

1.2.2.1 色譜條件 色譜柱:DB-5MS毛細管柱(30m×0.25mm×0.25μm);升溫程序:40℃保持2min，以4℃/min的速率升到140℃，再以6℃/min的速率升到260℃保持5min;載氣為高純氦氣，流速1.5mL/min;進樣量1μL;分流比10∶1。

1.2.2.2 質譜條件 電子轟擊(EI)離子源;電子能量70eV;質譜接口溫度250℃;傳輸線溫度250℃;離子源溫度230℃;質量掃描范圍m/z30～500amu。

1.2.3 β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系測定體外抗氧化活性 采用β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系中β-胡蘿卜素的過氧化損失來評價孜然油樹脂及其主要成分的抗氧化能力。參照Gachkar等［11］的方法，并在其基礎上做了修改，具體如下。

1.2.3.1 β-胡蘿卜素氯仿溶液配制 準確稱取10mg β-胡蘿卜素定容于 10mL中容量瓶中，濃度為1mg/mL.

1.2.3.2 乳化液的配制 準確量取0.4mL的β-胡蘿卜素氯仿溶液，加入含有40mg亞油酸和400mg吐溫-20的圓底燒瓶中，40℃下真空旋轉蒸發5min，之后向殘余物中加入100mL蒸餾水并不斷攪拌，并在40kHz超聲波中超聲10min，以形成良好的乳化狀態。其中空白乳化溶液的配制除不添加β-胡蘿卜素外，步驟同上。

1.2.3.3 抗氧化活性測定 準確量取5mL的乳化液，加入0.2mL的不同濃度的待測樣品(超臨界萃取的孜然油樹脂、枯茗醛、β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯、BHT等)，立刻測定吸光度值(470nm)。在60℃下水浴120min，每30min測定一次吸光度值。

1.2.3.4 抗氧化能力評價 抗氧化活性

其中，DRC表示對照溶液的降解速率;DRS表示樣品溶液的降解速率;aC=0min時的對照溶液吸光度值;bC=120min時的對照溶液吸光度值;aS=0min時的樣品溶液吸光度值;bS=120min時的樣品溶液吸光度值。

抗氧化能力用IC50值及動力學反應速率來綜合衡量。

1.2.4 數據分析 采用Origin Pro 8.0進行IC50值的計算及多重比較分析，采用Sigma-plot 8.0進行動力學擬合分析。所有實驗都平行三次進行。

2 結果與分析

2.1 孜然油樹脂的成分分析

通過GC-MS分析，β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯和枯茗醛是孜然油樹脂中的4種主要成分，其相對含量分別為13.58%、6.53%、8.77%、34.65%。這4種主要成分的化學結構詳見圖1。

圖1 孜然油樹脂中4種主要成分的化學結構式

2.2 孜然油樹脂及其主要成分的抗氧化能力比較分析

采用β-胡蘿卜素—亞油酸法對孜然油樹脂及其4種主要成分的抗氧化活性進行測定。β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系是涉及到氫原子轉移反應的測定方法，其反應機理如下［12］:

β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系中各物質的抗氧化能力達到50%時的濃度值見圖2，IC50值排序為: BHT＜γ-萜品烯＜孜然油樹脂＜枯茗醛＜β-蒎烯＜p-對傘花烴。孜然油樹脂、β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯和枯茗醛都具有不同程度的抗氧化活性，圖2中結果表明，孜然油樹脂中有效的抗氧化物質之一是γ-萜品烯。物質的結構與功能是密切相關的，γ-萜品烯的化學結構(見圖1)中含有環己二烯結構，故其具有較好的抗氧化活性，但經過均值比較分析，γ-萜品烯的抗氧化能力與BHT存在顯著性差異。

表1 β-胡蘿卜素-亞油酸體系中各物質動力學曲線的方程系數及方差分析結果

圖2 β-胡蘿卜素-亞油酸體系中孜然油樹脂及其4種主要成分抗氧化能力的IC50值

2.3 孜然油樹脂及其主要成分的抗氧化動力學分析

以β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系中β-胡蘿卜素的殘留率為響應值，采用非線性擬合對孜然油樹脂、β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯、枯茗醛、BHT的反應過程及β-胡蘿卜素自氧化過程進行動力學分析，結果如圖3所示。經過Sigma-plot 8.0軟件分析發現，logistic方程(見方程(1))對7條曲線的擬合效果良好，7條曲線的回歸系數R2均＞0.99，且修正均＞0.96(表1)。各曲線模型的方差分析結果(表1)表明，除BHT外，logistic模型擬合均達到了顯著或極顯著的水平。

圖3 各物質在5mg/mL濃度時對β-胡蘿卜素殘留率的動力學曲線圖

對式(4)求導得到各物質每個時刻的反應速率方程，見式(5);由于在β-胡蘿卜素—亞油酸體系中反應初始階段的反應速度是最快的，所以選取初始反應階段的1min時的反應速率(R)對其進行抗氧化能力評價。各物質R值的大小排序為:BHT＞γ-萜品烯＞孜然油樹脂＞枯茗醛＞β-蒎烯＞p-對傘花烴＞對照，表明對照(Rc=-7.91484)中β-胡蘿卜素的殘留率最低，消耗速度最快;添加人工抗氧化劑BHT組β-胡蘿卜素的殘留率最高，消耗速度最慢。在孜然油樹脂及其主要組分中，γ-萜品烯的反應速率(Rγ=-0.0168)最大，表明β-胡蘿卜素的保留率大，說明γ-萜品烯是孜然油樹脂中的有效的抗氧化活性組分之一。

