不同溫度和濃度下α-生育酚在玉米油中的抗氧化規律

葉玉蘭，劉文強，朱雪梅，張建飛，熊華

(南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室， 江西 南昌， 330047)

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不同溫度和濃度下α-生育酚在玉米油中的抗氧化規律

葉玉蘭，劉文強，朱雪梅*，張建飛，熊華

(南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室， 江西 南昌， 330047)

摘要研究不同溫度下α-生育酚在玉米油中的抗氧化規律。添加不同量的α-生育酚到純化玉米油中，通過Schaal 烘箱氧化實驗，定期測定過氧化值和茴香胺值，并計算總氧化值。運用動力學模型擬合過氧化值和茴香胺值、總氧化值與氧化時間的擬合方程，符合線性規律，并通過Arrnenus方程進行認證。實驗選用溫度為40、75 ℃，α-生育酚添加量分別為50、100、200、400 mg/kg。結果表明：玉米油的速率常數的對數與溫度倒數間存在非常好的線性關系(R2>0.982)，符合阿倫尼烏斯定律; 當溫度為75， 60和 40 ℃時，α-生育酚在玉米油中最適抗氧化濃度分別為100，100和400 mg/kg。

關鍵詞α-生育酚；油脂氧化；抗氧化效能；動力學

油脂在人們日常生活和化學工業上都占有十分重要的地位。作為食品工業的主要原料之一，其品質及抗氧化穩定性直接影響到食品的質量[1]。但是食用油極易發生氧化，油脂氧化所生成的氧化產物不僅影響油脂食品的風味、色澤、營養價值，還會對膜、酶、蛋白質造成破壞，誘發癌癥等多種疾病[2]。由于許多食品原料中包含不飽和脂肪酸，使得食品容易出現酸敗現象，因此人們開始著力研究可以延緩食品酸敗的方法。通常是加入抗氧化劑。抗氧化劑的加入可以延長油品氧化反應的誘導期、減緩油品氧化速度和延長油品使用壽命[3]。目前常用的方法是在油脂中添加抗氧化劑，但是一般合成的抗氧化劑對人體有一定傷害作用，用天然抗氧化劑代替人工合成抗氧化劑越來越得到更多人的認可[4-6]。

玉米油中亞油酸和亞麻油酸含量占總脂肪酸含量的50%以上，而外側第一和第三位上酯化的幾乎全部是飽和脂肪酸[7]。源于玉米油的高營養價值，探究其氧化特性，估算保質期具有重要意義。自然界中的天然α-生育酚廣泛存在于含油種子、葉及其他高等植物的綠色部位中。通常食用的植物油中含有少量生育酚，但是一般會在油脂加工精煉過程中損失掉[8]。它最主要的抗氧化途徑是向脂氧自由基或脂過氧自由基提供·H，使鏈式氧化反應中斷。同其他抗氧化劑一樣，生育酚的抗氧化效能不僅受光、熱、氧氣濃度等外部因素影響，還受油脂結構的影響，不同脂肪酸組成的油脂氧化穩定性不同，生育酚的抗氧化效能不同，最佳抗氧化濃度也有差異，因此欲以天然生育酚代替合成抗氧化劑，必須從不同油脂中生育酚抗氧化效能出發研究生育酚的抗氧化規律[2]。

本課題通過 Schaal 烘箱氧化實驗，研究不同濃度α-生育酚對氧化過程中玉米油的過氧化值和茴香胺值的差異，并計算總氧化值，探討通過氧化值、茴香胺值、總氧化值與氧化時間之間的關系，初步了解油脂氧化及生育酚抗油脂氧化的規律。

1材料與方法

1.1實驗原料、試劑

實驗材料: 玉米油，當地超級市場；α-生育酚標準品，Sigma 公司；正己烷(色譜純)、異辛烷(色譜純)，美國天地試劑有限公司(上海)；脂肪酸甲酯標準品，美國 Nu-Chekprep 公司；三氯甲烷、冰醋酸，成都市科龍化工試劑廠 ；KI、乙醚、Na2S2O3、無水乙醚、無水乙醇、異辛烷 ， 天津市大茂化學試劑廠；可溶性淀粉，天津市永大化學試劑有限公司；茴香胺 ，國藥集團化學試劑有限公司；活性白土，北京康普匯維科技有限公司；淀粉，江西金佳谷物股份有限公司；蔗糖，北京康普匯維科技有限公司；甲醇鈉，天津市風船化學試劑有限公司；檸檬酸 ，吳江市匯通化工有限公司。

1.2儀器和設備

HP6890型氣相色譜儀(配有火焰離子化檢測器和自動進樣器) ，美國Agilent 公司; 紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司; DHG -9240 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海銀澤儀器設備有限公司; RV10 旋轉蒸發儀，上海圣科儀器設備有限公司; BS224S 型電子天平，德國賽多利斯; HH- S4 型電熱恒溫水浴鍋，上海雙旭電子有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1油脂的純化[9]

用硅膠300 g、50.4 g活性炭和硅藻土混合物(質量比2∶1)；150 g蔗糖和硅藻土的混合物(質量比2∶1)填充制備層析柱。取350 g油過柱，隨后用正己烷沖洗。通過蠕動泵對層析柱施加微小負壓從而使出口流速為0.25 mL/min。然后先用旋轉蒸發和吹氮氣的方法除去剩余正己烷，終樣品于-4 ℃冷藏備用。

1.3.2樣品的制備

制備一系列濃度的α-生育酚乙醇溶液，置于冰箱中備用。對照組加入乙醇溶劑。另稱取50 g純化后的油脂于100 mL的燒杯中，依次加入不同濃度的生育酚溶液和同量的乙醇溶液，使α-生育酚在油脂中的含量分別為50、100、200、400 mg/kg。充分攪拌10 min，再通過旋轉蒸發除去殘留的乙醇溶液，得到最終樣品。

1.3.3脂肪酸組成分析

油脂的甲基化[10]：取2 mg的脂肪樣品，加入1.5 mL正己院溶解，分別加入40 μL乙酸甲酯和100 μL甲醇鈉-甲醇溶液(0.5 mol/L)，渦流混勻，37 ℃下反應20 min后立即冷凍10 min (-20 ℃)，迅速加入60 μL草酸，離心棄去沉淀，濾液用無水Na2SO4過濾以除去水分，氮氣吹干后，加入1 mL正己烷，備用。

GC分析條件：Agilent公司6890型氣相色譜儀，CP-Sil 88石英毛細管柱，FID檢測器；載氣為氫氣；進樣口溫度為250 ℃；程序升溫：45 ℃下保持5 min，再以13 ℃/min的速率升溫到175 ℃，并保持30 min，再以4 ℃/min的升溫速度至215 ℃，并保持30 min。通過與脂肪酸甲酯標準對照，利用面積歸一法確定各個脂肪酸的相對百分含量。每個樣品進行3次重復測定，記錄為平均值±標準差。

1.3.4加速氧化實驗

采用Schaal[11]烘箱氧化實驗法。取50 g油樣于燒杯中，燒杯用鋁箔包裹，將油樣分別置于40 ℃和75 ℃烘箱中，保持烘箱暗黑，定期(0，6，12，18，24，30，36，42，50，56 d) 取樣分析。

1.3.5油樣主要指標分析

酸價(AV)按GB/T 5009.36—2003《糧食衛生標準的分析方法》測定；過氧化值(POV)按GB/T 5538—2005《動植物油脂過氧化值測定》測定；茴香胺值(PAV)按GB/T 24304—2009《動植物油脂茴香胺值測定》測定；總氧化值(TOTOX)為衡量油脂氧化的綜合指標，總氧化值等于2倍的過氧化值與茴香胺值的和。