3 小結

采用β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系對孜然油樹脂及其主要成分的體外抗氧化活性進行測定，抗氧化能力以IC50值結合反應速率來共同評價。各物質的IC50值排序為γ-萜品烯＜孜然油樹脂＜枯茗醛＜β-蒎烯＜p-對傘花烴，而各物質的反應速率排序為γ-萜品烯＞孜然油樹脂＞枯茗醛＞β-蒎烯＞p-對傘花烴。IC50值最小，反應速率值越大，說明其抗氧化活性最好。通過兩種不同評價方法的衡量，得到了一致的結論:孜然油樹脂、β-蒎烯、p-對傘花烴、γ-萜品烯、枯茗醛等都表現出不同程度的抗氧化能力，抗氧化活性排序為γ-萜品烯＞孜然油樹脂＞枯茗醛＞β-蒎烯＞p-對傘花烴，說明γ-萜品烯是孜然油樹脂中的最有效的抗氧化活性組分之一。

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Antioxidant activity and kinetics analysis of cumin oleoresin and its main components in vitro

CHEN Qin-qin，GAN Zhi-lin，DAI Yun-qing，YANG Yang，NI Yuan-ying*
(College of Food Science＆Nutritional Engineering，China Agricultural University，National Research Centre for Fruits and Vegetables Processing，Engineering Research Centre for Fruits and Vegetables Processing，Ministry of Education，Key Laboratory of Fruits and Vegetables Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100083，China)

Antioxidant activity of cumin oleoresin and its main components in vitro were determined byβ-carotenelinoleic acid assay，IC50value(the concentration of antioxidant when antioxidant activity was achieved 50%)and a kinetic approach were used to evaluate the efficiency of antioxidant ability.All of them(cumin oleoresin，β-pinene，γ-terpinene，p-cymene，and cuminaldehyde)showed antioxidant activities with different levels，but the effectiveness of them was not as good as BHT.Generally，the effectiveness of the various samples on linoleic acid oxidation was in the following descending order:γ-terpinene＞cumin oleoresin＞cuminaldehyde＞β-pinene＞pcymene，it indicated thatγ-terpinene was one of the most effective antioxidant materials in cumin oleoresin，which IC50value was(0.73±0.07)mg/mL，kinetics reaction rate(Rγ)was-0.0168.

β-carotene-linoleic acid assay;cumin oleoresin;antioxidant;kinetics analysis

TS221

A

1002-0306(2011)11-0111-04

孜然(Cuminum cyminum L.)，英文名為cumin，中文音譯名為枯茗，也叫孜然芹、安息茴香，為傘形花科，屬一年生草本植物［1］。孜然原產埃及、埃塞俄比亞，我國主要在新疆、甘肅河西走廊有栽培［2］。孜然油已被美國食品及藥品管理局(FDA)列入GRAS (generally recognized as safe)名單，美國食品香料與萃取物制造者協會(FEMA)也允許其在食品香精、煙用香精、酒用香精中使用［3］。目前關于孜然油的抗氧化活性在文獻中報道不一。Allahghadri T等［4］研究發現孜然油表現出很強的抗氧化活性，其活性高于BHA和BHT。Martinez-Tome M等［5］研究結果表明，5%孜然油的抗氧化活性介于100μg/g的BHA和BHT之間。Gurdip S等［6］研究了孜然油對70℃下儲藏的向日葵油的抗氧化活性，結果表明，孜然油具有良好的抗氧化性，其抗氧化能力高于 BHT。然而Clifford等［7］研究時發現，孜然種子油在與抗壞血酸棕櫚酸酯聯合作用時對向日葵油的腐敗沒有表現出任何活性。由此可見，孜然油的抗氧化活性還需要進一步的證實。β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系是一種常用的抗氧化活性評價方法，其原理是亞油酸在高溫下產生的過氧化氫使β-胡蘿卜素褪色［8］，而通過添加抗氧化劑及含有抗氧化物質的天然提取物則使β-胡蘿卜素的褪色反應被抑制［9-10］。本文利用β-胡蘿卜素—亞油酸自氧化體系對超臨界萃取得到的孜然油樹脂及其4種主要成分(β-蒎烯、γ-萜品烯、p-對傘花烴和枯茗醛)的體外抗氧化活性進行測定，通過各物質的IC50值(各物質抗氧化活性達到50%的濃度值)及動力學反應速率來綜合評價，以期為孜然的抗氧化能力提供基礎數據依據。

2011-08-24 *通訊聯系人

陳芹芹(1985-)，女，在讀博士生，研究方向:天然產物提取及功能食品研發。

科技部農業科技成果轉化資金項目(2006GB23600453)。