氧化誘導時間的測定[12]：取3 g油樣放置于Rancimat反應管中，通過Rancimat反應管的空氣流速設定為10 L/h，并保持110 ℃的恒溫。油樣在高溫氧化過程中產生出來的氣體，通過氣流進入裝有50 mL去離子蒸餾水的燒瓶中并溶于蒸餾水，通過在燒瓶中的一個電極測定電導率的變化。每個樣品進行3次重復測定，記錄為平均值±誤差。

1.3.6氧化動力學模型的建立

采用Matlab 數學工具，通過多次分析擬合，探討油脂在特定氧化狀態過氧化值、茴香胺值、總氧化值與氧化時間與氧化時間之間的關系。并由Arrnenus方程，推出不同添加量的α-生育酚在油脂中的抗氧化性。

2結果與討論

2.1油脂的提純

一般油脂中都會含有少量生育酚，為消除在α -生育酚抗氧化性研究中產生影響，需要對油脂進行純化。另外純化也可以除去油脂中游離脂肪酸、過氧化物、微量金屬元素等。從表1可以看出，純化前玉米油的過氧化值和茴香胺值分別為0.6 mmol/kg和0.1。

表1　玉米油純化前后過氧化值和茴香胺值

注：不飽和相對值=(C18∶1+ 2×C18∶2+ 3×C18∶3)×100；ND，未檢出。

純化后的過氧化值和茴香胺值均為未檢出，可知純化效果較為理想。

由表1可知，玉米油主要的不飽和脂肪酸是油酸和亞油酸，含量分別為29.16%～29.25%、59.39%～59.38%，另玉米油中除了油酸和亞油酸外，還含有1.78%～1.79% 的亞麻酸。含量最多的為多不飽和脂肪酸61.15%～61.17%，其次是單不飽和脂肪酸29.15%～29.16%，不飽和相對值為150.69～150.78。純化前后脂肪酸組成并無明顯差異。

2.2玉米油氧化誘導時間

由表2的誘導時間的長短可以看出，在玉米油里，100 mg/kg的α-生育酚抗氧化性能強于50 mg/kg 和200 mg/kg的α-生育酚的抗氧化性，400 mg/kg的α-生育酚起到了促氧化作用。

表2　玉米油的氧化誘導時間

2.3過氧化值

氫過氧化物是油脂初級氧化產物的含量，其值反映油脂初期氧化程度。由圖1可以看出，在40 ℃下，18 d之前，α-生育酚并無明顯抗氧化效果；直至第36天，100 mg/kg和400 mg/kg的α-生育酚抗氧化性能強于200 mg/kg的α-生育酚；36 d之后，400 mg/kg的α-生育酚出現明顯抗氧化效果，50 mg/kg的α-生育酚對過氧化值影響不大，不同濃度的α-生育酚均未出現促氧化效果。在75℃下，18 d之后，α-生育酚抗氧化性能才逐漸顯現出來；直至36 d，100 mg/kg的α-生育酚抗氧化性能優于其他濃度；42 d之后，400 mg/kg的α-生育酚抗氧化效果最佳。

2.4茴香胺值

油脂的初級氧化產物氫過氧化物不穩定，在高溫下易分解生成次級氧化產物，茴香胺值(p-AV)表示植物油中的次級氧化產物中羰基化合物的含量，其值越大，說明油樣被氧化程度越厲害。從圖2可以看出，在40 ℃下，400 mg/kg α-生育酚抑制茴香胺值的效果較100 mg/kg和50 mg/kg時抑制茴香胺生成的能力要強，但在各個α-生育酚添加量中均無促進茴香胺生成的現象出現。在75℃下，在玉米油里抑制茴香胺值生成的最適添加量為200 mg/kg和100 mg/kg。

圖1　不同添加量α-生育酚對玉米油過氧化值的影響Fig.1　different amounts α- tocopherol impact on corn oil peroxide value

圖2　不同添加量α-生育酚對玉米油茴香胺值的影響Fig.2　Effect of different amounts of corn oil α- tocopherol anisidine value

2.5總氧化值

總氧化值(TOTOX)涵括了初級氧化產物含量和次級氧化產物茴香胺值，用來綜合表征油脂氧化程度的一個指標。可以更綜合更合理地體現不同添加量的α-生育酚在油脂中的抗氧化效能及油脂的氧化程度。由圖3可知，在玉米油中總氧化值的增長趨勢與POV值的增長趨勢大體一致，由此可以得出玉米油的氧化產物仍以初級氧化產物為主。

圖3　不同添加量α-生育酚對玉米油總氧化值的影響Fig.3　Effect of different amounts of corn oilα- tocopherol total oxidation value

2.6玉米油抗氧化動力學模型的建立

劉建平[13]驗證在一般油脂自氧化符合零階動力學方程，在植物油中添加抗氧化劑后，其氧化會同時符合零階和一階動力學反應。試驗中由零階動力學反應所得直線的回歸系數要優于一階動力學反應。所以可以通過零階動力學反應來建立過氧化值、茴香胺值、總氧化值與氧化時間之間的關系模型。

式中: k0為氧化反應的速率常數; Pt為反應進行到t 時刻的過氧化值、茴香胺值和總氧化值; P0為初始反應時的過氧化值、茴香胺值和總氧化值; t 為氧化時間。

由表3、表4可以看出，在油脂氧化初期，過氧化值、茴香胺值、總氧化值與氧化時間之間滿足一定的線性關系，由此可以計算出過氧化值、茴香胺值、總氧化值在油脂氧化初期某一個時刻的具體數值，進而可以初步預測油脂的貨架期。還可以看出過氧化值與氧化時間之間的線性回歸系數大于茴香胺值與氧化時間之間的線性回歸系數，故可以通過過氧化值與氧化時間之間的擬合方程計算油脂的氧化速率常數，即用氫過氧化物的生成速率常數代替油脂的氧化速率常數。

表3　40 ℃過氧化值、茴香胺值、總氧化值(y)與氧化時間(x)之間的擬合方程

表4　75℃過氧化值、茴香胺值、總氧化值(y)與氧化時間(x)之間的擬合方程

由表5、表6可以看出，100 mg /kg添加量的α-生育酚氫過氧化物速率常數低于其他，即為為玉米油的最適宜α -生育酚添加量。隨著α-生育酚添加量的不斷增加，氫過氧化物速率常數呈現遞增趨勢，但是整體并未出現促氧化現象。

表5　氫過氧化物、羰基化合物、總氧化值在40℃

表6　氫過氧化物、羰基化合物、總氧化值在75℃

油脂的氧化分為過氧化物平穩增長的誘導期和過氧化物急速增長的傳播期，因為過氧化物在誘導期的產生較為緩慢，其在傳播期增長較為迅速，所以將油脂的氧化速率常數定義為傳播期氧化速率。此時所得油脂的氧化速率常數與溫度呈冪函數關系，即符合Arrnenus方程：

lnK=lnA+Ea/RT

式中：K為油脂的氧化反應的速率；A為指數前因子；Ea為活化能；R為氣體常數；T為絕對溫度。

由Arrnenus方程可知，油脂氧化速率與加速氧化的溫度有關。一般而言，溫度越高油脂氧化速率越快。但由于油脂本身的結構和添加α-生育酚濃度的不同，油脂氧化的速率和溫度的關系并非完全一樣，所以得到的Arrnenus方程也不一樣。即可根據具體的Arrnenus方程，推出不同添加量的α-生育酚在油脂中的抗氧化性；也可在高溫下收集數據，然后根據Arrnenus方程推出較低溫度下油脂的穩定情況。

圖4　溫度對玉米油氧化速率的影響(玉米油60℃氧化數據引自張建飛[14])Fig.4　Effect of temperature on the oxidation rate of corn oil (corn oil 60 ℃ oxidation data taken from ZHANG[14])

由圖4和表7可以看出，玉米油的速率常數的對數與溫度倒數間存在非常好的線性關系(R2﹥0.982)，符合阿倫尼烏斯定律。溫度的差異性對α-生育酚在玉米油中的最適抗氧化濃度有顯著影響，當氧化溫度為75， 60和 40 ℃時，α-生育酚在玉米油中最適抗氧化濃度分別為100，100和400 mg/kg。同時,當α-生育酚濃度相同時，氧化溫度越高，所得到的速率常數就會越大，說明α-生育酚的抗氧化效能越低。

由表7可以看出，添加α-生育酚抗氧化劑后玉米油的活化能與氣體常數比均比未添加α-生育酚抗氧化劑的玉米油高，添加α-生育酚抗氧化劑后玉米油的氧化反應較難進行。添加不同濃度的α-生育酚的茶油的活化能與氣體常數比從高到低依次為，100 mg/kg(4 130K)>400 mg/kg(3 950K) >50 mg/kg (3 418K)>200 mg/kg(3 027K) >0 mg/kg(2 979K)。由表7可以得知，在玉米油里α-生育酚添加量0、50、100、200和400 mg/kg時所對應的Arrnenus方程分別為：lnK=-2 979/T+0.49、lnK=-3 418/T+1.57、lnK=-4 130/T+3.48、lnK=-3 027/T+0.57和lnK=-3 950/T+3.16。

表7　添加不同濃度α-生育酚的玉米油的

3結論

通過分別設置氧化溫度和生育酚添加量為變量，進行Schaal 烘箱氧化實驗，運用動力學方程，在油脂氧化初期，擬合過氧化值、茴香胺值、總氧化值與氧化時間之間的擬合方程，從而可以預測油脂在特定時刻的過氧化值、茴香胺值、總氧化值，可以初步得到玉米油保質期。并通過Arrnenus方程發現，在油脂氧化過程里，初級產物的生成速率的對數與加速氧化的絕對溫度的倒數之間存在較好的線性關系(R2﹥0.982)，符合方程規律。

通過不同添加量α-生育酚對玉米油過氧化值的影響以及油脂的氫過氧化物生成的速率常數可以看出，在40℃下，添加100 mg /kg 的α-生育酚時為最適添加量，隨著添加量增加α-生育酚并未呈現促氧化作用。在75℃下，α-生育酚的最佳添加量為100 mg /kg，隨著添加量的增加α-生育酚呈現一定促氧化作用。同時得出在油脂的氧化初期符合Arrnenus方程，從而可以推出在不同溫度下玉米油氧化速率常數，得出在玉米油中α-生育酚的最佳添加量。

參考文獻

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The antioxidant activity of α- tocopherol in corn oil at different temperatures and concentrations

YE Yu-lan, LIU Wen-qiang,ZHU Xue-mei*,ZHANG Jian-fei,XIONG Hua

(Nanchang University, Food Science and Technology of State Key Laboratory, Nanchang 330047,China)

ABSTRACTThe antioxidation of α- tocopherol in corn oil at different temperatures were studied. Different dosages of α- tocopherol were added into pure corn oil, then Schaal oven oxidation experiment was conducted，and peroxide values and p- anisidine values were determined regularly and total oxidation values were calculated. Using kinetic model to fit peroxide values , p- anisidine values, total oxidation values and oxidation time, the fitting equations are linear and confirmed by Arrnenus equation. In the experiment, the temperature was 40 ℃,75 ℃, the amount of α- tocopherol were 50,100,200,400 mg/kg, respectively. The results showed that: There is a very good linear relationship between the rate constant of corn oil and the logarithm of temperature (R2>0.982). When corn oil stored at 75, 60 and 40℃, the optimal antioxidant concentration of α-tocopherol in corn oil was 100 mg/kg, 100 mg/kg and 400 mg/kg, respectively.

Key wordsα- tocopherol; lipid oxidation; antioxidant effect; kinetics

收稿日期：2015-09-17，改回日期：2015-10-08

基金項目：國家自然科學基金(31460427)；國家留學基金(教外司留20130693)；江西省自然科學基金(20132BAB204001)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603005

第一作者：碩士研究生(朱雪梅副教授為通訊作者，E-mail：zhuxuemei@ncu.edu.cn)。